INSTITUTUL PEDAGOGIC DE STAT LIPETSK

DEPARTAMENTUL DE FIZICĂ TEORETICĂ ŞI GENERALĂ

Cursuri de fizică.

DETERMINAREA COMPONENTEI ORIZONTALE A CÂMPULUI MAGNETIC PĂMÂNTULUI.

Completat de un student din grupul FPO-3

Kazantsev N.N.

Profesor asociat șef al Departamentului de fizică a Pacificului

Gryzov Yu.V.

LIPETSK

2. Un câmp magnetic.

Un câmp magnetic este o formă specială de materie prin care are loc interacțiunea între particulele încărcate electric în mișcare.

Proprietățile de bază ale câmpului magnetic:

Câmpul magnetic este generat de curent electric (sarcină în mișcare).

Un câmp magnetic este detectat prin efectul său asupra curentului electric (sarcină în mișcare).

Câmpul magnetic a fost descoperit în 1820 de către fizicianul danez H.C. Oersted.

Câmpul magnetic este direcțional și trebuie caracterizat printr-o mărime vectorială. Această cantitate este de obicei indicată prin literă ÎN . Ar fi logic prin analogie cu puterea câmpului electric E Nume ÎN intensitatea câmpului magnetic. Cu toate acestea, din motive istorice, principala caracteristică a puterii câmpului magnetic a fost numită inducție magnetică . Denumirea „intensitatea câmpului magnetic” sa dovedit a fi atribuită unei caracteristici auxiliare D câmp electric.

Un câmp magnetic, spre deosebire de unul electric, nu afectează o sarcină în repaus. Forța apare numai atunci când sarcina se mișcă.

Deci, sarcinile în mișcare (curenții) schimbă proprietățile spațiului din jurul lor - creează un câmp magnetic în el. Acest lucru se manifestă prin faptul că forțele (curenții) se mișcă în el.

Experiența dă. Ce este adevărat pentru magnetic, precum și pentru electric? principiul suprapunerii:

campÎN , generată de mai multe sarcini (curenți) în mișcare, este egală cu suma vectorială a câmpurilorB eu , generat de fiecare sarcină (curent) separat:

II. Caracteristicile generale ale câmpului magnetic al pământului.

Pământul în ansamblu este un imens magnet sferic. Omenirea a început să folosească câmpul magnetic al Pământului cu mult timp în urmă. Deja la începutul secolelor XII-XIII. Busola devine din ce în ce mai răspândită în navigație. Cu toate acestea, în acele zile se credea că acul busolei era orientat de Steaua Polară și de magnetismul acesteia. Ipoteza despre existența câmpului magnetic al Pământului a fost exprimată pentru prima dată în 1600 de naturalistul englez Gilbert.

În orice punct al spațiului care înconjoară Pământul și pe suprafața acestuia, acțiunea forțelor magnetice este detectată. Cu alte cuvinte, un câmp magnetic este creat în spațiul din jurul Pământului, ale cărui linii de câmp sunt prezentate în Fig. 1.

Polii magnetici și geografici ai Pământului nu coincid unul cu celălalt. Polul nord magnetic N se află în emisfera sudică, lângă coasta Antarcticii și polul magnetic sudic S este situat în emisfera nordică, lângă coasta de nord a insulei Victoria (Canada). Ambii poli se deplasează (în derivă) continuu pe suprafața pământului cu o viteză de aproximativ 5 pe an datorită variabilității proceselor generatoare de câmp magnetic. În plus, axa câmpului magnetic nu trece prin centrul Pământului, ci rămâne în urmă cu 430 km. Câmpul magnetic al Pământului nu este simetric. Datorită faptului că axa câmpului magnetic trece la un unghi de doar 11,5 grade față de axa de rotație a planetei, putem folosi o busolă.

Partea principală a câmpului magnetic al Pământului, conform vederilor moderne, este de origine intraterestră. Câmpul magnetic al Pământului este creat de miezul său. Miezul exterior al Pământului este lichid și metalic. Metalul este o substanță conducătoare de curent, iar dacă ar exista curenți constanti în miezul lichid, atunci curentul electric corespunzător ar crea un câmp magnetic. Datorită rotației Pământului, astfel de curenți există în miez, deoarece Pământul, după o oarecare aproximare, este un dipol magnetic, adică. un fel de magnet cu doi poli: sud și nord.

O mică parte a câmpului magnetic (aproximativ 1%) este de origine extraterestră. Aspectul acestei părți este atribuit curenților electrici care curg în straturile conductoare ale ionosferei și suprafeței Pământului. Această parte a câmpului magnetic al Pământului este supusă unei ușoare modificări în timp, numită variație seculară. Motivele existenței curenților electrici în variație seculară sunt necunoscute.

