Magnetno polje: uzroci i karakteristike. Magnetno polje

Zemljino magnetsko polje je formacija koju stvaraju izvori unutar planete. Predmet je proučavanja odgovarajućeg dijela geofizike. Dalje, pogledajmo pobliže šta je Zemljino magnetsko polje, kako se formira.

opće informacije

Nedaleko od površine Zemlje, otprilike na udaljenosti od tri njena poluprečnika, linije sile iz magnetnog polja raspoređene su u sistem "dva polarna naelektrisanja". Ovdje je područje koje se zove "plazma sfera". Sa udaljavanjem od površine planete, povećava se uticaj protoka jonizovanih čestica iz solarne korone. To dovodi do kompresije magnetosfere sa strane Sunca, i obrnuto, Zemljino magnetsko polje se izvlači sa suprotne, sjenčane strane.

plazma sfera

Opipljivo djelovanje na površinsko magnetsko polje Zemlje ima usmjereno kretanje nabijenih čestica u gornjim slojevima atmosfere (jonosfera). Lokacija potonjeg je od stotinu kilometara i više od površine planete. Zemljino magnetsko polje drži plazmasferu. Međutim, njegova struktura snažno ovisi o aktivnosti solarnog vjetra i njegovoj interakciji sa potpornim slojem. A učestalost magnetnih oluja na našoj planeti je posljedica sunčevih baklji.

Terminologija

Postoji koncept "magnetne ose Zemlje". Ovo je prava linija koja prolazi kroz odgovarajuće polove planete. "Magnetski ekvator" je veliki krug ravni okomit na ovu osu. Vektor na njemu ima smjer blizak horizontali. Prosječni intenzitet Zemljinog magnetnog polja značajno ovisi o geografskom položaju. To je otprilike jednako 0,5 Oe, odnosno 40 A / m. Na magnetnom ekvatoru isti indikator je približno 0,34 Oe, a kod polova blizu 0,66 Oe. U nekim anomalijama planete, na primjer, unutar Kurske anomalije, indikator je povećan i iznosi 2 Oe. linije Zemljine magnetosfere sa složenom strukturom, projektovane na njenu površinu i konvergirane na sopstvenim polovima, nazivaju se "magnetnim meridijanima".

Priroda pojave. Pretpostavke i nagađanja

Ne tako davno, pretpostavka o povezanosti nastanka Zemljine magnetosfere i strujnog toka u jezgru od tekućeg metala, koja se nalazi na udaljenosti od četvrtine ili trećine radijusa naše planete, dobila je pravo na postojanje. Naučnici imaju pretpostavku o takozvanim "telurskim strujama" koje teku u blizini zemljine kore. Treba reći da s vremenom dolazi do transformacije formacije. Zemljino magnetsko polje se mnogo puta promijenilo u proteklih sto osamdeset godina. To je fiksirano u okeanskoj kori, a o tome svjedoče studije remanentne magnetizacije. Poređenjem presjeka s obje strane okeanskih grebena utvrđuje se vrijeme divergencije ovih dionica.

Zemljin magnetski pomak

Položaj ovih dijelova planete nije konstantan. Činjenica njihovog raseljavanja bilježi se još od kraja devetnaestog vijeka. Na južnoj hemisferi, magnetni pol se za to vreme pomerio za 900 km i završio u Indijskom okeanu. Slični procesi se odvijaju i u sjevernom dijelu. Ovdje se pol pomiče prema magnetnoj anomaliji u istočnom Sibiru. Od 1973. do 1994. godine, udaljenost kojom se dionica kretala ovdje je bila 270 km. Ovi unaprijed izračunati podaci su kasnije potvrđeni mjerenjima. Prema najnovijim podacima, brzina magnetnog pola sjeverne hemisfere značajno je porasla. Porastao je sa 10 km/godišnje sedamdesetih godina prošlog vijeka na 60 km/godišnje početkom ovog stoljeća. Istovremeno, jačina Zemljinog magnetnog polja opada neravnomjerno. Dakle, u protekle 22 godine ona je na nekim mjestima smanjena za 1,7%, a negdje za 10%, mada ima i područja gdje je, naprotiv, povećana. Ubrzanje u pomaku magnetnih polova (za otprilike 3 km godišnje) daje razlog za pretpostavku da njihovo kretanje danas uočeno nije ekskurzija, ovo je još jedna inverzija.

