что это такое, как создается, значение

С древних времен известно, что магнитная стрелка, свободно вращающаяся вокруг своей вертикальной оси, всегда позиционируется в определенном направлении в данном месте Земли (если поблизости нет магнитов, проводников электричества или железных предметов). Этот факт объясняется тем, что вокруг Земли существует магнитное поле, и магнитная стрелка устанавливается вдоль его магнитных линий. На этом основан компас, который представляет собой магнитную стрелку, свободно вращающуюся на оси.

Узнайте, что такое магнитное поле Земли, как оно создается и многое другое в этой статье.

Магнитное поле Земли: простое объяснение

Наша планета Земля окружена магнитным полем, которое также называют магнитным полем Земли. Если смотреть со стороны, то магнитное поле Земли по форме напоминает стержневой магнит. Это означает, что вы можете представить себе огромный стержневой магнит под поверхностью Земли, наклоненный к оси вращения Земли. Южный полюс этого магнита направлен в сторону географического северного полюса Земли.

Магнитное поле Земли имеет интенсивность от 30 микротесла (мкТл) до 60 мкТл. Основная часть магнитного поля Земли возникает в жидком внешнем ядре Земли в результате конвекции расплавленного железа.

Помимо обеспечения ориентации по компасу, магнитное поле Земли выполняет еще одну жизненно важную задачу: экранирует солнечный ветер, то есть защищает нас от опасного излучения из космоса. В состав космического излучения, кроме электронов, протонов, входят и другие частицы, движущиеся в пространстве с огромными скоростями.

Как создается магнитное поле Земли?

Основная часть магнитного поля возникает внутри Земли. Поэтому в этом разделе мы сначала покажем вам, как устроено ядро Земли, а затем кратко остановимся на так называемой «теории динамо».

Структура ядра Земли

Вы можете представить себе Землю, разделенную на четыре сферические оболочки и одну сферу (смотрите рисунок 1 ниже). Каждая сферическая оболочка изготовлена из разных материалов и имеет разную толщину. Сфера находится в центре, а четыре сферические оболочки окружают сферу одна за другой. В следующем списке показана структура Земли, начиная с поверхности Земли и заканчивая ее центром.

• Сферическая оболочка 1 — земная кора: толщина 5 — 70 км.
• Сферическая оболочка 2 — верхняя мантия: глубина около 660 км.
• Сферическая оболочка 3 — нижняя мантия: глубина 660 — 2900 км.
• Сферическая оболочка 4 — внешнее ядро: глубина 2900 — 5150 км.
• Сфера — внутреннее ядро Земли: глубина от 5150 до 6371 км.

Рис. 1. Строение Земли

Теория динамо

Внешнее ядро состоит в основном из жидкого, электропроводящего железа. Внешний слой внешнего ядра Земли холоднее внутреннего ядра Земли. Эта разница температур приводит к возникновению конвекционных течений. Это означает, что жидкое железо во внешнем ядре сильно перемещается вперед и назад. К этому движению добавляется ещё и вращение земли.

Следующее наблюдение стало решающим для магнитного поля Земли, а именно, магнитное поле «задерживается» в проводнике. Если проводник движется, магнитное поле должно следовать за ним. Именно это и происходит во внешнем ядре Земли. Внешнее магнитное поле попадает в земное ядро и задерживается жидким железом. Затем это внешнее магнитное поле следует за движениями жидкого железа.

Во внешнем ядре Земли существует градиент вращения: чем ближе вы находитесь к внутреннему ядру, тем быстрее вы вращаетесь вокруг оси вращения Земли. Этот градиент вращения заставляет жидкое железо испытывать силу Кориолиса и, таким образом, отклоняться в спиралевидные траектории. Внешнее магнитное поле следует за этим спиральным движением, образуя искаженные кольца. Такое «магнитное кольцо» соответствует электрическому току. Этот электрический ток, в свою очередь, создает магнитное поле, которое усиливает внешнее магнитное поле. Как итог, создается магнитное поле Земли.

Таким образом, составляющие магнитного поля Земли следующие: конвекционные токи, вращение Земли и электропроводящая жидкость в ядре Земли.

