Câmp magnetic: cauze și caracteristici. Un câmp magnetic

Câmpul magnetic al Pământului este o formațiune generată de surse din interiorul planetei. Este obiectul de studiu al secțiunii corespunzătoare de geofizică. În continuare, să aruncăm o privire mai atentă la ce este câmpul magnetic al Pământului, cum se formează.

informatii generale

Nu departe de suprafața Pământului, aproximativ la o distanță de trei din razele sale, liniile de forță din câmpul magnetic sunt dispuse într-un sistem de „două sarcini polare”. Aici este o zonă numită „sfera de plasmă”. Odată cu distanța de la suprafața planetei, influența fluxului de particule ionizate din coroana solară crește. Acest lucru duce la comprimarea magnetosferei din partea Soarelui și invers, câmpul magnetic al Pământului este scos din partea opusă, în umbră.

sferă de plasmă

Un efect tangibil asupra câmpului magnetic de suprafață al Pământului este exercitat de mișcarea direcționată a particulelor încărcate în straturile superioare ale atmosferei (ionosferă). Locația acestuia din urmă este de la o sută de kilometri și mai sus de suprafața planetei. Câmpul magnetic al Pământului deține plasmasfera. Cu toate acestea, structura sa depinde foarte mult de activitatea vântului solar și de interacțiunea acestuia cu stratul de reținere. Iar frecvența furtunilor magnetice de pe planeta noastră se datorează erupțiilor solare.

Terminologie

Există un concept de „axa magnetică a Pământului”. Aceasta este o linie dreaptă care trece prin polii corespunzători ai planetei. „Ecuatorul magnetic” este cercul mare al planului perpendicular pe această axă. Vectorul de pe el are o direcție apropiată de orizontală. Intensitatea medie a câmpului magnetic al Pământului depinde în mod semnificativ de locația geografică. Este aproximativ egal cu 0,5 Oe, adică 40 A / m. La ecuatorul magnetic, același indicator este de aproximativ 0,34 Oe, iar în apropierea polilor este aproape de 0,66 Oe. În unele anomalii ale planetei, de exemplu, în cadrul anomaliei Kursk, indicatorul este crescut și se ridică la 2 Oe. Câmp liniile magnetosferei Pământului cu o structură complexă, proiectate pe suprafața sa și convergând către propriii poli, sunt numite „meridiane magnetice”.

Natura apariției. Ipoteze și conjecturi

Nu cu mult timp în urmă, ipoteza despre legătura dintre apariția magnetosferei Pământului și fluxul de curent într-un miez de metal lichid, situat la o distanță de un sfert sau o treime din raza planetei noastre, a câștigat dreptul de a exista. Oamenii de știință au o presupunere despre așa-numiții „curenți teluric” care curg în apropierea scoarței terestre. Trebuie spus că în timp are loc o transformare a formațiunii. Câmpul magnetic al Pământului s-a schimbat de multe ori în ultimii o sută optzeci de ani. Acest lucru este fixat în scoarța oceanică, iar acest lucru este evidențiat de studiile de magnetizare remanentă. Prin compararea secțiunilor de pe ambele părți ale crestelor oceanului, se determină timpul de divergență a acestor secțiuni.

Schimbarea polului magnetic al Pământului

Locația acestor părți ale planetei nu este constantă. Faptul deplasărilor lor a fost consemnat încă de la sfârșitul secolului al XIX-lea. În emisfera sudică, polul magnetic s-a deplasat cu 900 km în acest timp și a ajuns în Oceanul Indian. Procese similare au loc în partea de nord. Aici polul se deplasează către anomalia magnetică din Siberia de Est. Din 1973 până în 1994, distanța pe care s-a deplasat aici tronsonul a fost de 270 km. Aceste date precalculate au fost ulterior confirmate prin măsurători. Potrivit ultimelor date, viteza polului magnetic al emisferei nordice a crescut semnificativ. A crescut de la 10 km/an în anii șaptezeci ai secolului trecut la 60 km/an la începutul acestui secol. În același timp, puterea câmpului magnetic al pământului scade în mod neuniform. Deci, în ultimii 22 de ani, a scăzut pe alocuri cu 1,7%, iar undeva cu 10%, deși sunt și zone în care, dimpotrivă, a crescut. Accelerația în deplasarea polilor magnetici (cu aproximativ 3 km pe an) dă motive să presupunem că mișcarea lor observată astăzi nu este o excursie, aceasta este o altă inversiune.