Într-o ipoteză ideală și ipotetică, în care Pământul ar fi singur în spațiul cosmic, liniile câmpului magnetic ale planetei erau situate în același mod ca liniile câmpului unui magnet obișnuit dintr-un manual de fizică școlar, i.e. sub forma unor arce simetrice care se întind de la polul sud la nord. Densitatea liniei (intensitatea câmpului magnetic) ar scădea odată cu distanța de la planetă. De fapt, câmpul magnetic al Pământului interacționează cu câmpurile magnetice ale Soarelui, cu planetele și cu fluxurile de particule încărcate emise din abundență de Soare. Dacă influența Soarelui însuși, și mai ales a planetelor, poate fi neglijată din cauza distanței lor, atunci acest lucru nu se poate face cu fluxuri de particule, altfel vântul solar. Vântul solar este un flux de particule care se repetă cu o viteză de aproximativ 500 km/s, emise de atmosfera solară. În momentele de erupții solare, precum și în perioadele de formare a unui grup de pete solare mari pe Soare, numărul de electroni liberi care bombardează atmosfera Pământului crește brusc. Aceasta duce la o perturbare a curenților care curg în ionosfera Pământului și, din această cauză, are loc o modificare a câmpului magnetic al Pământului. Apar furtuni magnetice. Astfel de fluxuri generează un câmp magnetic puternic, care interacționează cu câmpul Pământului, deformându-l foarte mult. Datorită câmpului său magnetic, Pământul reține particulele de vânt solar captate în așa-numitele centuri de radiații, împiedicându-le să treacă în atmosfera Pământului, cu atât mai puțin la suprafață. Particulele vântului solar ar fi foarte dăunătoare tuturor viețuitoarelor. Când câmpurile menționate interacționează, se formează o graniță, pe o parte a căreia există un câmp magnetic perturbat (supus modificărilor datorate influențelor externe) al particulelor de vânt solar, iar pe cealaltă parte există un câmp perturbat al Pământului. Această limită ar trebui considerată ca limita spațiului apropiat de Pământ, granița magnetosferei și a atmosferei. Dincolo de această limită predomină influența câmpurilor magnetice externe. În direcția Soarelui, magnetosfera Pământului este aplatizată sub influența vântului solar și se extinde pe doar 10 raze ale planetei. În direcția opusă, există o alungire de până la 1000 de raze Pământului.

Cea mai mare parte a câmpului magnetic al Pământului prezintă anomalii în diferite zone ale suprafeței Pământului. Aceste anomalii, aparent, ar trebui atribuite prezenței maselor feromagnetice în scoarța terestră sau diferențelor în proprietățile magnetice ale rocilor. Prin urmare, studiul anomaliilor magnetice are o importanță practică în studiul mineralelor.

Existența unui câmp magnetic în orice punct de pe Pământ poate fi stabilită cu ajutorul unui ac magnetic. Dacă atârnați un ac magnetic N.S. pe un fir l (Fig. 2) astfel încât punctul de suspensie să coincidă cu centrul de greutate al săgeții, apoi săgeata va fi instalată în direcția tangentei la linia de forță a câmpului magnetic al Pământului.

În emisfera nordică - capătul sudic va fi înclinat spre Pământ și săgeata se va alinia cu orizontul unghi de înclinareQ (la ecuatorul magnetic înclinația Q este egal cu zero). Planul vertical în care se află săgeata se numește planul meridianului magnetic. Toate planurile meridianelor magnetice se intersectează în linie dreaptă N.S. , iar urmele de meridiane magnetice de pe suprafața pământului converg către polii magnetici N Și S . Deoarece polii magnetici nu coincid cu polii geografici, acul va fi deviat de la meridianul geografic. Unghiul format de un plan vertical care trece prin săgeată (adică meridianul magnetic) cu meridianul geografic se numește declinație magnetică A(Fig. 2). Vector

Câmpurile de intensitate a câmpului magnetic al Pământului pot fi descompuse în două componente: orizontală și verticală (Fig. 3). Valorile unghiurilor de înclinare și declinare, precum și ale componentei orizontale, fac posibilă determinarea mărimii și direcției puterii totale a câmpului magnetic al Pământului într-un punct dat. Dacă acul magnetic se poate roti liber doar în jurul unei axe verticale, atunci va fi poziționat sub influența componentei orizontale a câmpului magnetic al Pământului în planul meridianului magnetic. Componentă orizontală, declinație magnetică A și starea de spirit Q sunt numite elemente ale magnetismului terestru. Toate elementele magnetismului pământului se schimbă în timp.

Să înțelegem împreună ce este un câmp magnetic. La urma urmei, mulți oameni trăiesc în acest domeniu toată viața și nici măcar nu se gândesc la asta. Este timpul să o reparăm!

Un câmp magnetic

Un câmp magnetic- un tip special de materie. Se manifestă prin acțiunea asupra sarcinilor electrice în mișcare și a corpurilor care au propriul moment magnetic (magneți permanenți).

Important: câmpul magnetic nu afectează sarcinile staționare! Un câmp magnetic este creat și de sarcini electrice în mișcare, sau de un câmp electric care variază în timp sau de momentele magnetice ale electronilor din atomi. Adică orice fir prin care trece curent devine și el magnet!

Un corp care are propriul său câmp magnetic.

Un magnet are poli numiti nord si sud. Denumirile „nord” și „sud” sunt date doar pentru comoditate (cum ar fi „plus” și „minus” în electricitate).

Câmpul magnetic este reprezentat de linii electrice magnetice. Liniile de forță sunt continue și închise, iar direcția lor coincide întotdeauna cu direcția de acțiune a forțelor câmpului. Dacă așchii de metal sunt împrăștiați în jurul unui magnet permanent, particulele de metal vor arăta o imagine clară a liniilor câmpului magnetic care ies din polul nord și intră în polul sud. Caracteristica grafică a unui câmp magnetic - linii de forță.

Caracteristicile câmpului magnetic

Principalele caracteristici ale câmpului magnetic sunt inducție magnetică, flux magneticȘi permeabilitatea magnetică. Dar să vorbim despre totul în ordine.

Să observăm imediat că toate unitățile de măsură sunt date în sistem SI.

Inductie magnetica B – mărimea fizică vectorială, care este principala forță caracteristică câmpului magnetic. Notat prin scrisoare B . Unitatea de măsură a inducției magnetice – Tesla (T).

Inducția magnetică arată cât de puternic este câmpul prin determinarea forței pe care o exercită asupra unei sarcini. Această forță se numește forța Lorentz.

Aici q - taxa, v - viteza sa într-un câmp magnetic, B - inducție, F - Forța Lorentz cu care câmpul acționează asupra sarcinii.