Примечание! Основная идея магнитного поля Земли: уже существующее магнитное поле в ядре Земли приводит к электрическому току. Этот электрический ток, в свою очередь, создает магнитное поле, которое усиливает исходное магнитное поле.

Теперь вам может быть интересно, откуда берется внешнее магнитное поле. На самом деле, малейшего теплового движения во внешнем ядре Земли достаточно для возникновения случайного электрического тока. Затем этот электрический ток создает внешнее магнитное поле, которое усиливается динамо-эффектом и формирует магнитное поле Земли.

Индукция и форма магнитного поля Земли

Индукция магнитного поля Земли составляет от 30 до 60 мкТл. Для сравнения: типичный подковообразный магнит имеет индукция магнитного поля 0,1 тесла; а индукция магнитного поля магнитно-резонансного томографа для использования человеком составляет от 0,35 до 3 тесла.

Форма магнитного поля Земли напоминает форму стержневого магнита (см. рисунок 2). Если смотреть со стороны, то кажется, что внутри Земли находится гигантский стержневой магнит. Он наклонен примерно на 11° относительно оси вращения, а его южный полюс направлен в сторону географического северного полюса Земли.

Рис. 2. Стержневой магнит внутри Земли

Наблюдения показывают, что по мере приближения Земли к географическому северному полюсу магнитные линии магнитного поля Земли все больше наклоняются к горизонту и становятся вертикальными, входя в Землю примерно на 75° северной широты и 99° западной долготы. Южный магнитный полюс Земли сейчас находится в этой точке, примерно в 2100 км от географического северного полюса.

Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.

Северный магнитный полюс Земли расположен вблизи географического южного полюса, то есть на 66,5° южной широты и 140° восточной долготы. Здесь магнитные линии магнитного поля Земли покидают Землю.

Поэтому магнитные полюса Земли не совпадают с географическими полюсами Земли. По этой причине направление магнитной стрелки не совпадает с направлением географического меридиана. Магнит
Стрелка компаса лишь приблизительно указывает на север.

Есть области земного шара, где направление магнитной стрелки постоянно отклоняется от направления магнитной линии Земли. Эти области называются магнитными аномалиями.

Смена полярности магнитного поля Земли

В этом разделе мы кратко объясним, что имеется в виду под изменением полярности магнитного поля Земли и что это означает для жизни на Земле.

Феномен и значение

Термин «изменение полярности» означает, что положения магнитных полюсов меняются местами. Возьмите стержневой магнит так, чтобы южный полюс был направлен вверх. Теперь поверните стержневой магнит на 180° так, чтобы южный полюс был направлен вниз. Теперь вы успешно изменили полярность магнита.

Рис. 3. Магнитное поле Земли

Исследования горных пород показали, что за последние 84 миллиона лет произошло 183 таких переполюсовки. Последняя смена полюсов произошла 780 000 лет назад. Возможно, сейчас вы спрашиваете себя, не настало ли время для того, чтобы снова произошел разворот полюсов. На самом деле, смена полярности является случайным событием. Это означает, что невозможно точно утверждать, когда это произойдет.

Но предположим, что полярность поменялась. Имеет ли это какое-либо значение для жизни на Земле? В любом случае навигация по компасу вначале работать не будет. У таких животных, как птицы, морские черепахи и киты, вначале также будут проблемы с ориентацией. Но это будет лишь вопросом времени, когда навигация по компасу и ориентация животных снова «выровняются».

Худшие последствия, такие как отказ всех технологий, в настоящее время являются лишь гипотезой. Факт состоит в том, что магнитное поле Земли постепенно ослабевает, а это значит, что всё больше опасной радиации достигает Земли. Однако, точные последствия этого все еще исследуются.

Значение

В этом последнем разделе мы кратко обсудим важные задачи, выполняемые магнитным полем Земли.

Экранирование.

Одной из важнейших задач магнитного поля Земли является защита от солнечного ветра — магнитное поле Земли создает так называемую магнитосферу, которая окружает Землю. Солнечный ветер состоит из высокоэнергетических частиц. Отсутствие экранирования может, например, привести к уменьшению озонового слоя. Этот слой защищает Землю и, соответственно, людей от опасного ультрафиолетового излучения. Поэтому без магнитного поля Земли большее количество такого излучения будет попадать на людей и повышать риск возникновения рака, в том числе.

