Откуда берется магнитное поле Земли?

Земля имеет магнитосферу: наша планета производит вокруг себя магнитное поле — магнитное поле Земли.

Это магнитное поле важно как для нас, так и для жизни в целом: оно действует как щит, защищающий нас от солнечных ветров. Эти ветры являются потоками заряженных частиц и в противном случае были бы смертельны для очень большой доли живых существ и в конечном итоге сдули бы нашу атмосферу.

Солнце, Юпитер или Сатурн также имеют магнитосферу. У Луны, Марса или Венеры ее нет или больше нет. Поэтому мы можем задаться вопросом, почему Земля и некоторые планеты имеют ее и откуда она взялась.

Источник энергии этого магнитного поля

Планета Земля имеет твердую кору (почва, каменистая), но металлическое сердце, состоящее из железа и никеля, частично жидкого, расплавленного из-за жары. Железо и никель, очень плотные, оказались там под действием силы тяжести при образовании Земли.

Важно то, что ядро Земли является частично жидким: это означает, что внутри нашей планеты происходят движения тепловой конвекции. Тот факт, что ядро металлическое, также имеет решающее значение, потому что это означает, что ядро Земли является проводником электричества и магнитных полей.

В дополнение к этой информации о внутренней структуре Земли, мы должны добавить тот факт, что планета вращается вокруг оси. Это тривиально, но важно по двум основным причинам.

Во-первых, вращение Земли (как и ее внутреннее тепло) — это запас энергии. Если у вас есть огромная вращающаяся масса, вы можете прикрепить к ней шестерню с резиновыми лентами и использовать ее для подъема предметов для питания динамо-машины и выработки электроэнергии, по крайней мере, до тех пор, пока вращающаяся масса не исчерпает свое вращение и не перестанет вращаться. В йо-йо, например, именно вращение йо-йо позволяет ему подняться.

Во-вторых, подобно тому, как вращение Земли является причиной появления циклонов в атмосфере, так и появление вращающихся столбов лавы в жидкой части земного ядра.

Подводя итог: Земля вращается, и это создает вращающиеся массы жидкого и проводящего железа в ядре. Если вы видите механизм формирования магнитного поля с этим, это нормально! Но пока еще не все.

Динамо-эффект

На данный момент мы имеем вращающуюся жидкую проводящую массу. Однако этого недостаточно для создания и поддержания магнитного поля. Потребовалось бы, например, внешнее магнитное поле, омывающее Землю: последнее вызывало бы ток в металлическом ядре, который производил бы магнитное поле Земли.

Проблема в том, что Земля не купается во внешнем магнитном поле. Не достаточно мощное поле во всяком случае.

Таким образом, если бы был точечный магнитный импульс, электрический ток появится в ядре Земли, но он будет рассеиваться очень быстро, и магнитное поле Земли также будет быстро исчезать.

Очевидно, что Земля обладает очень реальным магнитным полем. Современное объяснение магнитного поля Земли — эффект динамо.

Он еще не объясняет происхождение магнитного поля, но он объясняет, как это поле — настоящее — удается поддерживать, не исчезая.

Итак, давайте возьмем планету Земля, как это описано выше: с жидким, вращающимся металлическим сердечником.

Предположим, что Земля была в прошлом в ранее существовавшем внешнем магнитном поле. Как было сказано выше, это поле вызовет ток в жидких частях ядра, и этот ток создаст магнитное поле Земли, противоположное внешнему полю.

Теперь мы должны учитывать конвекционные явления, связанные с внутренним теплом Земли, и явления вращения жидких масс, связанные с вращением Земли. Это два первичных источника энергии, которые будут постепенно преобразовываться в электромагнитную энергию и излучать магнитное поле.

Эти металлические «циклоны», расплавленные во внешнем ядре, принимают форму вращающихся цилиндров, которые будут выравниваться с осью вращения Земли (таким образом, по оси Север-Юг). Делая это, линии электрического тока, индуцированные магнитным полем, будут как бы наматываться на себя, образуя катушку, и растягиваться в длину конвекцией. Линии электрического тока удлиняются : это если индуктивная катушка становится больше, а магнитное поле сильнее.

Таким образом, возникает эффект, когда катушка растягивается и позволяет увеличить количество магнитной энергии от тепловой конвекции и эффекта Кориолиса за счет вращения Земли.

В результате магнитное поле Земли, в противоположность рассеиванию, умудряется поддерживать себя: вращение и конвекция Земли в ядре постоянно накачивают энергию в электромагнитную систему, чтобы компенсировать потери.

Теперь, когда производится магнитная энергия, первоначальное магнитное поле, в котором, как говорят, купалась Земля, может исчезнуть: в этом больше нет необходимости.

Создаваемое магнитное поле поддерживается слоями расплавленного жидкого металла, которые поднимаются на поверхность.

Когда эти слои достигают внешнего предела ядра, конвекции (в этом слое) больше нет, и поле исчезает. Тем не менее, это поле будет иметь наведенные электрические токи в нижних слоях, которые также будут производить свое магнитное поле, и увековечить производство магнитного поля.

Таким образом, пока существует конвекция в ядре и вращение нашей планеты, производящее силы Кориолиса, магнитное поле будет существовать.

Конвекционные движения сложны, имеют хаотические составляющие и иногда могут менять направление. Поэтому возможно, что магнитное поле Земли изменится и магнитные полюса будут двигаться и могут даже повернуть вспять. В истории нашей планеты эти инверсии происходили 300 раз за последние 200 миллионов лет, примерно каждые 660 000 лет; последняя произошла около 780 000 лет назад.

Феномен, который до сих пор плохо объяснен

Как было сказано во введении, если источник планетарного магнитного поля называется динамо-эффектом и существуют хорошие теории для его объяснения, то его происхождение остается неизвестным. Как уже говорилось, для этого потребовалось начальное магнитное поле, даже слабое или локальное.

Этот источник остается неизвестным, но если бы его не было с самого начала, жизнь, вероятно, не развивалась бы, по крайней мере, не так сильно и не так хорошо на этой планете. Это один из многих параметров, которые дали Земле необходимые ингредиенты для появления и поддержания жизни, и которые могут объяснить, почему жизнь, наконец, является чем-то гораздо более редким, чем первоначально представлялось.

Кроме того, форма магнитного поля и линии поля сложны и зависят от многих факторов: текучести магмы, локальных изменений температуры, химического состава магмы….

Численное моделирование все еще с трудом учитывает реальные наблюдения, несмотря на то, что мы постепенно приближаемся к функциональной модели.

Вернемся в пещеры? В магнитном поле Земли возникла аномальная брешь | Наука | Общество

За последние 200 лет магнитный щит, окружающий нашу планету, ослаб на 9%. Район с самой низкой его интенсивностью находится в Южном полушарии, у берегов Бразилии и юго-западной Африки. Учёные говорят об аномальной бреши в геомагнитном поле. Они уже предупреждали: возможно, мы стоим на пороге смены магнитных полюсов Земли.

Аномалия растёт и движется

О слабой области поля в южной части Атлантического океана на днях напомнили специалисты Европейского космического агентства (ЕКА). Эта зона так и называется: Южно-Атлантическая аномалия. С 1970 по 2020 год минимальная напряжённость геомагнитного поля там ослабла в разы сильнее, чем в целом по планете. Площадь аномалии при этом постоянно растёт и смещается на запад со скоростью 20 километров в год.

Более того, учёные предполагают, что Южно-Атлантическая аномалия могла разделиться на две части. За последние 5 лет на юго-западе Африки возник второй центр минимальной интенсивности магнитного поля. Это стало понятно после сопоставления данных наземных наблюдений с информацией, полученной со спутников ЕКА.

Все эти сведения озадачили учёных: они не очень-то вяжутся с общепринятой теорией формирования магнитосферы Земли. Сейчас исследователи уверены, что геомагнитное поле достаточно сильное, чтобы защитить планету от губительного радиационного излучения, идущего не только из глубин космоса, но и от Солнца. Но, как только оно начнёт слабеть, под ударом окажутся космонавты на МКС (им потребуется дополнительная защита от радиации) и многочисленные спутники на околоземных орбитах. Им грозят технические помехи, а возможно, и полный выход из строя. А ведь от их работы зависят важнейшие аспекты нашей повседневной жизни, такие, например, как навигация и некоторые виды связи.