F– o mărime fizică egală cu produsul inducției magnetice prin aria circuitului și cosinusul dintre vectorul de inducție și normala la planul circuitului prin care trece fluxul. Fluxul magnetic este o caracteristică scalară a unui câmp magnetic.

Putem spune că fluxul magnetic caracterizează numărul de linii de inducție magnetică care pătrund într-o unitate de suprafață. Fluxul magnetic se măsoară în Weberach (Wb).

Permeabilitatea magnetică– coeficient care determină proprietățile magnetice ale mediului. Unul dintre parametrii de care depinde inducerea magnetică a unui câmp este permeabilitatea magnetică.

Planeta noastră a fost un magnet imens de câteva miliarde de ani. Inducerea câmpului magnetic al Pământului variază în funcție de coordonate. La ecuator este de aproximativ 3,1 ori 10 la minus a cincea putere a lui Tesla. În plus, există anomalii magnetice în care valoarea și direcția câmpului diferă semnificativ de zonele învecinate. Unele dintre cele mai mari anomalii magnetice de pe planetă - KurskȘi Anomalii magnetice braziliene.

Originea câmpului magnetic al Pământului rămâne încă un mister pentru oamenii de știință. Se presupune că sursa câmpului este miezul de metal lichid al Pământului. Miezul se mișcă, ceea ce înseamnă că aliajul topit fier-nichel se mișcă, iar mișcarea particulelor încărcate este curentul electric care generează câmpul magnetic. Problema este că această teorie ( geodinam) nu explică modul în care câmpul este menținut stabil.

Pământul este un uriaș dipol magnetic. Polii magnetici nu coincid cu cei geografici, desi sunt in imediata apropiere. În plus, polii magnetici ai Pământului se mișcă. Deplasarea lor a fost înregistrată din 1885. De exemplu, în ultima sută de ani, polul magnetic din emisfera sudică s-a deplasat cu aproape 900 de kilometri și este acum situat în Oceanul de Sud. Polul emisferei arctice se deplasează prin Oceanul Arctic către anomalia magnetică din Siberia de Est; viteza sa de mișcare (conform datelor din 2004) a fost de aproximativ 60 de kilometri pe an. Acum există o accelerare a mișcării polilor - în medie, viteza crește cu 3 kilometri pe an.

Care este semnificația câmpului magnetic al Pământului pentru noi?În primul rând, câmpul magnetic al Pământului protejează planeta de razele cosmice și vântul solar. Particulele încărcate din spațiul adânc nu cad direct pe pământ, ci sunt deviate de un magnet gigant și se mișcă de-a lungul liniilor sale de forță. Astfel, toate lucrurile vii sunt protejate de radiațiile dăunătoare.

De-a lungul istoriei Pământului au avut loc mai multe evenimente. inversiuni(modificări) polilor magnetici. inversarea polului- aici se schimbă locul. Ultima dată când a avut loc acest fenomen a fost acum aproximativ 800 de mii de ani, iar în total au existat peste 400 de inversiuni geomagnetice în istoria Pământului. Unii oameni de știință cred că, având în vedere accelerația observată a mișcării polilor magnetici, următorul pol inversarea ar trebui să fie așteptată în următoarele două mii de ani.

Din fericire, încă nu se așteaptă o schimbare a polului în secolul nostru. Aceasta înseamnă că vă puteți gândi la lucruri plăcute și vă puteți bucura de viață în câmpul constant bun al Pământului, având în vedere proprietățile și caracteristicile de bază ale câmpului magnetic. Și ca să poți face asta, există autorii noștri, cărora le poți încredința cu încredere unele dintre necazurile educaționale! Cursuri de drept internațional și național și alte tipuri de lucrări pe care le puteți comanda folosind link-ul.

Întrebarea a apărut întotdeauna, cum funcționează o busolă? Și astăzi vom vorbi despre un astfel de lucru precum CÂMPUL MAGNETIC AL PĂMÂNTULUI. Și întrucât, din păcate, editorul este limitat în timp și vrem să dăm ceva interesant, vă vom spune despre „magnetismul terestru” folosind mai multe surse diferite.

Asa de:

Câmpul magnetic al Pământului a rămas mult timp un mister, pentru că nu există magneți de piatră, nu? Dar odată ce descoperi că există o cantitate colosală de fier în interiorul Pământului, totul pare să se lase la loc. Fierul nu formează un magnet „permanent” precum cei atașați purceilor de plastic și puilor de urs, pe care noi, fără să știm de ce, cumpărăm pentru a le atașa la frigider. Măruntaiele pământului sunt mai mult ca un dinam. Apropo, acesta se numește dinam geomagnetic. După cum am menționat deja, fierul din miezul Pământului este în cea mai mare parte într-o stare topit, cu excepția unei „bile” solide și dense în centrul. Partea lichidă continuă să se încălzească. Anterior, acest fenomen se explica prin faptul că elementele radioactive, fiind mai dense decât orice altceva din compoziția chimică a planetei, se scufundau chiar în centru, fiind blocate acolo, iar căldura era furnizată de energia radioactivă emisă de ele. Teoria modernă oferă o explicație complet diferită: partea lichidă a miezului se încălzește, pe măsură ce partea solidă se răcește. Fierul topit în contact cu miezul solid în sine se solidifică treptat și se eliberează căldură. Căldura aceea trebuie să meargă undeva, nu poate dispărea ca o gură de aer cald - sunt mii de kilometri de rocă solidă de jur împrejur. Căldura este transferată în stratul de miez topit, încălzindu-l.

