Site Loader

Содержание

Как моделировать проводники в переменных магнитных полях

Как показывает практика, одним из наиболее распространённых применений модуля AC/DC пакета COMSOL Multiphysics® является моделирование проводников и других резистивных материалов в переменных магнитных полях, приводящих к возникновению больших индуцированных токов. Подход к моделированию таких задач зависит от того, насколько быстро во времени изменяются магнитные поля. В данной заметке мы расскажем об основах моделирования проводников и продемонстрируем различные методики расчёта.

Описание скин-эффекта с использованием модуля AC/DC

Когда резистивный материал, например, проводник, помещают в переменное электромагнитное поле, в нём индуцируются токи. Эти токи создают магнитное поле, которое изменяет распределение тока внутри материала. Результатом является вытеснение индуцированных токов к поверхности. Данное явление называют скин-эффектом.

Скин-эффект можно смоделировать, используя любой физический интерфейс в модуле AC/DC, в котором рассчитываются магнитные поля и растекание токов.

Ниже приведён список таких интерфейсов:

  • Magnetic Fields (Магнитные поля)
  • Magnetic and Electric Fields (Магнитные и электрические поля)
  • Magnetic Field Formulation (Формулировка через магнитное поле)
  • Rotating Machinery, Magnetic (Вращающиеся механизмы, Магнетизм)

Все эти физические интерфейсы позволяют проводить расчёты в частотной области при условии того, что магнитные и другие поля изменяются синусоидально во времени. А в интерфейсах Magnetic Fields, Rotating Machinery Magnetic и Magnetic Field Formulation можно проводить полный нестационарный расчёт (во временной области) с изменяющимися во времени полями.

Моделирование проводников в частотной области в переменных магнитных полях

Давайте рассмотрим расчёт в частотной области, так как при решении большинства задач мы заранее знаем рабочую частоту или рабочий частотный диапазон для устройства. Зная рабочую частоту, можно определить толщину скин-слоя δ в материале по формуле:

\delta=\left[ \Re \left (\sqrt{j \omega \mu_0 \mu_r(\sigma + j \omega \epsilon_0 \epsilon_r )} \right) \right]^{-1}

где \omega — рабочая частота, \mu_0 — магнитная постоянная, \epsilon_0 — диэлектрическая постоянная, \mu_r и \epsilon_r — относительные магнитная и электрическая проницаемости материала, \sigma — электропроводность материала.

Для проводников это выражение можно упростить до:

\delta=\sqrt{\frac{2}{\omega \mu_0 \mu_r \sigma}}

Грубо говоря, глубина скин-слоя определяется экспоненциальным уменьшением индуцированных токов в плоском полубесконечном проводнике. Однако очень важно заранее примерно представлять её значение. Рекомендуем всегда проводить предварительную оценку для определения толщины скин-слоя во всех материалах, так как от этой величины зависит то, какой подход к моделированию следует выбирать. Чтобы закрепить этот совет, давайте рассмотрим простой пример короткозамкнутого витка (поперечное сечение 1 см и радиус витка 10 см), который помещён в однородное фоновое магнитное поле, осциллирующее на разных частотах, как показано на рисунке ниже.


Виток из медного провода, который помещён в синусоидальное переменное магнитное поле.

Для решения такой задачи можно воспользоваться двухмерной осесимметричной моделью, как показано ниже. Область с бесконечными элементами (infinite element domain) используется для эффективного ограничения расчётной области и имитации открытых границ. Подробнее про использование данного функционала мы писали в предыдущей заметке нашего корпоративного блога.


Схематичное изображение расчетной области для модели катушки.

Давайте посмотрим на результаты расчета в такой постановке на различных частотах. На рисунке ниже изображено распределение тока в катушке. На высоких частотах мы как раз наблюдаем эффект вытеснения тока к поверхности. Фактически, на самой высокой рассмотренной частоте, ток в центре катушки практически равен нулю. Можно сказать, что скин-эффект экранировал внутреннюю область проводника.


Распределение тока в поперечном сечении катушки на различных частотах.

Для правильного моделирования подобных задач очень важно аккуратно подобрать и построить конечно-элементную сетку. На высоких частотах, когда ток практически полностью вытесняется к границам проводника, для точного расчёта переменных полей, необходимо строить более плотную сетку ближе к внешней поверхности. Однако, поля сильно изменяются в направлении нормали к границе и очень слабо — по периметру катушки ( в касательном направлении).

В таких случаях можно воспользоваться функционалом сетки граничного слоя, который будет автоматически генерировать тонкие конечные элементы, нормальные к границе, как показано на рисунке ниже. В зависимости от того, насколько точно вам необходимо провести расчёт, вы можете задавать толщину этих элементов от половины до целой глубины скин-слоя, а также использовать два или больше граничных слоёв. С другой стороны, на низких частотах построение погранслойной сетки, в принципе, не требуется.


Сеточное разбиение внутри катушки на различных частотах, соответствующих предыдущим графикам распределения тока.

Эквивалентные граничные условия

Как видно на изображениях выше, на более высоких частотах распределение тока внутри катушки очень незначительное. Поэтому можно сделать разумное практическое предположение о том, что на высоких частотах токи текут только по поверхности. В таких случаях можно использовать Импедансное граничное условие (

Impedance) и не моделировать внутреннюю часть катушки, как показано на изображениях ниже.


Схематичное изображение и сеточное разбиение для модели с использованием Импедансного граничного условия (Impedance).

Такой подход позволит значительно сэкономить вычислительные ресурсы, так как в при этом необходимо строить сетку только в окружающей воздушной области и применить Импедансное граничное условие. Очевидно, что в такой постановке мы не сможем получить и расчитать распределение тока внутри проводника. Однако, если в задаче оно и не требуется, то смело можно пользоваться этим удобным граничным условием. На графике ниже изображены зависимости потерь в катушке от частоты, рассчитанные с помощью

Импедансного граничного условия (зелёная линия) и с использованием полнотельной модели с погранслойной сеткой (синяя линия).


График зависимости потерь в катушке от частоты для Импедансного граничного условия и для полнотельной моделии с погранслойной сеткой.

Далее приведен график отношения потерь, рассчитанных с помощью Импедансного граничного условия, к потерям, рассчитанным с использованием полнотельной модели, в зависимости от отношения радиуса провода к толщине скин-слоя.

По мере приближения характерного размера задачи (в данном случае, радиуса) к величине превышающей толщину скин-слоя в десять раз, рассчитанные для двух случаев потери выравниваются.


График зависимости отношения рассчитанных потерь от соотношения радиуса катушки к толщине скин-слоя.

По данному графику можно сделать вывод о том, что Импедансное граничное условие даёт точные результаты при расчете полных потерь, в случае если толщина скин-слоя относительно мала по сравнению с характерными размерами моделируемого проводника. Это очень важное следствие, так как оно помогает значительно упростить некоторые задачи для расчёта в частотной области с использованием модуля AC/DC.

Расчёты проводников во временной области в переменных магнитных полях

Завершим нашу статью некоторыми комментариями по расчетам во временной области. Импедансное граничное условие в данном случае неприменимо, так как оно сформулировано только для системы уравнений Максвелла в частотной области. Для моделирования во временной области необходимо строить сетку на всей поверхности проводника. В данном случае все также актуально использование функционала погранслойных сеток, однако вам необходимо подобрать толщину слоев этой сетки как на основе средней, так и максимально возможной частоты, которая может проявиться в расчете во временной области. Такой подход может увеличить вычислительные затраты, поэтому старайтесь использовать моделирование в частотной области по мере возможности.

Потребуется ли переход во временною область, если в модели присутствуют нелинейные материалы? Если в задаче имеется ферромагнитный материал с нелинейной магнитной проницаемостью, можно использовать материальную модель эффективной кривой намагничивания H-B (effective H-B curve) и смоделировать магнитный материал в частотной области.

Заключение

Для эффективного использования модуля AC/DC очень важно иметь правильное представление об эффектах, характерных для проводящих и других резистивных материалов в переменных магнитных полях.

В данной заметке мы показали, как можно использовать Импедансное граничное условие на высоких частотах в качестве альтернативы явному моделированию проводящих областей. В последнем случае необходимо использовать сетку с погранслойными элементами, чтобы разрешить растекание токов в приповерхностном слое на высоких частотах, что увеличит вычислительные затраты. При использовании Импедансного граничного условия не нужно будет моделировать внутреннюю область проводника, что поможет значительно сэкономить вычислительные ресурсы.

Дальнейшие шаги

Чтобы узнать больше о функционале модуля AC/DC для электротехнических расчетов, нажмите на кнопку ниже.

Дополнительные ресурсы

Ознакомьтесь со следующими примерами, чтобы узнать больше об электротехническом моделировании:

Что такое магнитное поле, его свойства и источники

Магнитное поле: Freepick

Что такое магнитное поле? Физика легко объясняет все явления природы, в том числе и невидимые, а потому дает ответ и на этот вопрос. Оказывается, в некоторых веществах есть свободные электроны, движение которых и создает особенные поля. Обсудим их секреты подробнее.

Что такое магнитное поле, его свойства

Многие видели и держали в руках магниты. Легко заметить ту силу, которая возникает между ними.

Каждый магнит обладает двумя полюсами: противоположные притягиваются, а одинаковые отталкиваются. Кроме того, магниты всегда окружены областью, где эта сила возникает. Магнитные поля как раз и описывают такую силу.

Таким образом, магнитное поле — это концепция, которую используют, чтобы описать то, как сила распределяется в пространстве вокруг магнита и в нем самом. Впервые на это явление обратил внимание французский ученый Перегрин, а затем исследовали Ампер и Фарадей.

