Magnetno polje: vzroki in značilnosti. Magnetno polje

Zemljino magnetno polje je tvorba, ki jo ustvarjajo viri znotraj planeta. Je predmet študija ustreznega oddelka geofizike. Nato si poglejmo podrobneje, kaj je zemeljsko magnetno polje, kako nastane.

splošne informacije

Nedaleč od površja Zemlje, približno na razdalji treh njenih radijev, so silnice magnetnega polja razporejene v sistemu "dveh polarnih nabojev". Tukaj je območje, imenovano "plazemska krogla". Z oddaljevanjem od površine planeta se povečuje vpliv toka ioniziranih delcev iz sončne korone. To vodi do stiskanja magnetosfere s strani Sonca in obratno, magnetno polje Zemlje se izvleče iz nasprotne, senčne strani.

plazemska krogla

Otipljiv učinek na površinsko magnetno polje Zemlje ima usmerjeno gibanje nabitih delcev v zgornjih plasteh atmosfere (ionosfera). Lokacija slednjega je od sto kilometrov in več od površine planeta. Zemljino magnetno polje drži plazmosfero. Vendar je njegova struktura močno odvisna od aktivnosti sončnega vetra in njegove interakcije z zadrževalno plastjo. In pogostost magnetnih neviht na našem planetu je posledica sončnih izbruhov.

Terminologija

Obstaja koncept "magnetne osi Zemlje". To je ravna črta, ki poteka skozi ustrezne poli planeta. "Magnetni ekvator" je veliki krog ravnine, pravokoten na to os. Vektor na njem ima smer blizu vodoravnice. Povprečna jakost zemeljskega magnetnega polja je močno odvisna od geografske lege. Približno je enak 0,5 Oe, to je 40 A / m. Na magnetnem ekvatorju je isti indikator približno 0,34 Oe, blizu polov pa je blizu 0,66 Oe.V nekaterih anomalijah planeta, na primer v okviru Kurske anomalije, se indikator poveča in znaša 2 Oe. linije zemeljske magnetosfere s kompleksno strukturo, ki so projicirane na njeno površino in se stekajo na njenih polih, se imenujejo "magnetni meridiani".

Narava pojava. Predpostavke in ugibanja

Ne tako dolgo nazaj je predpostavka o povezavi med nastankom zemeljske magnetosfere in tokovnim tokom v tekočem kovinskem jedru, ki se nahaja na razdalji četrtine ali tretjine polmera našega planeta, dobila pravico do obstoja. Znanstveniki domnevajo, da blizu zemeljske skorje tečejo tako imenovani "telurični tokovi". Povedati je treba, da sčasoma pride do preobrazbe formacije. Zemljino magnetno polje se je v zadnjih sto osemdesetih letih večkrat spremenilo. To je fiksirano v oceanski skorji in to dokazujejo študije preostale magnetizacije. S primerjavo odsekov na obeh straneh oceanskih grebenov se določi čas razhajanja teh odsekov.

Premik Zemljinega magnetnega pola

Lokacija teh delov planeta ni konstantna. Dejstvo o njihovi selitvi je bilo zabeleženo od konca devetnajstega stoletja. Na južni polobli se je magnetni pol v tem času premaknil za 900 km in končal v Indijskem oceanu. Podobni procesi potekajo tudi v severnem delu. Tu se pol premika proti magnetni anomaliji v vzhodni Sibiriji. Od leta 1973 do 1994 je bila razdalja, ki jo je odsek premaknil sem, 270 km. Ti vnaprej izračunani podatki so bili kasneje potrjeni z meritvami. Po zadnjih podatkih se je hitrost magnetnega pola severne poloble močno povečala. Z 10 km/leto v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja je narasla na 60 km/leto v začetku tega stoletja. Hkrati se jakost zemeljskega magnetnega polja neenakomerno zmanjšuje. Tako se je v zadnjih 22 letih ponekod zmanjšala za 1,7 %, ponekod za 10 %, čeprav so tudi območja, kjer se je, nasprotno, povečala. Pospešek pri premikanju magnetnih polov (za približno 3 km na leto) daje razlog za domnevo, da njihovo gibanje, ki ga danes opazimo, ni izlet, to je druga inverzija.

To posredno potrjuje povečanje tako imenovanih "polarnih vrzeli" na jugu in severu magnetosfere. Ionizirani material sončne korone in vesolja hitro prodre v nastale podaljške. Iz tega se vse večja količina energije zbira v subpolarnih območjih Zemlje, kar je samo po sebi preobremenjeno z dodatnim segrevanjem polarnih ledenih pokrovov.