Acest lucru este confirmat indirect de creșterea așa-numitelor „goluri polare” în sudul și nordul magnetosferei. Materialul ionizat al coroanei solare și al spațiului pătrunde rapid în extensiile rezultate. Din aceasta, o cantitate tot mai mare de energie este colectată în regiunile subpolare ale Pământului, care în sine este plină de încălzire suplimentară a calotelor polare.

Coordonatele

Știința care studiază razele cosmice folosește coordonatele câmpului geomagnetic, numit după omul de știință McIlwain. El a fost primul care a sugerat utilizarea lor, deoarece se bazează pe variante modificate ale activității elementelor încărcate într-un câmp magnetic. Două coordonate (L, B) sunt folosite pentru un punct. Ele caracterizează învelișul magnetic (parametrul McIlwain) și inducția câmpului L. Acesta din urmă este un parametru egal cu raportul dintre distanța medie a sferei de la centrul planetei la raza acesteia.

„Înclinație magnetică”

Cu câteva mii de ani în urmă, chinezii au făcut o descoperire uimitoare. Ei au descoperit că obiectele magnetizate pot fi plasate într-o anumită direcție. Iar la mijlocul secolului al XVI-lea, Georg Cartmann, un om de știință german, a făcut o altă descoperire în acest domeniu. Așa a apărut conceptul de „înclinare magnetică”. Acest nume înseamnă unghiul de abatere al săgeții în sus sau în jos față de planul orizontal sub influența magnetosferei planetei.

Din istoria cercetării

În regiunea ecuatorului magnetic nordic, care este diferită de cea geografică, capătul nordic coboară, iar în sud, dimpotrivă, urcă. În 1600, medicul englez William Gilbert a făcut pentru prima dată presupuneri cu privire la prezența câmpului magnetic al Pământului, determinând un anumit comportament al obiectelor premagnetizate. În cartea sa, el a descris un experiment cu o minge echipată cu o săgeată de fier. În urma cercetărilor, el a ajuns la concluzia că Pământul este un magnet mare. Experimentele au fost realizate și de astronomul englez Henry Gellibrant. În urma observațiilor sale, a ajuns la concluzia că câmpul magnetic al Pământului este supus unor modificări lente.

José de Acosta a descris posibilitatea folosirii unei busole. De asemenea, a stabilit diferența dintre Polul Magnetic și Polul Nord, iar în celebra sa Istorie (1590) a fost fundamentată teoria liniilor fără deviație magnetică. Cristofor Columb a avut, de asemenea, o contribuție semnificativă la studiul problemei luate în considerare. El deține descoperirea inconsecvenței declinației magnetice. Transformările sunt făcute în funcție de modificările coordonatelor geografice. Declinația magnetică este unghiul de abatere al săgeții de la direcția nord-sud. În legătură cu descoperirea lui Columb, cercetările s-au intensificat. Informațiile despre ce este câmpul magnetic al Pământului au fost extrem de necesare pentru navigatori. M. V. Lomonosov a lucrat și el la această problemă. Pentru studiul magnetismului terestru, el a recomandat efectuarea de observații sistematice folosind puncte permanente (cum ar fi observatoarele) pentru aceasta. De asemenea, a fost foarte important, potrivit lui Lomonosov, să se realizeze acest lucru pe mare. Această idee a marelui om de știință a fost realizată în Rusia șaizeci de ani mai târziu. Descoperirea Polului Magnetic în arhipelagul canadian îi aparține exploratorului polar englez John Ross (1831). Și în 1841, a descoperit și celălalt pol al planetei, dar deja în Antarctica. Ipoteza despre originea câmpului magnetic al Pământului a fost propusă de Carl Gauss. Curând, el a dovedit că cea mai mare parte este alimentată dintr-o sursă din interiorul planetei, dar motivul abaterilor sale ușoare este în mediul extern.

Un câmp magnetic este o formă specială de materie care este creată de magneți, conductori cu curent (particule încărcate în mișcare) și care poate fi detectat prin interacțiunea magneților, conductori cu curent (particule încărcate în mișcare).

Experiența lui Oersted

Primele experimente (realizate în 1820), care au arătat că există o legătură profundă între fenomenele electrice și magnetice, au fost experimentele fizicianului danez H. Oersted.

Un ac magnetic situat în apropierea conductorului se rotește printr-un anumit unghi atunci când curentul este pornit în conductor. Când circuitul este deschis, săgeata revine la poziția inițială.

Din experiența lui G. Oersted rezultă că în jurul acestui conductor există un câmp magnetic.

Ampère experiență
Doi conductori paraleli, prin care circulă un curent electric, interacționează unul cu celălalt: se atrag dacă curenții sunt în aceeași direcție și se resping dacă curenții sunt în sens opus. Acest lucru se datorează interacțiunii câmpurilor magnetice care apar în jurul conductorilor.

