Magnetické pole: príčiny a charakteristiky. Magnetické pole

Magnetické pole Zeme je útvar generovaný zdrojmi v rámci planéty. Je predmetom štúdia zodpovedajúcej sekcie geofyziky. Ďalej sa pozrime bližšie na to, čo je magnetické pole Zeme, ako vzniká.

všeobecné informácie

Neďaleko povrchu Zeme, približne vo vzdialenosti troch jej polomerov, sú siločiary od magnetického poľa usporiadané do sústavy „dvoch polárnych nábojov“. Tu je oblasť nazývaná "plazmová guľa". So vzdialenosťou od povrchu planéty sa zvyšuje vplyv toku ionizovaných častíc zo slnečnej koróny. To vedie k stlačeniu magnetosféry zo strany Slnka a naopak, magnetické pole Zeme sa vytiahne z opačnej, tieňovej strany.

plazmová guľa

Hmatateľný vplyv na povrchové magnetické pole Zeme má riadený pohyb nabitých častíc v horných vrstvách atmosféry (ionosféra). Poloha toho druhého je od sto kilometrov a viac od povrchu planéty. Magnetické pole Zeme drží plazmovú sféru. Jeho štruktúra však silne závisí od aktivity slnečného vetra a jeho interakcie so zádržnou vrstvou. A frekvencia magnetických búrok na našej planéte je spôsobená slnečnými erupciami.

Terminológia

Existuje pojem „magnetická os Zeme“. Toto je priamka, ktorá prechádza cez príslušné póly planéty. "Magnetický rovník" je veľký kruh roviny kolmej na túto os. Vektor na ňom má smer blízky horizontále. Priemerná intenzita magnetického poľa Zeme je výrazne závislá od geografickej polohy. Približne sa rovná 0,5 Oe, to znamená 40 A / m. Na magnetickom rovníku je ten istý indikátor približne 0,34 Oe av blízkosti pólov je blízko 0,66 Oe. V niektorých anomáliách planéty, napríklad v rámci Kurskej anomálie, je indikátor zvýšený a dosahuje 2 Oe. čiary zemskej magnetosféry so zložitou štruktúrou, premietané na jej povrch a zbiehajúce sa na jej vlastných póloch, sa nazývajú "magnetické poludníky".

Povaha výskytu. Predpoklady a dohady

Nie je to tak dávno, čo predpoklad o súvislosti medzi vznikom zemskej magnetosféry a prúdením prúdu v tekutom kovovom jadre, ktoré sa nachádza vo vzdialenosti štvrtiny alebo tretiny polomeru našej planéty, získal právo na existenciu. Vedci majú predpoklad o takzvaných „telurických prúdoch“ prúdiacich v blízkosti zemskej kôry. Treba povedať, že časom dochádza k premene formácie. Magnetické pole Zeme sa za posledných stoosemdesiat rokov mnohokrát zmenilo. Toto je fixované v oceánskej kôre a dokazujú to štúdie remanentnej magnetizácie. Porovnaním úsekov na oboch stranách oceánskych chrbtov sa určí čas divergencie týchto úsekov.

Posun magnetického pólu Zeme

Poloha týchto častí planéty nie je konštantná. Skutočnosť ich presunov je zaznamenaná od konca devätnásteho storočia. Na južnej pologuli sa za tento čas magnetický pól posunul o 900 km a skončil v Indickom oceáne. Podobné procesy prebiehajú v severnej časti. Tu sa pól posúva smerom k magnetickej anomálii vo východnej Sibíri. Od roku 1973 do roku 1994 sa sem úsek presunul 270 km. Tieto vopred vypočítané údaje boli neskôr potvrdené meraniami. Podľa najnovších údajov sa rýchlosť magnetického pólu severnej pologule výrazne zvýšila. Vzrástol z 10 km/rok v sedemdesiatych rokoch minulého storočia na 60 km/rok na začiatku tohto storočia. Zároveň nerovnomerne klesá sila zemského magnetického poľa. Za posledných 22 rokov teda niekde klesol o 1,7 %, niekde o 10 %, hoci sú aj oblasti, kde sa naopak zvýšil. Zrýchlenie posunu magnetických pólov (približne o 3 km za rok) dáva dôvod predpokladať, že ich dnes pozorovaný pohyb nie je exkurzia, je to ďalšia inverzia.

Nepriamo to potvrdzuje nárast takzvaných „polárnych medzier“ na juhu a severe magnetosféry. Ionizovaný materiál slnečnej koróny a vesmíru rýchlo preniká do výsledných rozšírení. Z toho sa v subpolárnych oblastiach Zeme zhromažďuje stále väčšie množstvo energie, čo je samo o sebe spojené s dodatočným zahrievaním polárnych ľadovcov.

Súradnice

Veda, ktorá študuje kozmické žiarenie, využíva súradnice geomagnetického poľa pomenovaného po vedcovi McIlwainovi. Ako prvý ich navrhol použiť, keďže sú založené na modifikovaných variantoch aktivity nabitých prvkov v magnetickom poli. Pre bod sa používajú dve súradnice (L, B). Charakterizujú magnetický obal (McIlwainov parameter) a indukciu poľa L. Posledne menovaný je parameter rovný pomeru priemernej vzdialenosti gule od stredu planéty k jej polomeru.

"Magnetický sklon"

Pred niekoľkými tisíckami rokov urobili Číňania úžasný objav. Zistili, že zmagnetizované predmety môžu byť umiestnené v určitom smere. A v polovici šestnásteho storočia urobil nemecký vedec Georg Cartmann v tejto oblasti ďalší objav. Takto sa objavil pojem „magnetický sklon“. Tento názov znamená uhol odchýlky šípky nahor alebo nadol od horizontálnej roviny pod vplyvom magnetosféry planéty.

Z histórie výskumu

V oblasti severného magnetického rovníka, ktorý je odlišný od geografického, severný koniec klesá a na juhu naopak stúpa. V roku 1600 anglický lekár William Gilbert prvýkrát vyslovil predpoklady o prítomnosti magnetického poľa Zeme, čo spôsobuje určité správanie predmagnetizovaných predmetov. Vo svojej knihe opísal pokus s loptou vybavenou železným šípom. V dôsledku výskumu dospel k záveru, že Zem je veľký magnet. Experimenty uskutočnil aj anglický astronóm Henry Gellibrant. Na základe svojich pozorovaní dospel k záveru, že magnetické pole Zeme podlieha pomalým zmenám.

José de Acosta opísal možnosť použitia kompasu. Stanovil tiež rozdiel medzi magnetickým a severným pólom av jeho slávnej histórii (1590) bola podložená teória čiar bez magnetickej odchýlky. K štúdiu uvažovanej problematiky významne prispel aj Krištof Kolumbus. Je vlastníkom objavu nekonzistentnosti magnetickej deklinácie. Transformácie sa vykonávajú v závislosti od zmien geografických súradníc. Magnetická deklinácia je uhol odchýlky šípky od smeru sever-juh. V súvislosti s objavením Kolumba sa výskum zintenzívnil. Informácie o tom, aké je magnetické pole Zeme, boli pre navigátorov mimoriadne potrebné. Na tomto probléme pracoval aj M. V. Lomonosov. Pre štúdium zemského magnetizmu odporučil vykonávať systematické pozorovania pomocou stálych bodov (ako sú observatóriá). Podľa Lomonosova bolo tiež veľmi dôležité uskutočniť to na mori. Táto myšlienka veľkého vedca bola realizovaná v Rusku o šesťdesiat rokov neskôr. Objav magnetického pólu v kanadskom súostroví patrí anglickému polárnemu bádateľovi Johnovi Rossovi (1831). A v roku 1841 objavil aj druhý pól planéty, ale už v Antarktíde. Hypotézu o pôvode magnetického poľa Zeme predložil Carl Gauss. Čoskoro tiež dokázal, že väčšina z neho je napájaná zo zdroja vo vnútri planéty, ale príčina jeho miernych odchýlok je vo vonkajšom prostredí.