Koordinate

Veda, ki preučuje kozmične žarke, uporablja koordinate geomagnetnega polja, poimenovanega po znanstveniku McIlwainu. Bil je prvi, ki je predlagal njihovo uporabo, saj temeljijo na spremenjenih različicah delovanja nabitih elementov v magnetnem polju. Za točko se uporabljata dve koordinati (L, B). Karakterizirajo magnetno lupino (McIlwainov parameter) in indukcijo polja L. Slednji je parameter, ki je enak razmerju povprečne oddaljenosti krogle od središča planeta do njegovega polmera.

"Magnetni naklon"

Pred nekaj tisoč leti so Kitajci prišli do neverjetnega odkritja. Ugotovili so, da lahko magnetizirane predmete postavimo v določeno smer. In sredi šestnajstega stoletja je Georg Cartmann, nemški znanstvenik, naredil še eno odkritje na tem področju. Tako se je pojavil koncept "magnetnega naklona". To ime pomeni kot odstopanja puščice navzgor ali navzdol od vodoravne ravnine pod vplivom magnetosfere planeta.

Iz zgodovine raziskovanja

V območju severnega magnetnega ekvatorja, ki se razlikuje od geografskega, se severni konec spusti navzdol, na jugu pa se, nasprotno, dvigne. Leta 1600 je angleški zdravnik William Gilbert prvič domneval o prisotnosti zemeljskega magnetnega polja, ki povzroča določeno obnašanje predhodno namagnetenih predmetov. V svoji knjigi je opisal poskus s kroglo, opremljeno z železno puščico. Na podlagi raziskav je prišel do zaključka, da je Zemlja velik magnet. Poskuse je izvajal tudi angleški astronom Henry Gellibrant. Na podlagi svojih opazovanj je prišel do zaključka, da je zemeljsko magnetno polje podvrženo počasnim spremembam.

José de Acosta je opisal možnost uporabe kompasa. Ugotovil je tudi razliko med magnetnim in severnim polom, v svoji znameniti Zgodovini (1590) pa je utemeljil teorijo črt brez magnetnega odklona. Krištof Kolumb je pomembno prispeval tudi k preučevanju obravnavane problematike. Njemu pripada odkritje nedoslednosti magnetne deklinacije. Transformacije so odvisne od sprememb geografskih koordinat. Magnetna deklinacija je kot odklona puščice iz smeri sever-jug. V povezavi z odkritjem Kolumba so se raziskave okrepile. Informacije o tem, kaj je zemeljsko magnetno polje, so bile izjemno potrebne za navigatorje. Na tem problemu je delal tudi M. V. Lomonosov. Za preučevanje zemeljskega magnetizma je priporočil izvajanje sistematičnih opazovanj z uporabo stalnih točk (kot so observatoriji). Po mnenju Lomonosova je bilo zelo pomembno tudi to izvesti na morju. Ta ideja velikega znanstvenika je bila uresničena v Rusiji šestdeset let pozneje. Odkritje magnetnega pola v kanadskem arhipelagu pripada angleškemu polarnemu raziskovalcu Johnu Rossu (1831). In leta 1841 je odkril tudi drugi pol planeta, vendar že na Antarktiki. Hipotezo o izvoru zemeljskega magnetnega polja je postavil Carl Gauss. Kmalu je tudi dokazal, da se večina napaja iz vira znotraj planeta, vendar je razlog za njegova rahla odstopanja v zunanjem okolju.

Magnetno polje je posebna oblika snovi, ki jo ustvarjajo magneti, prevodniki s tokom (gibajoči se nabiti delci) in ki jo lahko zaznamo z interakcijo magnetov, prevodnikov s tokom (gibajoči se nabiti delci).

Oerstedova izkušnja

Prvi poskusi (izvedeni leta 1820), ki so pokazali, da obstaja globoka povezava med električnimi in magnetnimi pojavi, so bili poskusi danskega fizika H. Oersteda.

Magnetna igla, ki se nahaja v bližini prevodnika, se ob vklopu toka v prevodniku zavrti za določen kot. Ko se vezje odpre, se puščica vrne v prvotni položaj.

Iz izkušenj G. Oersteda izhaja, da okoli tega prevodnika obstaja magnetno polje.