Ориентация.

Магнитное поле Земли служит не только для защиты, но и для ориентации. Например, с помощью компаса люди могут спланировать свой маршрут через лес. Такие животные, как киты, голуби и медоносные пчелы, используют магнитное поле Земли для ориентации.

Характеристики, происхождение и значение магнитного поля Земли

Земля имеет Магнитное поле Земли благодаря которому мы еще живы. Это магнитное поле простирается изнутри планеты наружу и в космос, где встречается с солнечным ветром. Он также известен под названием геомагнитное поле и определяется количеством металлов, обнаруженных в ядре, последнем из слои Земли.

В этой статье мы увидим важность магнитного поля Земли, его происхождение, функцию и то, что с ним происходит сегодня.

Индекс

• 1 Что такое
• 2 Как это формируется
• 3 Характеристики магнитного поля Земли
• 4 Важность магнитного поля

Что такое

Как будто это своего рода магнит, который есть внутри нашей планеты. Магнитное поле создается своего рода электрическими токами, которые возникают в результате так называемых конвективных токов, существующих в ядре Земли. Эти электрические токи возникают из-за того, что в ядре есть большое количество металлов, таких как железо и никель.

Процесс возникновения конвективных течений называется геодинамическим.

Наука давно изучает магнитное поле Земли. Ядро Земли составляет примерно две трети размера Луны. Это около 5.700 градусов по Цельсию, поэтому железо почти такое же горячее, как и поверхность самого Солнца. Поскольку есть давление, оказываемое другими слоями Земли, мы можем видеть, что железо не является жидким. Внешнее ядро ​​представляет собой еще один слой толщиной 2.000 км, состоящий из железа, никеля и других металлов, находящихся в жидком состоянии. Это связано с тем, что давление во внешнем ядре ниже, поэтому высокие температуры вызывают расплавление металлов.

Различия в температуре, давлении и составе во внешнем ядре являются причиной так называемых конвекционных потоков расплавленного металла. Когда более холодное и более плотное вещество опускается, более теплое и менее плотное вещество начинает подниматься. То же самое и с воздушными массами в атмосфере. Мы также должны учитывать это, Эффект Кориолиса из-за вращательного движения земли он также действует. В следствии, создаются водовороты, которые перемешивают расплавленные металлы.

Как это формируется

Непрерывное движение жидкости, состоящей в основном из железа, порождает электрические токи, которые, в свою очередь, создают магнитные поля. Электрически заряженные металлы проходят через эти магнитные поля и продолжают создавать собственные электрические токи. Таким образом, цикл сохраняется. Полный и самодостаточный цикл называется геодинамическим.

Сила Кориолиса вызывает спираль, которая заставляет множество магнитных полей выстраиваться в одном направлении. Совместное действие всех этих силовых линий магнитного поля создает магнитное поле, окружающее Землю.

Когда мы говорим о слое Земли или атмосфере, имеющем отношение к магнитному полю Земли, мы говорим о магнитосфере. Это та область атмосферы, которая находится снаружи, окружает планету и полностью контролируется магнитным полем Земли. Форму магнитосферы задает солнечный ветер, падающий на поверхность. Этот солнечный ветер сжимает часть магнитосферы и, следовательно, расширяет противоположную сторону. Это большое расширение известно как «магнитный хвост».

Солнечный ветер — это активность нашей главной звезды, Солнца. Этот солнечный ветер заряжен радиацией, которая, попадая в нашу атмосферу, может нанести серьезный ущерб телекоммуникационным системам во всем мире

. Это было бы катастрофой для технологического века, в котором мы живем. GPS отказывался, не было телефонной связи, радиоволн, телевидения и т. Д. Следовательно, благодаря наличию магнитосферы мы защищены.

Характеристики магнитного поля Земли

Мы собираемся проанализировать характеристики этого магнитного поля, которые наука открывала на протяжении многих лет, и тысячи исследований о нем.