Явление магнетизма и магнитных полей — одна из составляющих электромагнитных сил, которые для природы базовые. Появляется магнитное поле там, где происходит движение зарядов. Когда большие заряды двигаются с высокими скоростями, то сила магнитного поля возрастает.

Магнитное поле вокруг магнита: Freepick

Какова природа магнитного поля? Существуют способы, которые организовывают движение зарядов так, чтобы они такое поле порождали. Например:

  • Можно пустить ток по проводнику, присоединенному к батарее. Если силу тока увеличивать (то есть наращивать количество движущихся зарядов), то пропорционально усилится и магнитное поле. Его сила будет уменьшаться пропорционально расстоянию от проводника. Данное явление называют закон Ампера.
  • Можно использовать свойства электронов. Они имеют отрицательный заряд и совершают движение вокруг ядра атомов, что и есть основой принципа работы постоянного магнита. Не все материалы получится намагнитить. Для этого необходимы один или несколько так называемых непарных электронов (обычно электроны всегда образуют пары). Например, у атома железа есть четыре непарных электрона, поэтому из такого материала получится хороший магнит.

Каждый кусочек любого материала состоит из миллиардов атомов. Когда они ориентируются в пространстве произвольно, то их поле угасает, даже при наличии непарных электронов. Только в стабильных веществах можно получить постоянную ориентацию электронов, то есть постоянный магнит или ферромагнетик.

Некоторым материалам для этой цели необходим внешний источник магнитного поля. Оно способно сориентировать вращение электронов и задать им нужное направление, но стоит исчезнуть внешнему полю, и общая ориентация тоже пропадет. Такие материалы получили название парамагнетиков.

Хороший пример парамагнетика — металлическая дверца холодильников. Сама по себе она не магнит, но может притягивать приложенные к ней магниты. Это свойство многие используют, когда с помощью магнита крепят к дверце холодильника список покупок или записку.

Экспериментально подтвержденные свойства магнитного поля таковы:

  • оно материальное, то есть существует в объективной реальности, даже если о нем не знаем;
  • его порождают лишь движущиеся электрические заряды, то есть любое движущееся заряженное тело окружено таким полем. Магнитные поля создаются и магнитами, но и в этом случае причина появления кроется в движении электронов. Переменные электрические поля также создают их;
  • обнаруживают данные поля, действуя некоторой силой на движущиеся электрические заряды или проводники с током;
  • в пространстве его распространение происходит со скоростью, которая равна скорости света в условиях вакуума.

Таким образом, магнитное поле, определение которому дали выше, — это явление загадочное и невидимое, но в то же время вполне объяснимое.

Магнитное поле: источники, измерение

Источниками магнитных полей считаются:

  • Электрические поля, меняющиеся во времени.
  • Подвижный заряд.
  • Постоянный магнит.
Магниты разного размера: Freepick

С детства сталкиваемся с постоянными магнитами:

  1. Они применяются как игрушки, которые притягивают детали из металла.
  2. Их часто прикрепляют к холодильнику.
  3. Используют как встроенные части в игрушках.

Движущиеся электрические заряды, если сравнивать их с постоянными магнитами, обладают большей магнитной энергией.

Если магнитное поле нельзя увидеть, то как его изобразить? Физики предложили следующие способы:

  1. Магнитные поля описывают с помощью математики как векторные. Их изображают как упорядоченную сетку множества векторов. Каждый из них направлен в свою сторону, а длина определяется величиной магнитной силы. Если бы много маленьких компасов выложили в определенном порядке, картинка получила бы такая же, вот только силу поля узнать бы не удалось.
  2. Также используют силовые линии магнитного поля. В этом случае вместо сетки векторы соединяют плавные линии. При этом рисуют столько линий, сколько захочется.

Во втором виде изображения есть такие преимущества:

  • Силовые линии магнитных полей не пересекаются.
  • Они расположены тем плотнее, чем выше индукция (сила) магнитного поля.
  • Данные линии изображают в виде замкнутых циклов, то есть у них есть начало и конец с продолжением внутри магнита.

Чтобы указать направление поля, применяют стрелочки, расставленные вдоль силовых линий. Иногда применяют и другие обозначения. Традиционно полюса магнита обозначают как «север» и «юг», а силовые линии изображают по направлению от одного полюса ко второму.

По этой причине их обычным направлением считается направление с севера на юг. Концы источника магнитного поля часто подписывают английскими буквами N (север) и S (юг).

Полюбоваться силовыми линиями может каждый. Для этого:

  • Магнитные опилки надо высыпать на ровную поверхность рядом с источником магнитного поля.
  • Металлические частицы начнут вести себя подобно крошечному магниту с южным и северным полюсами.
  • Опилки постепенно образуют отдельные области благодаря отталкиванию одинаковых полюсов.
  • В результате получится рисунок силовых линий.

Так обычно выглядит основная картина, а свойства материала опилок определяют положение и плотность линий.

Магнит, притягивающий скрепки: Freepick

Наконец, магнитное поле как векторную величину можно описать и измерить. Для этого понадобится сила и направление:

  1. С направлением все просто. С его определения берут магнитный компас и ждут, пока стрелка остановится на силовой линии. Такие компасы были известны мореплавателям еще в XI веке. Кроме того, пользуются правилом сжатой правой руки (когда правая рука обхватывает проводник, а большой палец показывает направление тока, то другие пальцы указывают направление поля).
  2. С силой немного сложнее. Приборы под названием магнитометры были изобретены лишь в XIX веке. Большинство из них способно рассчитать силу, которая действует на электрон, движущийся в поле.

Точные измерения слабых магнитных полей начались после открытия в 1988 году эффекта гигантского магнетосопротивления. Им обладают материалы, которые составлены из особенных тонких пленок.

Интересно, что это открытие фундаментальной физики стало применяться для хранения информации на жестких дисках компьютеров. В итоге плотность записи на магнитном носителе выросла в тысячи раз буквально в течение нескольких лет. В 2007 году ученые Ферт и Грюнберг за это открытие были награждены Нобелевской премией по физике.

Согласно международной системе единиц, силу (индукцию) магнитных полей измеряют в тесла (обозначают Тл, назвали в честь Николы Теслы). Тесла — это такая величина силы, которая действует на движущийся заряд от магнитного поля. Так, маленький магнит, который повесили на холодильник, создаст индукцию примерно 0,001 Тл, в то время как индукция магнитного поля нашей планеты составляет 5×10⁻⁵ Тл.

Иногда ученые пользуются альтернативной единицей измерения под названием гаусс (обозначают Гс). Преобразовываются эти единицы измерений достаточно легко: 1 Тл = 10⁴ Гс. Причиной применения единицы Гс стало то, что 1 тесла — это слишком высокая величина для индукции.

В формулах величину магнитной индукции обозначают символом BBB. Иногда встречается термин «напряженность магнитного поля» с обозначением символом HHH. Обе эти величины измеряют в одних и тех же единицах, но в напряженности учитывается магнитное поле, которое есть внутри магнита. В решении простых задач, где действие происходит в воздухе, этой разницей можно пренебречь.

О том, что такое магнитное поле, больше знаем из практики, но не всегда разбираемся в теории. Оказывается, что невидимые магнитные поля вполне реальны и создаются движением электронов. Их направление указывают стрелки компасов, а силу измеряют специальные приборы.

Оригинал статьи: https://www.nur.kz/family/school/1909092-chto-takoe-magnitnoe-pole-ego-svoystva-i-istochniki/

Ученые совместили магнитные поля мозга и глаза для управления компьютером

https://ria.ru/20210301/mgppu-1599103752.html

Ученые совместили магнитные поля мозга и глаза для управления компьютером

Ученые совместили магнитные поля мозга и глаза для управления компьютером — РИА Новости, 01. 03.2021

Ученые совместили магнитные поля мозга и глаза для управления компьютером

Уникальную систему для управления компьютером при помощи взгляда и «силы мысли» разрабатывают ученые Московского государственного психолого-педагогического… РИА Новости, 01.03.2021

2021-03-01T09:00

2021-03-01T09:00

2021-03-01T09:00

наука

технологии

московский государственный психолого-педагогический университет (мгппу)

навигатор абитуриента

университетская наука

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e5/02/1a/1599107505_0:63:3072:1791_1920x0_80_0_0_e1aabc117f6b20892c43a77fe26fbc1e.jpg

