MAAN MAGNEETTIKENTTÄ: ALKUPERÄ, OMINAISUUDET, TOIMINTA - FYYSINEN - 2026

Maan magneettikenttä on magneettinen vaikutus, että maapallo kykenee ja joka ulottuu sen sisältä satoihin kilometreihin avaruudessa. Se on hyvin samankaltainen kuin bar-magneetti. Tätä ajatusta ehdotti englantilainen tiedemies William Gilbert 1500-luvulla, joka huomautti myös, että magneettinapoja ei ole mahdollista erottaa.

Kuvio 1 esittää maan magneettikenttäviivat. Ne ovat aina kiinni, menevät sisätilojen läpi ja jatkavat ulkopuolelta muodostaen eräänlaisen suojan.

Kuva 1. Maan magneettikenttä muistuttaa sauvamagneetin omaa. Lähde: Wikimedia Commons.

Maan magneettikentän alkuperä on edelleen mysteeri. Maan ulkoreuna, valurautaa, ei sinänsä pysty tuottamaan kenttää, koska lämpötila on sellainen, että se tuhoaa magneettisen järjestyksen. Tätä varten lämpötilakynnys tunnetaan nimellä Curie-lämpötila. Siksi on mahdotonta, että suuri massa magnetoitua materiaalia vastaa kentästä.

Tämän hypoteesin sulkematta pois meidän on etsittävä kentän alkuperää toisesta ilmiöstä: Maan kierto. Tämä saa sulan ytimen pyörimään epätasaisesti, jolloin syntyy dynamiikka, jossa neste synnyttää spontaanisti magneettikentän.

Uskotaan, että dünamotehoste aiheuttaa tähtitieteellisten esineiden, esimerkiksi Auringon, magnetismin. Mutta toistaiseksi ei tiedetä, miksi neste kykenee käyttäytymään tällä tavoin ja kuinka tuotetut sähkövirrat pystyvät pysymään.

ominaisuudet

- Maapallon magneettikenttä on seurausta kolmesta panoksesta: itse sisäkentästä, ulkoisesta magneettikentästä ja kuoressa olevien magneettisten mineraalien kentästä:

1. Sisäinen kenttä: se muistuttaa maapallon keskustassa sijaitsevan magneettisen dipolin (magneetin) kenttää ja sen vaikutus on noin 90%. Se vaihtelee hyvin hitaasti ajassa.
2. Ulkoinen kenttä: tulee aurinkoaktiivisuudesta ilmakehän kerroksissa. Se ei näytä dipolilta, ja sillä on monia muunnelmia: päivittäin, vuosittain, magneettiset myrskyt ja paljon muuta.
3. Maankuoressa olevat magneettikivet, jotka myös luovat oman kentän.

- Magneettikenttä on polarisoitunut, esittäen pohjoisen ja etelän navat, aivan kuten palkkimagneetti.

- Kun vastakkaiset pylväät houkuttelevat toisiaan, kompassin neula, joka on sen pohjoisnapa, osoittaa aina maantieteellisen pohjoisen läheisyyteen, missä Maan magneetin etelänapa on.

- Magneettikentän suunta esitetään suljettujen viivojen muodossa, jotka jättävät magneettisen eteläpuolella (magneetin pohjoisnapa) ja tulevat magneettiseen pohjoiseen (magneetin etelänapa).

- Magneettisessa pohjoisessa ja myös etelässä magneettikenttä kenttä on kohtisuorassa maan pintaan nähden, kun taas päiväntasaajalla kenttä laiduntae. (katso kuva 1)

- Kentän intensiteetti on napoilla paljon suurempi kuin päiväntasaajalla.

- Maanpäällisen dipolin akseli (kuva 1) ja pyörimisakseli eivät ole linjassa. Niiden välillä on 11,2º siirtymä.

Geomagneettiset elementit

Koska magneettikenttä on vektori, karteesinen koordinaattijärjestelmä XYZ, jonka alkuosa on O, auttaa määrittämään sen sijainnin.

Kuva 2. Geomagneettiset elementit. Lähde: F. Zapata.

Magneettikentän tai induktion kokonaisvoimakkuus on B ja sen projektiot tai komponentit ovat: H vaakasuorassa ja Z pystysuunnassa. He liittyvät toisiinsa:

-D, magneettisen deklinaation kulma, muodostettu H: n ja maantieteellisen pohjoisen (X-akseli) välille, positiivinen itään ja negatiivinen länteen.

- I, magneettinen kallistuskulma B: n ja H: n välillä, positiivinen, jos B on vaakatason alapuolella.