• Напряженность магнитного поля самая низкая у экватора и самая высокая у полюсов.
• Внешний предел — магнитопауза.
• Магнитосфера динамично действует под действием солнечного ветра. В зависимости от своей активности, он может сжиматься с одной стороны больше и расширяться с другой, что называется магнитным хвостом.
• Северный и южный магнитные полюса не совпадают с географическими полюсами. Например, между магнитным и географическим северным полюсами есть отклонение около 11 градусов.
• Направление этой области медленно меняется, и ученые изучают изменение направления. Движение ускоряется на 40 миль в год.
• Существуют различные геологические записи, которые были изучены благодаря определенным минералам с морского дна, в которых говорится, что магнитное поле полностью менялось сотни раз за последние 500 миллионов лет
  . В этой инверсии полюса будут на противоположных концах, так что, если бы мы использовали обычный компас, он бы указывал не на север, а на юг.

Важность магнитного поля

Чтобы вы могли понять важность магнитного поля, мы собираемся объяснить, какие функции оно выполняет и для чего оно нужно на нашей планете. Это то, что защищает нас от ущерба, который может нанести солнечный ветер, как мы упоминали ранее. Благодаря этой магнитосфере мы можем воспринимать солнечный ветер через некоторые очень привлекательные явления, такие как северное сияние.

Это магнитное поле также отвечает за нашу атмосферу. Атмосфера — это та атмосфера, которая защищает нас от солнечных лучей Солнца, и та, которая поддерживает пригодную для жизни температуру. В противном случае температура будет колебаться от 123 до -153 градусов. Следует также сказать, что тысячи животных, в том числе такие виды, как птицы и черепахи, используют магнитное поле для навигации и ориентации в период миграции.

Я надеюсь, что с этой информацией вы сможете больше узнать о магнитном поле Земли и его важности.

 

Что вызывает магнетизм?

Что такое магнетизм?

Магнетизм — это физическое свойство, возникающее в результате движения электрического заряда, в результате чего между объектами возникают силы притяжения и отталкивания. У всех магнитов есть два конца, где его магнитные эффекты наиболее сильны. Эти области называются полюсами магнитов. Когда два магнита приближаются друг к другу, они действуют друг на друга. Магнитные силы ведут себя как электрические силы, включающие притяжение и отталкивание. Магнитные полюса всегда появляются парами. Если магнит разрезать пополам, каждая часть все равно будет иметь северный и южный полюса.

Какова единица измерения магнитного поля?

Термин « магнитное поле » используется для двух различных, но тесно связанных полей, обозначаемых символами B и H. В Международной системе единиц H измеряется в единицах ампер на метр. и B измеряется в теслах или ньютонах на метр на ампер.

 

Откуда берется магнетизм?

Все атомы состоят из ядра, состоящего из протонов и нейтронов, которые тесно связаны друг с другом сильным взаимодействием, и электронов, которые, как считается, вращаются вокруг ядра, связанного электрической силой. Электроны также вращаются или вращаются вокруг своей оси. Вращение электрона создает магнитный диполь. Одно из фундаментальных свойств электрона состоит в том, что он обладает магнитным дипольным моментом, т. е. ведет себя как крошечный магнит. См. изображение ниже.

 

 

Если большинство электронов в атоме вращается в одном направлении, создается сильное магнитное поле.

Направление вращения электронов определяет направление магнитного поля. Если одинаковое количество электронов в атоме вращается в противоположных направлениях, спины электронов компенсируются. Таким образом, магнетизм также будет отменен.

Что такое ферромагнетизм?

Ферромагнетизм — это основной механизм, с помощью которого некоторые материалы (например, железо) образуют постоянные магниты или притягиваются к магнитам. В физике различают несколько различных типов магнетизма. Ферромагнетизм является самым сильным типом: он единственный, который обычно создает силы, достаточно сильные, чтобы их можно было почувствовать, и отвечает за обычные явления магнетизма в магнитах, встречающиеся в повседневной жизни. Ферромагнитные материалы, такие как мягкое железо, легко намагничиваются, если вы поднесете железный гвоздь близко к магниту и погладите его в том же направлении, тогда они могут сохранить свой магнетизм даже после извлечения из магнита.