S-ar putea să fii surprins de faptul că piesa care intră în contact cu miezul solid se poate răci și solidifica și, în același timp, se poate încălzi în timpul acestui proces de solidificare. Explicația este simplă: fierul topit fierbinte crește pe măsură ce se încălzește. Amintiți-vă de balonul cu aer cald. Când încălziți aerul, acesta crește. Acest lucru se întâmplă deoarece, atunci când aerul este încălzit, acesta se extinde, devine mai puțin dens, iar substanțele mai puțin dense plutesc deasupra celor mai dense. Balonul reține aer într-o pungă uriașă de mătase, adesea viu colorată și împodobită cu siglele băncilor sau agențiilor imobiliare și se ridică odată cu aerul. Fierul fierbinte nu este vopsit cu nimic, ci se ridică la fel ca aerul fierbinte, îndepărtându-se de miezul solid. Plutește încet în sus, se răcește și apoi, când devine prea rece, sau mai bine zis relativ rece, începe din nou să se scufunde în adâncuri. Ca urmare, nucleul pământului este în mișcare continuă, încălzindu-se în interior și răcindu-se în exterior. Nu se poate ridica dintr-o dată, adică unele zone ale miezului plutesc, în timp ce altele se scufundă din nou. Acest tip de transfer de căldură circulant se numește convecție.

Potrivit fizicienilor, dacă sunt îndeplinite anumite trei condiții, lichidele în mișcare pot crea un câmp magnetic. În primul rând, lichidul trebuie să conducă curentul electric, iar fierul face acest lucru foarte bine. În al doilea rând, cel puțin un câmp magnetic mic trebuie să fie prezent inițial și există motive întemeiate să credem că Pământul nostru, pe atunci încă foarte tânăr, avea un anumit magnetism personal. În al treilea rând, ceva trebuie să rotească acest fluid, distorsionând câmpul magnetic inițial, iar pentru Pământ o astfel de rotație are loc datorită forței Coriolis, similară forței centrifuge, dar acționând mai slab și rezultată din rotația Pământului în jurul axei sale. În linii mari, rotația distorsionează câmpul magnetic inițial slab, răsucindu-l ca spaghetele pe o furculiță. Magneismul se ridică apoi în vârf, prins de masele plutitoare ale miezului de fier. Ca rezultat al acestei rotații, câmpul magnetic devine mult mai puternic.

Da, într-un fel, poți spune că Pământul se comportă ca și cum ar avea un magnet uriaș în interiorul său, dar în realitate totul este mult mai complicat. Pentru a face imaginea puțin mai specifică, să ne amintim că există cel puțin alți șapte factori care determină prezența unui câmp magnetic pe Pământ. Astfel, unele componente ale scoarței terestre pot fi magneți permanenți. Ca un ac de busolă îndreptat spre nord, s-au aliniat treptat cu dinamul geomagnetic mai puternic, întărindu-l și mai mult. În straturile superioare ale atmosferei există un strat de gaz ionizat încărcat. Înainte de inventarea sateliților, ionosfera a jucat un rol esențial în comunicațiile radio: undele radio au sărit de gazul încărcat, mai degrabă decât să scape în spațiu. Ionosfera este în mișcare, iar electricitatea în mișcare creează un câmp magnetic. La o altitudine de aproximativ 15.000 de mile (24.000 km) curge un curent inelar - un strat de particule ionizate de densitate scăzută care formează un tor uriaș. Acest lucru slăbește ușor puterea câmpului magnetic al Pământului.

Următorii doi factori sunt așa-numita magnetopauză și coada magnetică, care au apărut sub influența vântului solar asupra magnetosferei Pământului. Vântul solar este un flux constant de particule emise de Soarele hiperactiv. Magnetopauza este unda de cap a câmpului magnetic al Pământului, care se mișcă împotriva vântului solar, iar coada magnetică este urma acestei unde din partea opusă a planetei, unde propriul câmp magnetic al Pământului „se scurge” în afară, de altfel, fiind distruse sub influența vântului solar. În plus, vântul solar provoacă un fel de împingere de-a lungul orbitei Pământului, creând o distorsiune suplimentară a liniilor câmpului magnetic, cunoscută sub numele de curent aliniat la câmp în magnetosferă. Și, în sfârșit, există fluxuri aurorale. Aurora boreala, sau aurora boreala, sunt foi incantatoare, misterioase de lumina palida care straluceste pe cerul polar nordic. O performanță similară, aurora australă, poate fi observată în apropierea Polului Sud. Aurorele sunt create de două benzi de curent electric care curge de la magnetopauză în coada magnetică. Aceasta, la rândul său, creează noi câmpuri magnetice și doi curenți electrici - vestic și estic.

Deci, spuneți, Pământul este doar un mare magnet? Ei bine, da, iar oceanul este un castron cu apă.

Materialele magnetice găsite în rocile antice indică faptul că din când în când câmpul magnetic al Pământului își schimbă polaritatea, polul magnetic nord devine sud și invers. Acest lucru se întâmplă aproximativ o dată la jumătate de milion de ani, deși nu a fost observat un model strict. Nimeni nu știe exact de ce se întâmplă acest lucru, dar modelele matematice arată că câmpul magnetic al Pământului poate fi orientat la fel de probabil în ambele direcții, fără ca niciuna dintre direcții să fie stabilă. Orice poziție, mai devreme sau mai târziu, își pierde stabilitatea și trece ștafeta celei opuse. Tranzițiile au loc rapid, pe parcursul a aproximativ 5 mii de ani, în timp ce perioadele dintre ele sunt de o sută de ori mai lungi.

Majoritatea planetelor au câmpuri magnetice, iar acest fapt este chiar mai greu de explicat decât câmpul pământului. Mai avem multe de învățat despre magnetismul planetar.