To posredno potvrđuje i povećanje takozvanih "polarnih praznina" na jugu i sjeveru magnetosfere. Jonizirani materijal solarne korone i svemira brzo prodire u rezultirajuće produžetke. Od toga se sve veća količina energije skuplja u subpolarnim područjima Zemlje, što je samo po sebi ispunjeno dodatnim zagrijavanjem polarnih ledenih kapa.

Koordinate

Nauka koja proučava kosmičke zrake koristi koordinate geomagnetnog polja, nazvanog po naučniku McIlwainu. On je prvi predložio njihovu upotrebu, budući da se zasnivaju na modifikovanim varijantama aktivnosti naelektrisanih elemenata u magnetskom polju. Za tačku se koriste dvije koordinate (L, B). Oni karakterišu magnetnu školjku (McIlwain parametar) i indukciju polja L. Potonji je parametar jednak omjeru prosječne udaljenosti sfere od centra planete do njenog polumjera.

"magnetna inklinacija"

Prije nekoliko hiljada godina, Kinezi su došli do nevjerovatnog otkrića. Otkrili su da se magnetizirani objekti mogu postaviti u određenom smjeru. A sredinom šesnaestog veka, Georg Kartman, nemački naučnik, napravio je još jedno otkriće u ovoj oblasti. Tako se pojavio koncept "magnetne inklinacije". Ovaj naziv označava ugao odstupanja strelice gore ili dole od horizontalne ravni pod uticajem magnetosfere planete.

Iz istorije istraživanja

U području sjevernog magnetskog ekvatora, koje se razlikuje od geografskog, sjeverni kraj se spušta, a na jugu, naprotiv, ide gore. Godine 1600. engleski liječnik William Gilbert prvi je iznio pretpostavke o prisutnosti Zemljinog magnetnog polja, koje je uzrokovalo određeno ponašanje prethodno namagnetiziranih objekata. U svojoj knjizi opisao je eksperiment s loptom opremljenom željeznom strijelom. Kao rezultat istraživanja došao je do zaključka da je Zemlja veliki magnet. Eksperimente je izveo i engleski astronom Henry Gellibrant. Kao rezultat svojih zapažanja, došao je do zaključka da je magnetsko polje Zemlje podložno sporim promjenama.

José de Acosta opisao je mogućnost korištenja kompasa. Ustanovio je i razliku između magnetnog i sjevernog pola, a u njegovoj čuvenoj Istoriji (1590.) je potkrijepljena teorija linija bez magnetske devijacije. Kristofor Kolumbo je također dao značajan doprinos proučavanju pitanja koje se razmatra. On je vlasnik otkrića nedosljednosti magnetske deklinacije. Transformacije se vrše ovisno o promjenama geografskih koordinata. Magnetna deklinacija je ugao odstupanja strelice od pravca sjever-jug. U vezi s otkrićem Kolumba, istraživanja su se intenzivirala. Informacije o tome šta je Zemljino magnetsko polje bile su izuzetno neophodne za navigatore. M. V. Lomonosov je takođe radio na ovom problemu. Za proučavanje zemaljskog magnetizma, preporučio je izvođenje sistematskih posmatranja koristeći stalne tačke (poput opservatorija) za to. Takođe je, prema Lomonosovu, bilo veoma važno da se to izvede na moru. Ova ideja velikog naučnika ostvarena je u Rusiji šezdeset godina kasnije. Otkriće magnetnog pola u kanadskom arhipelagu pripada engleskom polarnom istraživaču Johnu Rossu (1831). A 1841. otkrio je i drugi pol planete, ali već na Antarktiku. Hipotezu o porijeklu Zemljinog magnetnog polja iznio je Carl Gauss. Ubrzo je dokazao i da se najvećim dijelom napaja iz izvora unutar planete, ali razlog za njegova mala odstupanja je u vanjskom okruženju.

Magnetno polje je poseban oblik materije koji stvaraju magneti, provodnici sa strujom (pokreću naelektrisane čestice) i koji se može detektovati interakcijom magneta, provodnika sa strujom (pokreću naelektrisane čestice).

Oerstedovo iskustvo

Prvi eksperimenti (izvedeni 1820.), koji su pokazali da postoji duboka veza između električnih i magnetskih pojava, bili su eksperimenti danskog fizičara H. Oersteda.

Magnetna igla koja se nalazi u blizini vodiča rotira se pod određenim kutom kada se struja uključi u vodič. Kada se krug otvori, strelica se vraća u prvobitni položaj.

Iz iskustva G. Oersteda proizlazi da oko ovog provodnika postoji magnetsko polje.