Мировой энергосистеме грозит коллапс

Земля — это большой магнит. Один его полюс находится в Арктике, другой — в Антарктике, а между ними протянуты так называемые силовые линии геомагнитного поля. Именно по ним ориентируются перелётные птицы, их чувствует стрелка компаса, указывая направление на север или юг. Когда на Солнце происходят вспышки, потоки заряженных частиц достигают Земли и движутся вдоль силовых линий геомагнитного поля, скапливаясь в районе полюсов. Сталкиваясь с молекулами атмосферных газов, частицы заставляют их светиться. Так возникает Аврора Бореалис — явление, известное как полярное сияние. На этом хорошее и красивое заканчивается, всё остальное — сплошные проблемы.

Чем мощнее вспышка на Солнце, тем сильнее она влияет на магнитосферу Земли. Там, где её защита слаба, ломается техника, нарушается связь, сбиваются системы навигации, на трансформаторах и трубопроводах возникают поверхностные заряды. Из строя могут выйти энергетические сети, покрывающие огромные территории, как было в марте 1989 года в канадской провинция Квебек, когда 6 млн человек оставались без электричества на протяжении 9 часов.

Всего одна солнечная вспышка необычайной мощности способна привести к коллапсу мировой энергосистемы. Такие прогнозы существуют, но, чтобы подобный сценарий стал реальностью, необходимо тотальное ослабление магнитного щита планеты.

Нас снова ждёт изоляция?

По данным обсерваторий, наблюдающих за его характеристиками, за последние 200 лет интенсивность геомагнитного поля уменьшилась на 9%. Такое в истории Земли происходило не раз, но это не должно нас утешать.

«Падение напряжённости геомагнитного поля является предвестником планетарной катастрофы: смены магнитных полюсов Земли, — говорит доктор геолого-минералогических наук Александр Городницкий. — Когда 65 млн лет назад погибли динозавры, как раз случилось резкое изменение геомагнитной полярности. Это вполне реальная угроза: магнитосфера Земли, защищающая всё живое от солнечной радиации, перестаёт „работать“ на 15-20 тысяч лет. Понятно, что для гибели человечества такого срока будет более чем достаточно».

Смену полюсов (говоря по-научному, инверсию) достоверно предсказать невозможно. Ослабление геомагнитного поля — необходимое, но, похоже, не достаточное условие для такого прогноза. Однако напомним о другом факте, зафиксированном учёными в прошлом году.

Тогда исследователи заметили, что северный магнитный полюс стал смещаться в сторону России, а точнее, к полуострову Таймыр. На протяжении ХХ века он располагался в Канадском архипелаге, передвигаясь примерно на 10 километров в год в сторону географического северного полюса. Но теперь скорость его дрейфа возросла до 50 километров в год. Расчёты показывают: если так пойдёт и дальше, к середине текущего столетия магнитный полюс достигнет архипелага Северная Земля, а там и до Таймыра недалеко.

Если предположения о грядущей инверсии полюсов подтвердятся, человечество окажется перед очередным глобальным вызовом. Когда магнитосфера, защищающая от космической радиации не только технику, но и самих людей, значительно ослабеет, нам всем придётся сесть на жёсткую самоизоляцию. Только это будет не та изоляция, которая позволяет заказывать еду на дом и любоваться с балкона городскими видами и красивыми закатами. Спрятаться от радиоактивного излучения можно будет лишь за твёрдой оболочкой Земли: в пещерах и искусственных горных выработках. Есть ещё вариант уйти под воду, построив там города. Правда, строить их надо уже сейчас.

Земли, планет

Исторически все живое на Земле развивалось в электромагнитном поле нашей планеты. ЭМП Земли — ЩИТ для космических ионизирующих факторов. 

Солнца и галактик лежат в пределах  от 10 Мгц до 10 Ггц.

 

Земля — это магнит, где в области северного географического пояса находится южный полюс, а

 в области южного географического полюса — северный. Геомагнитные (силовые линии) выходят из области северного магнитного полюса и, охватывая планету, входят в области южного магнитного полюса. Потоки заряженных частиц (электронов и протонов) от Солнца, соприкасаясь с магнитной оболочкой Земли,  сжимают силовые линии со стороны Солнца и оттягивают с противоположенной стороны. Так, благодаря «солнечному ветру» у Земли появляется «магнитный хвост». Естественно, что у живых существ магнитная оболочка определяет ход биологических часов. Считается, что взаимодействие магнитного поля Земли  низкой частоты с биополем человека, не только благоприятно действует на организм, но и является необходимым условием его развития и существования. Существует теория, что длительное пребывание человека более, чем на высоте 5 метров негативно сказвается на его самочувствии, и большую часть суток  он должны находится в пределах 1-3 м от  Земли. 

Магнитные возмущения  могут возникать спорадически на всей планете, локально периодически в некоторых ее участках и постоянно в различных регионах, например в течение суток. В районах грозовых разрядов в атмосфере напряжённость электрической составляющей ЭМП составляет десятки, сотни, тысячи В/м при частотах, около10 Кгц. Одной из основных причин сердечно-сосудистых обострений являются возмущения геомагнитных полей, иначе сказать, изменения или градиент геомагнитного поля в течение времени. Эти изменения могут длиться от долей секунды до нескольких минут.

Японским ученым Накагавой пятьдесят лет назад был описан у человека синдром «дефицита магнитного поля», то есть снижения защитных сил организма при снижении мгнитного поля Земли по разным причинам. 

Атмосферный воздух обладает электрической проводимостью. Причем его проводимость зависит от содержания посторонних частиц. В Кисловодске — количество отрицательно заряженых частиц в воздухе в 1 см³ — 1,5 тысячи, в предгорьях Кузбасса — 6000, в Москве — 4, в Санкт-Петербурге — 9 (характеризующихся запыленностью и загазованностью). Чем больше отрицательно заряженных ионов в воздухе, тем легче дышится.

Напряженность магнитного поля Земли на берегу Черного моря —  1 эрстед,  на Южном и Северном полюсах — 0,7 Э, на экваторе — 0,1-0,3 Э, в Европе — около — 0,5 Э; в Бразилии — 0,24 Э — в Антарктиде — 0,68 Э. В местах скопления железных руд возникают магнитные аномалии. В районе Курской магнитной аномалии напряженность магнитного поля составляет — 2 Э.

Напряженность магнитного поля планеты Меркурий — 0,002 Э ,  Луны — 10^—5 Э,межзвездного пространства — 10^—8 Э, звезд типа «белый Карлик» огромна — 10⁷ Э. Огромна эта характеристика и у нейтронных звезд и звезд-пульсаров — 10¹² Э.

Вспышки на Солнце вызывают магнитные бури в атмосфере Земли не так часто, так как «след» от  вспышки, как правило, проходит мимо Земли. Чтобы вспышка на Солнце привела к магнитной буре на Земле, необходимы следующие условия: достаточная сила «солнечного ветра», противоположная направленность геомагнитного и межпланетного поля и траектория, позволяющая оказаться вблизи магнитосферы Земли. Вероятность проявления одновременно этих условий не так уж велика. Поэтому объяснения недомоганий у людей магнитными бурями, чаще всего необоснованы и связаны с  изменениями атмосферного давления и напряженности ЭМП Земли.  Учеными даже делается вывод о вреде предсказаний магнитных бурь, даже за 2 суток — они неточны. А реакция у мнительных людей может возникнуть только при ее упоминании. Очень часто магнитные бури даже средней величины вызываются не вспышками на Солнце, а образующимися при столкновении быстрых и медленных течений «солнечного ветра» областями с повышенной плотностью. Поэтому солнечная активность здесь совершенно не при чем. 

Вспышки на Солнце по своей силе делят на пять классов: A, B, C, M и X. При переходе от минимального класса  — A0.0, соответствующего мощности излучения на орбите Земли в 10 нВт/м², — к каждему следующему классу мощность излучения увеличивается в десять раз. Самый опасный класс для Земли — X. При условии, если Земля будет находиться на пути распространения волны, могут возникнуть сбои в работе приборов спутников, наземных средств связи и т.д. За 37 лет наблюдений зафиксировано 35 вспышек класса  X7 и выше. Считается, что опасности для человека они не представляют.

Градацию магнитных возмущений на Земле производят по шкале индекса магнитных возмущений Kp (амплитуды колебаний), имеющей 10 уровней. Кр от 0 до 3 — спокойная магнитосфера,  уровень 4 — возмущенная,  5 — 9 — магнитные бури пяти классов. Как пример — сеть наземных магнитных станций США Центра космической погоды ВВС зафиксировала 24 октября 2011 года геомагнитную бурю 5-го класса, которая явилась следствием мощного выброса плазмы на Солнце 22 октября; российская орбитальная обсерватория ТЕСИС сообщила 5 апреля 2010 г., что зарегистрирована сильнейшая магнитная буря за полтора года.

