Site Loader
Posted on 28.04.2020

Проект «Кластер» раскрывает тайны магнитосферы Земли

По мнению ученых, проект «Кластер» поможет составить первую трехмерную карту магнитного поля Земли Именно связка четырех спутников, сканирующих параметры магнитосферы, выявила огромные, до 40 тысяч километров, вихри на магнитопаузе. А также аппараты «Кластера» нашли много других интересных вещей — например, нулевую точку нашей магнитосферы.

Миссия Европейского космического агентства (ESA), носящая название «Кластер» (Cluster), была запущена в 2000 году на околоземную орбиту с помощью российских ракет-носителей «Союз». Успешный старт двух спутников с космодрома «Байконур» в Казахстане произошел 16 июля 2000 года, а вторая пара спутников стартовала вдогонку первой через месяц. Достаточно компактная группа четырех одинаковых спутников слаженно начала свой орбитальный танец, не зря им дали имена: «Румба», «Самба», «Сальса» и «Танго»!

Первый запуск этой миссии 4 июня 1996 года с помощью ракеты «Ариан 501» потерпел катастрофу почти в самом начале, сразу после старта. Однако за четыре года спутники были воссозданы повторно командой «Кластера», что и обеспечило успех сложной комплексной миссии. В 2010 году был отмечен десятилетний юбилей работы «Кластера», успешно выполняющего свои функции на орбите. Это большой срок для спутниковой миссии. Ее работа осложнена тем, что стареют солнечные панели, снижая поток электроэнергии, портятся аккумуляторы. Известно, что аппаратура «Кластера» лишилась семи батарей, две из которых вспыхнули и отлетели от спутников. Однако аппараты работают, передают телеметрию — данные о параметрах среды, в которой они пролетают! Планируется, что эксплуатация спутников продлится до 2012 года.

Помимо этого, сейчас в ЕКА рассматривается вопрос о продлении миссии до 2014 года, если техника продолжит благополучно работать. Спутники «Кластера» выносливы и исполнительны, невзирая на отдельные технические неурядицы! Научные задачи миссии «Кластер» — подробное исследование земной магнитосферы, которое до сих пор не проводилось. Группа из четырех спутников поставляет уникальные данные о вариациях магнитосферных параметров, что позволяет анализировать процессы тщательно и детально. Именно это является достоинством миссии.

Читайте также: Инверсия магнитных полюсов безопасна

По словам руководителя миссии Филипе Эскубе (Philippe Escoubet), «Кластер» обеспечил нас множеством данных для лучшего понимания физических процессов космической погоды». Напомню, что космическая погода (уровень возмущенности магнитосферы, или геомагнитная активность) зависит от солнечной активности. Иногда в магнитосфере происходят мощные магнитные бури — их фиксируют геомагнитные обсерватории.

Современные приборы, оборудование и средства связи, основанные на высоких технологиях, чувствительны к вариациям космической погоды. Поэтому давно известные общие представления о магнитосфере должны быть изучены гораздо более подробно и глубоко! Магнитосфера Земли огромна — она представляет собой полость, в которой проявляется собственное дипольное магнитное поле Земли, а возникает магнитосфера из-за воздействия солнечного ветра, обтекающего ее практически непрерывным изменчивым потоком.

Главное геомагнитное поле величиной в 0,5 эрстеда всегда дополнено переменным магнитным полем: это схоже с глубоким океаном, на поверхности которого бывает то штиль, то волнение или мощный шторм! Его вариации переменного порождает воздействие солнечного ветра — радиально улетающего и заполняющего околосолнечное космическое пространство потока плазмы с «вмороженным» в него межпланетным магнитным полем (ММП).

Плазма солнечного ветра нейтральна — это преимущественно протоны с небольшой примесью альфа-частиц (ядер гелия) и увлеченными электронами. Ее плотность варьируется от единиц до десятков частиц в кубическом сантиметре. Скорость солнечного ветра — от средних 300-400 километров в секунду до высокоскоростных потоков, достигающих примерно 1500 километров в секунду.

Магнитосфера всегда обращена к Солнцу лобовой частью, на которую набегает солнечный ветер, а в антисолнечном направлении вытягивается ее длинный плазменный хвост. Можно сказать, что она похожа на длиннющую каплю с горошиной Земли в центре полусферической лобовой части.

Взаимодействие солнечного ветра с магнитосферой Земли осуществляется в процессах, которые называются магнитным пересоединением. Когда вектор магнитного поля Земли на магнитопаузе (переднем фронте, на границе магнитосферы) противоположен по направлению межпланетному магнитному полю, пересоединение интенсифицируется. Это необходимое условие возникновения магнитосферной возмущенности. При этом пространственные параметры магнитосферы изменяются во всем объеме, плазмосодержащие регионы трансформируются.