МОСКВА, 1 мар – РИА Новости. Уникальную систему для управления компьютером при помощи взгляда и «силы мысли» разрабатывают ученые Московского государственного психолого-педагогического университета (МГППУ). Система, основанная на считывании магнитных полей мозга, по словам создателей, может облегчить использование компьютера людьми с ограниченными возможностями здоровья. Результаты опубликованы в журнале Frontiers in Neuroscience.Управление компьютером с помощью взгляда все чаще используется парализованными людьми, а функция “управления глазами” даже входит в стандартный набор специальных возможностей некоторых операционных систем, сообщили исследователи МГППУ. Для этого применяется устройство отслеживания взгляда – айтрекер. С помощью видеокамеры он определяет положение зрачка пользователя и вычисляет, в какое место на экране он смотрит. Задержки взгляда на участках экрана заменяют “клики” мышью.У этой технологии сегодня, по словам ученых, есть серьезный недостаток: она не умеет различать намеренные и непроизвольные задержки взгляда, которые случаются, например, когда пользователь хочет что-то рассмотреть. Избежать непроизвольных задержек, как объяснили исследователи, попросту невозможно – взгляд легко выходит из-под сознательного контроля, в результате чего происходят ложные срабатывания.Исследователи МГППУ создают систему управления, которая будет способна определять, является ли задержка взгляда намеренной или непроизвольной. По словам создателей, она будет представлять собой гибрид айтрекинга и еще одной технологии, применяемой для помощи инвалидам, – “интерфейс мозг-компьютер” (ИМК). За счет различения мозговых сигналов, возникающих при выполнении определенных мысленных действий, ИМК позволяет отдавать компьютеру команды буквально «силой мысли».“Многие пытались объединить ИМК с “глазоуправлением”. С помощью ИМК удобно сделать “клик” – для этого можно вообразить движение рукой. Но такая комбинация пока оказывается крайне неудобной, так как ИМК работает медленно, заставляя пользователя, представляющего требуемое действие, надолго задерживать взгляд. Кроме того, мысленные действия, нужные для ИМК, довольно плохо сочетаются с намеренной задержкой взгляда”, – рассказал руководитель исследования, ведущий научный сотрудник МЭГ-центра Сергей Шишкин.В своих разработках специалисты МГППУ использовали другой подход: пользователю их системы достаточно лишь намеренно задержать взгляд, и само это действие, по словам ученых, уже меняет рисунок мозговых сигналов так, что удается распознать намерение “кликнуть”. Чтобы точно выделить мозговые сигналы, соответствующие такому намерению, применялся метод магнитоэнцефалографии (МЭГ), позволяющий бесконтактно регистрировать слабые магнитные поля мозга. В ходе эксперимента участники играли в специальную модификацию компьютерной игры “Lines”, управление в которой осуществляется посредством задержек взгляда. Полученные данные МЭГ обрабатывались искусственными нейросетями, которые определяли, являются ли задержки взгляда намеренными или непроизвольными.“Точность определения “намеренности” задержки взгляда у нас пока что недостаточна для немедленного внедрения технологии. Связано это с тем, что во время эксперимента пока не удается записать достаточно данных для обучения нейросетей. Это стандартная проблема при классификации мозговых сигналов глубокими искусственными нейросетями. Сейчас мы работаем над расширением нашей выборки МЭГ-данных”, – отметила старший научный сотрудник МЭГ-центра МГППУ Анастасия Овчинникова.Исследование выполнялось в рамках сотрудничества между МГППУ и Национальным исследовательским центром “Курчатовский институт” при поддержке Российского научного фонда. В дальнейшем исследователи планируют создать гибридный интерфейс высокой точности, объединяющий в одной системе данные айтрекинга, МЭГ и электроэнцефалографии.

https://ria.ru/20201229/mgppu-1591247475.html

https://ria.ru/20201226/mgppu-1590942446.html

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2021

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e5/02/1a/1599107505_171:0:2902:2048_1920x0_80_0_0_a861938f0558116ef1e30b5985b17226. jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

технологии, московский государственный психолого-педагогический университет (мгппу), навигатор абитуриента, университетская наука

МОСКВА, 1 мар – РИА Новости. Уникальную систему для управления компьютером при помощи взгляда и «силы мысли» разрабатывают ученые Московского государственного психолого-педагогического университета (МГППУ). Система, основанная на считывании магнитных полей мозга, по словам создателей, может облегчить использование компьютера людьми с ограниченными возможностями здоровья. Результаты опубликованы в журнале Frontiers in Neuroscience.

Управление компьютером с помощью взгляда все чаще используется парализованными людьми, а функция “управления глазами” даже входит в стандартный набор специальных возможностей некоторых операционных систем, сообщили исследователи МГППУ. Для этого применяется устройство отслеживания взгляда – айтрекер. С помощью видеокамеры он определяет положение зрачка пользователя и вычисляет, в какое место на экране он смотрит. Задержки взгляда на участках экрана заменяют “клики” мышью.

У этой технологии сегодня, по словам ученых, есть серьезный недостаток: она не умеет различать намеренные и непроизвольные задержки взгляда, которые случаются, например, когда пользователь хочет что-то рассмотреть. Избежать непроизвольных задержек, как объяснили исследователи, попросту невозможно – взгляд легко выходит из-под сознательного контроля, в результате чего происходят ложные срабатывания.

29 декабря 2020, 09:00НаукаЗаучивание искусственных слов помогло открыть неизвестный механизм памяти

Исследователи МГППУ создают систему управления, которая будет способна определять, является ли задержка взгляда намеренной или непроизвольной. По словам создателей, она будет представлять собой гибрид айтрекинга и еще одной технологии, применяемой для помощи инвалидам, – “интерфейс мозг-компьютер” (ИМК). За счет различения мозговых сигналов, возникающих при выполнении определенных мысленных действий, ИМК позволяет отдавать компьютеру команды буквально «силой мысли».

“Многие пытались объединить ИМК с “глазоуправлением”. С помощью ИМК удобно сделать “клик” – для этого можно вообразить движение рукой. Но такая комбинация пока оказывается крайне неудобной, так как ИМК работает медленно, заставляя пользователя, представляющего требуемое действие, надолго задерживать взгляд. Кроме того, мысленные действия, нужные для ИМК, довольно плохо сочетаются с намеренной задержкой взгляда”, – рассказал руководитель исследования, ведущий научный сотрудник МЭГ-центра Сергей Шишкин.

В своих разработках специалисты МГППУ использовали другой подход: пользователю их системы достаточно лишь намеренно задержать взгляд, и само это действие, по словам ученых, уже меняет рисунок мозговых сигналов так, что удается распознать намерение “кликнуть”.

26 декабря 2020, 09:00НаукаУченые выяснили, как эмоции и ценности помогают нам видеть предметы

Чтобы точно выделить мозговые сигналы, соответствующие такому намерению, применялся метод магнитоэнцефалографии (МЭГ), позволяющий бесконтактно регистрировать слабые магнитные поля мозга. В ходе эксперимента участники играли в специальную модификацию компьютерной игры “Lines”, управление в которой осуществляется посредством задержек взгляда. Полученные данные МЭГ обрабатывались искусственными нейросетями, которые определяли, являются ли задержки взгляда намеренными или непроизвольными.

“Точность определения “намеренности” задержки взгляда у нас пока что недостаточна для немедленного внедрения технологии. Связано это с тем, что во время эксперимента пока не удается записать достаточно данных для обучения нейросетей. Это стандартная проблема при классификации мозговых сигналов глубокими искусственными нейросетями. Сейчас мы работаем над расширением нашей выборки МЭГ-данных”, – отметила старший научный сотрудник МЭГ-центра МГППУ Анастасия Овчинникова.

Исследование выполнялось в рамках сотрудничества между МГППУ и Национальным исследовательским центром “Курчатовский институт” при поддержке Российского научного фонда. В дальнейшем исследователи планируют создать гибридный интерфейс высокой точности, объединяющий в одной системе данные айтрекинга, МЭГ и электроэнцефалографии.

Найдена потенциальная причина мощнейшего магнитного поля молодой Луны

Гигантские скальные образования размером до 60 километров, тонущие в мантии молодой Луны, могли вызывать конвекцию в ее недрах, заявили геологи в исследовании, представленном в журнале Nature Astronomy. По словам ученых, эти процессы периодически давали старт генерации сильного магнитного поля в течение первого миллиарда лет истории спутника Земли.

«Текущее представление о генерации магнитного поля планетарным ядром говорит нам о том, что тело размером с Луну не способно создать магнитное поле столь же сильное, как у Земли. Однако есть свидетельства, что Луна обладала им в прошлом», – рассказывает Александр Эванс, соавтор исследования из Стэнфордского университета (США).

Луна. Credit: Andrew McCarthy

Образцы лунной породы, доставленные на Землю американскими астронавтами в рамках программы «Аполлон», не только предоставили ученым новые данные о нашем спутнике, но и стали источником полувековой загадки. Анализ показал, что некоторые из них образовались в присутствии сильного магнитного поля, которое могло бы посоперничать с земным. Но было неясно, как тело размером с Луну могло его генерировать.

«Вместо того, чтобы искать процесс, который непрерывно питает сильное магнитное поле в течение миллиардов лет, мы решили посмотреть, есть ли способ получать его периодически», – добавил Александр Эванс.

Астронавт Чарльз Конрад-Младший. Миссия «Аполлон-12». 20 ноября 1969 года. Credit: NASA

Планетарные тела производят магнитные поля через так называемый динамо-механизм. Медленно рассеивающееся тепло вызывает конвекцию расплавленных металлов в недрах планеты, а постоянное взбалтывание электропроводящего материала создает магнитное поле. Так оно формируется у Земли, защищая поверхность от опасного солнечного излучения.

Сегодня у Луны отсутствует магнитное поле, и модели ее ядра предполагают, что она всегда была слишком мала и ей не хватало конвективной силы, чтобы когда-либо создавать постоянно сильное магнитное поле.

«Чтобы ядро ​​имело сильное конвективное перемешивание, оно должно рассеивать много тепла, но у молодой Луны мантия, окружающая ядро, была ненамного холоднее его самого. Поскольку теплу некуда было деваться, в ядре отсутствовала сильная конвекция. Однако наша модель показывает, как опускающиеся в недра камни могли давать импульс этому процессу», – пояснил Александр Эванс.

Столкновение новорожденной Земли и Тейи (объекта размером с Марс), ставшее причиной формирования Луны. Credit: Dana Berry/SwRI

История тонущих камней начинается через несколько миллионов лет после образования Луны. Считается, что в самом начале спутник Земли был покрыт океаном расплавленной породы. Когда он начал остывать и затвердевать, такие минералы, как оливин и пироксен, которые были более плотными, чем жидкая магма, опускались на дно, в то время как менее плотные минералы, такие как анортозит, всплывали, образуя кору.

Оставшаяся жидкая магма была богата титаном, а также выделяющими тепло элементами, такими как торий, уран и калий, поэтому затвердевание заняло немного больше времени. Когда этот слой титана наконец кристаллизовался прямо под корой, он был более плотным, чем ранее затвердевшие минералы ниже. Со временем титановые образования погрузились в менее плотную мантийную породу.