Proprietățile câmpului magnetic

1. Material, adică există independent de noi și de cunoștințele noastre despre aceasta.

2. Creat de magneți, conductori cu curent (particule încărcate în mișcare)

3. Detectat prin interacțiunea magneților, conductorilor cu curentul (particulele încărcate în mișcare)

4. Acționează asupra magneților, conductoarelor cu curent (particulele încărcate în mișcare) cu o oarecare forță

5. Nu există încărcături magnetice în natură. Nu puteți separa polii nord și sud și obțineți un corp cu un singur pol.

6. Motivul pentru care corpurile au proprietăți magnetice a fost găsit de omul de știință francez Ampère. Ampere a prezentat concluzia că proprietățile magnetice ale oricărui corp sunt determinate de curenții electrici închisi din interiorul acestuia.

Acești curenți reprezintă mișcarea electronilor pe orbite ale atomului.

Dacă planurile în care circulă acești curenți sunt situate aleatoriu unul față de celălalt datorită mișcării termice a moleculelor care alcătuiesc corpul, atunci interacțiunile lor sunt compensate reciproc și corpul nu prezintă nicio proprietate magnetică.

Și invers: dacă planurile în care se rotesc electronii sunt paralele între ele și direcțiile normalelor către aceste planuri coincid, atunci astfel de substanțe sporesc câmpul magnetic extern.

7. Forțele magnetice acționează într-un câmp magnetic în anumite direcții, care se numesc linii de forță magnetice. Cu ajutorul lor, puteți afișa convenabil și clar câmpul magnetic într-un anumit caz.

Pentru a reprezenta mai exact câmpul magnetic, am convenit în acele locuri în care câmpul este mai puternic, să arătăm liniile de forță situate mai dens, adică. mai aproape unul de altul. Și invers, în locurile în care câmpul este mai slab, liniile de câmp sunt afișate într-un număr mai mic, adică. localizat mai rar.

8. Câmpul magnetic caracterizează vectorul inducţiei magnetice.

Vectorul de inducție magnetică este o mărime vectorială care caracterizează câmpul magnetic.

Direcția vectorului de inducție magnetică coincide cu direcția polului nord al unui ac magnetic liber într-un punct dat.

Direcția vectorului de inducție a câmpului și puterea curentului I sunt legate de „regula șurubului drept (brașă)”:

dacă înșurubați brațul în direcția curentului din conductor, atunci direcția vitezei de mișcare a capătului mânerului său într-un punct dat va coincide cu direcția vectorului de inducție magnetică în acest punct.

Încă ne amintim despre câmpul magnetic de la școală, tocmai asta este, „apare” în amintirile nu tuturor. Să reîmprospătăm prin ce am trecut și poate să vă spunem ceva nou, util și interesant.

Determinarea câmpului magnetic

Un câmp magnetic este un câmp de forță care acționează asupra sarcinilor electrice în mișcare (particule). Datorită acestui câmp de forță, obiectele sunt atrase unele de altele. Există două tipuri de câmpuri magnetice:

1. Gravitațional - se formează exclusiv în apropierea particulelor elementare și viruetsya în puterea sa pe baza caracteristicilor și structurii acestor particule.
2. Dinamic, produs în obiecte cu sarcini electrice în mișcare (transmițătoare de curent, substanțe magnetizate).

Pentru prima dată, denumirea câmpului magnetic a fost introdusă de M. Faraday în 1845, deși semnificația lui era puțin eronată, deoarece se credea că atât efectele electrice, cât și magnetice și interacțiunile se bazează pe același câmp material. Mai târziu, în 1873, D. Maxwell a „prezentat” teoria cuantică, în care aceste concepte au început să fie separate, iar câmpul de forță derivat anterior a fost numit câmp electromagnetic.

Cum apare un câmp magnetic?

Câmpurile magnetice ale diferitelor obiecte nu sunt percepute de ochiul uman și doar senzorii speciali îl pot repara. Sursa apariției unui câmp de forță magnetic la scară microscopică este mișcarea microparticulelor magnetizate (încărcate), care sunt:

• ioni;
• electroni;
• protoni.

Mișcarea lor are loc datorită momentului magnetic de spin, care este prezent în fiecare microparticulă.

Câmp magnetic, unde poate fi găsit?

Oricât de ciudat ar suna, dar aproape toate obiectele din jurul nostru au propriul lor câmp magnetic. Deși în conceptul multora, doar o pietricică numită magnet are un câmp magnetic, care atrage obiectele de fier spre sine. De fapt, forța de atracție este în toate obiectele, ea se manifestă doar într-o valență mai mică.