Именно так возникают полярные сияния, нарушается радиосвязь, возникают пульсации компонентов геомагнитного переменного поля, и это далеко не полное описание начала геомагнитной возмущенности. Если энергия из солнечного ветра продолжает поступать в магнитосферу, развивается магнитная буря. В ней реализуется совокупное воздействие потока частиц солнечного ветра и межпланетного магнитного поля.

«Кластер» — ключ к трехмерной карте магнитосферы Земли» — таково выразительное и понятное название доклада Горана Маркланда, характеризующее основную функцию миссии. Именно связка четырех спутников, сканирующих параметры магнитосферы, выявила огромные — до 40 тысяч километров — вихри на магнитопаузе. Они возникают при разности потоковых скоростей плазмы. Это явление порождается неустойчивостью Кельвина — Гельмгольца и является аналогом волновых явлений, принявших такую крупномасштабную вихревую форму.

Такие магнитные волны Кельвина — Гельмгольца помогают частицам солнечного ветра проникать в магнитосферу, то есть процессы на магнитопаузе крупномасштабно турбулентны, и частицам солнечного ветра обеспечено систематическое поступление внутрь магнитосферы, на силовые линии дипольного магнитного поля.

Специалист Кюн-Чжу Хван из Центра космических полетов имени Годдарда (США) отмечает, что при направленности межпланетного магнитного поля на запад или восток в плазме магнитопаузы в высоких широтах реализуется нестабильность Кельвина — Гельмгольца и туда проникают частицы солнечного ветра. Картина с вихревыми потоками получена в результате анализа данных «Кластера». Теперь ситуация проникновения солнечной плазмы внутрь магнитосферы имеет теоретическое обоснование и модельное представление.

Однако обнаруженная возможность проникновения частиц солнечного ветра в магнитосферу Земли не изменила существенно климата и водного баланса планеты, как это произошло на Марсе. Нужно искать дополнительные факторы воздействия, которые обезводили Марс и Венеру. И будут ли они иметь одинаковую природу?

Примечательно то, что проникновение плазмы солнечного ветра в магнитосферы планет и экзопланет выявлено с достаточной определенностью, а является ли солнечный ветер выметающим воду или сдувающим атмосферу с планеты — еще предстоит исследовать. Во всяком случае, на Земле в этом отношении все обстоит достаточно благополучно, потому что за миллиарды лет, протекших на Земле, обезвоживания планеты не произошло.

Чрезвычайно интересен факт, подтвержденный данными «Кластера», касающийся явления «черной авроры». Этот причудливый электрический феномен вызван понижением электронной компоненты (в противовес авроре, вызванной вторжением электронов). При этом возникают черные прогалы в авроральных сияниях, условно их можно определить, как «антиавроры», когда происходит откачка электронов из ионосферы.

Читайте также: Лазер и черепахи раскроют тайны магнитного поля

В конце нельзя не отметить, что «Кластер» предоставил впервые объемное изображение нулевой точки — очень важного, уникального региона в центральной области пересоединения магнитных полей на магнитопаузе. В данном регионе поле было скручено в трубку шириной 500 километров.

Читайте самое интересное в рубрике «Наука и техника»

Кластер Магнитное поле — Физика

Силы

Магнитная индукция

Магнитный поток

Ф=B S cosα

Ф=L·I

Ф [Вб ]

Правила:

Буравчика:

Если направление движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки указывает на направление вектора магнитной индукции

Левой руки:

Если левую руку расположить, чтобы линии вектора индукции входили перпендикулярно в ладонь, четыре пальца – по току, отогнутый палец покажет направление силы, действующей на проводник

Ленца:

Возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем препятствует тому изменению магнитного потока, которым он вызван

Магнитное поле

Лоренца

Ампера

Закон

Электромагнитной индукции

ЭДС индукции

индуктивность

В [ Тл ]

L=Ф/I

Энергия

[ В ]

[ Гн ]

ЭДС самоиндукции

Занятие по теме «Магнитное поле и его основные характеристики»

Цели:

Образовательная цель: сформировать у студентов представление об магнитном поле как об основном из видов материи и раскрыть свойства магнитного поля, его силовую характеристику и материальность.

Развивающая цель: расширить диалектическое представление о материи, о неразрывной связи вещества и поля. Развивать интеллектуальные способности учащихся через умение решать задачи, анализировать полученный результат, делать выводы; уметь излагать в доступной научной форме свои мысли; уметь обобщать.

Воспитательная цель: воспитывать умение преодолевать трудности, выслушивать оппонентов, отстаивать свою точку зрения, уважать окружающих.

Основные знания и умения:

  • Знать определение магнитного поля и его силовую характеристику.
  • Уметь применять правило буравчика для определения направления вектора индукции магнитного поля тока; графически изображать магнитные поля прямолинейного, кругового токов и соленоида, определять модуль вектора магнитной индукции.