Полумесяц Земли с орбиты Луны. Credit: JAXA / NHK

Исследователи обнаружили, что, когда каждый из этих сгустков в конечном итоге достигал недр Луны, он давал сильный толчок динамо-механизму. Сформировавшись чуть ниже лунной коры, титановые образования должны были быть относительно прохладными по сравнению с ядром и, когда они вступали в контакт, несоответствие температур приводило к усилению конвекции.

«У вас есть что-то очень холодное, что касается ядра, и внезапно происходит выход большого количества тепла. Это приводит к увеличению перемешивания и позволяет периодически генерировать сильные магнитные поля», – продолжил Александр Эванс.

Взаимодействие магнитного поля Земли с потоком солнечной радиации в представлении художника. Credit: NASA Goddard’s scientific visualization studio

За первый миллиард лет существования Луны могло произойти до ста таких событий, и каждое из них создавало сильное магнитное поле на примерно сто лет. Разработанная модель объясняет не только магнитные сигнатуры, выявленные в лунной породе, но и тот факт, что они сильно различаются от образца к образцу: у некоторых сигнатуры сильные, а у других «отсутствуют».

«Наша идея позволяет объяснить как интенсивность, так и изменчивость, которую мы наблюдаем в образцах миссии Аполлон. При этом ее можно легко проверить. Для этого необходимо еще раз проанализировать коллекцию лунных пород с целью выявления признаков слабого магнитного фона у образцов, которые не имеют сигнатуры образования при сильном магнитном поле», – заключил Александр Эванс.

2 Создание и уничтожение магнитных полей | Плазменная физика местного космоса

Фридрих Гаусс предоставил математические инструменты для отделения внутреннего магнитного поля от внешнего магнитного поля. Они до сих пор используются в сегодняшнем анализе геомагнитных и планетарных магнитных полей. В 1940-х годах Уолтер Эльзассер инициировал разработку теории гидромагнитного динамо, которая является основой для нашего понимания геомагнитного поля и внутренне генерируемых планетарных полей.

Развитие планетарных динамо тесно связано с тепловой эволюцией планет. Простая картина состоит в том, что при аккреции планет огромная гравитационная энергия переходила в тепловую энергию, в результате чего образовывались расплавленные электропроводящие ядра планет. Когда планеты остывают (например, вековое охлаждение Земли), тепло высвобождается из недр планет. Конвекция в планетарных ядрах способствует быстрому охлаждению, а конвективные потоки приводят в действие внутреннее динамо.Также были предложены другие возможные источники энергии для динамо-машины, такие как радиогенное тепло и приливная сила; последний источник до сих пор рассматривается в исследованиях геодинамо.

Наиболее изученным планетарным динамо, работающим на основе конвекции, является земное. Земля имеет большое жидкое внешнее ядро ​​с радиусом примерно 3200 км, что составляет примерно половину среднего радиуса Земли, и твердое внутреннее ядро ​​с радиусом 1100 км. Расплавленный сплав во внешнем ядре Земли богат железом (и, следовательно, электропроводен), с меньшим количеством более легких компонентов (например,г., кислород, сера). В процессе векового охлаждения внутреннее ядро ​​растет наружу из-за замерзания жидкого железа на границе внутреннего ядра. Таким образом, более легкие компоненты и скрытое тепло высвобождаются во внешнее ядро, создавая сильные силы плавучести, которые вызывают конвекцию, необходимую для геодинамо.

Меркурий — единственная другая планета земной группы, которая на сегодняшний день обладает сильным собственным магнитным полем. Поле Меркурия, существование которого было обнаружено в ходе наблюдений «Маринер-10» в середине 1970-х годов, обычно считается генерируемым действием динамо в жидком внешнем ядре.Однако остаются вопросы о том, согласуется ли современное существование частично расплавленного ядра с термической историей Меркурия, и были предложены альтернативы гидромагнитному динамо. В случае Марса, который сегодня не обладает собственным полем или имеет очень слабое собственное поле, теоретические исследования показывают, что скорость охлаждения (и, следовательно, выталкивающая сила) была достаточной для приведения в действие внутреннего динамо только в течение первых 100–150 миллионов циклов. лет истории планеты. Остаточное магнитное поле земной коры Марса было нанесено на карту Mars Global Surveyor.Отпечатки внутреннего поля в земной коре раскрывают историю марсианского динамо и могут свидетельствовать о вариациях тепловых процессов, происходивших в мантии Марса. Венера, как и Марс, не имеет видимого собственного поля, но, в отличие от Марса, нет достаточных доказательств возможного поля коры, чтобы поддержать выводы о существовании внутреннего динамо на более ранней стадии эволюции Венеры.

Динамо-машины внешних планет работают в недрах планет, совершенно отличных от планет земной группы.В то время как конвекция на этих планетах может распространяться на поверхность, действие динамо происходит в металлическом водороде (Юпитер и Сатурн) или ионном (Уран и Нептун) ядрах. В принципе можно измерить большую часть внутреннего поля и, возможно, поверхностный поток, что позволит более непосредственно наблюдать за действием динамо.

Недавнее численное моделирование планетарных динамо оказалось очень успешным и быстро становится основным инструментом для детального изучения нелинейной динамики действия динамо.Хотя математические модели очень просты по сравнению с реальными ядрами планет, они могут давать решения, качественно согласующиеся с наблюдениями. В частности, моделирование геодинамо показало, что на границе ядро-мантия существует преимущественно диполярное магнитное поле. 5 Дрейф смоделированного геомагнитного поля на запад сравним с дрейфом, полученным из геомагнитных наблюдений. Численное моделирование также демонстрирует повторяющиеся изменения полярности магнитного поля — явление, хорошо известное по палеомагнитным записям.

Несмотря на значительный прогресс в исследованиях планетарных динамо, многие давние фундаментальные проблемы остаются без ответа, а результаты численного моделирования динамо породили новые вопросы. Преобладание силы Кориолиса используется для объяснения почти осесимметричного дипольного геомагнитного поля —

.

Есть ли у других планет магнитные поля, как у нашей Земли? | Научные ребята

Есть ли у других планет магнитные поля, как у нашей Земли?

сентябрь 2004 г.

Замечательно, что наша Земля обладает магнитным полем, потому что оно защищает нас от вредных частиц солнечного ветра.Магнитное поле Земли изгибается наружу около Южного полюса, поворачивает вверх и снова входит в Землю около Северного полюса. Магнитное поле не совпадает точно с географическими полюсами. Разница в этих двух положениях называется магнитным склонением.

Поскольку движущиеся электрические заряды создают магнитные поля, ученые считают, что движение расплавленного материала во внешнем ядре нашей Земли отвечает за магнитное поле. Расплавленный материал обладает электрическими зарядами, и считается, что их движение создает наше магнитное поле.

Высокоэнергетические космические лучи (главным образом протоны) постоянно устремляются к нашей Земле от Солнца. Этот «солнечный ветер» исходит от Солнца со скоростью, близкой к 400 км/с (895 000 миль в час). Магнитное поле Земли заставляет эти заряженные частицы отклоняться от Земли, однако некоторые из них собираются на наших полюсах, где они воздействуют на верхние слои атмосферы, рассеивают свою энергию, создавая красивые полярные сияния — «северное сияние» (или северное сияние) и «полярное сияние». Южное сияние» (aurora australis.)

Космические зонды, такие как зонды «Вояджер», измерили магнитные поля планет, и даже были сфотографированы полярные сияния на других планетах.Космический корабль «Маринер-10» пролетел мимо Меркурия в 1974 году и удивил научное сообщество. Считалось, что Меркурий холоден и мертв внутри, поэтому не имеет магнитного поля. Однако Маринер измерил слабое магнитное поле, а это означает, что Меркурий должен иметь некоторую внутреннюю активность. Зонды обнаружили, что Марс и Венера не имеют значительного магнитного поля.

Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун имеют магнитные поля намного сильнее, чем у Земли. Юпитер — чемпион, обладающий самым большим магнитным полем.Механизм, который вызывает их магнитные поля, до конца не изучен. Считается, что в случае Сатурна и Юпитера их магнитные поля могут быть вызваны водородом, проводящим электричество глубоко внутри планеты. Водород вблизи ядра планеты может быть настолько плотно сжат всеми планетарными слоями выше, что становится электрическим проводником.

Планета Уран имеет интересное магнитное поле. Полюса Урана лежат почти в плоскости его орбиты вокруг Солнца. Магнитные полюса полностью удалены от географических полюсов на 60 градусов, что приводит к дикому вращению магнитного поля Урана по мере вращения планеты.С другой стороны, магнитное поле и оси вращения Сатурна кажутся почти одинаковыми, что делает Сатурн уникальным с точки зрения магнитного поля.

На нашей Луне отсутствует магнитное поле, что означает, что ее внутренняя часть холодная и неактивная. Однако камни с Луны демонстрируют постоянный магнетизм, что позволяет предположить, что когда-то у Луны было магнитное поле. Физика планетарных магнитных полей до сих пор хранит для ученых немало загадок.

Прекрасное изложение этих фактов можно найти на Адлерпланетариуме.орг

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, а B измеряется в теслах или ньютонах на метр на ампер.

 

Откуда берется магнетизм?

Все атомы состоят из ядра, состоящего из протонов и нейтронов, которые крепко удерживаются вместе под действием сильного взаимодействия, 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 магнитным доменом . 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 разрушить силой или теплом.


Проверьте свои Понимание:

Космический магнетизм — общедоступный веб-сайт

Распечатать эту страницу

Главная » Космический магнетизм

Знаете ли вы?

Магнетизм имеет основополагающее значение для путешествий и изучения нашей планеты, поскольку магнитное поле Земли направляет птиц, пчел и стрелки компаса.

Кроме того, воздействие магнитного поля Земли на заряженные частицы Солнца одновременно защитило нас от их вредного воздействия и очаровало нас красивыми полярными сияниями, освещающими северное и южное полярное небо.