Земля электромагнитное поле

Земля защищена от воздействия корпускулярной радиации своим электромагнитным полем. Если у планеты нет электромагнитного поля, то существование атмосферы и жизни там невозможно. Магнитное поле защищает биосферу Земли от потоков заряженных частиц, т.е. корпускулярной радиации. Если бы радиация достигла поверхности Земли, то она разложила бы все атомы и молекулы атмосферы на ионы и электроны, т.е. уничтожила бы ее. Магнитное поле Земли довольно стабильно и неизменно, что обеспечивает существование биосферы.[ …]

ПОЛЕ ЗЕМЛИ РАДИОВОЛНОВОЕ — высокочастотное электромагнитное поле, создаваемое радиостанциями и радиоизлучением планет и звезд. Это поле взаимодействует с электромагнитными полями, создаваемыми живыми существами. Роль такого взаимодействия пока недостаточно ясна.[ …]

Электромагнитный фон в окружающей нас природной среде, в основном, определяется под воздействием солнечного ветра, который представляет собой поток электромагнитной энергии и поток заряженных частиц, взаимодействующих с магнитным полем Земли.[ …]

Электромагнитные воздействия. Вся биота экосферы существует под воздействием магнитного поля Земли. За миллионы лет эволюции биологические системы приспособились к географическим особенностям, уровню и колебаниям магнитного поля и природных электромагнитных воздействий.[ …]

Электромагнитное поле Земли естественного происхождения проявляется в виде разнопериодных вариаций, частотный спектр которых составляет полосу от 10“4 до 102 Гц. Интенсивность вариаций зависит от солнечной активности, географического положения и геологического строения места наблюдения. Особенности геологического строения в большей степени отражаются на характере распределения электрической компоненты, какболее чувствительной к гетерогенности строения литосферы, но проявляются также и в поведении магнитной составляющей. Максимумы интенсивности вариаций естественного электромагнитного поля приходятся на годы солнечной активности.[ …]

Электромагнитные воздействия. Вся биота экосферы существует под воздействием магнитного поля Земли. За миллионы лет эволюции организмы приспособились к географическим особенностям, уровню и колебаниям магнитного поля и природных электромагнитных воздействий. Известно, что на человека непрерывно действуют естественное электрическое поле напряженностью 120—150 В/м и магнитное поле Земли напряженностью 24—40 А/м. Размах этих значений связан с электромагнитными явлениями в атмосфере и ионосфере Земли и зависит от солнечной ативности. Предполагают, что на изменения геомагнитной активности в первую очередь реагируют центральная нервная и сердечно-сосудистая системы. Есть данные, что во время магнитных бурь увеличивается смертность от сердечно-сосудистых заболеваний, возрастает число дорожно-транспортных происшествий и других аварий.[ …]

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ (ВОЛНОВОЕ) ИЗЛУЧЕНИЕ сбЛНЦА — включает весь диапазон диин волн — от низкочастотных радиоволн до гам-ма-нзлучения. Коротковолновое (ультрафиолетовое и рентгеновское) излучение, с даннами волн от нескольких ангстрем (А) до 1000 А, почти полностью поглощается в верхних слоях земной атмосферы, приводит к их ионизации, т.е. к появлению ионосферы. Основные параметры ионосферы — концентрация электронов, распределение концентрации с высотой — существенно зависят от солнечной активности. Ионосфера яаляетсл естественным экраном, препятствующим проникновению к Земле радиоволн космического происхождения ка частотах от нескольких герц до нескольких мегагерц. При изменении уровня солнечной активности иктенскБкость излучения в вышеназванном диапазоне сильно меняется (близ 10 А — 1000 раз). Текущие в ионосфере электрические токи, изменяющиеся при вариациях коротковолнового излучения Солнца, оказывают алияние на фоновые электромагнитные поля на поверхности Земли в области сверхнизких частот.[ …]

ПОЛЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ — слабое физическое поле, возникающее на Земле в целом и регионально на ее поверхности, а также создаваемое живыми организмами (их клетками, тканями и т. д.). Взаимодействие электромагнитных полей интенсивно изучается. Роль их в жизни природы велика, но недостаточно изучена.[ …]

Электромагнитные поля окружают нас постоянно. Однако человек различает только видимый свет, который занимает лишь узкую полоску спектра ЭМВ — электромагнитных волн (рис. 10.1). Глаз человека не различает ЭМП, длина волны которых больше или меньше длины световой волны, поэтому мы не видим излучений промышленного оборудования, радаров, радиоантенн, линий электропередач и др. Все эти устройства, как и многие другие, использующие электрическую энергию, излучают так называемые антропогенные ЭМП, которые вместе с естественными полями Земли и Космоса создают сложную и изменчивую электромагнитную обстановку.[ …]

Электромагнитное поле Земли — электромагнитная оболочка выявляется в виде физического вакуума. Она перекрывается электромагнитным полем Солнца и простирается примерно от 300 до 1000 км выше уровня геоида [1]. Самым характерным признаком его является, что здесь в этой пустоте сказывается тяготение нашей планеты. Это для нас становится фактом из того, что такую высоту над уровнем геоида имеют самые высокие лучи полярных сияний, теснейшим образом связанных с мельчайшими материальными частицами, электрически заряженными, подчиненными тяготению нашей планеты (§ 7). […] 61.[ …]

Земля представляет собой как бы огромный магнит, воображаемая ось которого лежит близко к оси вращения планеты. Магнитосфера — это зона проявления магнитных свойств космического тела. Геомагнитное поле относится к естественным электромагнитным полям и, как и гравитационное поле, является всепроникающим и всеохватывающим физическим фактором, миллиарды лет влиявшем на эволюцию организмов биосферы и на процессы, происходящие на Земле и в окружающем ее пространстве в наши дни.[ …]

Электромагнитное поле Земли служит для биосферы своеобразным щитом и является важным экологическим фактором. Опыты над животными показали, что заметное уменьшение геомагнитного поля так же, как и экранировка от электрических полей, вызывают изменения процессов жизнедеятельности. Если естественное поле Земли необходимо для живого мира, то сильные электромагнитные излучения от искусственных источников способны оказать губительное воздействие на человека, растения, животных и привести к значительным функциональным нарушениям. Всемирная организация здравоохранения включила электромагнитное загрязнение среды обитания в число наиболее важных экологических проблем.[ …]

Вещество электромагнитного поля, мельчайшие материальные частицы, вероятно, сложным путем следуют суточному вращению планеты с большим, вероятно, запозданием. Сложность процессов, которые здесь идут, еще увеличивается тем, что здесь должно проявляться ферромагнитное поле нашей планеты, независимое от поля ее тяготения. Этот вопрос может быть решен изучением металлических метеоритов и металлической космической пыли. Вопрос этот будет, может быть, решен точным наблюдением. Если будут проявляться влияния ферромагнитного поля Земли на железо-никелевые метеориты и такую же космическую пыль, то в распределении их при падении на поверхность Земли должны проявляться магнитные полюса Земли и на этих местах должно быть увеличенное количество этих ферромагнитных космических тел.[ …]

Вращение Земли вокруг Солнца (с периодом около одного года), вращение Земли вокруг своей оси (с периодом около 24 часов), вращение Луны вокруг Земли (с периодом около 28 дней) приводят к колебаниям освещенности, температуры, влажности, напряженности электромагнитного поля, которые служат указателями времени для «биологических часов» живых организмов

Электромагнитное поле — Википедия с видео // WIKI 2

Электромагни́тное поле — фундаментальное физическое поле, взаимодействующее с электрически заряженными телами, а также с телами, имеющими собственные дипольные и мультипольные электрические и магнитные моменты. Представляет собой совокупность электрического и магнитного полей, которые могут, при определённых условиях, порождать друг друга, а по сути являются одной сущностью, формализуемой через тензор электромагнитного поля.

Электромагнитное поле (и его изменение со временем) описывается в электродинамике в классическом приближении посредством системы уравнений Максвелла. При переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой электрическое и магнитное поле в новой системе отсчета — каждое зависит от обоих — электрического и магнитного — в старой, и это ещё одна из причин, заставляющая рассматривать электрическое и магнитное поля как проявления единого электромагнитного поля.

В современной формулировке электромагнитное поле представлено тензором электромагнитного поля, компонентами которого являются три компонента напряжённости электрического поля и три компонента напряжённости магнитного поля (или — магнитной индукции)^[~ 1], а также четырёхмерным электромагнитным потенциалом — в определённом отношении ещё более важным.

Действие электромагнитного поля на заряженные тела описывается в классическом приближении посредством силы Лоренца.

Квантовые свойства электромагнитного поля и его взаимодействия с заряженными частицами (а также квантовые поправки к классическому приближению) — предмет квантовой электродинамики, хотя часть квантовых свойств электромагнитного поля более или менее удовлетворительно описывается упрощённой квантовой теорией, исторически возникшей заметно раньше.