Alfred Wegener

Una dintre cele mai impresionante proprietăți ale planetei noastre a fost descoperită în 1912, dar nu a fost luată în considerare decât în ​​anii 60. Cea mai convingătoare dovadă în favoarea ei a fost tocmai schimbarea polilor magnetici. Ideea este că continentele pământului nu stau nemișcate, ci se deplasează încet de-a lungul suprafeței planetei. Potrivit unui om de știință german Alfred Wegener, care a fost primul care și-a publicat teoria, actualele continente separate erau odinioară un singur supercontinent, pe care l-a numit Pangea(adică „Întregul pământ”). A existat acum aproximativ 300 de milioane de ani.

Cu siguranță Wegener nu a fost primul care s-a gândit la asta. Ideea lui a fost, cel puțin parțial, influențată de similitudinea izbitoare dintre coastele Africii și Americii de Sud. Acest lucru este vizibil mai ales pe hartă. Desigur, Wegener s-a bazat pe alte date. Nu era geolog, ci meteorolog, specialist în climă antică, și a fost surprins că în regiunile cu un climat rece s-au găsit roci care au apărut clar în regiunile cu una caldă și invers. De exemplu, în Sahara mai găsești rămășițele ghețarilor antici, care au o vechime de 420 de milioane de ani, iar în Antarctica poți găsi ferigi fosilizate. În acele vremuri, oricine i-ar fi spus că pur și simplu s-a schimbat clima. Cu toate acestea, Wegener era convins că clima a rămas aproape aceeași, cu excepția erei glaciare, și că continentele înseși s-au schimbat, adică s-au mutat. El a presupus că s-au separat ca urmare a convecției în mantaua Pământului, dar nu era sigur.

Această idee a fost considerată nebună, mai ales că nu a fost propusă de un geolog și, în plus, Wegener a ignorat toate faptele care nu se încadrau în teoria sa. Și faptul că asemănarea dintre Africa și America de Sud nu este atât de ideală și că deriva continentală nu a putut fi explicată. În mod clar, convecția nu are nimic de-a face cu ea, deoarece este prea slabă. Mare A'Tuin(bănuiește că A'Tuin este o fată) poate căra întreaga lume pe spate, dar el este doar o ficțiune, iar în lumea reală, se pare, astfel de forțe sunt pur și simplu de neconceput.

Nu am folosit cuvântul „de neconceput” întâmplător. Mulți oameni de știință străluciți și respectați repetă adesea aceeași greșeală. Ei confundă expresia „Nu înțeleg cum poate fi asta” cu „Este complet imposibil”. Unul dintre aceștia, oricât de rușine ar fi să recunoască, unul dintre noi doi, a fost un matematician și unul excelent, dar când calculele sale au arătat că mantaua pământului nu poate mișca continente, nici nu i-a trecut prin minte că teoriile pe care se bazau calculele erau greșite. Numele lui era Sir Harold Jeffreys, iar problema lui era că îi lipsea în mod clar un zbor de fantezie, pentru că nu numai contururile continentelor de pe ambele maluri ale Atlanticului coincid. Din punct de vedere al geologiei și paleontologiei, totul a convergit și el. Luați, de exemplu, rămășițele fosilizate ale unei fiare numite mezosaur, care a trăit acum 270 de milioane de ani atât în ​​America de Sud, cât și în Africa. Este puțin probabil ca mezosaurul să fi înotat peste Oceanul Atlantic; mai degrabă, a trăit pur și simplu pe Pangea, reușind să se stabilească pe ambele continente când nu erau încă separate.

Cu toate acestea, în anii 60 ai secolului al XX-lea, ideea lui Wegener a fost recunoscută, iar teoria sa despre „deriva continentală” a fost stabilită în știință. La o întâlnire a geologilor de frunte, un tânăr pe nume Edward Ballard, care semăna foarte mult cu Ponder Toups, și doi dintre colegii săi au demonstrat capacitățile unui dispozitiv nou de atunci numit computer. Ei au însărcinat mașina să găsească cea mai bună potrivire nu numai între Africa și America de Sud, ci și America de Nord și Europa, ținând cont de modificările posibile, dar mici. În loc să ia contururile actuale ale coastei, ceea ce nu era o idee foarte strălucitoare pentru început, permițând oponenților teoriei derivei să argumenteze că continentele nu coincid, tinerii oameni de știință au folosit un contur corespunzător unei adâncimi de 3.200 de picioare ( 1.000 m) sub nivelul mării, deoarece, în opinia lor, era mai puțin supusă eroziunii. Contururile se potrivesc bine și geologia era atât de grozavă. Și, deși oamenii de la conferință încă nu au ajuns la un consens, teoria derivei continentale a primit în sfârșit o oarecare recunoaștere.

Astăzi avem mult mai multe dovezi și o înțelegere clară a mecanismului de derive. În partea centrală a Oceanului Atlantic, la jumătatea distanței dintre America de Sud și Africa, una dintre crestele oceanice de mijloc se întinde de la sud la nord (acestea, de altfel, există în toate celelalte oceane). Materialele vulcanice se ridică din adâncime de-a lungul întregii creste și apoi se răspândesc pe versanții acesteia. Și asta se întâmplă de 200 de milioane de ani. Puteți chiar să trimiteți un submarin și să urmăriți procesul. Desigur, o viață nu ar fi suficientă pentru a observa acest lucru, dar America se îndepărtează de Africa cu o rată de 3/4 inch (2 cm) pe an. Unghiile noastre cresc cu aproximativ aceeași viteză, cu toate acestea, echipamentele moderne sunt capabile să înregistreze aceste schimbări.

Cea mai clară dovadă a derivei continentale provine din câmpul magnetic al Pământului: rocile de pe ambele părți ale crestelor au un model curios de benzi magnetice care își schimbă polaritatea de la nord la sud și înapoi, modelul de pe ambele versanți fiind simetric. Aceasta înseamnă că benzile au înghețat în câmpul magnetic pe măsură ce s-au răcit. Când dinamul pământului și-a schimbat polaritatea din când în când, rocile crestei au devenit magnetizate în câmpul său. Apoi, după ce rocile magnetizate au fost separate, modele identice au apărut pe părțile opuse ale crestei.