Amper iskustvo
Dva paralelna vodiča, kroz koja teče električna struja, međusobno djeluju: privlače se ako su struje u istom smjeru, a odbijaju se ako su struje u suprotnom smjeru. To je zbog interakcije magnetnih polja koja nastaju oko vodiča.

Svojstva magnetnog polja

1. Materijalno, tj. postoji nezavisno od nas i našeg znanja o tome.

2. Kreirani od magneta, provodnika sa strujom (pokreću nabijene čestice)

3. Detektovano interakcijom magneta, provodnika sa strujom (pokretne nabijene čestice)

4. Djeluje na magnete, provodnike strujom (pokreću nabijene čestice) određenom silom

5. U prirodi nema magnetnih naboja. Ne možete razdvojiti sjeverni i južni pol i dobiti tijelo sa jednim polom.

6. Razlog zašto tijela imaju magnetna svojstva otkrio je francuski naučnik Amper. Amper je iznio zaključak da su magnetska svojstva bilo kojeg tijela određena zatvorenim električnim strujama unutar njega.

Ove struje predstavljaju kretanje elektrona po orbitama u atomu.

Ako su ravni u kojima te struje kruže nasumično smještene jedna u odnosu na drugu zbog toplinskog kretanja molekula koji čine tijelo, tada su njihove interakcije međusobno kompenzirane i tijelo ne pokazuje nikakva magnetna svojstva.

I obrnuto: ako su ravni u kojima se rotiraju elektroni paralelne jedna s drugom i pravci normala na ove ravnine se poklapaju, tada takve tvari pojačavaju vanjsko magnetsko polje.

7. Magnetne sile djeluju u magnetskom polju u određenim smjerovima, koji se nazivaju magnetne linije sila. Uz njihovu pomoć možete jednostavno i jasno prikazati magnetno polje u određenom slučaju.

Da bismo što preciznije prikazali magnetno polje, dogovorili smo se da na onim mestima gde je polje jače prikažemo gušće smeštene linije sile, tj. bliže jedno drugom. I obrnuto, na mjestima gdje je polje slabije, linije polja se prikazuju u manjem broju, tj. rjeđe locirani.

8. Magnetno polje karakterizira vektor magnetske indukcije.

Vektor magnetske indukcije je vektorska veličina koja karakteriše magnetsko polje.

Smjer vektora magnetske indukcije poklapa se sa smjerom sjevernog pola slobodne magnetne igle u datoj tački.

Smjer vektora indukcije polja i jačina struje I povezani su "pravilom desnog vijka (gimlet)":

ako zavrtite gimlet u smjeru struje u vodiču, tada će se smjer brzine kretanja kraja njegove ručke u datoj točki poklopiti sa smjerom vektora magnetske indukcije u ovoj točki.

Još se sjećamo magnetnog polja iz škole, to je ono što "iskače" u sjećanju ne svima. Hajde da osvježimo ono kroz šta smo prošli, a možda i nešto novo, korisno i zanimljivo.

Određivanje magnetnog polja

Magnetno polje je polje sile koje djeluje na pokretne električne naboje (čestice). Zbog ovog polja sile, objekti se privlače jedni prema drugima. Postoje dvije vrste magnetnih polja:

1. Gravitacioni - formira se isključivo u blizini elementarnih čestica i viruetsya u svojoj snazi ​​na osnovu karakteristika i strukture ovih čestica.
2. Dinamički, proizvedeni u objektima s pokretnim električnim nabojem (predajnici struje, magnetizirane tvari).

Oznaku magnetnog polja prvi put je uveo M. Faraday 1845. godine, iako je njegovo značenje bilo pomalo pogrešno, jer se vjerovalo da se i električni i magnetski efekti i interakcije zasnivaju na istom materijalnom polju. Kasnije, 1873., D. Maxwell je "predstavio" kvantnu teoriju, u kojoj su ovi koncepti počeli da se razdvajaju, a prethodno izvedeno polje sila nazvano je elektromagnetno polje.

Kako se pojavljuje magnetsko polje?

Ljudsko oko ne percipira magnetna polja raznih objekata, a to mogu popraviti samo posebni senzori. Izvor pojave magnetskog polja sile u mikroskopskoj skali je kretanje magnetiziranih (nabijenih) mikročestica, a to su:

• joni;
• elektroni;
• protona.

Njihovo kretanje nastaje zbog spin magnetskog momenta, koji je prisutan u svakoj mikročestici.

Magnetno polje, gdje se može naći?