Возмущение электромагнитного поля, распространяющееся в пространстве, называется электромагнитной волной (электромагнитными волнами)^[~ 2]. Любая электромагнитная волна распространяется в пустом пространстве (вакууме) с одинаковой скоростью — скоростью света (свет также является электромагнитной волной). В зависимости от длины волны электромагнитное излучение подразделяется на радиоизлучение, свет (в том числе инфракрасный и ультрафиолет), рентгеновское излучение и гамма-излучение.

Энциклопедичный YouTube

• 1/5

  Просмотров:

  151 532

  15 289

  33 854

  578

  895

• ✪ Физика — Магнитное поле

• ✪ Электромагнитное поле Земли

• ✪ Магнитное поле ➽ Физика 9 класс ➽ Видеоурок

• ✪ Законы мироздания. Передача 15. Магнетизм. Электричество. Электромагнитное поле

• ✪ Электромагнитное поле человека. Современный взгляд.

Содержание

История открытия

Известные ещё со времён античности электричество и магнетизм до начала XIX в. считались явлениями, не связанными друг с другом, и рассматривались в разных разделах физики.

В 1819 г. датский физик Г. Х. Эрстед обнаружил, что проводник, по которому течёт электрический ток, вызывает отклонение стрелки магнитного компаса, расположенного вблизи этого проводника, из чего следовало, что электрические и магнитные явления взаимосвязаны.

Французский физик и математик А. Ампер в 1824 г. дал математическое описание взаимодействия проводника тока с магнитным полем (см. Закон Ампера).

В 1831 г. английский физик М. Фарадей экспериментально обнаружил и дал математическое описание явления электромагнитной индукции — возникновения электродвижущей силы в проводнике, находящемся под действием изменяющегося магнитного поля.

В 1864 г. Дж. Максвелл создаёт теорию электромагнитного поля, согласно которой электрическое и магнитное поля существуют как взаимосвязанные составляющие единого целого — электромагнитного поля. Эта теория с единой точки зрения объясняла результаты всех предшествующих исследований в области электродинамики, и, кроме того, из неё вытекало, что любые изменения электромагнитного поля должны порождать электромагнитные волны, распространяющиеся в диэлектрической среде (в том числе, в пустоте) с конечной скоростью, зависящей от диэлектрической и магнитной проницаемости этой среды. Для вакуума теоретическое значение этой скорости было близко к экспериментальным измерениям скорости света, полученным на тот момент, что позволило Максвеллу высказать предположение (впоследствии подтвердившееся), что свет является одним из проявлений электромагнитных волн.

Теория Максвелла уже при своем возникновении разрешила ряд принципиальных проблем электромагнитной теории, предсказав новые эффекты и дав надежную и эффективную математическую основу описанию электромагнитных явлений. Однако при жизни Максвелла наиболее яркое предсказание его теории — предсказание существования электромагнитных волн — не получило прямых экспериментальных подтверждений.

В 1887 г. немецкий физик Г. Герц поставил эксперимент, полностью подтвердивший теоретические выводы Максвелла. Его экспериментальная установка состояла из находящихся на некотором расстоянии друг от друга передатчика и приёмника электромагнитных волн, и фактически представляла собой исторически первую систему радиосвязи, хотя сам Герц не видел никакого практического применения своего открытия, и рассматривал его исключительно как экспериментальное подтверждение теории Максвелла.

В XX в. развитие представлений об электромагнитном поле и электромагнитном излучении продолжилось в рамках квантовой теории поля, основы которой были заложены великим немецким физиком Максом Планком. Эта теория, в целом завершенная рядом физиков около середины XX века, оказалась одной из наиболее точных физических теорий, существующих на сегодняшний день.

Во второй половине XX века (квантовая) теория электромагнитного поля и его взаимодействия была включена в единую теорию электрослабого взаимодействия и ныне входит в так называемую стандартную модель в рамках концепции калибровочных полей (электромагнитное поле является с этой точки зрения простейшим из калибровочных полей — абелевым калибровочным полем).

Классификация

Электромагнитное поле с современной точки зрения есть безмассовое^[~ 3] абелево^[~ 4] векторное^[~ 5] калибровочное^[~ 6] поле. Его калибровочная группа — группа U(1).

Среди известных (не гипотетических) фундаментальных полей электромагнитное поле — единственное, относящееся к указанному типу. Все другие поля такого же типа (которые можно рассматривать, по крайней мере, чисто теоретически) — (были бы) полностью эквивалентны электромагнитному полю, за исключением, быть может, констант.

Физические свойства

Физические свойства электромагнитного поля и электромагнитного взаимодействия — предмет изучения электродинамики, с классической точки зрения оно описывается классической электродинамикой, а с квантовой — квантовой электродинамикой. В принципе, первая является приближением второй, заметно более простым, но для многих задач — очень и очень хорошим.

В рамках квантовой электродинамики электромагнитное излучение можно рассматривать как поток фотонов. Частицей-переносчиком электромагнитного взаимодействия является фотон (частица, которую можно представить как элементарное квантовое возбуждение электромагнитного поля) — безмассовый векторный бозон. Фотон также называют квантом электромагнитного поля (подразумевая, что соседние по энергии стационарные состояния свободного электромагнитного поля с определённой частотой и волновым вектором различаются на один фотон).

Электромагнитное взаимодействие — это один из основных видов дальнодействующих фундаментальных взаимодействий, а электромагнитное поле — одно из фундаментальных полей.

Существует теория (входящая в Стандартную модель), объединяющая электромагнитное и слабое взаимодействие в одно — электрослабое. Также существуют теории, объединяющие электромагнитное и гравитационное взаимодействие (например, теория Калуцы-Клейна). Однако последняя, при её теоретических достоинствах и красоте, не является общепринятой (в смысле её предпочтительности), так как экспериментально не обнаружено её отличий от простого сочетания обычных теорий электромагнетизма и гравитации, а также теоретических преимуществ в степени, заставившей бы признать её особенную ценность. Это же (в лучшем случае) можно сказать пока и о других подобных теориях: даже лучшие из них, по меньшей мере, недостаточно разработаны, чтобы считаться вполне успешными.

Безопасность электромагнитных полей

В связи со всё большим распространением источников ЭМП в быту (СВЧ-печи, мобильные телефоны, теле-радиовещание) и на производстве (оборудование ТВЧ, радиосвязь), большое значение приобретают нормирование уровней ЭМП и изучение возможного влияния ЭМП на человека^[1]. Нормирование уровней ЭМП проводится раздельно для рабочих мест и санитарно-селитебной зоны.

Контроль за уровнями ЭМП возложен на органы санитарного надзора и инспекцию электросвязи, а на предприятиях — на службу охраны труда.

Предельно-допустимые уровни ЭМП в разных радиочастотных диапазонах различны.

См. также

Примечания

1. ↑ Для вакуума, для которого формулируются фундаментальные уравнения, напряжённость магнитного поля и магнитная индукция — по сути одно и то же, хотя в некоторых системах единиц (в том числе в СИ) могут отличаться постоянным множителем и даже единицами измерения.
2. ↑ Подразумевается распространение со слабым убыванием по интенсивности; в вакууме подразумевается убывание с расстоянием от источника медленнее, чем убывание статического (кулоновского) поля; плоская электромагнитная волна — пока приближение плоской волны верно и в пренебрежении поглощением (или в идеальном вакууме) — вообще не убывает по амплитуде, сферическая — убывает медленнее, чем соответственно напряженность или потенциал в законе Кулона.
3. ↑ Параметр m (масса) в уравнении Клейна-Гордона для электромагнитного поля равен нулю (иначе говоря, это означает, что электромагнитный потенциал подчиняется — в определённой калибровке — просто волновому уравнению. С этим связан факт, что фотон (в вакууме) нельзя — как и любую безмассовую частицу — остановить, он всегда движется с одной и той же скоростью — скоростью света.
4. ↑ В наиболее простой интерпретации это означает, что электромагнитное поле непосредственно не взаимодействует само с собой, то есть что электромагнитное не имеет электрического заряда. Фотон не может сам непосредственно излучить или поглотить другой фотон.
5. ↑ При применении терминов в узком смысле калибровочными считаются только векторные поля; но мы, во всяком случае, обозначим здесь векторный характер электромагнитного поля явно.
6. ↑ Калибровочным электромагнитное поле является при рассмотрении его во взаимодействии с электрически заряженными частицами; понятие калибровочного поля всегда подразумевает подобное взаимодействие (подобное в каком-то смысле; конкретный способ взаимодействия может заметно отличаться).