Suprafața Pământului nu este o sferă solidă. Atât continentele, cât și fundul oceanului plutesc pe plăci uriașe, în special dure, care se pot depărta atunci când magma se infiltrează între ele. (Și cel mai adesea acest lucru se întâmplă din cauza convecției în manta. Jeffreys pur și simplu nu știa tot ce știm despre mișcarea mantalei.) Există aproximativ o duzină de plăci, cu lățimea de la șase sute (1000 km) la șase mii. (10.000 km) mile și se întorc tot timpul. Acolo unde granițele lor se ating, se freacă și alunecă, au loc în mod constant cutremure și erupții vulcanice. În special în Centura de foc al Pacificului, care se întinde de-a lungul întregului perimetru al Oceanului Pacific și include coasta de vest a Chile, America Centrală, Statele Unite și dincolo de insulele japoneze și Noua Zeelandă. Toate sunt pe marginea unei plăci uriașe. Acolo unde plăcile se ciocnesc, se ridică munți: o placă ajunge sub cealaltă și o ridică, strivindu-i și strivindu-i marginea. India nu face deloc parte din continentul asiatic, pur și simplu s-a prăbușit în el, creând cei mai înalți munți din lume - Himalaya. A accelerat atât de mult încât încă își continuă mișcarea, iar Himalaya este în creștere.

(c) Discworld Science, Terry Pratchett, Jack Cohen, Ian Stewart(În general, citiți această carte; nu veți găsi un ghid mai bun într-o formă distractivă (dar înainte de asta, familiarizați-vă, în principiu, cu seria „Discworld” a lui Pratchett, în ordinea bibliografică NU CA POPULARĂ)).

Video cu câmpul magnetic de la Roscosmos:

Cum funcționează o busolă?

Cine nu a văzut o busolă? Un lucru mic care arată ca un ceas cu o singură mână. Îl răsuciți și îl întoarceți, dar săgeata se încăpățânează să se întoarcă într-o direcție. Acul busolei este un magnet care se rotește liber pe ac. Principiul de funcționare al busolei magnetice se bazează pe atracția și repulsia a doi magneți. Polii opuși ai magneților se atrag, așa cum polii se resping. Planeta noastră este, de asemenea, un astfel de magnet. Puterea sa este mică, nu este suficient să se manifeste pe un magnet greu. Cu toate acestea, un ac ușor de busolă, echilibrat pe un ac, se rotește și el sub influența unui câmp magnetic mic.

busolă sportivă

Pentru ca acul busolei să nu atârne, ci să arate clar direcția, indiferent de tremurare, trebuie să fie destul de puternic magnetizat. La busolele sportive, becul cu săgeata este umplut cu lichid. Neagresiv pentru piese din plastic și metal, nu îngheață la temperaturi de iarnă. Bula de aer rămasă în balon servește ca indicator de nivel pentru a orienta busola în plan orizontal.

Liderul în studiul câmpului magnetic al Pământului îi aparține omului de știință englez William Gilbert. În cartea sa „Despre magnet, corpuri magnetice și marele magnet - Pământ”, publicată în 1600, el a prezentat Pământul sub forma unui magnet permanent uriaș, a cărui axă nu coincide cu axa de rotație a Pământ. Unghiul dintre axa de rotație și axa magnetică se numește declinație magnetică.

Ca urmare a acestei discrepanțe, nu este în întregime adevărat să spunem că acul busolei indică întotdeauna spre nord. Indica un punct situat la o distanta de 2100 km de polul nord, pe insula Somerset (coordonatele sale sunt 75°, 6 N, 101° W - date pentru 1965).Polii magnetici ai Pamantului se deplaseaza incet. Pe lângă o astfel de eroare în direcția săgeții (o vom numi sistematică), nu trebuie să uităm nici de alte motive pentru care busola nu funcționează corect:

• Obiectele metalice sau magneții aflați în apropierea busolei îi devia acul
• Dispozitive electronice care sunt surse de câmpuri electromagnetice
• Zacaminte minerale – minereuri metalice
• Furtunile magnetice care au loc în anii de activitate solară puternică distorsionează câmpul magnetic al Pământului.

Acum, încercați să răspundeți la întrebările celor deștepți:

Între timp, vă voi oferi câteva fapte interesante despre câmpul magnetic al Pământului.

Se dovedește că slăbește cu aproximativ 0,5% la fiecare 10 ani. Potrivit diverselor estimări, acesta va dispărea în 1-2 mii de ani. Se presupune că în acest moment va avea loc o inversare de polaritate între magnet și Pământ. După care câmpul va începe să crească din nou, dar polii magnetici nord și sud își vor schimba locul. Se crede că acest lucru s-a întâmplat planetei noastre de un număr mare de ori.

Se pare că păsările migratoare navighează și „prin busolă” sau, mai precis, câmpul magnetic al Pământului le servește drept ghid. Recent, oamenii de știință au aflat că păsările au o mică „busolă” magnetică în zona ochilor - un câmp mic de țesut în care se află cristale de magnetit, care au capacitatea de a magnetiza într-un câmp magnetic.

Puteți face singur o busolă simplă. Pentru a face acest lucru, lăsați acul de cusut lângă magnet timp de câteva zile. După aceasta, acul va fi magnetizat. După ce l-ați umezit cu grăsime sau ulei, coborâți cu grijă acul pe suprafața apei turnate în cană. Grăsimea nu o va lăsa să se scufunde, iar acul se va întoarce de la nord la sud (sau invers:).