Amperska izkušnja
Dva vzporedna vodnika, po katerih teče električni tok, medsebojno delujeta: privlačita se, če sta toka istosmerna, in odbijata, če sta tokova v nasprotni smeri. To je posledica interakcije magnetnih polj, ki nastanejo okoli prevodnikov.

Lastnosti magnetnega polja

1. Materialno, tj. obstaja neodvisno od nas in našega znanja o njem.

2. Ustvarjeni z magneti, prevodniki s tokom (gibajoči se nabiti delci)

3. Zaznano z interakcijo magnetov, prevodnikov s tokom (gibajoči se nabiti delci)

4. Deluje na magnete, prevodnike s tokom (gibajoče se nabite delce) z določeno silo

5. V naravi ni magnetnih nabojev. Ne morete ločiti severnega in južnega pola in dobiti telesa z enim polom.

6. Razlog, zakaj imajo telesa magnetne lastnosti, je našel francoski znanstvenik Ampère. Ampere je predlagal sklep, da magnetne lastnosti katerega koli telesa določajo zaprti električni tokovi v njem.

Ti tokovi predstavljajo gibanje elektronov v orbitah v atomu.

Če so ravnine, v katerih krožijo ti tokovi, nameščene naključno druga glede na drugo zaradi toplotnega gibanja molekul, ki sestavljajo telo, potem so njihove interakcije medsebojno kompenzirane in telo ne kaže nobenih magnetnih lastnosti.

In obratno: če so ravnine, v katerih se vrtijo elektroni, vzporedne druga z drugo in smeri normal na te ravnine sovpadajo, potem takšne snovi povečajo zunanje magnetno polje.

7. V magnetnem polju delujejo magnetne sile v določenih smereh, ki jih imenujemo magnetne silnice. Z njihovo pomočjo lahko priročno in jasno prikažete magnetno polje v določenem primeru.

Da bi natančneje upodobili magnetno polje, smo se dogovorili, da na tistih mestih, kjer je polje močnejše, prikažemo silnice, ki se nahajajo bolj gosto, tj. bližje drug drugemu. In obratno, na mestih, kjer je polje šibkejše, so poljske črte prikazane v manjšem številu, tj. manj pogosto lociran.

8. Magnetno polje označuje vektor magnetne indukcije.

Vektor magnetne indukcije je vektorska količina, ki označuje magnetno polje.

Smer vektorja magnetne indukcije sovpada s smerjo severnega pola proste magnetne igle v dani točki.

Smer vektorja indukcije polja in jakost toka I sta povezana s "pravilom desnega vijaka (gimleta)":

če privijete gimlet v smeri toka v vodniku, bo smer hitrosti gibanja konca njegovega ročaja na dani točki sovpadala s smerjo vektorja magnetne indukcije na tej točki.

Še vedno se spomnimo magnetnega polja iz šole, to je tisto, kar je, "poskoči" v spominih ne vsakogar. Osvežimo preteklost in vam morda povemo kaj novega, koristnega in zanimivega.

Določanje magnetnega polja

Magnetno polje je polje sile, ki deluje na premikajoče se električne naboje (delce). Zaradi tega polja sile se predmeti med seboj privlačijo. Obstajata dve vrsti magnetnih polj:

1. Gravitacijski - nastane izključno v bližini elementarnih delcev in viruje v svoji moči na podlagi lastnosti in strukture teh delcev.
2. Dinamično, proizvedeno v objektih z gibljivimi električnimi naboji (oddajniki toka, magnetizirane snovi).

Prvič je oznako magnetno polje uvedel M. Faraday leta 1845, čeprav je bil njen pomen nekoliko zmoten, saj je veljalo, da tako električni kot magnetni učinki in interakcije temeljijo na istem materialnem polju. Kasneje leta 1873 je D. Maxwell »predstavil« kvantno teorijo, v kateri so se ti pojmi začeli ločevati, prej izpeljano polje sil pa so poimenovali elektromagnetno polje.

Kako se pojavi magnetno polje?

Človeško oko ne zazna magnetnih polj različnih predmetov in jih lahko popravijo le posebni senzorji. Vir pojava polja magnetne sile v mikroskopskem merilu je gibanje magnetiziranih (nabitih) mikrodelcev, ki so:

• ioni;
• elektroni;
• protoni.

Njihovo gibanje nastane zaradi spinskega magnetnega momenta, ki je prisoten v vsakem mikrodelcu.

Magnetno polje, kje ga najti?