Литература

• Сивухин Д. В. Общий курс физики. — Изд. 4-е, стереотипное. — М.: Физматлит; Изд-во МФТИ, 2004. — Т. III. Электричество. — 656 с. — ISBN 5-9221-0227-3; ISBN 5-89155-086-5..
• Griffiths, David J. Introduction to Electrodynamics (неопр.). — 3rd. — Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 1999. — ISBN 978-0138053260.
• Maxwell, J. C. A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field (англ.) // Philosophical Transactions of the Royal Society of London : journal. — 1865. — 1 January (vol. 155). — P. 459—512. — doi:10.1098/rstl.1865.0008. (This article accompanied a December 8, 1864 presentation by Maxwell to the Royal Society.)
• Purcell, Edward M.; Morin, David J. Electricity and magnetism (неопр.). — 3rd. — Cambridge: Cambridge University Press, 2012. — ISBN 9781-10701-4022.

Ссылки

1. ↑ Ю. А. Холодов. Мозг в электромагнитных полях. — М.: Наука, 1982. — P. 123. — (Человек и окружающая среда).

Эта страница в последний раз была отредактирована 14 мая 2020 в 15:09.

Магнитное поле Земли

Магнитный компас — прибор, основанный на взаимодействии магнитов компаса и магнитного поля Земли. В его корпусе есть лимб — магнитная шкала, разделенная на 120 делений, а в центре установлена магнитная стрелка, один конец которой указывает на северный магнитный полюс, а другой — на южный магнитный полюс.

Магнитное поле Земли — это силовое поле, образующееся от внутреннего ядра Земли.

Магнитное поле Земли — своеобразный щит, оберегающий нашу планету. Не будь у Земли такой защиты от солнечной радиации, наша планета превратилась бы в выжженную пустыню, а все живые существа погибли бы. Магнитное поле простирается на 80—90 000 км от ее поверхности. До высоты 44 000 км магнитное поле постоянное, его величина уменьшается с удалением от земной поверхности постепенно. На высоте от 44 000 до 90 000 км магнитное поле переменное. Область околоземного пространства, в пределах которой обнаруживается земное магнитное поле, называется магнитосферой.

Многие перелетные птицы, спасаясь от наступающих холодов, перевираются зимовать в далекие южные страны, которые находятся порой за десятки тысяч километров от их привычных жилищ. А весной Благодаря отличному чувству магнитного поля Земли они спокойно находят свои родные гнезда и вновь обживаются в них.

Ось земного магнита наклонена по отношению к оси вращения Земли на 11,5°. Она располагается примерно на 400 км в стороне от центра Земли. Точки, в которых эта ось пересекает поверхность планеты, называются магнитными полюсами, причем они не совпадают с географическими полюсами нашей планеты. Более того, магнитные полюса очень медленно изменяют свое местоположение.

Магнитное поле Земли постоянно испытывает колебания, проходя полный цикл изменений за период 8000 лет. В наше время оно находится в стадии ослабления, и это будет продолжаться еще примерно 2000 лет. После этого магнитное поле вновь начнет усиливаться в течение 4000 лет, потом снова наступит спад. Предыдущий максимум пришелся на начало нашей эры.

Еще одна интересная особенность земного магнитного поля — периодический взаимообмен магнитных полюсов Земли местами. Северный полюс перемещается на место Южного, Южный — на место северного. Это явление назвали инверсией поля. Такие перемещения длятся от 5000 до 10 000 лет. В истории нашей планеты подобные «перескоки» полюсов происходили сотни раз. Последнее такое перемещение произошло 700 000 лет назад.

Самое сильное магнитное поле у Юпитера, оно превосходит магнитное поле Земли в 12 000 раз. Сатурн, как и Юпитер, имеет мощную магнитосферу. Это единственная планета, у которой ось вращения практически совпадает с осью магнитного поля. Мощными полями обладают также Уран и Нептун. Магнитное поле Меркурия в 100 раз меньше земного, а у Венеры оно незначительное. Магнитное поле Марса концентрируется в Южном полушарии планеты.

Магнитосфера Земли несимметрична: со стороны Солнца магнитное поле сильно сжато, а с противоположной, наоборот, оно очень вытянутое и образует протяженный, до 1 млн км, магнитосферный хвост. Это следствие обтекания магнитосферы солнечным ветром. В зависимости от давления солнечного ветра граница магнитосферы со стороны Солнца — магнитопауза — то приближается к Земле (при усилении солнечного ветра), то удаляется (при его ослаблении).

Форма магнитного поля Земли

Что такое магнитные бури?

На Земле нередко наблюдаются магнитные бури. Это кратковременные изменения магнитного поля планеты. А происходят они следующим образом: в период усиления солнечной активности с поверхности Солнца в мировое пространство выбрасываются потоки заряженных частиц, электронов и протонов. Магнитное поле, образуемое этими движущимися частицами, изменяет магнитное поле Земли и вызывает магнитную бурю.

Что такое солнечный ветер?

Солнечным ветром называют поток заряженных частиц, которые движутся от Солнца к Земле с ускорением. К счастью, от солнечного ветра нас защищает магнитное поле Земли. Солнечный ветер как бы обтекает земную магнитосферу и несется дальше.

Солнечный ветер

Поделиться ссылкой

Магнитное поле Земли начало ослабевать — Рамблер/новости

Магнитное поле Земли постепенно ослабевает, выяснили ученые. Особенно быстро это происходит на участке, простирающемся от Африки до Южной Америки. Данные поступили от серии спутников Европейского космического агентства Swarm. Аномалия озадачила геофизиков и вызвала некоторые технические нарушения в работе околоземных аппаратов, сообщает European Space Agency.

Магнитное поле жизненно важно для нашей планеты. Оно защищает нас от космического излучения и заряженных частиц Солнца.

Главный источник магнитного поля находится в жидком внешнем ядре, содержащем слои расплавленного железа. Ядро расположено на глубине трех тысяч километров под поверхностью.

Известно, что магнитное поле нестабильно. Несколько раз в истории Земли Северный и Южный полюса полностью менялись местами. Исследования показали, что меняется не только направление, но и мощность поля.

Так, за последние 200 лет магнитное поле в среднем потеряло около 9% своей силы на всей Земле. А между Африкой и Южной Америкой сформировалась большая область пониженной магнитной напряженности. Ученые назвали ее Южноатлантической аномалией.

С 1970 по 2020 год минимальная напряженность поля в этой области снизилась примерно с 24 000 нанотесла до 22 000. В то же время площадь аномальной зоны росла. Она расширялась к западу со скоростью около 20 км в год.

Новые данные показали, что к юго-западу от Африки появился второй центр минимальной активности. Ученые предположили, что Южноатлантическая аномалия может разделиться на две независимые ячейки.

Появление второго минимума не укладывается в общепринятую теорию формирования магнитного поля планеты. Ученые заключили, что этот процесс намного сложнее, чем они предполагали.

Отмечается, что ослабление магнитного поля безопасно для тех, кто находится у поверхности. Но космические спутники, пролетающие над этими районами на большой высоте, с большой вероятностью столкнутся с техническими неполадками.

Причины возникновения аномалии остаются неизвестными. Возможно, магнитное поле ослабевает, потому что полюса готовятся вновь поменяться местами (это происходит в среднем раз в 250 тысяч лет). Но это пока лишь теория. Ученые продолжают фиксировать изменения при помощи спутниковых данных и надеются лучше понять процессы, происходящие глубоко в недрах Земли.

Ранее сообщалось, что ученые наши причину быстрой миграции Северного полюса из Канады в Сибирь. Их по мнению, это связано с изменениями в потоке расплавленного материала в недрах Земли.

Магнитное поле Земли — Simple English Wikipedia, бесплатная энциклопедия

Магнитное поле Земли — это магнитное поле, окружающее Землю. Иногда его называют геомагнитным полем .

Магнитное поле Земли создается вращением Земли и ее ядра. ^[1] Он защищает Землю от вредных частиц в космосе. Поле нестабильно и часто менялось в истории Земли. ^[2] Когда Земля вращается, две части ядра движутся с разной скоростью, и считается, что это создает магнитное поле вокруг Земли, как если бы внутри нее был большой стержневой магнит.

Магнитное поле создает магнитные полюса, которые находятся рядом с географическими полюсами. Компас использует геомагнитное поле для поиска направлений. Многие мигрирующие животные также используют поле, когда каждую весну и осень преодолевают большие расстояния. Магнитные полюса поменяются местами во время перемагничивания. ^[3]

Геомагнитное поле Земли создается по двум причинам. Конвективные движения в жидком проводящем ядре внутри центра Земли важны для создания магнитного поля. ^[2] Когда конвективные движения происходят с электрическими токами вокруг Земли, создается магнитное поле. ^[2] Вращение Земли поддерживает магнитное поле. Взаимодействие между конвективными движениями и электрическими токами создает эффект динамо.