Magnetické pole je špeciálna forma hmoty, ktorú vytvárajú magnety, vodiče s prúdom (pohybujúce sa nabité častice) a ktorú možno detekovať interakciou magnetov, vodičov s prúdom (pohybujúce sa nabité častice).

Oerstedova skúsenosť

Prvými pokusmi (uskutočnenými v roku 1820), ktoré ukázali, že medzi elektrickými a magnetickými javmi existuje hlboká súvislosť, boli pokusy dánskeho fyzika H. Oersteda.

Magnetická ihla umiestnená v blízkosti vodiča sa otáča o určitý uhol, keď je vo vodiči zapnutý prúd. Po otvorení okruhu sa šípka vráti do pôvodnej polohy.

Zo skúseností G. Oersteda vyplýva, že okolo tohto vodiča je magnetické pole.

Ampérový zážitok
Dva paralelné vodiče, ktorými preteká elektrický prúd, sa navzájom ovplyvňujú: priťahujú sa, ak sú prúdy v rovnakom smere, a odpudzujú, ak sú prúdy v opačnom smere. Je to spôsobené interakciou magnetických polí, ktoré vznikajú okolo vodičov.

Vlastnosti magnetického poľa

1. Materiálne, t.j. existuje nezávisle od nás a našich vedomostí o ňom.

2. Vytvorené magnetmi, vodičmi s prúdom (pohybujúce sa nabité častice)

3. Zistené interakciou magnetov, vodičov s prúdom (pohybujúce sa nabité častice)

4. Pôsobí na magnety, vodiče s prúdom (pohybujúce sa nabité častice) nejakou silou

5. V prírode neexistujú žiadne magnetické náboje. Nemôžete oddeliť severný a južný pól a získať telo s jedným pólom.

6. Dôvod, prečo majú telesá magnetické vlastnosti, našiel francúzsky vedec Ampère. Ampere predložil záver, že magnetické vlastnosti akéhokoľvek telesa sú určené uzavretými elektrickými prúdmi vo vnútri.

Tieto prúdy predstavujú pohyb elektrónov po dráhach v atóme.

Ak sú roviny, v ktorých tieto prúdy cirkulujú, umiestnené voči sebe náhodne v dôsledku tepelného pohybu molekúl, ktoré tvoria teleso, potom sa ich interakcie vzájomne kompenzujú a teleso nevykazuje žiadne magnetické vlastnosti.

A naopak: ak sú roviny, v ktorých sa elektróny otáčajú, navzájom rovnobežné a smery normál k týmto rovinám sa zhodujú, potom takéto látky zosilňujú vonkajšie magnetické pole.

7. Magnetické sily pôsobia v magnetickom poli v určitých smeroch, ktoré sa nazývajú magnetické siločiary. S ich pomocou môžete pohodlne a prehľadne ukázať magnetické pole v konkrétnom prípade.

Aby bolo magnetické pole presnejšie znázornené, dohodli sme sa v tých miestach, kde je pole silnejšie, zobraziť siločiary umiestnené hustejšie, t.j. bližšie k sebe. A naopak, na miestach, kde je pole slabšie, sú siločiary zobrazené v menšom počte, t.j. menej často lokalizované.

8. Magnetické pole charakterizuje vektor magnetickej indukcie.

Vektor magnetickej indukcie je vektorová veličina, ktorá charakterizuje magnetické pole.

Smer vektora magnetickej indukcie sa zhoduje so smerom severného pólu voľnej magnetickej ihly v danom bode.

Smer vektora indukcie poľa a sila prúdu I súvisia podľa „pravidla správnej skrutky (gimletu)“:

ak zaskrutkujete gimlet v smere prúdu vo vodiči, potom sa smer rýchlosti pohybu konca jeho rukoväte v danom bode zhoduje so smerom vektora magnetickej indukcie v tomto bode.