Koliko god to čudno zvučalo, ali gotovo svi objekti oko nas imaju svoje magnetsko polje. Iako u konceptu mnogih, samo kamenčić koji se zove magnet ima magnetno polje, koje privlači željezne predmete na sebe. Zapravo, sila privlačenja je u svim objektima, ona se manifestuje samo u nižoj valenciji.

Također treba pojasniti da se polje sile, koje se zove magnetno, pojavljuje samo pod uvjetom da se električni naboji ili tijela kreću.

Nepokretni naboji imaju polje električne sile (može biti prisutno iu pokretnim nabojima). Ispostavilo se da su izvori magnetnog polja:

• Trajni magneti;
• mobilne naknade.

Magnetno polje je dugo vremena postavljalo mnoga pitanja kod ljudi, ali čak i sada ostaje malo poznata pojava. Mnogi naučnici su pokušali da prouče njegove karakteristike i svojstva, jer su koristi i potencijal korišćenja polja bili neosporne činjenice.

Hajdemo sve po redu. Dakle, kako se bilo koje magnetsko polje ponaša i formira? Tako je, električna struja. A struja je, prema udžbenicima fizike, tok nabijenih čestica sa smjerom, zar ne? Dakle, kada struja prođe kroz bilo koji provodnik, određena vrsta materije počinje da djeluje oko njega - magnetsko polje. Magnetno polje može biti stvoreno strujom nabijenih čestica ili magnetnim momentima elektrona u atomima. Sada ovo polje i materija imaju energiju, vidimo je u elektromagnetnim silama koje mogu uticati na struju i njena naelektrisanja. Magnetno polje počinje djelovati na tok nabijenih čestica, a one mijenjaju početni smjer kretanja okomito na samo polje.

Drugo magnetsko polje se može nazvati elektrodinamičkim, jer se formira u blizini pokretnih čestica i utiče samo na čestice koje se kreću. Pa, dinamičan je zbog činjenice da ima posebnu strukturu u rotirajućim bionima u području svemira. Običan električni pokretni naboj može ih natjerati da se rotiraju i kreću. Bioni prenose sve moguće interakcije u ovoj oblasti prostora. Prema tome, pokretni naboj privlači jedan pol svih biona i uzrokuje njihovu rotaciju. Samo ih on može izvesti iz stanja mirovanja, ništa drugo, jer druge sile neće moći da utiču na njih.

U električnom polju nalaze se nabijene čestice koje se kreću vrlo brzo i mogu preći 300.000 km u samo jednoj sekundi. Svetlost ima istu brzinu. Nema magnetskog polja bez električnog naboja. To znači da su čestice nevjerovatno usko povezane jedna s drugom i da postoje u zajedničkom elektromagnetnom polju. To jest, ako dođe do bilo kakvih promjena u magnetskom polju, onda će doći do promjena u električnom polju. Ovaj zakon je također poništen.

Ovdje puno pričamo o magnetnom polju, ali kako ga možete zamisliti? Ne možemo to vidjeti našim ljudskim golim okom. Štoviše, zbog nevjerovatno brzog širenja polja, nemamo vremena da ga popravimo uz pomoć raznih uređaja. Ali da bi se nešto proučavalo, mora se imati barem neka ideja o tome. Također je često potrebno prikazati magnetno polje u dijagramima. Kako bi se lakše razumjelo, povlače se uvjetne linije polja. Odakle im? Izmišljeni su s razlogom.

Pokušajmo vidjeti magnetsko polje uz pomoć malih metalnih strugotina i običnog magneta. Ovu piljevinu ćemo sipati na ravnu površinu i uvesti je u djelovanje magnetskog polja. Tada ćemo vidjeti da će se kretati, rotirati i poredati u uzorak ili uzorak. Rezultirajuća slika će pokazati približan učinak sila u magnetskom polju. Sve sile i, shodno tome, linije sile su na ovom mestu neprekidne i zatvorene.

Magnetna igla ima slične karakteristike i svojstva kao kompas i koristi se za određivanje smjera linija sile. Ako padne u zonu djelovanja magnetskog polja, možemo vidjeti smjer djelovanja sila na njegovom sjevernom polu. Zatim ćemo odavde izdvojiti nekoliko zaključaka: vrh običnog trajnog magneta, iz kojeg izlaze linije sile, označen je sjevernim polom magneta. Dok južni pol označava tačku u kojoj su sile zatvorene. Pa, linije sile unutar magneta nisu istaknute na dijagramu.