Ne glede na to, kako čudno se sliši, skoraj vsi predmeti okoli nas imajo svoje magnetno polje. Čeprav ima v pojmovanju mnogih le kamenček, imenovan magnet, magnetno polje, ki nase privlači železne predmete. Pravzaprav je sila privlačnosti v vseh predmetih, manifestira se le v nižji valenci.

Prav tako je treba pojasniti, da se polje sile, imenovano magnetno, pojavi le pod pogojem, da se električni naboji ali telesa gibljejo.

Nepremični naboji imajo električno polje sile (lahko je prisotno tudi v gibljivih nabojih). Izkazalo se je, da so viri magnetnega polja:

• trajni magneti;
• mobilni stroški.

Magnetno polje je pri ljudeh že dolgo sprožalo številna vprašanja, a še danes ostaja malo poznan pojav. Številni znanstveniki so poskušali preučiti njegove značilnosti in lastnosti, saj so bile koristi in potencial uporabe polja nesporna dejstva.

Vzemimo vse po vrsti. Torej, kako deluje in nastane magnetno polje? Tako je, električni tok. In tok je po učbenikih fizike tok nabitih delcev s smerjo, kajne? Torej, ko tok teče skozi kateri koli prevodnik, začne okoli njega delovati določena vrsta snovi - magnetno polje. Magnetno polje lahko ustvari tok nabitih delcev ali magnetni momenti elektronov v atomih. To polje in snov imata energijo, vidimo jo v elektromagnetnih silah, ki lahko vplivajo na tok in njegove naboje. Magnetno polje začne delovati na tok nabitih delcev, ti pa spremenijo začetno smer gibanja pravokotno na samo polje.

Drugo magnetno polje lahko imenujemo elektrodinamično, ker nastane v bližini gibajočih se delcev in vpliva samo na gibajoče se delce. No, dinamičen je zaradi dejstva, da ima posebno strukturo pri vrtečih se bionih v območju vesolja. Običajni električni gibljivi naboj jih lahko povzroči, da se vrtijo in premikajo. Bioni prenašajo vse možne interakcije v tem območju prostora. Zato gibljivi naboj pritegne en pol vseh bionov in povzroči njihovo vrtenje. Samo on jih lahko spravi iz stanja mirovanja, nič drugega, saj druge sile nanje ne bodo mogle vplivati.

V električnem polju so nabiti delci, ki se gibljejo zelo hitro in lahko v samo sekundi prepotujejo 300.000 km. Svetloba ima enako hitrost. Brez električnega naboja ni magnetnega polja. To pomeni, da so delci med seboj neverjetno tesno povezani in obstajajo v skupnem elektromagnetnem polju. To pomeni, da če pride do kakršnih koli sprememb v magnetnem polju, bo prišlo do sprememb v električnem polju. Ta zakon je tudi obrnjen.

Tukaj veliko govorimo o magnetnem polju, ampak kako si ga lahko predstavljate? S človeškim prostim očesom je ne moremo videti. Poleg tega zaradi neverjetno hitrega širjenja polja nimamo časa, da bi ga popravili s pomočjo različnih naprav. Toda, da bi nekaj študiral, mora imeti vsaj nekaj pojma o tem. Prav tako je pogosto potrebno prikazati magnetno polje v diagramih. Za lažje razumevanje so narisane pogojne poljske črte. Od kod so jih dobili? Izumili so jih z razlogom.

Poskusimo videti magnetno polje s pomočjo majhnih kovinskih opilkov in navadnega magneta. To žagovino bomo nasuli na ravno površino in jo uvedli v delovanje magnetnega polja. Potem bomo videli, da se bodo premikali, vrteli in vrstili v vzorec ali vzorec. Nastala slika bo prikazala približen učinek sil v magnetnem polju. Vse sile in s tem tudi silnice so na tem mestu neprekinjene in zaprte.

Magnetna igla ima podobne značilnosti in lastnosti kot kompas in se uporablja za določanje smeri silnic. Če pade v območje delovanja magnetnega polja, lahko na njegovem severnem polu vidimo smer delovanja sil. Nato bomo od tukaj izločili več zaključkov: vrh navadnega trajnega magneta, iz katerega izhajajo črte sile, je označen s severnim polom magneta. Medtem ko južni pol označuje točko, kjer so sile zaprte. No, črte sile znotraj magneta na diagramu niso poudarjene.