 

Что такое магнитное поле?

Область действия магнитных сил называется магнитным полем.

Магнитное поле представлено силовыми линиями, идущими от одного полюса магнита к другому полюсу. В повседневной жизни магнитные поля чаще всего встречаются как сила, создаваемая постоянными магнитами, которые притягивают ферромагнитные материалы, такие как железо, кобальт или никель, и притягивают или отталкивают другие магниты.

На верхнем изображении показаны силовые линии между двумя магнитами. На правом изображении показана сила отталкивания между двумя северными полюсами. На левом изображении показаны линии сил притяжения между северным и южным полюсами магнитов.

Что такое магнитный домен?

Вы можете думать о магнитном домене как о крошечном магните с северным полюсом и южным полюсом. Свойства этих магнитов, как указано выше, обусловлены действием вращающихся электронов в атомах.

Группы атомов соединяются таким образом, что все их магнитные поля расположены в одном направлении. Область, в которой магнитные поля отдельных атомов выстроены в одном направлении, называется магнитный домен. Все материалы состоят из множества магнитных доменов. В ненамагниченных материалах домены случайным образом выровнены в разных направлениях и компенсируют друг друга.

Материал из ненамагниченного материала

В магните все домены ориентированы в одном направлении. В случае гвоздя домены могут быть выровнены в одном направлении, в результате чего гвоздь становится магнитным. Когда ферромагнитный материал помещается в сильное магнитное поле, все домены выстраиваются в линию и создают сильное магнитное поле. Это объясняет, как магнит может поднять группу железных скрепок. Магнит выравнивает все домены в скрепке, создавая крошечные магниты внутри скрепки. Когда магнит удаляется, домены возвращаются в свое случайное состояние.

Материал из намагниченного материала

Даже сильный магнит можно размагнитить, если домены разрушаются под действием силы или тепла.

---

Проверьте свои Понимание:

1. Каково основное происхождение магнетизма
а) спин электрона создает магнитный диполь
б) Электрон, вращающийся вокруг ядра атома
в) заряд электрона равен -1
г) одинокий электрон во внешней оболочке атома

2. Какое утверждение неверно
а) как полюса магнита отталкиваются
б) разные полюса магнита притягивают
в) однажды намагнитив кусок железа, он останется намагниченным навсегда
г) область действия магнитных сил называется магнитным полем.

3. Какое вещество не намагничивается
а) никель
б) кобальт
в) алюминий
г) железо

Объяснение магнитного поля вокруг проводника

Магнитное поле вокруг проводника

Тема этой статьи — магнитное поле вокруг проводника . Это тема, которую часто неправильно понимают, поэтому в этой статье мы более подробно рассмотрим, что такое магнитное поле и как оно создается. Мы также обсудим напряженность поля , как оно влияет на объекты вокруг него , некоторые применения магнитных полей и как измерить напряженность магнитного поля.

 

Что такое магнитное поле?

Магнитное поле представляет собой область вокруг магнит , где он воздействует силой на другие магниты или где можно обнаружить магнитную силу . Магнитные поля невидимы, но они отвечают за наиболее заметное свойство магнита: сила, которая притягивает другие ферромагнитные материалы , такие как железо , и притягивает или отталкивает других магнитов. Магнитные поля окружают и пронизывают всю материю, даже человека.

Магнитное поле

Как создается магнитное поле?

Магнитное поле создается всякий раз, когда электрический ток течет по проводнику . Это происходит потому, что движущийся электрический заряд создает магнитное поле. Сила и направление магнитного поля зависят от количества протекающего тока и направления потока . Магнитные поля также могут создаваться постоянными магнитами ( барные магниты ). Они сделаны из материалов, которые по своей природе являются хорошими проводниками электричества, таких как железо. молекулы в этих материалах выстраиваются в ряды, что создает сильное магнитное поле. Когда вы приближаете проводник к магниту, магнитное поле магнита воздействует на движущиеся заряды в проводнике. Это вызывает протекание тока , создавая проводник с током , который создает собственное магнитное поле. Эти два поля взаимодействуют друг с другом, что приводит к заставляет либо притягивать , либо отталкивать объектов.