Оборудование:

  • электрофорная машина, две изолирующие стойки;
  • магнитные стрелки, проволочные катушки;
  • постоянные магниты (полосовой и подковообразный), железные опилки;
  • источник постоянного тока;
  • компьютер;
  • мультимедиапроектор.

Демонстрации: взаимодействие постоянных магнитов; отсутствие магнитного поля вокруг проводника со статическим зарядом, существование магнитного поля вокруг проводника с током, взаимодействия двух гибких проводников, расположенных вертикально, взаимодействие витка с током и постоянным магнитом, взаимодействие катушек с током, направленным в одну сторону, взаимодействие витков с током, направленным в разные стороны, постоянная ориентация вращающейся магнитной стрелки в магнитном поле.

Ход урока

I. Организационный момент.

Эпиграфом урока послужат слова Конфуция:

“Три пути ведут к знанию: путь размышления – это путь самый благородный, путь подражания – это путь самый легкий, и путь опыта – это путь самый горький”.

В ходе урока мы воспользуемся тремя путями, которые ведут к знаниям, по мнению философа. Но какой путь для вас самый приемлемый решать вам.

II. Актуализация опорных знаний учащихся.

Я предлагаю ответить на вопросы тестового задания, путем размышления, опираясь на полученные знания предыдущих уроков.

Тест (взаимопроверка) I вариант А, II вариант Б.

1. Вычислить общее сопротивление участка цепи:

А) R1= 2 Ом, R2 = 5 Ом, R 3= 0, 2 Ом

Б) R1= 2 Ом, R2 = 5 Ом, R3= 0, 2 Ом

2.

А) Как движутся в металлических проводниках свободные электроны при отсутствии в них электрических полей?
Б) Как движутся в металлических проводниках свободные электроны при наличии в них электрических полей?

3. При каком соединении проводников:

А) а) б ) Rоб =   в)
Б) а) I1 : I2 : I3 = б ) Uоб = U1 = U2 = … = Un в) I =

4. Дополнить одну из частей уравнения:

А) а) I = б) … = в)
Б) б) I = б) Q = I…Rt в ) Р =

Ответы:

1. А) 7,2 Ом Б) 5,7 Ом

2. А)Хаотически Б) направленно навстречу полю

3.

А) а) последовательном, б) при параллельном соединении n одинаковых проводников; в)при последовательном соединении.
Б) а)Параллельном б) параллельном в) при параллельном n одинаковых проводников.

4.

А) а) ; б) R; в) t.
Б) а) R; б) I 2; в) А.

III. Изучение нового материала.

  1. Вспомните как взаимодействуют неподвижные электрические заряды?
  2. Как определить силу взаимодействия неподвижных зарядов? (закон Кулона)
  3. Как осуществляется это взаимодействие? (согласно теории близкодействия взаимодействие между заряженными частицами осуществляется посредством электрического поля; каждый заряд создает электрическое поле, которое действует на другой заряд, и наоборот)
  4. Что такое электрическое поле?
  5. Неподвижные электрические заряды редко используются на практике. Для того, чтобы заставить электрические заряды служить нам, их надо привести в движение – создать электрический ток.
  6. Что такое электрический ток?

Проблема: Взаимодействуют ли между собой движущиеся заряды? Каков механизм этого взаимодействия?

Демонстрация взаимодействия двух гибких проводников, расположенных вертикально.

Каждый проводник с током имеет вокруг себя собственное магнитное поле, которое с некоторой силой действует на соседний проводник. В зависимости от направления токов проводники могут притягиваться или отталкиваться друг от друга. Итак, тема сегодняшнего урока Магнитное поле и его основные характеристики

А что именно мы можем узнать о магнитном поле?

  • Определение магнитного поля и где оно образуется?
  • Свойства магнитного поля?
  • Как изобразить магнитное поле?
  • Какие величины характеризуют магнитное поле?
  • Сравнить с электрическим полем.

Тем самым мы с вами определили цели занятия.

Обсуждение.

1. Каков по аналогии с электрическим взаимодействием, должен быть механизм взаимодействия проводников с током?

Определение. Взаимодействия между проводниками с током, т. е. взаимодействия между движущимися электрическими зарядами, называют магнитными.

Вывод. Подобно тому, как в пространстве, окружающем неподвижные электрические заряды, возникает электрическое поле, в пространстве, окружающем токи, возникает поле, называемое магнитным.

Работа с учебником: найти определение магнитного поля, прочитать, записать в тетрадь, рассказать соседу.

2. Будет ли отклоняться второй проводник, если выключить ток в первом проводнике? (Продемонстрировать)
3. Будет ли действовать магнитное поле на проводник без тока? (Продемонстрировать)
4. Что может служить индикатором магнитного поля?
5. Будет ли отклоняться магнитная стрелка вблизи проводника, если по нему пропускать ток?

Сообщение студента (Приложение 1)

Работа в группах.