Magnetno polje, njegove lastnosti in značilnosti se uporabljajo precej široko, saj ga je treba upoštevati in preučevati pri številnih problemih. To je najpomembnejši pojav v fizikalni znanosti. Z njim so neločljivo povezane kompleksnejše stvari, kot sta magnetna prepustnost in indukcija. Da bi razložili vse razloge za pojav magnetnega polja, se je treba zanesti na resnična znanstvena dejstva in potrditve. V nasprotnem primeru lahko pri kompleksnejših problemih napačen pristop poruši celovitost teorije.

Zdaj pa navedimo primere. Vsi poznamo naš planet. Pravite, da nima magnetnega polja? Morda imate prav, vendar znanstveniki pravijo, da procesi in interakcije znotraj Zemljinega jedra ustvarjajo ogromno magnetno polje, ki se razteza na tisoče kilometrov. Toda vsako magnetno polje mora imeti svoje pole. In obstajajo, le malo stran od geografskega pola. Kako to čutimo? Na primer, ptice imajo razvite navigacijske sposobnosti in se orientirajo predvsem po magnetnem polju. Tako z njegovo pomočjo gosi varno prispejo na Laponsko. Ta pojav uporabljajo tudi posebne navigacijske naprave.

Magnetno polje to je zadeva, ki nastane pri virih električnega toka, pa tudi pri trajnih magnetih. V vesolju se magnetno polje prikazuje kot kombinacija sil, ki lahko vplivajo na namagnetena telesa. To delovanje je razloženo s prisotnostjo pogonskih izpustov na molekularni ravni.

Magnetno polje se tvori samo okoli električnih nabojev, ki se gibljejo. Zato sta magnetno in električno polje integralna in skupaj tvorita elektromagnetno polje. Komponente magnetnega polja so med seboj povezane in delujejo druga na drugo ter spreminjajo svoje lastnosti.

Lastnosti magnetnega polja:
1. Magnetno polje nastane pod vplivom pogonskih nabojev električnega toka.
2. V kateri koli od svojih točk je magnetno polje označeno z vektorjem fizične količine, ki se imenuje magnetna indukcija, ki je sila, značilna za magnetno polje.
3. Magnetno polje lahko vpliva samo na magnete, prevodne prevodnike in gibljive naboje.
4. Magnetno polje je lahko konstantnega in spremenljivega tipa
5. Magnetno polje se meri samo s posebnimi napravami in ga človeški čuti ne morejo zaznati.
6. Magnetno polje je elektrodinamično, saj nastaja samo med gibanjem nabitih delcev in vpliva samo na naboje, ki se gibljejo.
7. Nabiti delci se gibljejo po pravokotni poti.

Velikost magnetnega polja je odvisna od hitrosti spreminjanja magnetnega polja. V skladu s tem obstajata dve vrsti magnetnega polja: dinamično magnetno polje in gravitacijsko magnetno polje. Gravitacijsko magnetno polje nastane le v bližini elementarnih delcev in se oblikuje glede na strukturne značilnosti teh delcev.

Magnetni moment nastane, ko magnetno polje deluje na prevodni okvir. Z drugimi besedami, magnetni moment je vektor, ki se nahaja na črti, ki poteka pravokotno na okvir.

Magnetno polje lahko predstavimo grafično z uporabo magnetnih silnic. Te črte so narisane v taki smeri, da smer silnic polja sovpada s smerjo same silnice polja. Linije magnetnega polja so neprekinjene in hkrati zaprte.

Smer magnetnega polja se določi z magnetno iglo. Silnice določajo tudi polariteto magneta, konec z izhodom silnic je severni pol, konec z vhodom teh linij pa južni pol.

Zelo priročno je vizualno oceniti magnetno polje z navadnimi železnimi opilki in kosom papirja.
Če na trajni magnet položimo list papirja in nanj potresemo žagovino, se bodo delci železa poravnali glede na silnice magnetnega polja.

Smer silnic za prevodnik je priročno določena s slavnim gimlet pravilo oz pravilo desne roke. Če z roko primemo vodnik tako, da palec gleda v smeri toka (od minusa proti plusu), nam bodo preostali 4 prsti pokazali smer magnetnih silnic.

In smer Lorentzove sile - sile, s katero magnetno polje deluje na nabit delec ali prevodnik s tokom, glede na pravilo leve roke.
Če levo roko postavimo v magnetno polje tako, da 4 prsti gledajo v smeri toka v prevodniku in silnice prehajajo v dlan, bo palec pokazal smer Lorentzove sile, sile, ki deluje na prevodnik, postavljen v magnetno polje.

To je približno to. Ne pozabite zastaviti kakršnih koli vprašanj v komentarjih.