Magnetické pole si pamätáme ešte zo školy, to je práve ono, nie každému „vyskakuje“ v spomienkach. Osviežme si, čím sme si prešli, a možno vám povieme niečo nové, užitočné a zaujímavé.

Stanovenie magnetického poľa

Magnetické pole je silové pole, ktoré pôsobí na pohybujúce sa elektrické náboje (častice). V dôsledku tohto silového poľa sa predmety navzájom priťahujú. Existujú dva typy magnetických polí:

1. Gravitačné - je tvorený výlučne v blízkosti elementárnych častíc a viruetsya vo svojej sile na základe vlastností a štruktúry týchto častíc.
2. Dynamický, produkovaný v objektoch s pohyblivými elektrickými nábojmi (vysielače prúdu, magnetizované látky).

Po prvýkrát zaviedol označenie magnetické pole M. Faraday v roku 1845, hoci jeho význam bol trochu chybný, pretože sa verilo, že elektrické aj magnetické efekty a interakcie sú založené na rovnakom materiálnom poli. Neskôr v roku 1873 D. Maxwell „predstavil“ kvantovú teóriu, v ktorej sa tieto pojmy začali oddeľovať a predtým odvodené silové pole sa nazývalo elektromagnetické pole.

Ako vzniká magnetické pole?

Magnetické polia rôznych predmetov ľudské oko nevníma a dokážu to opraviť iba špeciálne senzory. Zdrojom vzniku magnetického silového poľa v mikroskopickom meradle je pohyb magnetizovaných (nabitých) mikročastíc, ktorými sú:

• ióny;
• elektróny;
• protóny.

K ich pohybu dochádza v dôsledku spinového magnetického momentu, ktorý je prítomný v každej mikročastici.

Magnetické pole, kde ho možno nájsť?

Bez ohľadu na to, ako zvláštne to môže znieť, takmer všetky predmety okolo nás majú svoje vlastné magnetické pole. Hoci v poňatí mnohých má magnetické pole len kamienok zvaný magnet, ktorý k sebe priťahuje železné predmety. V skutočnosti je sila príťažlivosti vo všetkých predmetoch, len sa prejavuje v nižšej valencii.

Malo by sa tiež objasniť, že silové pole, nazývané magnetické, sa objavuje iba pod podmienkou, že sa elektrické náboje alebo telesá pohybujú.

Nehybné náboje majú elektrické silové pole (môže byť prítomné aj v pohybujúcich sa nábojoch). Ukazuje sa, že zdroje magnetického poľa sú:

• permanentné magnety;
• mobilné poplatky.

Magnetické pole vyvolávalo v ľuďoch po dlhú dobu veľa otázok, no aj teraz zostáva málo známym javom. Mnoho vedcov sa pokúšalo študovať jeho charakteristiky a vlastnosti, pretože výhody a potenciál využitia poľa boli nespornými faktami.

Zoberme si všetko po poriadku. Ako teda pôsobí a tvorí akékoľvek magnetické pole? Presne tak, elektrický prúd. A prúd je podľa učebníc fyziky prúd nabitých častíc so smerom, nie? Takže keď prúd prechádza ktorýmkoľvek vodičom, začne okolo neho pôsobiť určitý druh hmoty – magnetické pole. Magnetické pole môže byť vytvorené prúdom nabitých častíc alebo magnetickými momentmi elektrónov v atómoch. Teraz toto pole a hmota majú energiu, vidíme ju v elektromagnetických silách, ktoré môžu ovplyvniť prúd a jeho náboje. Magnetické pole začína pôsobiť na tok nabitých častíc a tie menia počiatočný smer pohybu kolmo na samotné pole.

Iné magnetické pole môžeme nazvať elektrodynamické, pretože sa vytvára v blízkosti pohybujúcich sa častíc a ovplyvňuje iba pohybujúce sa častice. Je dynamický vďaka tomu, že má špeciálnu štruktúru rotujúcich biónov v oblasti vesmíru. Bežný elektrický pohyblivý náboj ich môže prinútiť otáčať sa a pohybovať sa. Bióny prenášajú akékoľvek možné interakcie v tejto oblasti vesmíru. Preto pohybujúci sa náboj priťahuje jeden pól všetkých biónov a spôsobuje ich rotáciu. Zo stavu pokoja ich môže vyviesť iba on, nič iné, pretože iné sily ich nebudú môcť ovplyvniť.

V elektrickom poli sú nabité častice, ktoré sa pohybujú veľmi rýchlo a môžu prejsť 300 000 km za sekundu. Svetlo má rovnakú rýchlosť. Bez elektrického náboja neexistuje magnetické pole. To znamená, že častice spolu neuveriteľne úzko súvisia a existujú v spoločnom elektromagnetickom poli. To znamená, že ak dôjde k zmenám v magnetickom poli, dôjde k zmenám v elektrickom poli. Tento zákon je tiež obrátený.

Hovoríme tu veľa o magnetickom poli, ale ako si to predstaviť? Voľným ľudským okom to nevidíme. Navyše kvôli neuveriteľne rýchlemu šíreniu poľa nemáme čas ho opravovať pomocou rôznych zariadení. Ale aby sme mohli niečo študovať, musí o tom mať aspoň nejakú predstavu. Často je tiež potrebné znázorniť magnetické pole v diagramoch. Aby to bolo jednoduchšie pochopiť, sú nakreslené podmienené siločiary. Odkiaľ ich majú? Boli vynájdené z nejakého dôvodu.

Skúsme vidieť magnetické pole pomocou malých kovových pilín a obyčajného magnetu. Tieto piliny nasypeme na rovnú plochu a uvedieme do pôsobenia magnetického poľa. Potom uvidíme, že sa budú pohybovať, otáčať a zoraďovať do vzoru alebo vzoru. Výsledný obrázok ukáže približný účinok síl v magnetickom poli. Všetky sily a teda aj siločiary sú na tomto mieste súvislé a uzavreté.

Magnetická strelka má podobné charakteristiky a vlastnosti ako kompas a používa sa na určenie smeru siločiar. Ak spadne do zóny pôsobenia magnetického poľa, vidíme smer pôsobenia síl podľa jeho severného pólu. Potom si vyberieme niekoľko záverov: vrchol obyčajného permanentného magnetu, z ktorého vychádzajú siločiary, je označený severným pólom magnetu. Zatiaľ čo južný pól označuje bod, kde sú sily uzavreté. No, siločiary vo vnútri magnetu nie sú na diagrame zvýraznené.

Magnetické pole, jeho vlastnosti a charakteristiky sú veľmi užitočné, pretože v mnohých problémoch je potrebné ho brať do úvahy a študovať. Toto je najdôležitejší fenomén vo vede fyziky. Neodmysliteľne sú s ňou spojené zložitejšie veci, ako magnetická permeabilita a indukcia. Na vysvetlenie všetkých dôvodov vzniku magnetického poľa sa musíme spoliehať na skutočné vedecké fakty a potvrdenia. V opačnom prípade pri zložitejších problémoch môže nesprávny prístup narušiť integritu teórie.

Teraz si uveďme príklady. Všetci poznáme našu planétu. Hovoríte, že nemá magnetické pole? Možno máte pravdu, ale vedci tvrdia, že procesy a interakcie vo vnútri zemského jadra vytvárajú obrovské magnetické pole, ktoré sa tiahne na tisíce kilometrov. Ale každé magnetické pole musí mať svoje póly. A existujú, len sa nachádzajú trochu ďalej od geografického pólu. Ako to cítime? Napríklad vtáky majú vyvinuté navigačné schopnosti a orientujú sa najmä podľa magnetického poľa. S jeho pomocou sa teda husi bezpečne dostanú do Laponska. Tento jav využívajú aj špeciálne navigačné prístroje.

Magnetické pole toto je hmota, ktorá vzniká okolo zdrojov elektrického prúdu, ako aj okolo permanentných magnetov. Vo vesmíre sa magnetické pole zobrazuje ako kombinácia síl, ktoré môžu pôsobiť na zmagnetizované telesá. Toto pôsobenie sa vysvetľuje prítomnosťou hnacích výbojov na molekulárnej úrovni.

Magnetické pole sa tvorí iba okolo elektrických nábojov, ktoré sú v pohybe. Preto sú magnetické a elektrické polia integrálne a tvoria spolu elektromagnetického poľa. Zložky magnetického poľa sú vzájomne prepojené a navzájom na seba pôsobia, pričom menia svoje vlastnosti.

Vlastnosti magnetického poľa:
1. Magnetické pole vzniká pod vplyvom hnacích nábojov elektrického prúdu.
2. Magnetické pole je v ktoromkoľvek svojom bode charakterizované vektorom fyzikálnej veličiny tzv magnetická indukcia, čo je silová charakteristika magnetického poľa.
3. Magnetické pole môže ovplyvňovať iba magnety, vodivé vodiče a pohybujúce sa náboje.
4. Magnetické pole môže byť konštantného a premenlivého typu
5. Magnetické pole merajú iba špeciálne prístroje a ľudské zmysly ho nedokážu vnímať.
6. Magnetické pole je elektrodynamické, keďže vzniká len pri pohybe nabitých častíc a ovplyvňuje len náboje, ktoré sú v pohybe.
7. Nabité častice sa pohybujú po kolmej trajektórii.

Veľkosť magnetického poľa závisí od rýchlosti zmeny magnetického poľa. V súlade s tým existujú dva typy magnetického poľa: dynamické magnetické pole a gravitačné magnetické pole. Gravitačné magnetické pole vzniká len v blízkosti elementárnych častíc a vzniká v závislosti od štruktúrnych vlastností týchto častíc.

Magnetický moment vzniká, keď magnetické pole pôsobí na vodivú kostru. Inými slovami, magnetický moment je vektor, ktorý sa nachádza na priamke, ktorá prebieha kolmo na rám.

Magnetické pole je možné znázorniť graficky pomocou magnetických siločiar. Tieto čiary sú nakreslené v takom smere, že smer síl poľa sa zhoduje so smerom samotnej siločiary. Magnetické siločiary sú súvislé a zároveň uzavreté.

Smer magnetického poľa sa určuje pomocou magnetickej ihly. Siločiary tiež určujú polaritu magnetu, koniec s výstupom siločiar je severný pól a koniec so vstupom týchto čiar je južný pól.

Je veľmi vhodné vizuálne posúdiť magnetické pole pomocou bežných železných pilín a kusu papiera.
Ak položíme list papiera na permanentný magnet a navrch posypeme pilinami, častice železa sa zoradia podľa magnetických siločiar.

Smer siločiar pre vodiča je pohodlne určený slávnym gimlet pravidlo alebo pravidlo pravej ruky. Ak chytíme vodič rukou tak, že palec sa pozerá v smere prúdu (od mínus do plus), tak nám zvyšné 4 prsty ukážu smer magnetických siločiar.

A smer Lorentzovej sily - sila, ktorou magnetické pole pôsobí na nabitú časticu alebo vodič s prúdom, podľa pravidlo ľavej ruky.
Ak umiestnime ľavú ruku do magnetického poľa tak, že sa 4 prsty pozerajú v smere prúdu vo vodiči a siločiary vstupujú do dlane, palec bude ukazovať smer Lorentzovej sily, ktorá pôsobí na vodič umiestnený v magnetickom poli.

To je asi tak všetko. Akékoľvek otázky sa určite opýtajte v komentároch.