De asemenea, trebuie clarificat faptul că câmpul de forță, numit magnetic, apare doar cu condiția ca sarcinile electrice sau corpurile să se miște.

Sarcinile imobile au un câmp de forță electric (poate fi prezent și în sarcinile în mișcare). Rezultă că sursele câmpului magnetic sunt:

• magneți permanenți;
• taxe mobile.

Multă vreme, câmpul magnetic a ridicat multe întrebări la om, dar și acum rămâne un fenomen puțin cunoscut. Mulți oameni de știință au încercat să-i studieze caracteristicile și proprietățile, deoarece beneficiile și potențialul utilizării domeniului erau fapte incontestabile.

Să luăm totul în ordine. Deci, cum acționează și se formează orice câmp magnetic? Așa e, curent electric. Iar curentul, conform manualelor de fizică, este un flux de particule încărcate cu o direcție, nu-i așa? Deci, atunci când un curent trece prin orice conductor, un anumit tip de materie începe să acționeze în jurul lui - un câmp magnetic. Câmpul magnetic poate fi creat de curentul particulelor încărcate sau de momentele magnetice ale electronilor din atomi. Acum acest câmp și materia au energie, o vedem în forțe electromagnetice care pot afecta curentul și sarcinile sale. Câmpul magnetic începe să acționeze asupra fluxului de particule încărcate și schimbă direcția inițială de mișcare perpendiculară pe câmpul însuși.

Un alt câmp magnetic poate fi numit electrodinamic, deoarece se formează în apropierea particulelor în mișcare și afectează doar particulele în mișcare. Ei bine, este dinamic datorită faptului că are o structură specială în rotația de bioni într-o regiune a spațiului. O sarcină electrică obișnuită în mișcare le poate face să se rotească și să se miște. Bionii transmit orice interacțiuni posibile în această regiune a spațiului. Prin urmare, sarcina în mișcare atrage un pol din toți bionii și îi face să se rotească. Numai el îi poate scoate dintr-o stare de odihnă, nimic altceva, pentru că alte forțe nu le vor putea influența.

Într-un câmp electric sunt particule încărcate care se mișcă foarte repede și pot parcurge 300.000 km într-o secundă. Lumina are aceeași viteză. Nu există câmp magnetic fără sarcină electrică. Aceasta înseamnă că particulele sunt incredibil de strâns legate între ele și există într-un câmp electromagnetic comun. Adică, dacă există modificări în câmpul magnetic, atunci vor exista modificări în câmpul electric. Această lege este, de asemenea, inversată.

Vorbim mult despre câmpul magnetic aici, dar cum vă puteți imagina? Nu o putem vedea cu ochiul nostru liber uman. Mai mult, din cauza propagării incredibil de rapide a câmpului, nu avem timp să-l reparăm cu ajutorul diverselor dispozitive. Dar pentru a studia ceva, trebuie să ai măcar o idee despre asta. De asemenea, este adesea necesar să se descrie câmpul magnetic în diagrame. Pentru a fi mai ușor de înțeles, sunt trasate linii de câmp condiționat. De unde le-au luat? Au fost inventate cu un motiv.

Să încercăm să vedem câmpul magnetic cu ajutorul unor mici pilituri metalice și a unui magnet obișnuit. Vom turna acest rumeguș pe o suprafață plană și le vom introduce în acțiunea unui câmp magnetic. Apoi vom vedea că se vor mișca, se vor roti și se vor alinia într-un model sau model. Imaginea rezultată va arăta efectul aproximativ al forțelor într-un câmp magnetic. Toate forțele și, în consecință, liniile de forță sunt continue și închise în acest loc.

Acul magnetic are caracteristici și proprietăți similare cu o busolă și este folosit pentru a determina direcția liniilor de forță. Dacă intră în zona de acțiune a unui câmp magnetic, putem vedea direcția de acțiune a forțelor de către polul său nord. Apoi vom evidenția câteva concluzii de aici: vârful unui magnet permanent obișnuit, din care emană liniile de forță, este desemnat de polul nord al magnetului. În timp ce polul sudic indică punctul în care forțele sunt închise. Ei bine, liniile de forță din interiorul magnetului nu sunt evidențiate în diagramă.

Câmpul magnetic, proprietățile și caracteristicile sale sunt destul de utilizate pe scară largă, deoarece în multe probleme trebuie luate în considerare și studiate. Acesta este cel mai important fenomen din știința fizicii. Lucruri mai complexe sunt indisolubil legate de el, cum ar fi permeabilitatea magnetică și inducția. Pentru a explica toate motivele apariției unui câmp magnetic, trebuie să se bazeze pe fapte și confirmări științifice reale. În caz contrar, în probleme mai complexe, abordarea greșită poate încălca integritatea teoriei.