Kompassin neula on suunnattu kentän vaakakomponentin H suuntaan. B: n ja H: n määrittämää tasoa kutsutaan magneettiseksi meridiaaniksi, kun taas ZX on maantieteellinen meridiaani.

Magneettikenttävektori määritetään täysin, jos tunnetaan kolme seuraavista suuruuksista, joita kutsutaan geomagneettisiksi elementeiksi: B, H, D, I, X, Y, Z.

toiminto

Tässä on joitain maapallon magneettikentän tärkeimmistä toiminnoista:

-Ihmiset ovat käyttäneet sitä orientoitumiseen kompassin avulla satojen vuosien ajan.

- Suorittaa planeetan suojaavaa toimintoa peittämällä sen ja taipumalla varautuneita hiukkasia, joita aurinko jatkuvasti emittoi.

-Vaikka maan magneettikenttä (30 - 60 mikroteslaa) on heikko verrattuna laboratoriossa olevaan, se on riittävän vahva, että tietyt eläimet käyttävät sitä orientoitumiseen. Samoin muuttolinnut, kyyhkyset, valaat ja jotkut kalakoulut.

-Minegnetometriaa tai magneettikentän mittausta käytetään mineraalivarojen etsintään.

Reittivalot ja etelä

Ne tunnetaan vastaavasti pohjoisvaloina tai etelävaloina. Ne ilmestyvät leveysasteilla lähellä napoja, joissa magneettikenttä on melkein kohtisuorassa maan pintaan nähden ja paljon voimakkaampi kuin päiväntasaajalla.

Kuva 3. Alaskan pohjoisvalot. Lähde: Wikimedia Commons.

He ovat lähtöisin suuresta määrästä varautuneita hiukkasia, joita aurinko lähettää jatkuvasti. Ne, jotka ovat kentän loukussa, ajavat yleensä napoja kohti suuremman intensiteetin vuoksi. Siellä he hyödyntävät sitä ilmaisun ionisoimiseksi ja prosessissa säteilee näkyvää valoa.

Pohjoisvalot ovat näkyviä Alaskassa, Kanadassa ja Pohjois-Euroopassa magneettinavan läheisyyden takia. Mutta tämän muuttoliikkeen vuoksi on mahdollista, että ajan myötä ne näkyvät entistä paremmin Venäjän pohjoisosaa kohti.

Tämä ei näytä olevan tilanne toistaiseksi, koska aurorat eivät seuraa tarkalleen magneettista pohjoista.

Magneettinen deklinaatio ja navigointi

Navigoinnissa, etenkin erittäin pitkillä matkoilla, on erittäin tärkeää tuntea magneettinen deklinaatio tarvittavan korjauksen tekemiseksi ja todellisen pohjoisen löytämiseksi.

Tämä saavutetaan karttojen avulla, jotka osoittavat tasaisen deklinaation (isogonaalisen) viivat, koska deklinaatio vaihtelee suuresti maantieteellisen sijainnin mukaan. Tämä johtuu siitä, että magneettikenttä kokee jatkuvasti paikallisia variaatioita.

Kiitotielle maalatut suuret numerot ovat suunnat asteina suhteessa magneettiseen pohjoiseen, jaettuna 10: llä ja pyöristettynä.

Pohjoiset kaverit

Niin hämmentävää kuin miltä se voi vaikuttaa, on olemassa useita pohjoisen tyyppejä, jotka on määritelty joillakin tietyillä perusteilla. Siten voimme löytää:

Magneettinen pohjoinen on piste maapallolla, jossa magneettikenttä on kohtisuora pintaan nähden. Siellä kompassi osoittaa, ja muuten, se ei ole antipodaalinen (halkaisijaltaan vastakkainen) magneettisen etelän kanssa.

Geomagneettinen pohjoinen on paikka, jossa magneettisen dipolin akseli nousee pintaan (ks. Kuva 1). Koska Maapallon magneettikenttä on vähän monimutkaisempi kuin dipolikenttä, tämä piste ei vastaa tarkalleen magneettista pohjoista.

Maantieteellisesti pohjoiseen, maan pyörimisakseli kulkee siellä.

Lambertista tai ruudukosta pohjoiseen on kohta, jossa karttojen meridiaanit yhtyvät. Se ei vastaa tarkalleen todellista tai maantieteellistä pohjoista, koska maapallon pallomainen pinta vääristyy, kun he projisoidaan tasolle.

Kuva 4. Eri pohjoiset ja niiden sijainti. Lähde: Wikimedia Commons. Cavit

Magneettikentän kääntö

On hämmentävä tosiasia: magneettinavat voivat muuttaa sijaintia muutaman tuhannen vuoden aikana, ja se tapahtuu tällä hetkellä. Itse asiassa sen tiedetään tapahtuneen 171 kertaa aiemmin, viimeisen 17 miljoonan vuoden aikana.

Todisteita löytyy kivistä, jotka syntyvät Atlantin valtameren keskellä olevasta raosta. Kun se tulee esiin, kallio jäähtyy ja jähmettyy asettamalla Maan magnetoitumissuunta tällä hetkellä, mikä on säilynyt.

Mutta toistaiseksi ei ole tyydyttävää selitystä miksi tämä tapahtuu, eikä kentässä ole tarvittavaa energialähdettä kentän kääntämiseen.

Kuten aiemmin keskusteltiin, magneettinen pohjoinen siirtyy tällä hetkellä nopeasti kohti Siperiaa ja etelä myös liikkuu, tosin hitaammin.

Jotkut asiantuntijat uskovat, että johtuu nestemäisen raudan nopeasta virtauksesta heti Kanadan alapuolella, mikä heikentää kenttää. Se voi olla myös magneettisen kääntymisen alku. Viimeisin tapahtui 700 000 vuotta sitten.

Voi olla, että maan magneettisuutta aiheuttava dynamiikka sammuu hetkeksi joko spontaanisti tai jonkin ulkoisen toiminnan, kuten esimerkiksi komeetan lähestymistavan, vuoksi, vaikka jälkimmäisestä ei ole näyttöä.

Kun dynaaminen käynnistyy uudelleen, magneettiset navat ovat vaihtaneet paikkoja. Mutta voi myös tapahtua, että kääntö ei ole täydellinen, mutta dipoliakselin väliaikainen muunnos, joka lopulta palaa alkuperäiseen asentoonsa.

Koe

Se suoritetaan Helmholtz-keloilla: kahdella identtisellä ja samankeskisellä pyöreällä kelalla, joiden läpi sama virran voimakkuus kulkee. Käämien magneettikenttä on vuorovaikutuksessa maan kanssa, jolloin syntyy tuloksena oleva magneettikenttä.

Kuva 5. Koe maapallon magneettikentän arvon määrittämiseksi. Lähde: F. Zapata.

Käämien sisään syntyy suunnilleen tasainen magneettikenttä, jonka suuruus on:

-I on virran voimakkuus

-μ _o on tyhjön magneettinen läpäisevyys

-R on käämien säde

Prosessi

Määritä maapallon magneettikentän suunta B _T kääntämällä kelan akselille.

-Käännä käämien akseli kohtisuoraan B _{T: n kanssa}. Näin ollen alalla B _H generoidaan virta johdetaan, on kohtisuorassa B _T. Tässä tapauksessa:

Kuva 6. Tuloksena oleva kenttä on mitä kompassineula merkitsee. Lähde: F. Zapata.

-B _H on verrannollinen käämien läpi kulkevaan virtaan siten, että B _H = kI, missä k on vakio, joka riippuu mainittujen käämien geometriasta: säde ja kierrosten lukumäärä. A yhdistetään mittausvirta, voi olla arvo B _H. Jotta:

Täten:

-Kierukkojen läpi kulkee erilaisia ​​virtauksia ja parit (I, tg θ) kirjataan taulukkoon.

-Kavio I vs. tg θ. Koska riippuvuus on lineaarinen, odotamme saada viivan, jonka kaltevuus m on:

-Lopuksi, suorasta - viiva sopivat pienimmän neliösumman tai visuaalinen säätö, se etenee arvon määrittämiseksi B- _T.

Viitteet

1. Maan magneettikenttä. Palautettu osoitteesta: web.ua.es
2. Navarran yliopiston magneto-hydrodynaaminen ryhmä. Dinamovaikutus: historia. Palautettu: fisica.unav.es.
3. Kirkpatrick, L. 2007. Fysiikka: Katso maailmaa. Kuudes lyhennetty painos. Cengagen oppiminen.
4. Potin. Maan magneettikenttä ja sen ajanmuutokset. Palautettu: image.gsfc.nasa.gov.
5. NatGeo. Maan magneettinen pohjoisnapa liikkuu. Palautettu osoitteesta: ngenespanol.com.
6. Tieteellinen amerikkalainen. Maapallolla on enemmän kuin yksi pohjoisnapa. Palautettu osoitteesta: Scientificamerican.com.
7. Wikipedia. Geomagneettinen napa. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org.