Задание 1. Повторить опыт Эрстеда.
Задание 2.Взаимодействие постоянных магнитов.
Задание 3. Взаимодействие витка с током и постоянным магнитом.
Задание 4 Взаимодействие катушек с током, направленным в одну сторону.
Задание 5. Взаимодействие витков с током, направленным в разные стороны.

Отчет групп.

Вывод. Движущиеся заряды (электрический ток) создают магнитное поле. Обнаруживается магнитное поле по действию на электрический ток.

Проблема: Каковы свойства магнитного поля?

Беседа, в результате которой получаем:

  1. Магнитное поле порождается электрическим током (движущимися зарядами).
  2. Магнитное поле обнаруживается по действию на ток (движущиеся заряды).
  3. Магнитное поле непрерывно и неограниченно.
  4. Магнитное поле существует реально и не зависит от нашего сознания.
  5. Действие магнитного поля может быть больше или меньше.
  6. Магнитное поле зависит от силы и направления электрического тока.

Следовательно, магнитное поле должно характеризоваться некоторой векторной величиной.

Проблема. Какая величина является характеристикой магнитного поля?

Основной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции . Условились считать, что вектор магнитной индукции в произвольной точке поля совпадает по направлению с силой, которая действует на северный полюс бесконечно малой магнитной стрелки, помещенной в эту точку поля. Сила, действующая со стороны магнитного поля на южный полюс стрелки, направлена в сторону противоположную вектору . Следовательно, в магнитном поле на магнитную стрелку действует пара сил, поворачивающая ее таким образом, чтобы ось стрелки, соединяющая южный полюс с северным, совпадала с направлением поля, т.е. с вектором .

Магнитные поля, в каждой точке которых действуют одинаковые по величине и направлению магнитные силы, называют однородными.

Вывод. Основной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции. За направление вектора магнитной индукции принимается направление от южного полюса S к северному полюсу N магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле.

Магнитные поля могут быть однородными и неоднородными.

Эксперимент (приборы на столах)

  1. Вокруг проводника с током расположите несколько магнитных стрелок, включить ток. Как расположились стрелки?
  2. Измените направление тока. Как расположились стрелки?
  3. Сделать вывод.

Работа с учебником. Как определить направление вектора магнитной индукции?

Формулировка правила буравчика. (записать в тетрадь )

Проблема. Электрическое поле можно изобразить графически. А магнитное поле?

Вводится понятие линий магнитной индукции.

Виртуальная лабораторная работа “Наблюдение силовых линий магнитного поля”.

Цель работы: Изучить расположение силовых линий магнитного поля прямого тока, кругового тока, соленоида.

Выполнение работы:

  1. Работа с “Открытой физикой”.
  2. Тема: “Электричество и магнетизм”.
  3. Открыть модели: “Магнитное поле прямого тока”, “Магнитное поле кругового витка с током”, “Магнитное поле соленоида”.
  4. Для каждой модели зарисовать картинку с силовыми линиями магнитного поля.
  5. Изменить направление тока (сделать его отрицательным). Что изменилось?
  6. Сделать выводы по работе. Особенности линий магнитной индукции.

Картину линий магнитной индукции можно сделать видимой, воспользовавшись мелкими железными опилками.

Работа в группах.

  1. Магнитное поле полосового магнита.
  2. Магнитное поле подковообразного магнита.

Отчет групп (готовят заранее слайды для презентации).

Понятие вихревого поля.

Вывод. Магнитные поля графически изображается линиями индукции. Линии индукции магнитного поля реально не существуют. Это удобная графическая модель характеристики направления сил магнитного поля. Линии магнитной индукции всегда замкнуты.

Силовые линии однородного магнитного поля параллельны друг другу, а количество силовых линий через единичную площадку в любой области поля одинаково.

Какие это поля?

Ответ студентов. Чем они отличаются от однородного?

Решить задачи (Закрепить знание правила буравчика и применение этого правила).

1. По проводу идет электрический ток. В каком направлении повернется магнитная стрелка, помещенная в точку А? в точку С?

2)

Вывод. Итак, мы научились находить направление вектора магнитной индукции. Надо научиться определять модуль В.

Проблема. Выяснить экспериментально, от чего зависит сила действующая на проводник с током в магнитном поле.

Установка на рис. 136 Физика – 10. Г. Я. Мякишев

Выясняем, что

— сила достигает максимального значения, когда магнитная индукция перпендикулярна проводнику;

—  Fmax ~ I

— не зависит ни от силы тока в проводнике, ни от длины участка проводника.

В =

Работа с учебником. Найти определение модуля вектора магнитной индукции, прочитать, записать в тетрадь и рассказать соседу.