Esti impresionat? Acum vă puteți verifica răspunsurile la întrebări:

• Unde crezi că va îndrepta acul busolei dacă te afli între polul geografic nord și polul nord magnetic?
  - Capătul nordic al săgeții va indica... spre sud, iar capătul sudic - spre nord!
• Unde arată săgeata când busola este aproape de polul magnetic?
  - se dovedește că o săgeată suspendată pe un fir în zona polului magnetic tinde să se întoarcă... în jos, de-a lungul liniilor magnetice ale Pământului!
• Dacă, ghidat de o busolă, mergi strict spre nord-est foarte mult timp, atunci unde vei ajunge?
  – vei ajunge la polul nord magnetic! Încercați să vă urmăriți drumul pe glob, se dovedește a fi un traseu foarte interesant.

și așa ar fi putut arăta busola de pe nava lui Columb

Sperăm că v-a plăcut acest material. Dacă da, atunci vom face mai multe dintre acestea diferite!

Dacă găsiți o eroare, evidențiați o bucată de text și faceți clic Ctrl+Enter.

Vizualizari: 369

Mai întâi, să ne uităm la ce este câmpul magnetic al Pământului. La urma urmei, în primul rând, gradul de influență a factorilor cosmici asupra atmosferei pământului, precum și asupra vieții și sănătății umane, depinde de acesta.

Magnetosfera Pământului este înconjurată de radiații intense, care într-o perioadă scurtă de timp poate descompune tot aerul din atmosfera Pământului în ioni și electroni și poate duce la alte consecințe ireversibile în biosfera și litosfera Pământului, după care viața de pe Pământ ar urma să fi imposibil. Câmpul magnetic al Pământului ne protejează de această radiație. De fapt, în natură nu există altă protecție împotriva radiațiilor corpusculare de înaltă energie. Dacă această protecție ar fi impecabilă, atunci aici nu am putea descrie mai detaliat cum este structurată învelișul protector al Pământului. Dar se dovedește că există puncte slabe, sau defecte, în câmpul magnetic al Pământului, prin care o parte din radiația solară încă pătrunde în atmosfera sa. Aceste defecte ale învelișului magnetic al Pământului sunt caracteristice anumitor zone, a căror locație depinde de natura și configurația câmpului magnetic al Pământului. Zonele sunt caracterizate de un climat spațial special, iar vremea spațială din aceste zone diferă semnificativ de cea din alte părți ale globului.

Care este câmpul magnetic al Pământului? Știm că o bară magnetizată are întotdeauna doi poli - nord și sud sau, cu alte cuvinte, este un dipol. Configurația unui câmp magnetic este de obicei caracterizată de linii de câmp magnetic care au o anumită direcție (indicată printr-o săgeată), iar densitatea acestor linii este determinată de mărimea câmpului magnetic. Pentru a determina direcția liniei câmpului magnetic, trebuie să plasați busola în diferite puncte din spațiu în jurul magnetului. Direcția săgeții de fiecare dată va arăta direcția liniei câmpului magnetic. Cine dintre noi nu-și amintește experimentele școlare cu magneți și pilitură de metal? Aici fiecare rumeguș este un ac magnetic. În aceste experimente, câmpul magnetic al unui dipol arată astfel: liniile câmpului magnetic părăsesc un pol al magnetului și intră în celălalt pol. Pe măsură ce vă îndepărtați de bloc, puterea câmpului magnetic scade foarte repede.

Acum imaginați-vă că am plasat un astfel de bloc în interiorul globului școlar cu polul magnetic sudic în sus (adică spre polul geografic nord) și nordul în jos. În continuare, vom înclina această bară magnetică în raport cu axa geografică astfel încât între ele să se formeze un unghi de 11°, cu alte cuvinte, vom separa polii geografici și geomagnetici cu aproximativ 1100 km pe glob. După o astfel de manipulare, veți obține un dipol magnetic similar cu cel de pe Pământ. Adevărat, nu numai polii dipolului magnetic real al pământului sunt deplasați. Centrul dipolului nu coincide ușor cu centrul globului, dar pentru problema considerată aici acest lucru nu este semnificativ. Câmpul dipolului Pământului este prezentat în Fig. 1. Câmpul magnetic al unui astfel de dipol este destul de ușor de calculat.

Figura 1. Diagrama câmpului magnetic dipol al Pământului. Axa Pământului (SE) și axa dipolului magnetic (P CU P YU) nu se potriveste. Meridianele magnetice provin de la unul magnetic poli la celălalt.

(Atenţie!!! Există o eroare în această imagine. Vezi comentariile de mai jos. Poza corectă se află la sfârșitul paginii.- Aprox. admin.)

Dar câmpul magnetic real al Pământului este diferit de câmpul dipol. Acest lucru este cauzat de acțiunea radiației corpusculare solare asupra acestuia.

În planul ecuatorial (în mijlocul dipolului), liniile câmpului magnetic sunt paralele cu suprafața Pământului, în timp ce mai aproape de poli ies din Pământ în sud și intră pe Pământ în nord. Această diferență în direcția liniilor câmpului magnetic este fundamentală. Modul în care sunt direcționați determină cât de capabili sunt de a rezista radiațiilor corpusculare solare.

Pentru ca câmpul magnetic să servească drept protecție împotriva radiațiilor corpusculare solare și, în general, împotriva oricăror particule care au o sarcină electrică negativă sau pozitivă, acesta trebuie direcționat peste direcția radiației. La latitudini joase, câmpul magnetic al Pământului este direcționat peste fluxul de radiații și servește drept protecție bună împotriva acestuia. Din păcate, cu cât este mai aproape de poli, cu atât această protecție este mai puțin fiabilă. Acolo unde liniile de câmp magnetic sunt verticale (la poli), ele nu sunt capabile să contracareze radiația și se poate „rola în jos” de-a lungul liniilor de câmp în atmosfera Pământului fără interferențe.