Характеристики постоянного магнита

Напряженность магнитного поля

Сила магнитного поля определяется величиной тока, протекающего через проводник 90 4 90 90 90 90 90 90 Чем больше ток, тем сильнее магнитное поле.

Линии магнитного поля используются для выражения силы магнитного поля. Магнитные линии, расположенные близко друг к другу, указывают на сильное магнитное поле в этой области, в то время как линии с меньшим расстоянием друг от друга указывают на более слабое магнитное поле в этой области.

Соленоиды

Сила магнитного поля зависит от числа витков в катушке провода , создавшей его. Чем больше витков, тем сильнее магнитное поле. Спиральный проводник часто называют соленоид .

Взаимодействующие магнитные поля

На силу магнитного поля может влиять присутствие других магнитных полей. Если присутствуют два магнитных поля, они будут взаимодействовать друг с другом, и сила каждого отдельного поля будет уменьшаться.

Расстояние и напряженность поля

Сила магнитного поля уменьшается с расстоянием . Чем дальше вы находитесь от источника поля, тем слабее оно будет. Все эти факторы влияют на силу магнитного поля. 9. противоположность северного полюса южный полюс . Направление поля может быть представлено силовыми линиями , которые проведены, чтобы показать направление движения северного полюса. Эти силовые линии можно использовать, чтобы показать направление поля в любой заданной точке. Направление поля также можно определить с помощью компас . Если компас поместить в магнитное поле, стрелка будет указывать в направлении поля. Направление поля можно определить по его влиянию на движущиеся заряды. Заряд, движущийся через магнитное поле, будет испытывать силу, которая перпендикулярна как к направлению поля , так и к направлению движения ; эту силу можно использовать для определения направления поля.

Направление магнитного поля

Свойства магнитного поля

Есть несколько свойств магнитного поля, которые важно учитывать:

1. Одним из них является его сила , которая определяется количеством присутствующих магнитных частиц.
2. Другим является его направление , которое может быть либо север-юг, либо юг-север.
3. Его полярность определяет, как выровнены частицы, при этом положительных частиц притягиваются к минус полюса и наоборот.

Вместе эти свойства создают общий эффект магнитного поля.

 

Применение магнитных полей

Магнитные поля используются различными способами, включая выработку электроэнергии, питание аппаратов МРТ и левитацию поездов. Магниты используются для хранения данных на жестких дисках и кредитных картах и ​​играют важную роль во многих современных технологиях. Магнитное поле Земли даже защищает нас от вредного космического излучения, что делает его необходимым для нашего выживания.

Магнитное масломаг

. Ядро окружает облако из 90 003 электронов, 90 004 которых вращаются вокруг ядра. Электроны — это то, что придает атомам их магнитных свойства . Когда к материалу прикладывается магнитное поле, электроны в атомах выравниваются с полем. Например, если к куску железа приложить магнитное поле, то железо станет намагниченный . Это выравнивание может вызывать такие эффекты, как притяжение или отталкивание , в зависимости от силы и ориентации поля. В некоторых материалах выравнивание электронов также может вызвать изменение формы материала. Эффекты магнитных полей широкомасштабны и широко изучались как в физике , так и в технике .

Существует ряд эффектов, которые могут быть вызваны магнитным полем. Одним из наиболее известных эффектов является способность воздействовать на объекты силой. Эта сила известна как магнитная сила , и она отвечает за широкий спектр явлений, от движения электронов в цепях до поведения магнитов. Сила магнитной силы зависит от силы магнитного поля.

Другим эффектом магнитного поля является создание индуктивности . Это происходит, когда проводник с током помещается в магнитное поле, и в результате возникает противодействующая сила, препятствующая изменениям тока. Индуктивность отвечает за широкий спектр эффектов, от работы электрического трансформатора до генерации электричество электростанциями.

Магнитные поля также могут заставлять материалы излучать свет . Этот эффект известен как электролюминесценция . Этот эффект используется в самых разных приложениях, от телевизоров с плоским экраном до указателей выхода.

 

Как измерить магнитное поле?

Существует несколько различных методов измерения магнитных полей.