Magnetno polje, njegova svojstva i karakteristike imaju dosta široku primjenu, jer se u mnogim problemima mora uzeti u obzir i proučavati. Ovo je najvažniji fenomen u nauci fizike. S njom su neraskidivo povezane složenije stvari, poput magnetske permeabilnosti i indukcije. Da bi se objasnili svi razlozi za pojavu magnetnog polja, treba se osloniti na stvarne naučne činjenice i potvrde. U suprotnom, u složenijim problemima, pogrešan pristup može narušiti integritet teorije.

Sada dajemo primjere. Svi poznajemo našu planetu. Kažete da nema magnetno polje? Možda ste u pravu, ali naučnici kažu da procesi i interakcije unutar Zemljinog jezgra stvaraju ogromno magnetno polje koje se proteže hiljadama kilometara. Ali svako magnetno polje mora imati svoje polove. I postoje, samo se nalaze malo dalje od geografskog pola. Kako to osjećamo? Na primjer, ptice imaju razvijene navigacijske sposobnosti, a orijentiraju se, posebno, pomoću magnetnog polja. Dakle, uz njegovu pomoć, guske bezbedno stižu u Laponiju. Posebni navigacijski uređaji također koriste ovaj fenomen.

Magnetno polje to je materija koja nastaje oko izvora električne struje, kao i oko permanentnih magneta. U svemiru se magnetsko polje prikazuje kao kombinacija sila koje mogu utjecati na magnetizirana tijela. Ova akcija se objašnjava prisustvom pokretačkih pražnjenja na molekularnom nivou.

Magnetno polje se formira samo oko električnih naboja koji su u pokretu. Zato su magnetsko i električno polje integralno i zajedno formiraju elektromagnetno polje. Komponente magnetskog polja su međusobno povezane i djeluju jedna na drugu, mijenjajući svoja svojstva.

Svojstva magnetnog polja:
1. Magnetno polje nastaje pod uticajem pokretanja naelektrisanja električne struje.
2. U bilo kojoj svojoj tački, magnetsko polje karakterizira vektor fizičke veličine tzv magnetna indukcija, što je karakteristika sile magnetnog polja.
3. Magnetno polje može uticati samo na magnete, provodne provodnike i pokretna naelektrisanja.
4. Magnetno polje može biti konstantnog i promjenjivog tipa
5. Magnetno polje se mjeri samo posebnim uređajima i ne može se percipirati ljudskim osjetilima.
6. Magnetno polje je elektrodinamičko, jer nastaje samo tokom kretanja naelektrisanih čestica i utiče samo na naelektrisanja koja su u pokretu.
7. Nabijene čestice se kreću duž okomite putanje.

Veličina magnetnog polja ovisi o brzini promjene magnetnog polja. Prema tome, postoje dvije vrste magnetnog polja: dinamičko magnetno polje i gravitaciono magnetno polje. Gravitaciono magnetno polje nastaje samo u blizini elementarnih čestica i formira se u zavisnosti od strukturnih karakteristika ovih čestica.

Magnetski trenutak nastaje kada magnetsko polje djeluje na vodljivi okvir. Drugim riječima, magnetni moment je vektor koji se nalazi na liniji koja ide okomito na okvir.

Magnetno polje se može prikazati grafički koristeći magnetne linije sile. Ove linije su povučene u takvom smjeru da se smjer sila polja poklapa sa smjerom same linije polja. Linije magnetnog polja su kontinuirane i zatvorene u isto vrijeme.

Smjer magnetskog polja određuje se pomoću magnetske igle. Linije sile određuju i polaritet magneta, kraj sa izlazom iz linija sile je sjeverni pol, a kraj sa ulazom ovih linija je južni pol.

Vrlo je zgodno vizualno procijeniti magnetsko polje koristeći obične željezne strugotine i komad papira.
Ako stavimo list papira na trajni magnet, a odozgo posipamo piljevinu, tada će se čestice željeza poredati prema linijama magnetnog polja.

Smjer linija sile za provodnik je prikladno određen poznatim pravilo gimleta ili pravilo desne ruke. Ako rukom uhvatimo provodnik tako da palac gleda u smjeru struje (od minusa do plusa), tada će nam 4 preostala prsta pokazati smjer linija magnetskog polja.

A smjer Lorentzove sile - sila kojom magnetsko polje djeluje na nabijenu česticu ili provodnik strujom, prema pravilo lijeve ruke.
Ako lijevu ruku stavimo u magnetsko polje tako da 4 prsta gledaju u smjeru struje u provodniku, a linije sile ulaze u dlan, tada će palac pokazati smjer Lorentzove sile, sile koja djeluje na provodnik postavljen u magnetsko polje.

To je otprilike to. Svakako postavite sva pitanja u komentarima.