Totul ar fi exact așa cum este descris aici dacă câmpul magnetic al Pământului ar fi exact câmpul unui dipol. De fapt, dipolul magnetic al pământului nu se află în vid și în jurul lui curg curenți electrici, care îi modifică câmpul magnetic. Din exterior, câmpul magnetic al Pământului este afectat de forța de presiune a vântului solar, adică de plasmă solară.

Ne vom uita puțin mai departe la ce este radiația corpusculară solară. Aici vom spune doar că de la suprafața Soarelui se răspândește continuu radial în toate direcțiile o plasmă formată din nuclee de elemente chimice ușoare, ale cărei fluxuri se numesc vânt solar. Acest vânt solar, care se apropie de câmpul magnetic al Pământului, îl deformează, la fel cum un vânt obișnuit ar putea deforma un balon umflat cu aer. Ca urmare, câmpul magnetic al Pământului de la Soare nu se extinde la infinit, așa cum ar fi cazul într-un dipol ideal, ci este comprimat de vântul solar la o distanță de 10 raze Pământului (raza Pământului este de 6,370 km).

Astfel, din partea zilei, casa noastră pământească se extinde în spațiu aproximativ 63.700 km. Apoi câmpul magnetic al Pământului se termină și începe spațiul real, ale cărui proprietăți sunt complet diferite față de învelișul magnetic al Pământului - magnetosfera. Acest spațiu din interiorul magnetosferei este de obicei numit spațiu apropiat sau spațiu apropiat de Pământ. Această împărțire nu este deloc arbitrară, deoarece spațiul adânc are câmpuri magnetice complet diferite, caracteristici diferite ale particulelor încărcate etc.

Vântul solar, care a presat magnetosfera Pământului dinspre zi, schimbă liniile câmpului magnetic pe partea de noapte și le trage în direcția mișcării sale față de Soare, ca banda de cauciuc a unei praștii. Aceasta formează un penaj, sau coadă, a magnetosferei, extinzându-se pe partea de noapte a Pământului pe sute de raze ale Pământului. Astfel, dacă un dipol magnetic ideal este simetric față de axa magnetică care leagă polii, atunci câmpul magnetic al Pământului este foarte puternic deformat - mai aproape de Pământ (la distanță de 3 - 4 raze Pământului) dipolul a rămas aproape neatins și liniile magnetice de forță se rotesc cu Pământul, la fel ca și atmosfera pământului, în timp ce liniile de forță exterioare, alungite în coada magnetosferei, nu se pot roti cu Pământul, ele sunt întotdeauna alungite în direcția nopții. În acest caz, vântul solar întoarce liniile câmpului polar pe partea de zi, astfel încât acestea să treacă spre partea de noapte prin pol în coada magnetosferei.

Dacă nu ar exista vânt solar, cele mai vulnerabile locuri de pe Pământ ar fi zonele din apropierea polilor, unde liniile câmpului magnetic sunt verticale. Dar vântul solar, așa cum spune, acoperă aceste zone cu linii de forță pe timp de zi, pe care le direcționează prin poli în coada magnetosferei. În același timp, pe partea de zi, banda cea mai vulnerabilă rămâne între liniile de forță care se închid prin părțile de zi și de noapte ale Pământului. Din care este clar că pe partea de zi există două zone în care radiația corpusculară solară poate pătrunde în atmosfera superioară, în ciuda protecției magnetice a Pământului. De asemenea, se poate observa că calotele polare (zonele din jurul polilor) sunt protejate de linii de câmp magnetic în timpul zilei. Măsura în care vântul solar distorsionează câmpul magnetic al Pământului poate fi văzută dintr-o comparație a Fig. 1 și 2.

Pe partea de noapte a Pământului, liniile de forță cele mai exterioare, de care vântul solar se „agăță” direct și care sunt extinse în coada magnetosferei pentru sute de raze Pământului, sunt rupte. După pauză, jumătățile liniei câmpului (sud și nord) cresc împreună (sau se prăbușesc) și se repetă rapid înapoi spre Pământ, captând cu ele particulele încărcate. În locul acestor linii de forță, altele noi intră în coada magnetosferei, care tocmai au fost rupte. Acest proces continuă continuu.

În Fig. 2 se poate observa că pe partea de noapte, la latitudini 70° nord și sud, există și linii de câmp care se sprijină aproape vertical pe suprafața Pământului și, prin urmare, nu împiedică pătrunderea radiațiilor în atmosfera superioară. Astfel, putem concluziona că în anumite zone câmpul magnetic nu protejează suficient de bine Pământul și atmosfera acestuia de radiațiile corpusculare solare. Aceste zone vulnerabile sunt două ovale situate în jurul polilor geomagnetici nord și sud, ale căror părți din timpul zilei sunt la 10 ° distanță de polul magnetic, iar părțile pe timp de noapte sunt la 20 ° distanță de polul magnetic. Lățimea acestui oval este de doar câteva grade, adică câteva sute de kilometri. Aceste două ovale sunt locurile în care se află bucătăria vremii spațiale, unde sunt cel mai adesea vizibile luminile nordice și sudice, unde curg curenți electrici de sute de mii de amperi la o altitudine de 100 km, unde condițiile pentru sănătatea umană în termeni a influenței vremii spațiale asupra lui sunt nefavorabile.

Am stabilit unde sunt situate zonele meteorologice spațiale nefavorabile pe Pământ și ce cauzează astfel de localizare a acestora. În continuare, este necesar să analizăm ce este radiația corpusculară solară. Prin urmare, să trecem la considerarea emisiei de plasmă solară în timpul furtunilor solare.