Вывод. В каждой точке магнитного поля могут быть определены направление вектора магнитной индукции и его модуль с помощью измерения силы, действующей на участок проводника с током

IV. Закрепление материала.

I. Разбор вопросов (для сравнения электростатического и магнитного полей):

1) Что является источником:

а) электростатического поля? (электрические заряды)
б) магнитного поля? (движущиеся электрические заряды – электрический ток)

2) При помощи чего передается взаимодействие:

а) электрических токов? (магнитным полем одного тока на другой ток; магнитными силами)
б) электрических зарядов? (электрическим полем одного заряда на другой заряд; электрическими силами)

3) Что является индикатором:

а) электростатического поля? (электрические заряды)
б) магнитного поля? (движущиеся электрические заряды – электрический ток)

4) Можно ли разрезать магнит так, чтобы один из полученных магнитов имел только северный полюс, а другой только южный?

5) В романе Жюля Верна “Пятнадцатилетний капитан” подлый Негоро один компас разбивает, а под другой подкладывает топор. А почему бы ему не разбить оба? И топор подложить нужно было умеючи, не так ли? Почему?

II. Решение задач.

1. Проводник, активная длина которого 0,3 м, находится в однородном магнитном поле перпендикулярно его линиям индукции. Определить индукцию магнитного поля, если оно, взаимодействуя с магнитным полем тока, выталкивает проводник с силой 1,2 Н, когда по нему проходит ток 4А (на доске с полным объяснением).

Самостоятельная работа.

I вариант

По проводнику длиной 45 см протекает ток силой 20 А. Чему равна индукция магнитного поля, в которое помещен проводник, если на проводник действует сила 9мН?

II вариант

Определите модуль силы, действующей на проводник с током длиной 20 см при силе

Магнитные свойства кластеров — Мегаобучалка

Малые размеры кластера могут не позволить реализоваться специфическому обменному взаимодействию, и выстраивающему магнитные моменты в определенном порядке, и тогда магнитные свойства этих нанообъектов будут качественно отличаться от свойств такого же но составу макроскопического тела. Действительно, кластеры классического ферромагнетика — железа при комнатной температуре оказались парамагнетиками.

 
 

Напротив, кластеры неферромагнитных материалов (родия, марганца) неожиданно проявили значительные магнитные моменты.

Теоретики предсказывали, что кластеры марганца должны демонстрировать ферромагнетизм, и эксперимент это подтвердил. Молекулярный пучок, содержащий различные по величине кластеры марганца, получили, воздействуя лазерным лучом на мишень из марганца. Чтобы разделить кластеры с разным магнитным моментом, пучок пропускали через неоднородное магнитное поле — кластеры с разными магнитными моментами образовывали различные пучки. Дальнейшее пропускание пучков через масс-спектрометр позволил определить магнитный момент, соответствующий кластерам, состоящим из определенного числа атомов N (рис. 3.3). При N, равном 13 и 19 (магические числи) обнаружены явные минимумы магнитных моментов.

Первое магическое число 13 определятся тем, что вокруг одной сферы могут «собраться», касаясь ее и друг друга, двенадцать сфер того же радиуса. Второе магическое число 19 означает, что, когда к кластеру присоединяется еще 6 атомов, его суммарный магнитный момент снова становится минимальным[1]. Авторы эксперимента полагают, что кластеры растут сак икосаэдры. Заметим, что при увеличении числа атомов наблюдается тенденция стремления магнитного момента к нулю, как это и должно быть для пассивного образца марганца.

Теоретические расчеты японских ученых предсказывают, что легирование атомами двухвалентных металлов кластеров кремния, скандия, германия существенно увеличит их стабильность. Стабильными должны стать даже кластеры с «немагнетическим» числом атомов. При этом увеличивается симметрия кластеров и изменяется их электронная структура. Уникальные свойства, в том числе большой магнитный момент, предсказаны для кластеров германия и скандия, легированных атомами марганца.



 
 

Мы уже упоминали, что развитие нанотехнологии требует активного использования молекулярного дизайна. В лабораторных условиях синтезированы уникальные молекулы-магниты (рис. 3.4) с определенным значением магнитного момента. Это металлоорганические молекулы, в которых ионы переходных элементов (железа, марганца и др.) обрамлены ионами кислорода, хлора, углерода. Фактически молекулы-магниты моделируют в наномасштабе свойства макроскопических твёрдых тел. В «железном колесе» (рис. 3.4, а) десять ионов железа Fe3+ окружены ионами кислорода, углерода и хлора. Взаимодействие между ионами железа таково, что суммарный момент молекулы равен нулю, т.е. она моделирует антиферромагнетизм (см. рис. 3.2, б). В марганцевом кольце (рис. 3.4, б), где ионы металла марганца Mn2+ со спином 5/2 чередуются с органическими радикалами со спином 1/2, их разные по величине спины складываются, как в ферромагнетике (см. рис. 3.2, в). Если, например, все спины ионов марганца направленных вверх, а спины радикалов вниз, то в итоге суммарный спин молекулы будет иметь большое значение S = 12. Ферромагнетиком оказывается и третий магнитный кластер, изображенный на рисунке 3.4, в, со спином S = 10.