Напряженность магнитного поля максимальна вблизи магнитных полюсов ^[1] , где оно вертикальное. Наименьшая напряженность поля у экватора, где оно горизонтально.Напряженность магнитного поля измеряется в гауссах. ^[1]

Магнитное поле за последние годы уменьшилось. За последние двадцать два года поле снизилось в среднем на 1,7%. ^[2] На некоторых участках поля напряженность снизилась до 10%. ^[2] Быстрое уменьшение напряженности поля — признак того, что магнитное поле может измениться на противоположное. Обратное изменение может произойти в следующие несколько тысяч лет. Было показано, что движение магнитных полюсов связано с уменьшением напряженности магнитного поля. ^[2]

Геомагнитная инверсия — это когда северный магнитный полюс и южный магнитный полюс меняются местами. Это происходило несколько раз в истории Земли. Перемагничивание происходит после того, как напряженность поля достигает нуля. ^[3] Когда сила снова начнет увеличиваться, она будет увеличиваться в противоположном направлении, вызывая инверсию магнитных полюсов. ^[3] Время, за которое магнитное поле перевернется, неизвестно, но может длиться до десяти тысяч лет. ^[3] Перемагничивание Земли регистрируется в горных породах, особенно в базальтах. Ученые считали, что последняя инверсия геомагнитного поля произошла 780 000 лет назад. ^[3]

Магнитосфера [изменить | изменить источник]

На этом рисунке показана магнитосфера, блокирующая солнечный ветер, вызываемый Солнцем.

Магнитосфера создается магнитным полем. Это область вокруг Земли, которая защищает от вредных частиц солнечного ветра. ^[4] Магнитосфера состоит из множества различных слоев и структур, и солнечный ветер формирует каждый из этих слоев. ^[4] Взаимодействие солнечного ветра и магнитосферы также вызывает появление Северного и Южного сияний. ^[5] Магнитосфера очень важна для защиты Земли от солнечных бурь ^[4] , которые увеличивают активность солнечного ветра. Солнечные бури могут вызывать геомагнитные бури, которые иногда имеют серьезные последствия для Земли.

Движение северного магнитного полюса. Ожидается, что он пройдет вблизи северного географического полюса и продолжит свой путь в Сибирь.

Области между северным и южным магнитными полюсами — это силовые линии магнитного поля.Эти линии покидают Землю из вертикальной точки юга и снова входят через вертикальную точку севера. Эти две вертикальные точки называются полюсами магнитного падения. ^[1] Магнитные полюса падения обычно называют магнитными полюсами. Магнитные полюса пересекают Землю в двух точках. Северный магнитный полюс пересекает Землю на 78,3 северной широты и 100 западной долготы. ^[6] Это помещает северный магнитный полюс за Полярный круг. Южный магнитный полюс пересекает Землю в точке 78.3 южной широты и 142 восточной долготы. ^[6] Это южный магнитный полюс Антарктиды. Магнитные полюса также являются местом, где магнитные поля наиболее сильны. ^[2]

Как и другие магнитные поля, магнитное поле Земли имеет магнитные полюса.

Северный магнитный полюс — это точка на поверхности северного полушария Земли, где магнитное поле планеты направлено вертикально вниз. Есть только одно место, где это происходит, недалеко от географического Северного полюса (но отличного от него).

Его аналог в южном полушарии — Южный магнитный полюс. Поскольку магнитное поле Земли не совсем симметрично, линия, проведенная от одного к другому, не проходит через геометрический центр Земли.

Северный магнитный полюс со временем перемещается из-за магнитных изменений в ядре Земли. ^[7] В 2001 году он находился недалеко от острова Элсмир на севере Канады в точке 81 ° 18’N 110 ° 48’W / 81,3 ° N, 110,8 ° W / 81,3; -110,8 (Северный магнитный полюс, 2001 г.). По состоянию на 2015 год считается, что полюс переместился на восток за пределы территориальных притязаний Канады в Арктике до 86 ° 18′N 160 ° 00′W / 86.3 ° с.ш. 160,0 ° з. Д. / 86,3; -160,0 (Северный магнитный полюс 2012 г.). ^[8]

Северный и Южный магнитные полюса Земли также известны как Магнитные полюса падения , что означает вертикальное «падение» силовых линий магнитного поля в этих точках. ^[9]

Животные, которые совершают длительные миграции, могут зависеть от магнитного поля проводника. ^[5]

Некоторые мигрирующие животные знают свое местонахождение по интенсивности поля. ^[10] Они знают время благодаря циркадным ритмам, которые производит поле.Мигрирующие животные рождаются с магнитной картой в голове, которая позволяет им безопасно мигрировать на большие расстояния. ^[11] Их способность ощущать магнитное поле обусловлена ​​магнитными частицами. У других животных есть химический компас, основанный на механизме радикальной пары. ^{[12] [13]}

1. ↑ ^{1,0 1,1 1,2 1,3} Зверева Т.И. (2012). «Движение магнитных полюсов Земли за последнее десятилетие». Геомагнетизм и аэрономия . 52 (2): 278–286.
2. ↑ ^{2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6} Дергачев В.А .; и другие. (2012). «Влияние геомагнитного поля и солнечной радиации на изменение климата». Геомагнетизм и аэрономия . 52 (8): 959–976.
3. ↑ ^{3,0 3,1 3,2 3,3 3.4} Марково, Марко С. (2011). «Как живые системы распознают приложенные электромагнитные поля». Эколог . 31 (2): 89–96.
4. ↑ ^{4,0 4,1 4,2} Дергачев В.А .; и другие. (2011). «Связь космических лучей с изменениями геомагнитного поля и климата Земли». Вестник Российской академии наук: Физика . 75 (6): 847–850.
5. ↑ ^{5.0 5,1} Михайлова Г.А. & Смирнов С.Е. (2011). «Действие геомагнитных возмущений в околоземной атмосфере и возможный биофизический механизм их влияния на сердечно-сосудистую систему человека». Известия, Физика атмосферы и океана . 47 (7): 805–818.
6. ↑ ^{6,0 6,1} Бертолотти, Марио (2012). «Магнитное поле Земли и геомагнитные эффекты». Небесные вестники: космические лучи: история научного приключения .Вселенная астрономов. Springer. С. 75–103. ISBN 978-3-642-28370-3 .
7. ↑ Merrill, Ronald T .; МакЭлхинни, Майкл В .; Макфадден, Филип Л. (1996). «Глава 8». Магнитное поле Земли: палеомагнетизм, ядро ​​и глубокая мантия . Academic Pres]. ISBN 978-0-12-491246-5 .
8. ↑ Мировой центр данных по геомагнетизму, Киото. «Магнитный север, геомагнитные и магнитные полюса». Проверено 3 июля 2012.
9. ↑ «Магнитный Северный полюс». Лаборатория магнитологии дна океана . Океанографический институт Вудс-Хоул. Проверено июнь 2012.
10. ↑ Скотт, Ребекка, Роберт Марш и Грэм К. Хейс (2012). «Небольшое движение, ориентированное на геомагнитное поле, имеет большое значение для сильных потоков». Морская биология . 159 (3): 481–488. CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка)
11. ↑ Wiltschicko, Wolfgang and Roswitha Witschko (2005). «Магнитная ориентация и магниторецепция у птиц и других животных». Журнал сравнительной физиологии . 191 (8): 675–693.
12. ↑ Гулд Дж. Л. (1984). «Чувствительность к магнитному полю у животных». Ежегодный обзор физиологии . 46 : 585–598.
13. ↑ Лехикоинен, Алекси и Ким Яатинен (2011). «Отложенная осенняя миграция водоплавающих птиц Северной Европы» (PDF). Орнитологический журнал . 153 (2): 563–570. Проверено 26 февраля 2013.

.

Магнитное поле — Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Магнитное поле — это область вокруг магнита, в которой действует магнитная сила. Движущиеся электрические заряды могут создавать магнитные поля. Магнитные поля можно проиллюстрировать линиями магнитного потока. Всегда направление магнитного поля показано направлением линий магнитного потока. Сила магнита связана с промежутками между линиями магнитного потока. Чем ближе магнитные линии друг к другу, тем сильнее магнит.Чем дальше они находятся, тем слабее. Линии потока можно увидеть, поместив железные опилки над магнитом. Железные опилки перемещаются и складываются в линии. Магнитные поля придают энергию другим частицам, которые касаются магнитного поля.

В физике магнитное поле — это поле, которое проходит через пространство и заставляет магнитную силу перемещать электрические заряды и магнитные диполи. Магнитные поля возникают вокруг электрических токов, магнитных диполей и изменяющихся электрических полей.

При помещении в магнитное поле магнитные диполи находятся на одной линии, а их оси параллельны силовым линиям, что можно увидеть, когда железные опилки находятся в присутствии магнита.Магнитные поля также обладают собственной энергией и импульсом с плотностью энергии, пропорциональной квадрату напряженности поля. Магнитное поле измеряется в единицах тесла (единицы СИ) или гаусс (единицы сгс).

Есть некоторые известные виды магнитного поля. Для физики магнитных материалов см магнетизм и магнит, а точнее диамагнетизм. Для магнитных полей, созданных изменением электрических полей, см электромагнетизм.

Электрическое поле и магнитное поле являются составляющими электромагнитного поля.

Закон электромагнетизма был основан Майклом Фарадеем.

Модель магнитного полюса : два противоположных полюса, Северный (+) и Южный (-), разделенные расстоянием d, создают поле H (линии).

Физики могут сказать, что сила и крутящие моменты между двумя магнитами вызваны отталкиванием или притяжением магнитных полюсов. Это подобно тому, как кулоновская сила отталкивает одни и те же электрические заряды или притягивает противоположные электрические заряды. В этой модели H-поле создается магнитными зарядами , которые «размазаны» вокруг каждого полюса.Итак, H-поле похоже на электрическое поле E , которое начинается с положительного электрического заряда и заканчивается отрицательным электрическим зарядом. Вблизи северного полюса все линии H-поля направлены в сторону от северного полюса (внутри магнита или снаружи), а около южного полюса (внутри магнита или снаружи) все линии H-поля направлены к южному полюсу. Таким образом, северный полюс чувствует силу в направлении H-поля, тогда как сила на южном полюсе противоположна H-полю.

В модели магнитного полюса элементарный магнитный диполь м образован двумя противоположными магнитными полюсами с силой полюса q _м , разделенными очень малым расстоянием d, так что m = q _m d .

К сожалению, магнитные полюса не могут существовать отдельно друг от друга. Все магниты имеют пары север / юг, которые нельзя разделить, не создавая двух магнитов, каждый из которых имеет пару север / юг. Кроме того, магнитные полюса не учитывают ни магнетизм, создаваемый электрическими токами, ни силу, которую магнитное поле прилагает к движущимся электрическим зарядам.

Поле H определяется как:

ЧАС ≡ B μ 0 — M , {\ displaystyle \ mathbf {H} \ Equiv \ {\ frac {\ mathbf {B}} {\ mu _ {0}}} — \ mathbf {M},} (определение H в единицах СИ)

При таком определении закон Ампера принимает следующий вид:

∮ ⁡ ЧАС ⋅ d ℓ знак равно ∮ ⁡ ( B μ 0 — M ) ⋅ d ℓ знак равно я т о т — я б знак равно я ж {\ displaystyle \ oint \ mathbf {H} \ cdot d {\ boldsymbol {\ ell}} = \ oint \ left ({\ frac {\ mathbf {B}} {\ mu _ {0}}} — \ mathbf { M} \ right) \ cdot d {\ boldsymbol {\ ell}} = I _ {\ mathrm {tot}} -I _ {\ mathrm {b}} = I _ {\ mathrm {f}}}

, где I _f представляет собой «свободный ток», заключенный в контур, так что линейный интеграл H совсем не зависит от связанных токов. ^[1] Дифференциальный эквивалент этого уравнения см. В уравнениях Максвелла. Закон Ампера приводит к граничному условию:

ЧАС 1 , ∥ — ЧАС 2 , ∥ знак равно K ж , {\ Displaystyle H_ {1, \ parallel} -H_ {2, \ parallel} = \ mathbf {K} _ {\ text {f}},}

где К _f — поверхностная плотность свободного тока. ^[2]

Точно так же поверхностный интеграл H по любой замкнутой поверхности не зависит от свободных токов и выделяет «магнитные заряды» внутри этой замкнутой поверхности:

∮ S ⁡ μ 0 ЧАС ⋅ d А знак равно ∮ S ⁡ ( B — μ 0 M ) ⋅ d А знак равно ( 0 — ( — q M ) ) знак равно q M , {\ displaystyle \ oint _ {S} \ mu _ {0} \ mathbf {H} \ cdot \ mathrm {d} \ mathbf {A} = \ oint _ {S} (\ mathbf {B} — \ mu _ { 0} \ mathbf {M}) \ cdot \ mathrm {d} \ mathbf {A} = (0 — (- q_ {M})) = q_ {M},}

, который не зависит от свободных токов.

Таким образом, поле H можно разделить на две ^[3] независимых части:

ЧАС знак равно ЧАС 0 + ЧАС d , {\ displaystyle \ mathbf {H} = \ mathbf {H} _ {0} + \ mathbf {H} _ {d}, \,}

, где H ₀ — это приложенное магнитное поле, обусловленное только свободными токами, а H _d — размагничивающее поле, обусловленное только связанными токами.

Магнитное поле H , следовательно, повторно факторно влияет на связанный ток на «магнитные заряды». Силовые линии H петляют только вокруг «свободного тока» и, в отличие от магнитного поля B , также начинаются и заканчиваются вблизи магнитных полюсов.

1. ↑ Джон Кларк Слейтер, Натаниэль Герман Франк (1969). Электромагнетизм (впервые опубликовано в 1947 г.). Courier Dover Publications. п. 69. ISBN 0486622630 .
2. ↑ Дэвид Гриффитс. Введение в электродинамику (3-е изд. 1999 г.). п. 332.
3. ↑ Третий член необходим для изменения электрических полей и токов поляризации; этот член тока смещения покрывается уравнениями Максвелла.

.

геомагнитного поля | Определение, сила и факты

Представление поля

Электрические и магнитные поля создаются фундаментальным свойством материи — электрическим зарядом. Электрические поля создаются зарядами, находящимися в состоянии покоя относительно наблюдателя, тогда как магнитные поля создаются движущимися зарядами. Эти два поля представляют собой разные аспекты электромагнитного поля, которое является силой, заставляющей электрические заряды взаимодействовать. Электрическое поле E в любой точке вокруг распределения заряда определяется как сила на единицу заряда, когда в эту точку помещается положительный тестовый заряд.Для точечных зарядов электрическое поле направлено радиально от положительного заряда в сторону отрицательного заряда.

Магнитное поле создается движущимися зарядами, т. Е. Электрическим током. Магнитная индукция B может быть определена аналогично E как пропорциональная силе на единицу силы полюса, когда испытательный магнитный полюс приближается к источнику намагничивания. Однако чаще его определяют с помощью уравнения силы Лоренца. Это уравнение утверждает, что сила, воспринимаемая зарядом q , движущимся со скоростью v , определяется выражением F = q ( v x B ).

В этом уравнении жирным шрифтом обозначены векторы (величины, которые имеют как величину, так и направление), а жирным шрифтом обозначены скалярные величины, такие как B , длина вектора B . x указывает на перекрестное произведение (т. Е. Вектор под прямым углом к ​​ v и B , с длиной v B sin θ). Тета — это угол между векторами v и B . (B обычно называют магнитным полем, несмотря на то, что это название зарезервировано для величины H, которая также используется при изучении магнитных полей.) Для простого линейного тока поле вокруг тока имеет цилиндрическую форму. Чувство поля зависит от направления тока, которое определяется как направление движения положительных зарядов. Правило правой руки определяет направление B , утверждая, что оно указывает в направлении пальцев правой руки, когда большой палец указывает в направлении тока.

В Международной системе единиц (СИ) электрическое поле измеряется скоростью изменения потенциала, вольт на метр (В / м).Магнитные поля измеряются в единицах тесла (Тл). Тесла — это большая единица для геофизических наблюдений, и обычно используется меньшая единица, нанотесла (нТл; одна нанотесла равна 10 ^-9 тесла). Нанотесла эквивалентна одной гамме, единице, первоначально определенной как 10 ⁻⁵ гаусс, которая является единицей магнитного поля в системе сантиметр-грамм-секунда. И гаусс, и гамма все еще часто используются в литературе по геомагнетизму, хотя они больше не являются стандартными единицами измерения.

Как электрическое, так и магнитное поля описываются векторами, которые могут быть представлены в различных системах координат, таких как декартова, полярная и сферическая. В декартовой системе вектор раскладывается на три компонента, соответствующих проекциям вектора на три взаимно ортогональных оси, которые обычно обозначаются x , y , z . В полярных координатах вектор обычно описывается длиной вектора в плоскости x — y , его азимутальным углом в этой плоскости относительно оси x и третьей декартовой компонентой z .В сферических координатах поле описывается длиной вектора полного поля, полярным углом этого вектора относительно оси z и азимутальным углом проекции вектора в плоскости x — y . В исследованиях магнитного поля Земли широко используются все три системы.

Номенклатура, используемая при изучении геомагнетизма для различных компонентов векторного поля, кратко представлена ​​на рисунке. B — векторное магнитное поле, а F — величина или длина B . X , Y и Z — это три декартовых компонента поля, обычно измеряемых относительно географической системы координат. X — север, Y, — восток, и, завершая правостороннюю систему, Z — вертикально вниз к центру Земли. Величина поля, проецируемого в горизонтальной плоскости, называется H . Эта проекция составляет угол D (для склонения), измеренный положительным с севера на восток.Угол падения, I (для наклона), представляет собой угол, который общий вектор поля составляет по отношению к горизонтальной плоскости, и является положительным для векторов ниже плоскости. Это дополнение к обычному полярному углу сферических координат. (Географический и магнитный север совпадают вдоль «агонической линии».)

Компоненты вектора магнитной индукции, B , показаны в трех системах координат: декартовой, полярной и сферической. Encyclopædia Britannica, Inc..

Simple English Wikipedia, бесплатная энциклопедия

Магнитные силовые линии стержневого магнита, показанные железными (Fe) опилками на бумаге Намагниченная игла парит в воздухе рядом с металлическим шариком

В физике магнетизм — это сила, которая может притягивать (приближать) или отталкивать (отталкивать) объекты, внутри которых есть магнитный материал, такой как железо ( магнитных объектов ). Проще говоря, это свойство определенных веществ, которые притягивают или отталкивают другие объекты.

Магнетизм может быть создан постоянным магнитом или электричеством в проволоке. Это называется электромагнитом. Когда магниты помещаются рядом с магнитными объектами, магнит и объект притягиваются друг к другу. Это называется магнитным притяжением. Магниты также могут отталкивать (отталкивать) другие магниты. В большинстве объектов, притягиваемых магнитами, есть железо. Это ферромагнетизм. Некоторые металлы, например, алюминий, притягиваются гораздо слабее. Это парамагнетизм.Некоторые металлы обладают слабым отталкиванием. Это диамагнетизм.

Магнитные поля [изменить | изменить источник]

Магниты имеют невидимую область вокруг себя, называемую «магнитным полем». Магнитные объекты внутри этого невидимого поля притягиваются к магниту. Магнитные предметы вне магнитного поля не притягиваются к магниту. Вот почему магнит должен быть близко к объекту, чтобы притягивать его.

Полюса двух магнитов отталкиваются или притягиваются друг к другу. Различные полюса притягиваются друг к другу.Например, если южный полюс одного магнита поместить рядом с южным полюсом другого магнита, магниты будут отталкивать друг друга. То же самое произойдет и с двумя северными полюсами, расположенными рядом друг с другом. Если расположить северный полюс рядом с южным, магниты будут притягиваться друг к другу, пока они не прилипнут друг к другу, и их будет трудно разъединить.

Магнитные домены [изменить | изменить источник]

Магнетизм вызывается вращением электронов (отрицательных частиц в атомах, которые также являются электрическими зарядами).Чем больше группа электронов вращается в одном направлении, тем сильнее магнитная сила. В магните множество электронов вращаются в одном направлении.

Мы можем намагнитить небольшой кусок железа, «потерев» его магнитом. Электроны в железе «раскручиваются» проходящим магнитом, как баскетболист, вращающий баскетбольный мяч.

Использование магнитов [изменить | изменить источник]

Магниты имеют множество применений. Один из них был обнаружен давно, когда исследователи обнаружили, что магнит можно использовать в качестве компаса, чтобы указать направление север-юг.

Электромагниты и электромагнетизм [изменить | изменить источник]

Электромагниты — это еще один вид магнита. Они работают только тогда, когда через них проходит электричество. Электрический ток создает магнитное поле. Если обернуть провод в катушку, электроны вращаются вокруг катушки и образуют более сильный магнитный домен.

Часто эти магниты работают с помощью катушки с проволокой, которая создает магнитное поле, когда в нем есть ток. В дополнение к этой катушке с проволокой внутри катушки помещается большой кусок металла, обычно железа, для увеличения создаваемого магнитного поля.Хотя в большинстве больших электромагнитов используется множество соленоидов для подъема тяжелых предметов, соленоиды меньшего размера используются в повседневной электронике. Например, они используются для изменения напряжения в трансформаторе.

Электромагниты используются для работы многих вещей, таких как компьютеры, телевизоры и радио, а также дверные звонки.

Электромагнитное излучение, включая радиоволны и световые волны, используется для связи, включая радиовещание и оптическое волокно, и для многих других целей.

Северный магнитный полюс [изменить | изменить источник]

Северный магнитный полюс — это точка на поверхности северного полушария Земли, где магнитное поле планеты направлено вертикально вниз.Есть только одно место, где это происходит, недалеко от географического Северного полюса (но отличного от него). ^[1]

Его аналог в южном полушарии — Южный магнитный полюс. Поскольку магнитное поле Земли не совсем симметрично, линия, проведенная от одного к другому, не проходит через геометрический центр Земли.

Северный магнитный полюс со временем перемещается из-за магнитных изменений в ядре Земли. ^[2] В 2001 году он находился недалеко от острова Элсмир в северной Канаде на 81 ° 18′N 110 ° 48′W / 81.3 ° с.ш., 110,8 ° з. Д. / 81,3; -110,8 (Северный магнитный полюс, 2001 г.). По состоянию на 2015 год считается, что полюс переместился на восток за пределы территориальных притязаний Канады в Арктике до 86 ° 18’N 160 ° 00’W / 86,3 ° N 160,0 ° W / 86,3; -160,0 (Северный магнитный полюс 2012 г.). ^[3]

Разворот магнитного поля Земли [изменение | изменить источник]

Геомагнитная полярность в конце кайнозойской эры. Темные области обозначают периоды, когда полярность соответствует сегодняшней полярности, светлые области обозначают периоды, когда полярность меняется на противоположную.

Земля действительно меняет свои магнитные полюса каждые миллион лет (плюс-минус 200 000 лет).Перед изменением магнитного поля магнитное поле Земли становится слабее и перемещается, как волчок перед падением. Земля уже претерпела сотни изменений ( шлепанцев, ). Ученые узнали об этом в результате исследований магнетизма на морском дне у Срединно-Атлантического хребта. Лава медленно выходит из этой трещины (щели в морском дне), а затем охлаждается молекулами оксида железа, которые указывают в новом направлении магнитного поля Земли. Мы можем взглянуть на историю этого магнитного поля сегодня, чтобы оглянуться на множество переворотов в прошлом. ^[4]

Инверсии происходят с интервалами от менее 0,1 миллиона лет до целых 50 миллионов лет. Самая последняя инверсия геомагнитного поля, названная инверсией Брюнес-Матуяма, произошла около 780 000 лет назад. ^{[5] [6]} Другой глобальный переворот поля Земли, названный событием Лашампа, произошел во время последнего ледникового периода (41 000 лет назад). Однако из-за непродолжительности его называют «экскурсией». ^{[7] [2]}

1. ↑ «Магнитный Северный полюс». Лаборатория магнитологии дна океана . Океанографический институт Вудс-Хоул. Проверено июнь 2012.
2. ↑ ^{2,0 2,1} Merrill, Ronald T .; МакЭлхинни, Майкл В .; Макфадден, Филип Л. (1996). «Глава 8». Магнитное поле Земли: палеомагнетизм, ядро ​​и глубокая мантия . Academic Pres]. ISBN 978-0-12-491246-5 .
3. ↑ Мировой центр данных по геомагнетизму, Киото. «Магнитный север, геомагнитные и магнитные полюса».Проверено 3 июля 2012.
4. ↑ Вакье, Виктор (1972). Геомагнетизм в морской геологии (2-е изд.). Амстердам: Elsevier Science. п. 38. ISBN 9780080870427 .
5. ↑ Филлипс, Тони (29 декабря 2003 г.). «Непостоянное магнитное поле Земли». Наука @ НАСА . Проверено 27 декабря 2009 г.
6. ↑ Merrill, McElhinny & McFadden 1996, Глава 5
7. ↑ «Смена полярности ледникового периода была глобальным событием: чрезвычайно короткое изменение геомагнитного поля, изменчивость климата и супервулкан».ScienceDaily. 16 октября 2012 г. doi: 10.1016 / j.epsl.2012.06.050. Проверено 21 марта 2013.

.