Acum să dăm exemple. Cu toții ne cunoaștem planeta. Spui că nu are câmp magnetic? Poate ai dreptate, dar oamenii de știință spun că procesele și interacțiunile din interiorul nucleului Pământului creează un câmp magnetic uriaș care se întinde pe mii de kilometri. Dar orice câmp magnetic trebuie să aibă polii săi. Și există, doar situate puțin departe de polul geografic. Cum o simțim? De exemplu, păsările au dezvoltat abilități de navigare și se orientează, în special, după câmpul magnetic. Așa că, cu ajutorul lui, gâștele ajung în siguranță în Laponia. Dispozitivele speciale de navigație folosesc și ele acest fenomen.

Un câmp magnetic aceasta este materia care apare în jurul surselor de curent electric, precum și în jurul magneților permanenți. În spațiu, câmpul magnetic este afișat ca o combinație de forțe care pot afecta corpurile magnetizate. Această acțiune se explică prin prezența descărcărilor de antrenare la nivel molecular.

Câmpul magnetic se formează numai în jurul sarcinilor electrice care sunt în mișcare. De aceea câmpurile magnetice și electrice sunt integrale și se formează împreună câmp electromagnetic. Componentele câmpului magnetic sunt interconectate și acționează unul asupra celuilalt, schimbându-și proprietățile.

Proprietățile câmpului magnetic:
1. Câmpul magnetic apare sub influența sarcinilor de antrenare a curentului electric.
2. În oricare dintre punctele sale, câmpul magnetic este caracterizat de un vector de mărime fizică numit inducție magnetică, care este forța caracteristică câmpului magnetic.
3. Câmpul magnetic poate afecta numai magneții, conductoarele conductoare și sarcinile în mișcare.
4. Câmpul magnetic poate fi de tip constant și variabil
5. Câmpul magnetic se măsoară numai cu dispozitive speciale și nu poate fi perceput de simțurile umane.
6. Câmpul magnetic este electrodinamic, deoarece este generat doar în timpul mișcării particulelor încărcate și afectează doar sarcinile care sunt în mișcare.
7. Particulele încărcate se deplasează pe o traiectorie perpendiculară.

Mărimea câmpului magnetic depinde de viteza de modificare a câmpului magnetic. În consecință, există două tipuri de câmp magnetic: câmp magnetic dinamicși câmp magnetic gravitațional. Câmp magnetic gravitațional apare numai în apropierea particulelor elementare și se formează în funcție de caracteristicile structurale ale acestor particule.

Moment magnetic apare atunci când un câmp magnetic acţionează asupra unui cadru conductor. Cu alte cuvinte, momentul magnetic este un vector care se află pe linia care merge perpendicular pe cadru.

Câmpul magnetic poate fi reprezentat grafic folosind linii de forță magnetice. Aceste linii sunt trasate în așa direcție încât direcția forțelor câmpului să coincidă cu direcția liniei câmpului în sine. Liniile de câmp magnetic sunt continue și închise în același timp.

Direcția câmpului magnetic este determinată cu ajutorul unui ac magnetic. Liniile de forță determină și polaritatea magnetului, capătul cu ieșirea liniilor de forță este polul nord, iar capătul cu intrarea acestor linii este polul sud.

Este foarte convenabil să evaluați vizual câmpul magnetic folosind pilitura obișnuită de fier și o bucată de hârtie.
Dacă punem o foaie de hârtie pe un magnet permanent și presărăm rumeguș deasupra, atunci particulele de fier se vor alinia în funcție de liniile câmpului magnetic.

Direcția liniilor de forță pentru conductor este determinată convenabil de faimos regula gimlet sau regula mana dreapta. Dacă apucăm conductorul cu mâna astfel încât degetul mare să privească în direcția curentului (de la minus la plus), atunci cele 4 degete rămase ne vor arăta direcția liniilor câmpului magnetic.

Și direcția forței Lorentz - forța cu care câmpul magnetic acționează asupra unei particule sau a unui conductor încărcat cu curent, conform regula mana stanga.
Dacă plasăm mâna stângă într-un câmp magnetic astfel încât 4 degete să privească în direcția curentului din conductor, iar liniile de forță intră în palmă, atunci degetul mare va indica direcția forței Lorentz, forța acționând asupra conductorul plasat în câmpul magnetic.

Cam atât. Asigurați-vă că puneți orice întrebări în comentarii.