Такие молекулы интересуют биологов, так как органические железосодержащие молекулы обнаружены во многих живых организмах. Структура магнитных молекул изображена на рисунке 3.4, близка к структурам живых организмов. Так, важнейшие соединения гемоглобин и миоглобин содержат комплексное соединение железа (гем), окруженное белками (глобин).

Такие магнитные молекулы фактически являются отдельными магнитными доменами. Если из них сконструировать магнетик, он будет лишен недостатков, связанных с наличием доменных границ. Поэтому магнитные кластеры выгодно использовать, «монтируя» их в какую-либо матрицу, чтобы изолировать друг от друга и сохранить их необычные свойства. Изучение квантовых переходов в магнитных молекулах важно для разработки квантовых компьютеров.

31 П Магнитное поле. Графическое изображение полей. Индукция мп s231 п Сингл (Магнитное поле движущегося заряда, теорема о циркуляции)

1. [Уд1] (ВО1) Модуль индукции магнитного поля, созданного в центре кругового тока с радиусом окружности R, определяется формулой

1)

2)

3)

4)

:2

2. [Уд1] (ВО1) Длинный проводник с током создает магнитное поле, которое в точке А направлено вдоль стрелки под №…

:2

3. [Уд1] (ВО1) Элемент тока и точка А лежат в одной и той же горизонтальной плоскости (см. рисунок). Направление индукции магнитного поля, создаваемого в точке А, совпадает с направлением

1) 1

2) 2

3) 3

4) 4

:1

4. [Уд1] (ВО1) Длинный проводник с током создает магнитное поле, которое в точке А направлено вдоль стрелки под №…

:1

5. [Уд1] (ВО1) Элемент тока и точки 1-5 лежат в одной и той же горизонтальной плоскости, причем все точки отстоят от элемента тока на одинаковых расстояниях. Модуль вектораобращается в ноль для точек под номерами

1) 1 и 5

2) 2 и 3

3) 3 и 5

4) 4 и 2

5) 5 и 4

:1

6. [Уд1] (ВО1) На рисунке в точке С изображен вектор индукции магнитного поля, созданного элементом тока, находящегося в точке А. Элемент токасовпадает с направлением

1) 1

2) 2

3) 3

4) 4

:2

7. [Уд1] (ВО1) Длинный проводник с током создает магнитное поле, которое в точке А направлено вдоль стрелки под №…

:1

8. [Уд1] (ВО1) На рисунке изображен контур обхода L в вакууме и указаны направления токов I1, I2, I3, I4. Верное выражение для циркуляции вектора магнитного поля этих токов по контуруL

1) m0(2I1 – I2 + I3)

2) m0(I1 – I2 + I3)

3) m0(– 2I1 – I2 – I3)

4) m0(– I1 + I2 – I3 + I4)

:3

9. [Уд1] (О) На рисунке показаны контуры обхода для четырёх случаев. Токи по величине одинаковы во всех проводниках, которые расположены перпендикулярно плоскости рисунка. Циркуляция вектора индукции магнитного поля по замкнутому контуру L равна нулю в случае …

:четыре

:4

10. [Уд1] (ВО1) Магнитное поле создано токами I1 и I2, текущими по прямому бесконечно длинному проводнику и круговому контуру радиуса R (см. рисунок). Круговой контур и точка О лежат в плоскости чертежа; направление токов указано на рисунке, причем I1=2I2. Верное выражение для модуля магнитной индукции в точке О

1)

2)

3)

4) В=0

:4

11. [Уд1] (ВО1) Вокруг проводника с током нарисована окружность. Циркуляция вектора магнитной индукции по этой окружности зависит от …

1 … радиуса окружности

2 … силы тока в проводнике

3 … угла наклона плоскости окружности к проводнику

4 … положения центра окружности относительно проводника

:2

12. [Уд1] (О) Вокруг проводника с током в однородной среде нарисован контур обхода. Контур растягивают так, что охватываемая им площадь увеличивается в два раза. При этом отношение конечного значения циркуляции вектора магнитной индукции к начальному значению равно …

:1

13. [Уд1] (О) На рисунке в точке А указан вектор индукции магнитного поля, созданного токами, текущими по двум взаимно перпендикулярным круговым контурам с общим центром в точке О. Плоскости контуров перпендикулярны к плоскости чертежа, векторлежит в плоскости чертежа. Правильное направление токов для этого случая показано на рисунке под номером …

:2

14. [Уд1] (О) Циркуляция вектора магнитной индукции имеет наименование, указанное под номером …

1) Тл, 2) Вб, 3) А/м, 4) Гн, 5) Гн/м, 6) Тлм.