За десятилетия астрофизических исследований мы установили, что магнетизм распространен в нашей Вселенной повсеместно, а межзвездный газ, планеты, звезды и галактики демонстрируют наличие магнитных полей. Генерация магнитных полей в таких больших физических масштабах не может быть достигнута с помощью постоянных магнитов, подобных тем, которые можно найти в школьных наборах для научных исследований, вместо этого требуются огромные плотности, объемы или движения электрически заряженного материала, такого как газ, который пронизывает Млечный Путь, или истечения материала. из энергетических центров галактик.

Изображение короны Солнца, полученное в ноябре 1999 года спутником Transition Region and Coronal Explorer (TRACE). Гигантские газовые петли, выгибающиеся над поверхностью Солнца, очерчивают узоры, создаваемые невидимыми магнитными полями. TRACE — это миссия Института космических исследований Стэнфорда-Локхида, которая является частью программы NASA Small Explorer.

Задача и возможности магнетизма

Космический магнетизм охватывает огромный диапазон по силе, варьируясь в сто миллиардов миллиардов раз между слабыми магнитными полями в межзвездном пространстве и экстремальным магнетизмом, обнаруживаемым на поверхности коллапсирующих звезд. Поскольку эти космические магнитные поля всепроникающи, они играют жизненно важную роль в управлении тем, как формируются, стареют и развиваются небесные источники.

Проблема изучения космического магнетизма заключается в том, что, хотя звезды и галактики можно увидеть непосредственно по излучаемому ими свету, магнитные поля невидимы даже для самых больших оптических телескопов, вместо этого требуется обнаружение поляризованного излучения, излучения, которое демонстрирует эффекты магнитных полей. .

Одним из таких примеров является синхротронное излучение, возникающее, когда быстро движущиеся (со скоростью, близкой к скорости света) электроны захватываются магнитными полями подобно тому, как планеты захватываются гравитацией Солнца.Если мы видим небесное тело, испускающее синхротронное излучение, мы знаем, что этот объект должен быть магнитным, и мы можем использовать его свойства, чтобы определить, насколько сильным является его магнитное поле и какое направление мог бы указать компас, если бы он находился рядом с ним.

Однако не все объекты обладают достаточной энергией для создания синхротронного излучения, и в этих случаях используются другие механизмы. Спектрально узкое излучение атомов и молекул может быть разделено под действием магнитных полей на две или более «линии» излучения.Этот эффект, известный как «Зеемановское расщепление» в честь голландского физика Питера Зеемана, обеспечивает прямое измерение магнитного окружения атомов и молекул.

Другой замечательный механизм — это когда поляризованное излучение от удаленного объекта проходит через магнитное поле находящегося между ними объекта и изменяется. Этот эффект, известный как «вращение Фарадея» в честь британского ученого Майкла Фарадея, обеспечивает меру магнитного окружения промежуточного объекта (в частности, плоскость поляризации поворачивается на угол, пропорциональный силе магнитного поля и плотности магнитного поля). средний).

Сложность обоих этих методов заключается в том, чтобы по-настоящему понять магнитные поля, которые мы видим, нам требуются многие сотни или даже тысячи измерений, в случае фарадеевского вращения множество далеких галактик или пульсаров, лежащих непосредственно за намагниченным газом, который мы хотим изучить. – это как попытка провести экологическое исследование большого озера, недостаточно окунуть палец в воду в одном месте!

Когда поляризованное радиоизлучение фоновой галактики проходит через облако магнитного газа на переднем плане, излучение подвергается вращению Фарадея.Этот эффект можно обнаружить с помощью радиотелескопа и использовать для измерения силы космических магнитных полей. Перепечатано с разрешения Филиппа П. Кронберга «Межгалактические магнитные поля», Physics Today, декабрь 2002 г., с. 40. Copyright 2002, Американский институт физики.

Поскольку массив квадратных километров (SKA) будет намного более чувствительным, чем современные телескопы, мы можем использовать его, чтобы произвести революцию в изучении магнитных полей в космосе. Если мы направим SKA на любую часть неба, то обнаружим радиоизлучение от тысяч далеких слабых галактик, разбросанных по всему небу, как песчинки.Эти галактики будут расположены так близко друг к другу, что мы сможем использовать фарадеевское вращение их поляризованного радиоизлучения для детального изучения магнетизма всех видов объектов переднего плана.

Даже если мы захотим изучить относительно небольшое газовое облако, будут сотни фоновых галактик, свет которых проходит сквозь него, что позволит нам составить подробную картину магнетизма облака.

С помощью механизмов фарадеевского вращения, зеемановского расщепления и измерения прямого влияния магнитных полей на поляризованные свойства излучения мы сможем ответить на многие важные оставшиеся без ответа вопросы: какова форма и сила магнитного поля в нашем Млечном Пути. , и как это соотносится с магнетизмом в других галактиках? Является ли сама Вселенная магнитной и какую роль это сыграло в формировании отдельных звезд и галактик? Где и как возникают магнитные поля?

На все эти вопросы уникальные и увлекательные возможности SKA дадут невероятную информацию.Мы знаем, что нас окружает магнетизм, но с помощью SKA мы изменим наше понимание того, как выглядят эти магниты, откуда они взялись и какую роль они сыграли в эволюционирующей Вселенной.

«Змеи» — это области газа, в которых плотность и магнитное поле быстро меняются в результате турбулентности. [Техническое примечание: изображение показывает градиент линейной поляризации в области площадью 18 квадратных градусов в южной галактической плоскости. — Изображение предоставлено — Б. Генслер и др.Данные: CSIRO/ATCA

Понимание космического магнетизма

Основной платформой, на которой будут основываться исследования SKA космического магнетизма, будет обзор SKA All-Sky Rotation Measure Survey, в котором год наблюдения даст измерения фарадеевского вращения (RMs) для компактных поляризованных внегалактических источников, увеличение на пять порядков по сравнению с текущими наборами данных и на три порядка по сравнению с тем, что может быть достигнуто с помощью расширенного очень большого массива (EVLA).

Этот набор данных предоставит сетку RM всего неба на расстоянии всего 20–30 угловых секунд между источниками; многие из этих источников будут иметь красное смещение из Слоановского цифрового обзора неба (SDSS) и его последователей. Эта сетка RM станет мощным зондом для изучения магнитных полей переднего плана при всех красных смещениях.

Понимание Вселенной невозможно без понимания магнитных полей. Они заполняют межзвездное пространство, влияют на эволюцию галактик и скоплений галактик, вносят значительный вклад в общее давление межзвездного газа, необходимы для начала звездообразования, контролируют плотность и распределение космических лучей в межзвездной среде (МЗС).

Несмотря на их важность, происхождение магнитных полей до сих пор остается открытой проблемой фундаментальной физики и астрофизики. Существовали ли значительные первичные поля до появления первых звезд и галактик? Если нет, то когда и как впоследствии были созданы магнитные поля? Что поддерживает современные магнитные поля галактик, звезд и планет?

Наиболее мощными зондами астрофизических магнитных полей являются радиоволны.

Синхротронное излучение измеряет напряженность поля, а его поляризация дает ориентацию поля в плоскости неба, а также дает степень упорядоченности поля. Вращение Фарадея дает полное трехмерное изображение, предоставляя информацию о компоненте поля вдоль луча зрения, а эффект Зеемана обеспечивает независимую меру напряженности поля в облаках холодного газа.

Тем не менее, измерение космических магнитных полей является сложной темой, все еще находящейся в зачаточном состоянии, ограниченной близкими или яркими объектами.

Роль СКА

Благодаря уникальной чувствительности и разрешению матрицы квадратных километров (SKA) окно в Магнитную Вселенную, наконец, может быть полностью открыто.Помимо вопросов, которые мы можем поставить сегодня, важно иметь в виду, что SKA, безусловно, обнаружит новые магнитные явления, выходящие за рамки того, что мы можем сейчас предсказать или даже вообразить.

Для Млечного Пути и близлежащих галактик и скоплений высокочувствительное картографирование с SKA поляризованного синхротронного излучения в сочетании с определением мер вращения (RM) для расширенного излучения, для пульсаров и для упомянутой выше фоновой сетки RM позволит нам получить подробные трехмерные карты напряженности, структуры и турбулентных свойств магнитного поля в этих источниках, которые можно тщательно сопоставить с предсказаниями различных моделей генерации магнитного поля.

Проекция Айтоффа небесной сферы в галактических координатах, показывающая недавно составленную выборку из 1203 мер вращения (RM). Закрашенные кружки представляют собой положительные RM, а открытые кружки соответствуют отрицательным RM, в обоих случаях диаметр круга пропорционален величине его RM. 887 синих источников представляют собой RM в сторону внегалактических источников, а 316 красных источников указывают на RM радиопульсаров. SKA сможет измерять более десяти миллионов RM с интервалом менее угловой минуты между источниками.Рисунок предоставлен Джо-Энн Браун.

При промежуточных красных смещениях поляризованное излучение галактик часто будет слишком слабым, чтобы его можно было обнаружить напрямую, но магнитные поля этих источников можно проследить по RM, которые они производят в сетке поляризованного фона. Это позволит детально изучить конфигурацию магнитного поля отдельных объектов в более ранние эпохи; сравнение с исследованиями местных галактик позволит нам понять, как намагниченные структуры развиваются и усиливаются по мере взросления галактик.

Фарадеевское вращение в галактике Андромеды (M31). Рисунок: Max-Plack-Institut fuer Radioastronomie (R. Beck, EM Berkhuijsen & P. ​​Hoernes).

Фарадеевское вращение в галактике Андромеды (M31) имеет отрицательный знак на северо-восточной стороне (слева на изображении), но положительный на противоположной стороне. Это доказывает, что магнитное поле в M31 сильно упорядочено и образует кольцо, направленное от нас с северо-востока и к нам с юго-западной стороны. Это демонстрирует способность вращения Фарадея обнаруживать поля и определять их силу и направление.SKA сможет применить этот метод к большим красным смещениям, охватывающим миллионы галактик и даже межгалактическую среду.

Кроме того, со статистической точки зрения, большое количество RM, полученных от промежуточных галактик и поглотителей Ly-альфа, позволит нам различать конкурирующие модели эволюции галактик и магнитного поля в зависимости от красного смещения.

При еще больших красных смещениях мы воспользуемся чувствительностью самых глубоких полей SKA, в которых мы ожидаем обнаружить синхротронное излучение самых молодых галактик и протогалактик. RM самых далеких поляризованных объектов (например, гамма-всплески и квазары вне эпохи реионизации) могут ограничивать напряженность магнитного поля в самую раннюю эпоху формирования галактик и помогают различать первичное и зародышевое происхождение современных магнитных полей. поля.

Используя уникальную чувствительность SKA, можно даже измерить вращение Фарадея на фоне космического микроволнового фона, создаваемого первичными магнитными полями.

Основой всех этих вопросов является поиск магнитных полей в межгалактической среде (МГС).Все пустое пространство может быть намагничено либо оттоком из галактик, либо реликтовыми лепестками радиогалактик,
либо частью структуры космической паутины. Такое поле еще не обнаружено, но его роль в качестве вероятного исходного поля для галактик и скоплений, а также перспектива того, что поле IGM может отслеживать и регулировать структурообразование в ранней Вселенной, придает большое значение его открытию.

Это всепроникающее космическое магнитное поле может быть, наконец, идентифицировано с помощью обзора всего неба RM, предложенного выше. Точно так же, как корреляционная функция галактик дает спектр мощности вещества, аналогичная корреляционная функция этого распределения RM может затем дать спектр магнитной мощности межгалактической среды (МГС) в зависимости от космической эпохи и в широком диапазоне пространственных масштабов. . Такие измерения позволят нам разработать подробную модель геометрии магнитного поля IGM и Вселенной в целом.

Подводя итог, можно сказать, что огромный вес статистики RM от SKA в сочетании с глубокими поляриметрическими наблюдениями отдельных источников позволит нам охарактеризовать геометрию и эволюцию магнитных полей в галактиках, скоплениях и IGM от высоких красных смещений до настоящего времени. определить, существует ли связь между формированием магнитных полей и формированием структуры в ранней Вселенной, и предоставить твердые ограничения на то, когда и как были созданы первые магнитные поля во Вселенной.

Узнайте больше: Происхождение и эволюция космического магнетизма [внешняя ссылка] — Б. М. Генслер, Р. Бек, Л. Феретти — в Science with the Square Kilometer Array, 2004

Интересный факт

  • На Земле наше магнитное поле помогает направлять поток частиц от Солнца, известный как солнечный ветер, к полюсам, образуя полярное сияние, наблюдаемое в высоких северных и южных широтах. Эти полярные сияния также наблюдались на внешних газовых планетах-гигантах, таких как Нептун, что показывает, насколько велико влияние солнечного ветра.

Магнитные поля — Электромагнетизм и магнетизм — KS3 Physics Revision

Магнит создает вокруг себя магнитное поле. Вы не можете видеть магнитное поле, но можете наблюдать его эффекты. На магнитный материал, помещенный в магнитное поле, действует сила. Сила является бесконтактной силой, потому что магнит и материал не должны соприкасаться друг с другом.

Обнаружение магнитных полей

  • положите лист бумаги на магнит (это предотвратит прилипание железных опилок к магниту)
  • посыпьте железными опилками бумага
  • осторожно постучите по бумаге, чтобы разложить опилки
  • наблюдайте и записывайте результаты
  • железные опилки показывают магнитное поле вокруг этого стержневого магнита

    рисование диаграмм магнитного поля

    эксперимент, показанный на фотографии, поэтому вместо этого мы рисуем простые силовые линии магнитного поля.

    На диаграмме обратите внимание, что:

    • каждая линия поля отмечена стрелкой
    • линии поля выходят из северного полюса и входят в южный полюс
    • линии поля больше сосредоточены на полюсах

    Магнитное поле сильнее всего на полюсах, где силовые линии наиболее сконцентрированы.

    Силовые линии также показывают, что происходит с магнитными полями двух магнитов при притяжении или отталкивании.

    Линии поля ведут от одного магнита к другому, когда магниты притягиваются друг к другу Линии поля не ведут от одного магнита к другому, когда магниты отталкиваются друг от друга

    Магнетизм и Солнце

    Магнетизм и Солнце
    Магнетизм и Солнце



    Аудитория | Цели | Магнетизм | Магнитный Поля | Магнитная сила | Сохранено Энергия в магнитных полях | Магнетизм и Солнце | Дальнейшее исследование | Библиография

    Аудитория:
    Это занятие предназначено для старшеклассников, которые приняли или принимают предварительное исчисление.
    Цели:
    Благодаря этому упражнению учащиеся узнают основные принципы магнетизма и как они относятся к Солнцу.
    Магнетизм
    Зачем изучать магнетизм?
    Магнетизм важен при изучении Солнца, так как он играет ключевую роль в динамике его поверхности. Он частично отвечает за извержения, называемые выбросами корональной массы которые высвобождают большое количество энергии в космос. Если излучение этих извержения достигают Земли, они могут повредить спутники, нарушить работу электронных коммуникации и даже вывести из строя электрические сети.Как метеорологи которые изучают термодинамику в попытке предсказать погоду, физики Солнца изучать магнетизм на Солнце в надежде понять «космическую погоду» созданное Солнцем.
    Что такое магнетизм?
    Магнетизм явление, возникающее из движения электрического заряда , фундаментальное свойство материи. Это создает магнитная сила, «толчок» или «тяга», на объекты с движущимся электрическим зарядом.

    Магнетизм также можно продемонстрировать с помощью пары магнитов.Несмотря на то что тока или движущегося потока электронов в них нет, магниты на самом деле имеют движущийся электрический заряд на атомном уровне. Электроны считается, что магниты вращаются в одном направлении, в результате чего в магнитном поле. В результате этого самосоздаваемого поля каждый магнит имеет полярность, или два полюса, северный и южный. Когда полюс магнита поднесен к тому же полюсу другого, два магнита отталкиваются. Когда полюса разные, магниты притягиваются.Как может показать пара магнитов, движение электрического заряда является движущей силой магнетизма, которая мы будем продолжать изучать более глубоко.

    Магнитные поля
    Одним из способов описания магнетизма является магнитных полей . Магнитное поле определяет магнитную силу, «толкание» или «тянущее усилие». частицей, не зависящей от ее заряда и скорости (скорость и направление частицы) из-за наличия других движущихся зарядов.Чем сильнее поля, тем сильнее магнитная сила, ощущаемая частицей. Так же, чем слабее поле, тем слабее магнитная сила.

    Магнитные поля можно визуализировать с помощью линий магнитного поля . Эти линии являются кривыми, где:

    1. В каждой заданной точке касательная (линия, пересекающая только кривую в данной точке на бесконечно малом расстоянии) находится в том же направлении как магнитное поле. Если поместить компас в магнитное поле, стрелка указывала бы по касательной к линии магнитного поля.
    2. Величина магнитного поля пропорциональна плотности линий. Чем ближе друг к другу силовые линии, тем сильнее магнитное поле. То чем они разбросаны, тем слабее магнитное поле.
    Линии магнитного поля на Солнце

    Изображение выше с компьютера моделирование того, как солнечная корона или внешняя атмосфера нагревается своим «магнитным ковром». Петли, выходящие в корону, магнитны. силовые линии, соединяющие северный и южный полюса в «магнитном ковре».
    Эксперимент по наблюдению за магнитными полями: Магнитные поля магнита можно косвенно наблюдать с помощью железных опилок.
    Оборудование:
    бар магниты
    кусок картона намного больше, чем стержневой магнит.
    железных опилок
    стол
    Сборка:
    1. Поместите стержневой магнит на стол
    2. Поместите картон поверх магнита.
    3. Равномерно разбросайте железные опилки по картону.
    Процедура:
    1. Обратите внимание на железные опилки. Направлены ли они в каком-то определенном направлении? Где концентрируются ли опилки вблизи областей с более слабым или сильным магнитным полем? поле?
    2. Используя узор, образованный железными опилками, в качестве ориентира, нарисуйте магнитное поле. диаграмма силовых линий данного магнита.
    3. На диаграмме линий магнитного поля отметьте, где линии поля рассредоточены или сконцентрированы.С помощью пары магнитов определите, какой части магнита сильнее или слабее. Установить отношения между магнитные силы, которые вы почувствовали, используя пару магнитов и концентрацию линий поля на вашей диаграмме.
    В чем дело?
    Магнитное поле, создаваемое стержневым магнитом, индуцирует магнитное поле в железных опилках. Железные опилки становятся маленькими магнитами. Потому что железные опилки имеют стержнеобразную форму, они имеют тенденцию формировать свои полюса в продольном направлении.В результате они указывают в одном направлении приложенного магнитного поля стержневого магнита, точно так же, как стрелка компаса делать, когда подносят к магниту.
    Магнитограммы
    Магнитный поля также можно визуализировать как магнитограмм , которые используются для наблюдений за Солнцем. Магнитограммы визуальные представления полярности и силы магнитных полей, которые направлены прямо в сторону или в сторону наблюдателя. Черные регионы имеют самые сильные южное поле (поле направлено от наблюдателя к Солнцу), а белые регионы имеют самое сильное северное поле (точки поля к наблюдателю и от Солнца).Серые области имеют мало или нет магнитного поля. Один из таких инструментов, который генерирует магнитограммы его наблюдения — это доплеровский имидж-сканер Майкельсона (MDI) на борту SOHO. спутниковое. Ежедневно доступны магнитограммы этого прибора.
    Магнитная сила
    Используя идею полей, которую мы рассмотрели в предыдущем разделе, магнитная сила, действующая на данную частицу, может быть выражена следующим образом в единицах СИ:
    F маг = qvBsinq (1)
    Где q — количество заряда, v — скорость частицы, B — магнитное поле, а q угол, образованный между направление скорости и магнитного поля.

    Если вы знакомы с векторами и векторной математикой, магнитная сила уравнение может быть выражено в более элегантной форме в единицах СИ как:

    F магазин = q v x B
    В цепях электроны, имеющие отрицательный заряд, движутся через провода. Этот поток электронов, единица заряда в единицу секунды, называется текущий . В результате этого тока вокруг проводов создаются магнитные поля.Ганс Христиан Эрстед (1777-1851) наткнулся на это явление после лекцию, которую он прочитал. Он заметил, что если поставить компас параллельно к проводу с текущим током стрелка компаса отклонялась бы. Возможно причина, по которой магнитная сила не была обнаружена в проводах, пока Эрстед не из-за большого количества тока, необходимого для создания измеримого магнитного сила. Относительная слабость магнитной силы по сравнению с электрической силой который возникает из-за наличия электрического заряда, можно увидеть в следующий эксперимент с проволочной катушкой и магнитом.

    Сила между проволочной катушкой и магнитом : Тот факт, что движущиеся заряды создать магнитную силу можно увидеть в проволочной катушке с током, протекающим через это и магнит.

    Оборудование:
    Толстый магнитный провод для катушки (калибр около 20)
    Тонкий магнитный провод, легкий и гибкий (калибр около 36)
    Магнит
    Источник питания
    Стойки (для удержания катушки)
    Нить (для подвешивания катушки к подставке)
    Провода с зажимами типа «крокодил»
    Миллиметровая бумага
    Плоская поверхность, например, учебник (должна удерживать график). бумага вертикальная)
    Сборка:
    1. Оберните толстую магнитную проволоку вокруг цилиндрического предмета, такого как ручка и посчитайте количество сделанных оборотов.Сделайте тридцать-сорок оборотов. Будьте уверены, что проволока намотана ровно. Запишите количество оборотов.
    2. Обрежьте концы проволоки, чтобы они были примерно одинаковой длины. Гореть снимите эмаль на концах, пропуская их через зажженную спичку. Другая Эмаль можно удалить ножницами. или плоскогубцы.
    3. Аккуратно снимите катушку с цилиндрического предмета так, чтобы ее форма сохраняется.
    4. Привяжите один конец веревки к середине катушки так, чтобы в подвешенном состоянии он висит горизонтально. Другой конец привяжите к подставке, подвешивая катушку.
    5. Таким же образом удалите эмаль на концах двух тонких магнитных проводов. что за толстую проволоку сняли эмаль. Соедините конец тонкой проволоки к одному концу катушки. Сделайте то же самое с другим концом катушки с другим тонкая проволока. Это позволяет катушке легко качаться, не ограничиваясь тяжелые провода.
    6. Соедините провод зажимами типа «крокодил» с одним тонким проводом. Сделайте то же самое с другой тонкий провод. Убедитесь, что тонкий провод достаточно длинный, чтобы металл зажимов типа «крокодил» не мешает магниту при он подведен к катушке.
    7. Подсоедините другие концы проводов с помощью зажимов типа «крокодил» к блоку питания, образуя цепь.
    8. Приклейте миллиметровую бумагу к плоской поверхности и поднимите поверхность сзади. катушка.Карандашом поставьте отметку на миллиметровой бумаге сразу за правая сторона катушки. Это позволяет нам измерить расстояние до катушка сдвинулась, когда рядом с ней поместили магнит.
    Процедура:
    1. Включите питание. Включите ток до одного ампера или выше установка, если один ампер не может быть достигнут. Ток будет течь через катушки, в результате чего возникает магнитное поле.
    2. Поднесите магнит к правому концу катушки.Катушка отталкивает или привлечь?
    3. Расположите магнит так, чтобы катушка притягивалась к магниту. Быть осторожным чтобы убедиться, что тонкие провода не тянут катушку, подтяните катушку к прямо из исходного положения с помощью магнита. Поставьте отметку на графике бумагу в месте с правой стороны катушки, где катушка падает. Также напишите количество тока, обеспечиваемого блоком питания рядом отметка.
    4. Уменьшите величину тока, обеспечиваемого источником питания.Повторить шаги два и три. Продолжайте уменьшать ток до удовлетворительного числа измерений.
    5. Если у вас есть лишний магнитный провод, сделайте еще одну катушку, на этот раз с меньшим количеством число оборотов и провести тот же эксперимент (шаги с первого по четвертый) как прежде.
    В чем дело?
    Согласно уравнению 1, F mag = qvBsinq, магнитная сила возникает из-за движения электронов в катушке ( часть qv) и приложением магнитного поля, создаваемого магнитом (часть Б).Движение заряда по катушке, что также дает возрастает до собственного магнитного поля катушки, а магнитное поле магнита Вот почему между двумя объектами ощущается сила. Что касается необходимости сматывать провод, намотка позволяет большему количеству заряда течь через провод в меньшем объем, тем самым увеличивая магнитную силу. Если бы мы использовали прямой провод, магнитная сила все равно будет присутствовать, но она будет настолько слабой, что это было нелегко наблюдать. Катушка отпадает в определенный момент потому что на него действует гравитация, а магнитная сила между катушка и магнит достаточно велики, чтобы преодолеть противодействующее гравитационное поле. сила.
    Расчеты:
    Используя данные, полученные в результате эксперимента, покажите, что магнитная сила прямо пропорциональна величине тока, обеспечиваемого (что связано с qv в уравнении 1). Кроме того, если более одной катушки изготовленных, установить зависимость между количеством витков и силой магнитной силы.
    Применяя эту идею к Солнцу, мы видим, что магнитные поля и силы возникают из движения зарядов через высокопроводящую плазму, просто поскольку магнитные поля и сила возникли в результате движения тока через катушка.
    Запасенная энергия в магнитных полях
    Последний аспект магнетизма, который необходим для базового понимание динамики на поверхности Солнца заключается в идее, что магнитные поля могут накапливать энергию. Энергия, запасенная в магнитном поле по сути, это общий объем работы, необходимый для сборки системы подвижные заряды. Сохраненную энергию в магнитных полях можно проиллюстрировать на следующий эксперимент с парой магнитов.

    Магнитная акробатика:

    Оборудование:
    Два магнита
    Процедура:
    1. Положите магнит на стол и удерживайте его одной рукой.
    2. Расположите другой магнит над магнитом на столе так, чтобы каждый полюс обращены к тому же полюсу другого магнита.
    3. Опустите верхний магнит на другой на столе. Магниты должны отталкивать друг друга, когда вы это делаете. Держите сложенные вместе магниты.
    4. Отпустите магниты, убедившись, что ваши руки не мешают. То магниты продемонстрируют свою акробатику.
    В чем дело?
    Когда два магнита соединяются, сила должна быть на заданное расстояние, т.е.е. ведется работа по доведению этих двух магниты вместе. Энергия в виде движущихся магнитов высвобождается, когда тот отпускает их. Это высвобождение энергии заставляет их прыгать.
    Магнетизм на Солнце
    Объединяя наше понимание основных особенностей магнетизма, в частности, магнитные поля, магнитная сила и хранение энергии в магнитных полях мы теперь можем сосредоточиться на магнетизме, характерном для Солнца.

    Магнитное повторное соединение

    Одним из важных аспектов магнетизма на Солнце является магнитное поле. переподключение , которое можно лучше понять, если мы сначала изучить, что такое плазма. Плазма состояние вещества, происходящее при высоких температурах, когда электроны не связан с ядром. В результате ионы и электроны могут свободно двигаться. о материале. Свободное движение зарядов делает плазму очень проводящей, тем самым вызывая «вмороженность» силовых линий магнитного поля в плазму.

    При повторном соединении движение жидкости в плазме сближает два «замороженных» и противоположно направленные силовые линии магнитного поля. Затем эти линии поля снова соединяются в более низкое энергетическое состояние.Как мы выяснили в Магнит Акробатика активность, магнитные поля могут накапливать энергию. Энергия запасается в повторном соединении, когда «замороженные» силовые линии искажаются в результате движения жидкости. Повторное подключение уменьшает количество искажений, что, в свою очередь, приводит к увеличению энергии. будет выпущен. Это можно проиллюстрировать в следующем упражнении с резинки.

    Повторное соединение резиновых лент — Поскольку происходит магнитное повторное соединение в плазме, которую невозможно произвести в школьной лаборатории, мы придется довольствоваться занятием с использованием резинок для моделирования магнитных переподключение.Для этого действия требуется два человека.

    Оборудование:
    Плоская резинка
    Два зажима для переплета
    Маркер А
    Ножницы
    Процедура:
    1. Попросите вашего партнера растянуть резинку в прямоугольник, используя указательный и большой пальцы обеих рук в качестве уголков.
    2. С помощью маркера нарисуйте четыре стрелки с каждой стороны прямоугольника из резинки. Стрелки должны указывать в направлении замкнутого пути, прочерченного вдоль резинка.Резинка теперь представляет линии магнитного поля.
    3. Выберите две противоположные стороны прямоугольника и соедините их вместе. Этот моделирует искажение магнитных полей, возникающее перед пересоединением.
    4. Соедините две противоположные стороны обеими зажимами.
    5. Возьмите ножницы и разрежьте две «линии магнитного поля» между ними. зажимы для переплета. Это имитирует повторное соединение силовых линий.
    6. Обратите внимание, что энергия от резинок высвобождается, что также происходит при магнитном пересоединении.
    Магнитное пересоединение важно для солнечных физиков, поскольку они считают что это отчасти является причиной вспышек и корональных выбросов массы (CME). Также считается, что это возможный источник тепла для короны. неожиданно горячее, чем поверхностные слои под ним.
    Солнечные пятна
    Магнетизм также отвечает за образование солнечных пятен .Солнечные пятна — это небольшие области на Солнце, которые кажутся темными из-за их относительного низкая температура. Считается, что эта низкая температура вызвана магнитным полем. поля. Магнитное поле препятствует конвекции или распределению тепло, в результате чего на Солнце образовалось прохладное пятно (Tayler 29).
    Особенности, сопровождающие солнечные пятна (Papagiannis 112)
    Факелы (или фотосферные факелы) — яркие области над фотосферой, которые появляются вблизи солнечных пятен. Хотя они встречаются повсюду на Солнце, факелы могут быть только можно увидеть на лимбе или краю Солнца.Это результат потемнения конечностей и разная температура факелов. Потемнение конечностей происходит из-за только неглубокие слои Солнца, более холодные и менее яркие, могут быть видно на конечности. Следовательно, конечность кажется темнее остальных солнца. Точно так же только верхние или неглубокие слои факелов могут быть видно на конечности. Поскольку верхних слоев факелов несколько на сто градусов горячее, чем фотосфера (тогда как ее нижние слои холоднее) и, следовательно, ярче, чем остальная часть затемненной конечности, видны факелы.

    Факелы являются выбросы частиц и излучения на поверхность Солнца. Они являются результатом нарастания активности вокруг солнечных пятен. Длительность до в час они выделяют огромное количество энергии, эквивалентное миллиарду мегатонны динамита (Хэтэуэй пар.1). То считается, что энергия, которую они выделяют, исходит от магнитное пересоединение.

    Протуберанцы представляют собой арочные структуры в короне и видны на лимбе Солнце.Они называются филаментами , когда проецируются на диск Солнца. Эти структуры поддерживаются долговечными магнитными полевые образования в покоящихся протуберанцах. Активные протуберанцы возникают солнечные пятна, тогда как неподвижные протуберанцы появляются там, где нет солнечных пятен или с распадающимися группами солнечных пятен.

    Корональные выбросы массы
    Одним из наиболее значительных следствий магнетизма является корональная звезда . массовый выброс (CME), крупномасштабный и внезапный выброс намагниченных плазма из солнечной короны или внешней атмосферы (Вагнера 267).КВМ настолько велики, что могут занимать до четверти солнечная конечность. Несмотря на свой размер, КВМ не были обнаружены до тех пор, пока 1970-х, отчасти потому, что атмосфера Земли не позволяла приборам обнаружение их присутствия и ошибочная атрибуция геомагнитных бурь прежде всего к солнечным вспышкам. КВМ могут посылать так много заряженных частиц на высоких скорости к Земле, что они проникают в магнитосферу , полость создается собственным магнитным полем Земли, отклоняющим частицы от солнечный ветер.Эти геомагнитные бури, вызванные CME, могут нарушить связь и навигационные системы, спутники и электрические сети. Подобно вспышкам, КВМ черпают свою энергию из магнитных полей. Скручивание и искажение силовые линии магнитного поля накапливают энергию в поле, которая затем высвобождается при формировании СМЕ.
    Вспышка «миф»
    До того, как современные наблюдения доказали обратное, большинство Ученые считали, что геомагнитные бури, переживаемые на Земле, были результате солнечных вспышек.В результате они основывались их теории о сильной причинно-следственной связи между вспышками и геомагнитными магазины. Однако, начиная с открытия корональных массовых извержений (которые сегодня называют корональными выбросами массы) в наблюдениях космических аппаратов из ОСО-7 и Скайлэб , понятно что это отношения неправильные (Калер 114, Гослинг п.3). Корональные выбросы массы, а не вспышки, являются причинами энерговыделение и геомагнитные бури.В отличие от того, что было раньше считается, что вспышки даже не нужны для того, чтобы корональные выбросы массы приняли место.
    Дальнейшее исследование:
    Похожие сайты:
    http://ippex.pppl.gov/
    http://FusEdWeb.pppl.gov/
    Список используемой литературы:
    Гослинг, JT «Новые открытия бросают вызов представлениям о солнечно-земной физике». 28 декабря 1993 г. 27 июля 1999 г. .

    Хэтэуэй, Дэвид. «Солнечные вспышки.» 20 ноября 1998. 27 июля 1999 г. .

    Калер, С.В. «Солнечные вспышки и корональные выбросы массы». 1992. Ежегодный обзор астрономии. и Астрофизика . Эд. Джеффри Бербидж, Дэвид Лайзер и Джон Г. Филлипс Том. 30. Пало-Альто, Калифорния: Annual Reviews Inc., 1992. 113–141.

    Папагианнис, Майкл Д. Космическая физика и космическая астрономия .Лондон: Гордон и Издательство Breach Science, 1972.

    Тайлер, Роджер Дж. Солнце как звезда . Кембридж: Кембриджский университет, 1997.

    Вагнер, Уильям Дж. «Корональные выбросы массы». 1984. Ежегодный обзор астрономии и астрофизики . Эд. Джеффри Бербидж, Дэвид Лайзер и Джон Г. Филлипс. Том. 22. Пало Альто, Калифорния: Ежегодные обзоры Inc., 1984. 267-289.



    Аудитория | Цели | Магнетизм | Магнитный Поля | Магнитная сила | Сохранено Энергия в магнитных полях | Магнетизм и Солнце | Дальнейшее исследование | Библиография

    Вернуть на главную страницу


    Последняя редакция PAK 5 сентября 2008 г.
    http://солнечный центр.stanford.edu/magnetism/full.html

    Как работают магниты | HowStuffWorks

    Каждый раз, когда вы пользуетесь компьютером, вы используете магниты. Жесткий диск использует магниты для хранения данных, а некоторые мониторы используют магниты для создания изображений на экране. Если в вашем доме есть дверной звонок, вероятно, в нем используется электромагнит для управления шумом. Магниты также являются жизненно важными компонентами телевизоров с ЭЛТ, динамиков, микрофонов, генераторов, трансформаторов, электродвигателей, охранной сигнализации, кассетных лент, компасов и автомобильных спидометров.

    Помимо практического применения, магниты обладают множеством удивительных свойств. Они могут индуцировать ток в проводе и обеспечивать крутящий момент для электродвигателей. Достаточно сильное магнитное поле может левитировать небольшие предметы или даже мелких животных. Поезда на маглеве используют магнитную тягу для движения на высоких скоростях, а магнитные жидкости помогают заправлять ракетные двигатели топливом. Магнитное поле Земли, известное как магнитосфера , защищает ее от солнечного ветра . Согласно журналу Wired, некоторые люди даже вживляют крошечные неодимовые магниты в пальцы, что позволяет им обнаруживать электромагнитные поля [Источник: Wired].

    Аппараты магнитно-резонансной томографии (МРТ) используют магнитные поля, чтобы врачи могли исследовать внутренние органы пациентов. Врачи также используют импульсные электромагнитные поля для лечения сломанных костей, которые не срослись должным образом. Этот метод, одобренный Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США в 1970-х годах, может восстанавливать кости, которые не поддаются другому лечению. Подобные импульсы электромагнитной энергии могут помочь предотвратить потерю костной и мышечной массы у астронавтов, которые длительное время находятся в условиях невесомости.

    Магниты также могут защитить здоровье животных. Коровы восприимчивы к состоянию, называемому травматическим ретикулоперикардитом , или аппаратным заболеванием , которое возникает в результате проглатывания металлических предметов. Проглоченные предметы могут проколоть желудок коровы и повредить ее диафрагму или сердце. Магниты играют важную роль в предотвращении этого состояния. Одна из практик включает проведение магнита над едой коров, чтобы удалить металлические предметы. Другой — кормить магнитами коров. Длинные узкие магниты из альнико, известные как магниты для коров , могут притягивать куски металла и предотвращать их повреждение желудка коровы.Проглоченные магниты помогают защитить коров, но все же рекомендуется не допускать попадания металлического мусора в места кормления. Люди, с другой стороны, никогда не должны есть магниты, так как они могут склеиваться через стенки кишечника человека, блокируя кровоток и убивая ткани. У людей проглоченные магниты часто требуют хирургического удаления.

    Некоторые люди выступают за использование магнитотерапии для лечения широкого спектра заболеваний и состояний. По мнению практикующих врачей, магнитные стельки, браслеты, ожерелья, наматрасники и подушки могут вылечить или облегчить все, от артрита до рака.Некоторые сторонники также предполагают, что употребление намагниченной питьевой воды может лечить или предотвращать различные заболевания. Американцы тратят примерно 500 миллионов долларов в год на магнитное лечение, а люди во всем мире тратят около 5 миллиардов долларов. [Источник: Winemiller через NCCAM].

    Сторонники предлагают несколько объяснений того, как это работает. Во-первых, магнит притягивает железо, содержащееся в гемоглобине крови, улучшая кровообращение в определенной области. Другое дело, что магнитное поле каким-то образом изменяет структуру соседних клеток.Однако научные исследования не подтвердили, что использование статических магнитов оказывает какое-либо влияние на боль или болезнь. Клинические испытания показывают, что положительные преимущества, приписываемые магнитам, на самом деле могут быть связаны с течением времени, дополнительной амортизацией в магнитных стельках или эффектом плацебо. Кроме того, питьевая вода обычно не содержит элементов, которые могут намагничиваться, что делает идею магнитной питьевой воды сомнительной.

    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.