:6

15. [Уд1] (ВО1) Циркуляция вектора индукции магнитного поля по контуру Г равна нулю для случая …

:2

Вращение магнитного поля помогло разобраться в формировании коллоидных кристаллов

E. Hilou et al./ Physical Review Materials, 2018

Американские физики изучили процессы кристаллизации в двумерных коллоидных системах при различной силе взаимодействия между парамагнитными частицами. Для управления взаимодействием авторы работы использовали вращающееся однородное магнитное поле. С помощью предложенного эксперимента удалось определить поверхностное натяжение и изучить кинетику перекристаллизации таких систем, пишут ученые в Physical Review Materials.

В отличие от обычных кристаллов, состоящих из атомов, ионов или молекул, коллоидные кристаллы представляют собой упорядоченные трехмерные и двумерные системы, составленные из нанометровых или микронных частиц, как правило сферических. В таких системах могут возникать необычные оптические, химические или электронные свойства: например, подобным образом устроены фотонные кристаллы, в которых период сопоставим с длиной волны видимого света и может возникать фотонная запрещенная зона. При этом в отличие от обычных кристаллов, механизмы кристаллизации коллоидных кристаллов изучены не так хорошо, и как в кристалле будут взаимодействовать домены или отдельные частицы при изменении температуры или типе взаимодействия между частицами, до сих исследовано не полностью.

Чтобы понять, каким образом меняется кинетика кристаллизации двумерных коллоидных кристаллов, американские физики из Университета Райса под руководством Сибани Лизы Бизвал (Sibani Lisa Biswal) предложили наблюдать за кластерами из заряженных парамагнитных полимерных микрошариков, помещенных во вращающееся однородное магнитное поле. Диаметр каждого микрошарика в проведенных экспериментах составлял 1,1 микрометра, величина магнитного поля — от 8 до 12 гауссов, а частота вращения — 20 герц. Размеры исследованных кластеров составляли от 300 до 1500 частиц.

Величина магнитного поля в таком эксперименте фактически определяет соотношение тепловой энергии к энергии, ответственной за упорядочивание системы (в данном случае, магнитной). Оказалось, что при помещении во вращающееся поля суспензии микрочастиц для минимизации поверхностной энергии собираются в кластеры круглой формы. При этом в зависимости от величины магнитного поля для такой системы характерна разная степень упорядочения. Так, при относительно слабых полях частицы в кластерах ведут себя подобно жидкости, а при больших — образуют упорядоченную гексагональную кристаллическую решетку.

E. Hilou et al./ Physical Review Materials, 2018

Аналогичные особенности характерны и для взаимодействия двух кластеров между собой. При небольших полях они сливаются друг с другом как жидкие капли, а при больших — сначала образуют двухдоменный кристалл, в котором со временем происходит перекристаллизация, и в течение примерно 10 минут образуется единственный упорядоченный двумерный кристалл.

При этом если в случае более слабых взаимодействий (или более высоких температур) форма кластера определяется поверхностным натяжением, то в случае образования кристаллической структуры, поверхностная энергия значительно ниже, и форма частицы связана с процессом кристаллизации и парным взаимодействием между частицами.


Авторы работы отмечают, что подобное поведение системы хорошо описывается с помощью ангармонического потенциала взаимодействия между частицами, величину которого можно регулировать, изменяя внешнее магнитное поле. Поэтому в будущем такие системы можно использовать в качестве модели для изучения систем с дальнодействующими силами притяжения. В частности, на таких системах можно исследовать эффекты, возникающие в двумерных коллоидных системах на поверхностях, границах раздела фаз и междоменных стенках.

В двумерных коллоидных кристаллах, составленных из немагнитных частиц, управлять процессами кристаллизации можно дргуими способами. Например, чтобы замедлить сборку кристалла, увеличить подвижность частиц и получить более равновесные формы коллоидных кристаллов, ученые используют электростатическое отталкивание. А для управления поведением дефектов, границ доменных стенок и формой кристаллитов можно применять, например, лазерное плавление.

Александр Дубов

Переворот магнитных полюсов и катастрофические последствия для жизни

08.01.2020 год welemudr Категория: Непознаное

Северный магнитный полюс, движется в сторону Азии. Южный магнитный полюс направляется в сторону Австралии. Это все является частью крупномасштабного события — смены полюсов планеты.

Магнитное поле Земли защищает жизнь от вредного солнечного излучения, отклоняя заряженные частицы. Оно окружает нашу планету подобно невидимому силовому полю.

Это поле непрерывно изменяется, как показывают многочисленные глобальные магнитные реверсы, где северный и южный магнитные полюса меняются местами.

При развороте магнитное поле не будет равно нулю, но приобретет более слабую и сложную форму.

Мощность этого силового щита защищающего нас от губительного космического излучения может упасть до 10% от современной прочности и образование магнитных полюсов на экваторе или даже одновременное существование нескольких северных и южных магнитных полюсов.

Геомагнитные инверсии происходят в среднем несколько раз в миллион лет. Интервал между разворотами очень неравномерен и может составлять до десятков миллионов лет.

Возможны также временные и неполные обращения, известные как события и экскурсии, в которых магнитные полюса удаляются от географических полюсов, прежде чем вернуться обратно к своим первоначальным местоположениям.

Последний полный переворот, Брунс-Матуяма, произошел около 780 тысяч лет назад. Временная реверсия, геомагнитное событие Лашампа, произошло около 41 000 лет назад. Оно длилось менее 1000 лет с фактическим изменением полярности, длящимся около 250 лет.

Когда полюса переворачиваются, магнитное поле ослабляет свой защитный эффект, позволяя повышенным уровням излучения достигать поверхности Земли.

Увеличение числа заряженных частиц, достигающих Земли, приведет к увеличению рисков для спутников, авиации и наземной электрической инфраструктуры.

Геомагнитные бури дают нам слабое представление того, что мы можем ожидать с ослабленным магнитным щитом.

В 2003 году так называемый шторм на Хэллоуин вызвал локальные отключения электросетей в Швеции, потребовал переориентации полетов во избежание отключения связи и радиационного риска, а также нарушил работу спутников и систем связи.

Этот шторм был незначительным по сравнению с другими штормами недавнего прошлого, такими как супер-шторм «событие Каррингтона» в 1859г, который вызвал полярные сияния вплоть до Карибского моря.

Влияние крупного шторма на современную электронную инфраструктуру полностью не известно. Конечно, любое время, проведенное без электричества, отопления, кондиционирования воздуха, GPS или интернета, будет иметь серьезные последствия; широко распространенные отключения могут привести к экономическим убыткам, измеряемым десятками миллиардов долларов в день.

С точки зрения жизни на Земле и прямого воздействия реверса на наш вид мы не можем определенно предсказать, что произойдет, поскольку современные люди не существовали во время последнего полного реверса.

Несколько исследований пытались связать прошлые реверсы с массовыми вымираниями-предполагая, что некоторые реверсы и эпизоды расширенного вулканизма могут быть вызваны общей причиной.

Однако нет никаких доказательств какого-либо надвигающегося катаклизмического вулканизма, и поэтому нам, вероятно, придется бороться с электромагнитным воздействием, если поле относительно скоро обратится.

Мы знаем, что многие виды животных обладают той или иной формой магниторецепции, которая позволяет им чувствовать магнитное поле Земли.

Они могут использовать его для помощи в дальней навигации во время миграции. Но неясно, какое влияние может оказать такое обращение на такие виды.

Ясно лишь то, что ранние люди действительно сумели пережить событие Лэшэмпа, и сама жизнь пережила сотни полных обращений, о которых свидетельствуют геологические записи.

Магнитное поле Земли генерируется в жидком ядре нашей планеты путем медленного вспенивания расплавленного железа.

Подобно атмосфере и океанам, то, как оно движется, управляется законами физики. Поэтому мы должны быть в состоянии предсказать “погоду ядра”, отслеживая это движение, точно так же, как мы можем предсказать реальную погоду, глядя на атмосферу и океан.

Разворот полюсов можно сравнить с определенным типом шторма в ядре, где динамика-и магнитное поле-идут наперекосяк (по крайней мере, на короткое время), прежде чем снова успокоиться.

Когда Произойдет Следующий Разворот?

Мы “запаздываем » на полный разворот. Поле Земли в настоящее время уменьшается со скоростью 5% в столетие.

Таким образом, ученые предположили, что поле может измениться в течение следующих 2000 лет. Но установить точную дату будет сложно.

Трудности предсказания погоды за пределами нескольких дней широко известны, несмотря на то, что мы живем внутри и непосредственно наблюдаем за атмосферой.

Однако предсказать земное ядро — гораздо более сложная перспектива, главным образом потому, что оно погребено под 3000 км горных пород, так что наши наблюдения скудны и неясны.

Однако мы не совсем слепы: мы знаем основной состав материала внутри ядра и то, что он жидкий.

Глобальная сеть наземных обсерваторий и орбитальных спутников также измеряет изменение магнитного поля, что дает нам представление о том, как движется жидкое ядро.

Недавнее открытие реактивного потока внутри ядра подчеркивает нашу развивающуюся изобретательность и растущую способность измерять и выводить динамику ядра.

В сочетании с численными моделями и лабораторными экспериментами для изучения динамики жидкости в недрах планеты, наше понимание развивается быстрыми темпами.

Перспектива того, что мы сможем спрогнозировать земное ядро, возможно, не слишком далека от достижения.

Мы вступаем в очередной солнечный цикл, который, по мнению астрономов, будет очень слабым. Но поскольку мы находимся в середине смещения полюса, защита слабее, и даже средняя геомагнитная буря будет иметь последствия.

Будьте готовы!

Источник:http://welemudr.ru/?p=32840

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *