Могут ли люди чувствовать магнитное поле? Да! – отвечает электроэнцефалография

Физиология

«Снимок» магнитного поля на поверхности Земли (разным цветом отмечена разная интенсивность). Июнь 2014 г.

: 22.03.2019

Мы привыкли выделять пять органов чувств: зрение, слух, обоняние, осязание и вкус. Но это вопрос классификации: ведь есть еще, к примеру, чувство равновесия, не говоря уже о чувстве боли. Что же касается способности ощущать магнитные поля – магниторецепции, то она доказана для многих животных, таких как перелетные птицы, морские черепахи, моллюски и др. У всех у них при экспериментальном изменении магнитного поля менялось поведение, но подобные эксперименты на людях не дали результатов. Недавние исследования говорят о том, что ответ на вопрос «могут ли люди чувствовать магнитное поле?» может быть положительным

Считается, что магнитное поле Земли формируется благодаря тепловой конвекции в жидком внешнем ядре планеты, состоящем из расплавленного железа, в результате чего там образуется система течений электропроводящей жидкости, что аналогично движению проводника с током. Глазами человека магнитное поле нельзя увидеть, но некоторые организмы научились его воспринимать и использовать его силовые линии для пространственной ориентации.

Существует несколько гипотез физической основы «магнитного чувства». Согласно одной из них, магниторецепция обеспечивается за счет органелл с кристаллами минерала магнетита (Fe₃O₃), имеющихся в живых клетках. Вращение таких частиц под действием поля предположительно способствует открытию клеточных ионных каналов и генерации нервного импульса. Магнетит был обнаружен в клетках ряда организмов: бактерий, моллюсков, рептилий, рыб и птиц.

Еще одна гипотеза делает акцент на особых белках в сетчатке глаза – криптохромах, известных как регуляторы циркадных (внутренних биологических) ритмов. Под действием света синего спектра между структурными элементами этих белков происходит перераспределение зарядов с образованием устойчивой радикальной пары с неспаренными электронами. Такая конфигурация белка оказывается чувствительной к магнитному полю, так что клетка каким-то образом «узнает» о его значении в той или иной точке. Криптохромы были обнаружены у многих животных, включая мушек-дрозофил.

У перелетных птиц, похоже, работают оба механизма магниторецепции. Первый является своего рода «компасом», благодаря которому птицы, вероятно, способны буквально видеть магнитное поле и определять, в каком направлении расположен ближайший магнитный полюс. С помощью же клеток с магнетитом, расположенных в области клюва, они оценивают более тонкие изменения магнитного поля, на основе которых можно составить подробную «карту». В результате птицы прокладывают свои полетные маршруты на основе точных географических координат.

Эксперименты на дрозофилах дали косвенные доказательства того, что и человек может в принципе «чувствовать» магнитные поля. Когда этих мушек с помощью методов генной инженерии заставили вместо собственного криптохрома производить белок, характерный для позвоночных животных, они стали воспринимать магнитное поле немногим хуже, чем раньше.

Но здесь есть одно «но»: люди магнитное поле в прямом смысле не видят. Подобная информация поступает в мозг животных через тройничный нерв, через который человек получает чувствительные сигналы, лежащие вне области сознательного восприятия (например, «служебные» сигналы от глазодвигательных мышц). Поэтому работа системы «магнитного чувства», которую мы могли унаследовать от животных, должна восприниматься нами практически неосознанно. 

Учитывая эти данные и негативный опыт предыдущих исследований на людях, группа ученых из США и Японии провели эксперимент, в котором проверили реакцию человеческого мозга на изменения магнитного поля с помощью метода электроэнцефалографии. В эксперименте приняли  участие 34 жителя Северного полушария. Испытуемых помещали в клетке Фарадея – устройстве для экранирования аппаратуры от внешних электромагнитных полей, внутри которой создавали искусственное магнитное поле, ориентацию которого меняли.

По словам участников эксперимента, они не чувствовали каких-либо изменений в своем состоянии. Но электроэнцефалограмма показала, что изменения магнитного поля сопровождались падением амплитуды альфа ритма мозга (с частотой колебаний 8–13 Гц). Такой ритм типичен для бодрствующего мозга в состоянии относительного покоя, а падение его амплитуды говорит о восприятии каких-то внешних сигналов. Этот эффект проявлялся у всех испытуемых по-разному, но отличался высокой воспроизводимостью при повторных измерениях, что может указывать на генетически обусловленную чувствительность индивидуумов.

При этом интенсивность реакции мозга зависела от направления вращения поля. Как предположили ученые, мозг может настраиваться на восприятие геомагнитных сигналов определенного уровня, характерных для конкретного региона. К примеру, подобная «настройка» есть у морских черепах, обитающих в Саргассовом море: если они случайно уплывают далеко от «дома», то какие-то изменения характеристик геомагнитного поля приводят к тому, что они резко меняют направление движения, стремясь возвратиться обратно. Возможно, реакции участников эксперимента были бы иными, если бы они проживали не в Северном, а в Южном полушарии.

Интересно, что в данном случае метод электроэнцефалографии был применен для изучения магниторецепции не впервые: результаты аналогичной работы были опубликованы еще в 2002 г. , и они оказались отрицательными. Более удачливые экспериментаторы объясняют казус своих коллег недостаточной мощностью аналитических методов того времени. Что и доказали, безуспешно проанализировав нынешние данные с помощью «старых» методик. 

Можно надеяться, что сегодняшний успех не является очередным «артефактом» вычислительных технологий, только уже со знаком «плюс». В любом случае его нужно подтвердить в дополнительных экспериментах, например, по исследованию влияния на мозг поля разной напряженности и т.п.

Остается неизвестным и сам механизм магниторецепции у человека. Предположение о «визуальном», криптохром-зависимом механизме ученые отвергают из-за обнаруженной способности мозга различать полярность магнитных полюсов. И хотя в эволюционно древних регионах мозга человека – стволе и мозжечке – были найдены частицы магнетита, у нас нет каких-либо специальных сенсорных структур, содержащих этот минерал, поэтому находка таких частиц может отражать лишь степень загрязнения окружающей среды.

Так что вопросов о магниторецепции у человека по-прежнему больше, чем ответов. И даже если наше слабое «чувство поля» есть – велик ли от него прок в современном мире, где есть карты, компасы и GPS? К тому же и пробиться сквозь изобилие окружающих нас антропогенных электромагнитных волн ему будет трудно – даже птицы сбиваются с пути во время магнитных бурь. Кстати, про магнитные бури: опять болит голова – не проверить ли геомагнитный прогноз? Чем черт не шутит…

Фото: https://uk.wikipedia.org, https://vimeo.com, https://www.flickr.com, https://www.nps.gov

Подготовила Мария Перепечаева

: 22.03.2019

Постоянные магниты. Магнитное поле постоянных магнитов. Магнитное поле Земли 8 класс онлайн-подготовка на Ростелеком

Постоянные магниты

 

Что же такое постоянный магнит? Постоянным магнитом называется тело, способное долгое время сохранять намагничивание. В результате многократных исследований, проведенных многочисленных опытов, мы можем сказать, что только три вещества на Земле могут быть постоянными магнитами (рис. 1).

 

Рис. 1. Постоянные магниты (Источник)

Только эти три вещества и их сплавы могут быть постоянными магнитами, только они могут намагничиваться и сохранять такое состояние долгое время.

Постоянные магниты использовались очень давно, и в первую очередь это приборы ориентирования в пространстве – первый компас был изобретен в Китае для того, чтобы ориентироваться в пустыне. На сегодняшний день о магнитных стрелках, о постоянных магнитах уже никто не спорит, их используют повсеместно в телефонах и в радиопередатчиках и просто в различных электротехнических изделиях. Они могут быть разными: есть полосовые магниты (рис. 2)

Рис. 2. Полосовой магнит (Источник)

А есть магниты, которые называются дугообразными или подковообразными (рис. 3)

                                    

Рис. 3. Дугообразный магнит (Источник)

 

Магнитное поле постоянных магнитов

 

 

Исследование постоянных магнитов связано исключительно с их взаимодействием. Магнитное поле может создаваться электрическим током и постоянным магнитом, поэтому первое, что было проведено, – это исследования с магнитными стрелками. Если поднести магнит к стрелке, то мы увидим взаимодействие – одноименные полюса будут отталкиваться, а разноименные будут притягиваться. Такое взаимодействие наблюдается со всеми магнитами.

 

Расположим вдоль полосового магнита маленькие магнитные стрелки (рис. 4), южный полюс будет взаимодействовать с северным, а северный будет притягивать южный. Магнитные стрелки будут располагаться вдоль линии магнитного поля. Принято считать, что магнитные линии направлены вне постоянного магнита от северного полюса к южному, а внутри магнита от южного полюса к северному. Таким образом, магнитные линии замкнуты точно так же, как и у электрического тока, это концентрические окружности, они замыкаются внутри самого магнита. Получается, что вне магнита магнитное поле направлено от севера к югу, а внутри магнита от юга к северу.

Рис. 4. Лини магнитного поля полосового магнита (Источник)

Для того чтобы пронаблюдать форму магнитного поля полосового магнита, форму магнитного поля дугообразного магнита, воспользуемся следующими приборами или деталями. Возьмем прозрачную пластину, железные опилки и проведем эксперимент. Посыплем железными опилками пластину, находящуюся на полосовом магните (рис. 5):

Рис. 5. Форма магнитного поля полосового магнита (Источник)                                                   

Мы видим, что линии магнитного поля выходят из северного полюса и входят в южный полюс, по густоте линий можно судить о полюсах магнита, где линии гуще – там находятся полюса магнита (рис. 6).

Рис. 6. Форма магнитного поля дугообразного магнита (Источник)

Аналогичный опыт проведем с дугообразным магнитом. Мы видим, что  магнитные линии начинаются на северном и заканчиваются на южном полюсе по всему магниту.

 

Магнитное поле Земли

 

 

Нам уже известно, что магнитное поле образуется только вокруг магнитов и электрических токов. Как же нам определить магнитное поле Земли? Любая стрелка, любой компас в магнитном поле Земли строго ориентированы. Раз магнитная стрелка строго ориентируется в пространстве, следовательно, на нее действует магнитное поле, и это магнитное поле Земли. Можно сделать вывод о том, что наша Земля – это большой магнит (рис. 7) и, соответственно, этот магнит создает в пространстве достаточно мощное магнитное поле. Когда мы смотрим на стрелку магнитного компаса, мы знаем, что красная стрелочка показывает на юг, а синяя на север. Как же располагаются магнитные полюсы Земли? В этом случае необходимо помнить о том, что на северном географическом полюсе Земли располагается южный магнитный полюс и на южном географическом полюсе располагается северный магнитный полюс Земли. Если рассмотреть Землю как тело, находящееся в пространстве, то можно говорить о том, что, когда мы идем по компасу на север, мы придем на южный магнитный полюс, а когда идем на юг – мы попадем на северный магнитный полюс. На экваторе стрелочка компаса будет располагаться практически горизонтально относительно поверхности Земли, и чем ближе мы будем находиться к полюсам, тем вертикальнее будет расположение стрелки. Магнитное поле Земли могло изменяться, были времена, когда полюсы менялись относительно друг друга, то есть южный был там, где северный, и наоборот. По предположению ученых, это было предвестником больших катастроф на Земле. Последние несколько десятков тысячелетий этого не наблюдалось.

 

Рис. 7. Магнитное поле Земли (Источник)

Магнитные и географические полюса не совпадают. Внутри самой Земли тоже существует магнитное поле, и, как в постоянном магните, оно направлено от южного магнитного полюса к северному.

Откуда же берется магнитное поле в постоянных магнитах? Ответ на этот вопрос дал французский ученый Андре-Мари Ампер. Он высказал идею о том, что магнитное поле постоянных магнитов объясняется элементарными, простейшими токами, протекающими внутри постоянных магнитов. Эти простейшие элементарные токи определенным образом усиливают друг друга и создают магнитное поле. Отрицательно заряженная частица – электрон – движется вокруг ядра атома, это движение можно считать направленным, и, соответственно, вокруг такого движущегося заряда создается магнитное поле. Внутри любого тела количество атомов и электронов просто огромно, соответственно, все эти элементарные токи принимают упорядоченное направление, и мы получаем достаточно значительное магнитное поле. То же самое мы можем сказать о Земле, то есть магнитное поле Земли очень напоминает магнитное поле постоянного магнита. А постоянный магнит – это достаточно яркая характеристика любого проявления магнитного поля.

 

Заключение

 

 

Кроме существования магнитных бурь, существуют еще магнитные аномалии. Они связаны с солнечным магнитным полем. Когда на Солнце происходят достаточно мощные взрывы или выбросы, они происходят не без помощи проявления магнитного поля Солнца. Это эхо достигает Земли и сказывается на ее магнитном поле, в результате мы с вами наблюдаем магнитные бури. Магнитные аномалии связаны с залежами железных руд в Земле, огромные залежи в течение долгого времени намагничиваются магнитным полем Земли, и все тела, находящиеся вокруг, будут испытывать действие магнитного поля со стороны этой аномалии, стрелки компасов будут показывать неправильное направление.

 

На следующем уроке мы с вами рассмотрим другие явления, связанные с магнитными действиями.

 

Список литературы

1. Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. Физика 8 / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. – М.: Мнемозина.
2. Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
3. Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-портал «Class-fizika.narod.ru» (Источник)
2. Интернет-портал «Class-fizika.narod.ru» (Источник)
3. Интернет-портал «Files.school-collection.edu.ru» (Источник)

 

Домашнее задание

1. Какой из концов стрелки компаса притягивается к северному полюсу Земли?
2. В каком месте Земли нельзя верить магнитной стрелке?
3. О чем говорит густота линий на магните?

 

Какое утверждение верно магнитное поле возникает вокруг?

Статьи › Магнит › Магнит создает вокруг себя Магнитное поле где будет проявляться действие этого поля наиболее сильно

Магнитное поле возникает вокруг неподвижных зарядов.

1. В каком случае вокруг проводника возникает магнитное поле?
2. Какое поле обнаруживается вокруг проводника с током?
3. Какое поле возникает вокруг движущихся зарядов?
4. Какое поле возникает вокруг неподвижных электрических зарядов?
5. Где возникает магнитное поле?
6. Какое поле образуется вокруг проводника?
7. Где находится магнитное поле?
8. Как обнаружить магнитное поле тока?
9. Как работает магнитное поле?
10. Что такое магнитное поле своими словами?
11. Что такое электромагнитное поле простыми словами?
12. Что существует вокруг электрических зарядов?
13. В каком случае вокруг электрического заряда не возникает магнитное поле?
14. Что образуется вокруг неподвижных электрических зарядов в пространстве?
15. Что порождает магнитное поле?
16. Какие основные свойства магнитного поля?
17. Кто обнаружил наличие магнитного поля вокруг проводника?
18. Какое поле образуется вокруг проводника при переходе постоянного тока?
19. В чем проявляется магнитное поле?
20. Какое поле существует вокруг катушки с током?
21. Как наглядно можно представить магнитное поле?
22. Что такое магнитное поле 9 класс физика?
23. Для чего магнитное поле?
24. Когда возникает электрическое поле?
25. Какое поле можно обнаружить вокруг неподвижного заряженного тела?
26. Как магнитное поле порождает электрическое?
27. В каком случае вокруг протона возникает магнитное поле?
28. Как убедиться в наличии магнитного поля вокруг проводника с током?
29. Как обнаружили магнитного поля вокруг проводника с током?
30. Что происходит с проводником помещенным в магнитное поле?

В каком случае вокруг проводника возникает магнитное поле?

При прохождении электрического тока по проводнику вокруг него возникает магнитное поле. Опилки выстраиваются в замкнутые линии, образующие концентрические окружности с центром в проводнике с током.

Какое поле обнаруживается вокруг проводника с током?

При изменении направления тока стрелка отклоняется в противоположную сторону, рис. 174. магнитное поле существует вокруг любого проводника с током, т.

Какое поле возникает вокруг движущихся зарядов?

Магнитное поле — это особый вид материи, который существует вокруг магнитов или движущихся зарядов.

Какое поле возникает вокруг неподвижных электрических зарядов?

Электрическое поле существует в пространстве независимо от наличия проводника. Вокруг неподвижного заряда создаётся только электрическое поле.

Где возникает магнитное поле?

Магнитное поле может создаваться током заряженных частиц и/или магнитными моментами электронов в атомах (и магнитными моментами других частиц, что обычно проявляется в существенно меньшей степени) (постоянные магниты). Кроме этого, оно возникает в результате изменения во времени электрического поля.

Какое поле образуется вокруг проводника?

Магнитное поле образуется вокруг проводника с током. Если таких проводников несколько, имеющих собственное магнитное поле, то соответственно они взаимодействуют друг с другом (магнитные поля).

Где находится магнитное поле?

Основной источник магнитного поля находится внутри Земли — в ядре. В некотором упрощении можно сказать, что земной шар представляет собой полосовой магнит с осью, направленной приблизительно с севера на юг.

Как обнаружить магнитное поле тока?

Магнитное поле обнаруживается по его воздействию на проводник с током. Движение проводника вызвано действием на него магнитного поля со стороны дугового магнита. Если поменять местами полюсы магнита, проводник меняет направление движения на противоположное.

Как работает магнитное поле?

Магнитное поле бывает отрицательным и положительным. Два отрицательных поля и два положительных поля отталкиваются друг от друга, а два поля с разными полюсами будут притягиваться. Это происходит из-за взаимодействия друг с другом магнитных полей. Магнитное поле — вещь не постоянная.

Что такое магнитное поле своими словами?

Магнитное поле — это силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и тела, обладающие магнитным моментом. Это одна из пяти известных нам сил, управляющих Вселенной от микромасштабов до масштабов межгалактических.

Что такое электромагнитное поле простыми словами?

Электромагни́тное по́ле — фундаментальное физическое поле, взаимодействующее с электрически заряженными телами, а также с телами, имеющими собственные дипольные и мультипольные электрические и магнитные моменты.

Что существует вокруг электрических зарядов?

Электрическое поле — особый вид материи, который окружает каждый электрический заряд и оказывает силовое воздействие на все другие заряды, притягивая или отталкивая их. Электрические поля возникают из-за электрических зарядов или изменяющихся во времени магнитных полей.

В каком случае вокруг электрического заряда не возникает магнитное поле?

Не возникает же магнитное поле только тогда, когда электрон двигается по кругу.

Что образуется вокруг неподвижных электрических зарядов в пространстве?

Электростатическое поле — поле, созданное неподвижными в пространстве и неизменными во времени электрическими зарядами (при отсутствии электрических токов). Электрическое поле представляет собой особый вид материи, связанный с электрическими зарядами и передающий действия зарядов друг на друга.

Что порождает магнитное поле?

А направленное движение заряженных частиц называется электрическим током. То есть, любое магнитное поле вызывается исключительно электрическим током. За направление электрического тока принимают направление движения положительно заряженных частиц.

Какие основные свойства магнитного поля?

Магнитное поле обладает следующими свойствами: Cиловые линии магнитного поля всегда замкнуты, никогда не пересекаются и проходят через любую среду, в том числе вакуум; Магнитные поля взаимодействуют друг с другом, поля одного направления — отталкиваются (одинаковые полюса отталкиваются), поля различных направлений –

Кто обнаружил наличие магнитного поля вокруг проводника?

Эрстедом (1777 — 1851). Х. Эрстед обнаружил наличие магнитного поля вокруг проводника с током силовому действию на внесенную в него магнитную стрелку. Магнитное поле на стрелку оказывает ориентирующее действие.

Какое поле образуется вокруг проводника при переходе постоянного тока?

Напомним, что вокруг проводника с электрическим током возникает магнитное поле.

В чем проявляется магнитное поле?

Магнитным полем называется особый физический процесс, характеризующийся следующими проявлениями: а) магнитная стрелка стремится установиться в определенном направлении; б) на проводник с током, внесенный в это пространство, действует механическая сила; в) в проводниках, движущихся в пределах этого пространства.

Какое поле существует вокруг катушки с током?

Вокруг катушки с током существует магнитное поле. Железо, введенное внутрь катушки, усиливает магнитное действие катушки.

Как наглядно можно представить магнитное поле?

Чтобы наглядно показать магнитное поле, используют магнитные линии. Воображаемые линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются магнитные стрелки, называются магнитными линиями. В любой точке поля магнитная стрелка располагается по касательной к его магнитным линиям.

Что такое магнитное поле 9 класс физика?

Магнитное поле — силовое поле, которое образуется вокруг проводника, по которому протекает электрический ток. Оно связано с движущимися зарядами.

Для чего магнитное поле?

Геомагнитное поле вследствие специфической конфигурации линий индукции создает для заряженных частиц — протонов и электронов — магнитную ловушку. Оно захватывает и удерживает огромное их количество, так что магнитосфера является своеобразным резервуаром заряженных частиц.

Когда возникает электрическое поле?

Электрические поля возникают за счет разницы напряжений: чем больше электрическое напряжение, тем более сильным будет возникающее поле. Магнитные поля возникают там, где проходит электрический ток: чем сильнее ток, тем сильнее магнитное поле. Электрическое поле есть даже при отсутствии электрического тока.

Какое поле можно обнаружить вокруг неподвижного заряженного тела?

Электростатическое поле — поле, передающее воздействие одного неподвижного электрического заряда на другой электрический заряд.

Как магнитное поле порождает электрическое?

Переменное магнитное поле порождает электрическое поле с замкнутыми силовыми линиями (линии напряженности охватывают линии магнитной индукции. Чем быстрее меняется магнитная индукция, тем больше напряженность электрического поля.

В каком случае вокруг протона возникает магнитное поле?

Магнитное поле возникает тогда, когда электрон двигается равномерно прямолинейно, когда электрон движется равномерно по окружности и когда электрон движется равноускоренно прямолинейно.

Как убедиться в наличии магнитного поля вокруг проводника с током?

Наличие магнитного поля в пространстве вокруг проводника с током обнаруживается с помощью магнитной стрелки, помещенной вблизи проводника: если поменять направление тока, то стрелка повернётся в противоположную сторону.

Как обнаружили магнитного поля вокруг проводника с током?

Суть опыта Ханс Кристиан Эрстед помещал над магнитной стрелкой прямолинейный металлический проводник, направленный параллельно стрелке. При пропускании через проводник электрического тока стрелка поворачивалась почти перпендикулярно проводнику. При изменении направления тока стрелка разворачивалась на 180°.

Что происходит с проводником помещенным в магнитное поле?

14). Мы видим, что поведение проводника с током, помещенного в магнитное поле, определяется направлением тока в проводнике и расположением полюсов магнита.

Магнитные поля планет | НПК «Магниты и системы»

 Уважаемые клиенты!

Про магнитное поле Земли давно известно, и все про это знают. Но есть ли магнитные поля на других планетах? Попробуем разобраться…

Магни́тное по́ле Земли́ или геомагни́тное по́ле — магнитное поле, генерируемое внутриземными источниками. Предмет изучения геомагнетизма. Появилось 4,2 млрд лет назад. На небольшом удалении от поверхности Земли, порядка трёх её радиусов, магнитные силовые линии имеют диполеподобное расположение. Эта область называется плазмосферой Земли.

По мере удаления от поверхности Земли усиливается воздействие солнечного ветра: со стороны Солнца геомагнитное поле сжимается, а с противоположной, ночной стороны, оно вытягивается в длинный «хвост».

 

Заметное влияние на магнитное поле на поверхности Земли оказывают токи в ионосфере. Это область верхней атмосферы, простирающаяся от высот порядка 100 км и выше. Содержит большое количество ионов. Плазма удерживается магнитным полем Земли, но её состояние определяется взаимодействием магнитного поля Земли с солнечным ветром, чем и объясняется связь магнитных бурь на Земле с солнечными вспышками.

Магнитное поле Земли генерируется токами в жидком металлическом ядре. Т. Каулингом еще в 1934 году показано, что механизм генерации поля (геодинамо) не обеспечивает устойчивости (теорема «анти-динамо»). Проблема происхождения и сохранения поля не решена по сей день.

Аналогичный механизм генерации поля может иметь место и на других планетах.

Есть ли магнитное поле у Марса?

На планете Марс не существует планетарного магнитного поля. Планета имеет магнитные полюса, которые являются остатками древнего планетарного поля. Так как магнитное поле Марса фактически отсутствует, то он постоянно подвергается бомбардировке солнечным излучением, а также воздействием солнечного ветра, что делает его бесплодным миром, который мы и видим сегодня.

Большинство планет, создают магнитное поле с помощью динамо-эффекта. Металлы в ядре планеты расплавлены и постоянно движутся. Движущиеся металлы создают электрический ток, который в конечном итоге проявляется в виде магнитного поля.

Общие сведения

На Марсе есть магнитное поле, которое представляет собой остатки древних магнитных полей. Оно похоже на поля, найденные на дне океанов Земли. Ученые считают, что их присутствие является возможным признаком того, что у Марса была тектоника плит. Но другие данные свидетельствуют о том, что эти движения литосферных плит прекратились около 4 миллиардов лет назад.

Полосы поля достаточно сильны, почти так же, как у Земли, и могут распространяться на сотни километров в атмосферу. Они взаимодействуют с солнечным ветром и создают полярные сияния так же, как и на Земле. Ученые наблюдали более 13 000 этих сияний.

 

Отсутствие планетарного поля означает что ее поверхность получает в 2,5 раза больше излучения, чем Земля. Если люди собираются исследовать планету, необходим способ оградить человека от вредного воздействия.

Одно из последствий отсутствия, у планеты Марс магнитного поля — невозможность присутствия жидкой воды на поверхности. Марсоходы обнаружили большое количество водяного льда под поверхностью, и ученые считают, что там может быть жидкая вода. Недостаток воды добавляет препятствий, которые инженеры должны преодолеть для того, чтобы изучить, и впоследствии колонизировать, Красную планету.

 

У Меркурия, как и у нашей планеты, есть магнитное поле. До полета космического корабля Маринер-10 в 1974 году, никто из ученых не знал о его наличии.

Магнитное поле Меркурия

Оно составляет около 1,1% от Земного. Многие астрономы в то время предполагали, что это поле реликтовое, то есть оставшееся от ранней истории. Информация с космического корабля MESSENGER полностью опровергла эту догадку и теперь астрономы знают, что динамо-эффект в ядре Меркурия несет ответственность за возникновение.

Оно образуется динамо-эффектом движущегося в ядре расплавленного железа. Магнитное поле является дипольным, как на и Земле. Это означает, что у него есть северный и южный магнитные полюса. MESSENGER не нашел доказательств существования аномалий в виде пятен, это свидетельствует о том, что оно создается в ядре планеты. Ученые до недавнего времени думали, что ядро Меркурия остыло до такой степени, что она больше не может вращаться.

Об этом говорили трещины по всей поверхности, которые были вызваны охлаждением ядра планеты и последующим его воздействием на кору. Поле достаточно сильное, чтобы отклонять солнечный ветер, создавая магнитосферу.

Магнитосфера

Она захватывает плазму солнечного ветра, что способствует выветриванию поверхности планеты. Маринер-10 обнаружил низкую энергию плазмы и всплески энергичных частиц в хвосте, указывающие на динамические эффекты.

MESSENGER обнаружил много новых деталей, таких как таинственные утечки магнитного поля и магнитные торнадо. Эти торнадо представляют собой витые пучки, которые идут от планетарного поля и соединяются в межпланетном пространстве. Некоторые из этих торнадо могут иметь размер от 800 км в ширину до трети радиуса планеты. Магнитное поле  отличается асимметрией. Космический аппарат MESSENGER обнаружил, что центр поля смещен почти на 500 км севернее от оси вращения Меркурия.

Из-за этой асимметрии, южный полюс Меркурия меньше защищен и подвержен гораздо большему облучению агрессивными солнечными частицами, нежели северный полюс.

Венера имеет магнитное поле, которое, как известно, невероятно слабо. Ученые до сих пор не уверены почему это так. Планета известна в астрономии как двойник Земли.

Она имеет такой же размер и примерно аналогичное расстояние от Солнца. Она также является единственной из других планет внутренней Солнечной системы, которая имеет значительную атмосферу. Однако отсутствие сильной магнитосферы указывает на существенные различия между Землей и Венерой.

 

Общее строение планеты

Венера как и все остальные внутренние планеты Солнечной системы — скалистая.

Ученые не очень много знают о формировании этих планет, но основываясь на данных, полученных с космических зондов, они сделали некоторые догадки. Мы знаем, что внутри Солнечной системы были столкновения планетазималей богатых железом и силикатами. Эти столкновения создали молодые планеты, с жидкими ядрами и хрупкой молодой корой состоящей из силикатов. Однако большая загадка заключается в развитии железного ядра.

Мы знаем, что одной из причин образования сильного магнитного поля Земли является то, что железное ядро работает как динамо машина.

Почему у Венеры нет магнитного поля?

Это магнитное поле защищает нашу планету от сильного солнечного излучения. Однако это не происходит на Венере и есть несколько гипотез объясняющих это. Во-первых, ядро ее  полностью затвердело. Ядро Земли по-прежнему частично расплавлено и это позволяет ему производить магнитное поле. Другая теория гласит, что это связано с тем, что планета не имеет тектоники плит, как Земля.

Когда космические аппараты ее исследовали, они обнаружили, что магнитное поле Венеры существует и в несколько раз слабее чем у Земли, однако, солнечное излучение оно отклоняет.

Ученые теперь полагают, что поле, на самом деле, является результатом работы ионосферы Венеры, взаимодействующей с солнечным ветром. Это означает, что планета имеет индуцированное магнитное поле. Однако подтвердить это дело будущих миссий.

 

В статье взяты материалы с сайта: http://spacegid.com

 

 

 

следите за новостями!

 

Солнечное динамо. Большая российская энциклопедия

Природные процессы, явления внутри небесных тел или в космическом пространстве

Со́лнечное дина́мо, физический процесс, обусловливающий формирование и изменения во времени солнечных магнитных полей (солнечный магнетизм), включая 11-летний цикл солнечной активности (цикл Швабе). Солнечные магнитные поля генерируются благодаря взаимодействию течений солнечной плазмы, имеющей высокую электрическую проводимость, с магнитными полями, существующими в области течения. Физической сутью солнечного динамо является переход кинетической энергии движения плазмы в магнитную энергию благодаря комплексу электромагнитных и механических процессов, среди которых важнейшую роль играет электромагнитная индукция. При движении солнечной плазмы в магнитном поле благодаря электромагнитной индукции возникает электрический ток, который в свою очередь создаёт новое магнитное поле.

Солнечное динамо является частным случаем гидромагнитного динамо, которое действует не только на Солнце, но и в дисках спиральных галактик, звёздах, Земле (геодинамо), планетах и т. д. Различные виды динамо имеют свою специфику, поскольку очень разнообразны физические условия в этих небесных телах. Начиная с рубежа 20–21 вв. динамо воспроизводят в лабораторных условиях (см., например: Соколов. 2014).

Термин «динамо» отражает глубокую аналогию между процессами, протекающими в небесных телах при формировании их магнитных полей и в динамо-машине, которая присутствует в самых разнообразных технических устройствах (именно динамо-машины на электростанциях вырабатывают электрический ток). По сложившейся традиции, этот термин часто употребляют в расширенном значении – по отношению не только к процессу, но и к самому движению проводящей среды.

Модель солнечного динамо требуется не столько для объяснения самого факта существования магнитного поля Солнца, сколько для объяснения характера его изменений во времени. Из современных теоретических представлений и наблюдательных данных гелиосейсмологии следует, что внутри Солнца существует область, состоящая из хорошо проводящей плазмы и вращающаяся как твёрдое тело. Согласно законам электродинамики, магнитное поле в такой области может существовать без значительного затухания на протяжении времени, сопоставимого с возрастом Солнца. Возможно, такая компонента солнечного магнитного поля действительно присутствует (т. н. реликтовое магнитное поле), однако она не может обеспечивать поверхностную магнитную активность Солнца, в том числе солнечный цикл, поскольку в ходе этого цикла магнитное поле Солнца меняет знак каждые 11 лет (правило полярности Хейла).

Идея о том, что формирование магнитного поля Солнца может быть обусловлено только электромагнитной индукцией, была высказана Дж. Лармором в 1919 г. (Larmor. 1920), т. е. практически сразу же после обнаружения магнитного поля солнечных пятен в первом десятилетии 20 в. Основной трудностью в физической реализации идеи Лармора является то, что по правилу Ленца, магнитное поле, порождаемое электромагнитной индукцией в движущемся контуре, направлено противоположно исходному магнитному полю. Поэтому для реализации динамо необходимо использовать как минимум два электрических контура, так, чтобы индукция первого контура усиливала магнитное поле во втором контуре, а индукция второго контура – в первом. Очевидно, что движение проводящей среды, которое может обеспечить подобный процесс, должно быть достаточно сложным.

Первая реалистичная схема движения плазмы в условиях Солнца была предложена в 1955 г. Ю. Паркером (Parker. 1955). Он заметил, что во вращающемся теле со стратификацией плотности (т. е. плотность которого меняется с расстоянием от центра) из-за действия силы Кориолиса конвекция и турбулентность становятся зеркально-асимметричными, т. е. среднее число лево- и правовращающихся конвективных или турбулентных вихрей становится различным. Это означает, что при описании солнечной конвекции и турбулентности приходится использовать псевдоскалярные величины, знак которых зависит от того, какая система координат используется – правая или левая. При отражении в зеркале правая система координат переходит в левую, левовращающиеся вихри – в правовращающиеся, а псевдоскалярные величины меняют знак.

Предложенное Паркером объяснение зеркальной асимметрии движений солнечной среды как результата действия силы Кориолиса не является единственным. Зеркальная асимметрия может возникать и в результате воздействия на среду магнитной силы (которая является следствием действия силы Лоренца). В этом случае зеркальная асимметрия возникает у крупномасштабных движений среды (т. н. динамо Бэбкока – Лейтона). В настоящее время считается, что этот механизм играет более важную роль на Солнце, чем действие силы Кориолиса.

Наличие псевдоскалярных величин приводит к возникновению в уравнении электромагнитной индукции членов, описывающих рост и последующие осцилляции магнитного поля во времени. Как правило, различие в среднем числе лево- и правовращающихся вихрей невелико (порядка 10%), однако оно позволяет получить компоненту электрического тока, которая параллельна (а не перпендикулярна, как обычно) магнитному полю. Это, в свою очередь, позволяет вопреки правилу Ленца получить растущее магнитное поле.

Паркер пользовался интуитивными, но, как показало дальнейшее развитие науки, качественно правильными аргументами. Теоретическая база для описания динамо в астрофизических объектах была разработана в 1965 г. М. Штеенбеком, Ф. Краузе и К.-Х. Редлером (ГДР). В их работах вводятся понятия среднего магнитного поля, среднего тока и других средних величин, под которыми подразумеваются величины, усреднённые по флуктуациям движения среды. Для этих средних величин выводятся уравнения электродинамики средних полей, из которых следует, что у среднего электрического тока возникает компонента, параллельная среднему магнитному полю. Это явление получило название альфа-эффекта.

Рис. 1. «Восьмёрка Зельдовича». Замкнутая петля магнитного поля растягивается вдвое, далее складывается в «восьмёрку», и обе половины «восьмёрки» накладываются друг на друга с переворотом. Диссипация превращает эти два витка в один, несущий увеличенный магнитный поток.Двумя другими идеями, на которых основана теория солнечного динамо, являются: 1) восходящее к работам Х.  Альвена представление о вмороженности полного (а не среднего) магнитного поля в движущуюся, хорошо проводящую среду; 2) объяснение роста магнитного потока несмотря на вмороженность магнитного поля. Последнее объяснение было предложено Я. Б. Зельдовичем и иллюстрируется «восьмёркой Зельдовича»: замкнутая петля магнитного поля растягивается вдвое, далее складывается в «восьмёрку» и две части «восьмёрки» накладываются друг на друга с переворотом так, чтобы магнитные потоки в этих частях складывались, а не вычитались (рис. 1). При этом диссипативные процессы сглаживают мелкие детали пространственного распределения магнитного поля.

Рис. 2. Формирование тороидального магнитного поля Солнца из полоидального вследствие дифференциального вращения Солнца: (а) наружные отрезки силовых линий исходного полоидального поля, проходящих сквозь конвективную зону Солнца и выходящих в атмосферу; (б) силовые линии формируемого тороидального поля в конвективной зоне.Основанное на этих идеях объяснение работы солнечного динамо выглядит следующим образом. Магнитное поле представляется в виде векторной суммы двух компонент – полоидальной, лежащей в плоскости солнечного меридиана (и подобной магнитному полю магнитного диполя), и тороидальной, направленной вдоль солнечной параллели. Неоднородное (дифференциальное) вращение Солнца формирует («вытягивает» в силу вмороженности) тороидальную компоненту магнитного поля из полоидальной (рис. 2). Далее, восходящие и нисходящие конвективные потоки солнечного вещества приводят к образованию изгибов или петель силовых линий магнитного поля (рис. 3, а, б) с последующим поворотом этих петель вследствие действия силы Кориолиса на поток (рис. 3, б в). В результате из тороидального магнитного поля снова образуется полоидальное (рис. 3, г).

Рис. 3. Восстановление полоидального магнитного поля из тороидального вследствие альфа-эффекта.

Рис. 4. Выход магнитных петель на поверхность Солнца, приводящий к образованию групп солнечных пятен. Буквами «г» и «х» обозначены соответственно головное (ведущее) и хвостовое (ведомое) пятна группы. Горизонтальная стрелка показывает направление вращения Солнца.Образующиеся в ходе этого процесса петли магнитных силовых линий могут выходить на поверхность Солнца и приводить к образованию групп солнечных пятен (рис. 4). Рис. 3 иллюстрирует локальный процесс, приводящий к образованию полоидальной компоненты магнитного поля. В каждом из таких локальных процессов образующиеся компоненты поля могут иметь разные направления (другими словами, альфа-эффект может иметь разные знаки). Общее полоидальное поле создаётся ансамблем большого числа движущихся элементарных объёмов вещества, часть которых даёт альфа-эффект одного знака, часть – другого. Результирующее поле образуется как средний эффект этих процессов.

Тот же самый процесс можно описать, оперируя понятием электрического тока, а не силовых линий магнитного поля. Можно себе представить, что полоидальное и тороидальное магнитные поля созданы электрическими токами двух замкнутых проводящих контуров. При этом магнитное поле каждого из контуров вследствие электромагнитной индукции усиливает электрический ток во втором контуре и, следовательно, приводит к увеличению его магнитного поля. Подобное взаимное усиление магнитных полей двух контуров позволяет обойти запрет на рост магнитного поля в силу правила Ленца. Как видно из рис. 3, г, полоидальная компонента магнитного поля, полученная из тороидальной, порождается компонентой электрического тока, которая образовалась в результате этого процесса и направлена вдоль исходного тороидального магнитного поля (это и есть альфа-эффект).

В настоящее время альфа-эффект измерен в лабораторных условиях в Институте механики сплошных сред Уральского отделения РАН (Пермь) (см., например: Соколов. 2014).

Уравнения, описывающие солнечное динамо, при подходящем выборе параметров задачи имеют решения в виде волн квазистационарного магнитного поля, бегущих от средних широт к солнечному экватору (динамо-волны). Изображение этих волн на широтно-временной диаграмме похоже на баттерфляй-диаграмму солнечных пятен, описывающую структуру цикла Швабе солнечной активности и правило полярности Хейла. Если пренебречь влиянием магнитного поля на движение плазмы (кинематическое приближение), то амплитуда магнитного поля, осциллируя, экспоненциально растёт со временем. Учёт влияния магнитного поля на движение (прежде всего, альфа-эффекта) позволяет получить стационарные бегущие волны.

Для достижения количественного соответствия между моделями солнечного динамо и данными наблюдений необходимо учесть ряд других физических эффектов, дополняющих работу основного механизма динамо, – прежде всего, меридиональную циркуляцию солнечного вещества.

Описание работы солнечного динамо на языке электродинамики средних полей не является единственным возможным. Методы современной вычислительной физики позволяют избежать усреднения магнитного поля по ансамблю конвективных вихрей и работать непосредственно с полным магнитным полем, не вводя представление об альфа-эффекте и другие представления электродинамики средних полей. При этом модели солнечного динамо различных уровней детальности дополняют друг друга, раскрывая различные стороны этой сложной задачи.

Работа динамо происходит в глубине Солнца – области недоступной прямым наблюдениям. Поэтому сопоставление модельных параметров и параметров, доступных наблюдению, является сложной задачей. В частности, очень трудно непосредственное измерение различных коэффициентов переноса, входящих в уравнения динамо, хотя в этой области в настоящее время наблюдается существенный прогресс (Степанов. 2019).

Представления о природе магнитных полей других небесных тел во многом сформировались под влиянием теории солнечного динамо (Соколов. 2014; Степанов. 2019).

Соколов Дмитрий Дмитриевич

Дата публикации:  19 мая 2022 г. в 19:10 (GMT+3)

Постоянное магнитное поле — онлайн справочник для студентов

1. Свойства магнитного поля
2. Магнитное поле движимого заряда. Магнитная постоянная. Виток с током. Принцип суперпозиции

Магнитное поле это одно из разновидностей (форм) электромагнитного поля, воздействующего на движимые поля с электрозарядом или намагниченные тела в любом состоянии.

Источники магнитного поля — это постоянные электротоки, движущиеся электрозаряды, намагниченные тела и переменные электрополя. Постоянное магнитное поле исходит от постоянных токов.

Свойства магнитного поля

В прошлом, когда еще только искали ответы на вопросы, чем создаётся магнитное поле и каковы его свойства, как образуется магнитное поле и в чем его особенности, исследователи заметили интересную закономерность: в намагниченных брусках есть полюса, в зоне которых свойства проявляются с наивысшей силой. Кроме того, было обнаружено, что два полюса совершенно разные, причем однотипные отталкиваются, а противоположные – притягиваются.

Гильберт озвучил идею о том, что существуют «магнитные заряды», а Кулон продолжил ее, проведя множество опытов и придя к заключению, что магнитное поле обладает силой, с которой поле и воздействует на заряд. Сила стала единицей измерения и основной характеристикой магнита.

Единица силы равняется усилиям, с которыми поле воздействует на заряд, принятый за единицу. Кулон высказался о различии между определенными явлениями в физике и магнетизме. Они отличаются тем, что электрические заряды поддаются разделению, в результате чего можно получить два тела с избыточным количеством положительных или отрицательных зарядов, а вот разделить полюса магнита так, чтобы в результате получились тела с разными полюсами, каждое из которых только с одним из зарядов — невозможно. Поскольку сам магнит разделить по зарядам не получается, Кулоном был сделан вывод о том, что, видимо, наличие противоположных зарядов заложено на уровне элементарных частиц.

Таким образом, было определено, что магнит – это тело, состоящее из однородного вещества, каждая частица которого — своего рода микромагнит с двумя противоположными полюсами.

Соответственно, процесс намагничивания тела — это переориентация его микромагнитов под влиянием магнитного поля извне. Под влиянием магнитных полей и с их помощью происходит взаимодействие токов.

Эрстед, ища ответ на вопрос, как обнаружить магнитное поле, определил, что оно создается только при наличии тока, активизируется током и играет роль ориентирующей силы для магнитной стрелки. Он расположил проводник с током над вращающейся магнитной стрелкой. Далее включался ток и стрелка начинала поворачиваться перпендикулярно проволоке, потом ток менялся на противоположный и стрелка переориентировалась противоположно.

Данный опыт продемонстрировал, что у магнитного поля есть направление. Поскольку направление является векторной величиной, числу направления магнитного поля дали название магнитная индукция и обозначили символом В со стрелкой над ним. Вектор магнитной индукции аналогичен вектору напряженности для электрополя. Аналогичным для вектора смещения для магнитного поля будет вектор напряженности магнитного поля.

Воздействие магнитного поля касается только движущегося электрического заряда. Собственно, магнитное поля и образуется движущимися электрозарядами.

Магнитное поле движимого заряда. Магнитная постоянная. Виток с током. Принцип суперпозиции

Каждый проводник, пропускающий ток, порождает вокруг себя магнитное поле. Электрический ток является организованное движением электрических зарядов. В связи со всем этим можно утверждать, что любой движущийся в вакууме или среде электрический заряд инициирует создание вокруг себя электрического поля. Учитывая полученные данные и обобщив их, был найден закон, позволяющий определить значение магнитного поля.

Магнитное поле электрозаряда, если заряд движется с неизменной скоростью, рассчитывается следующим образом:

Формула магнитной индукции элемента в системе СИ:

Магнитная постоянная получила еще название магнитная проницаемость вакуума. Чему равна магнитная постоянная? Ее численное значение обусловлено определением ампера, а также проистекает из единицы силы электротока – одной из ключевых единиц СИ.

Как узнать направление магнитного поля вокруг проводника с током, если его организовать в виде круглого витка? Если разбить виток на несколько небольших частей, то по каждой из них будет проходить ток, соответственно вокруг каждой возникнет магнитное поле, направление которого можно просчитать, исходя из того, что линии магнитного поля, окружающие каждую из получившихся частей витка, направляются изнутри витка наружу, а снаружи витка – внутрь.

Для магнитного поля работает принцип суперпозиции, который заключается в том, что если поле образуется сразу несколькими зарядами, то силы, действующие на тестовый заряд, будут равны сложению векторов, а исходя из этого напряженность системы зарядов в определенной точке поля будет равняться сумме векторов напряженности полей каждого отдельно взятого заряда.

Учитывая, что линии полей каждой отдельной зоны внутри витка направлены в одну сторону – внешнюю, то и общее магнитное поле всередине витка будет направляться в ту же сторону – внешнюю.

Если в центре витка разместить магнитную стрелку, она сможет указать направление линий магнитного поля по оси витка. Изменение тока влечет за собой изменение направления магнитных линий.

Магнитное поле Земли: объяснение | Space

Когда вы покупаете по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот как это работает.

Магнитное поле Земли генерируется глубоко внутри Земли и распространяется в космос. (Изображение предоставлено Elen11 через Getty Images.)

Магнитное поле Земли, также известное как геомагнитное поле, генерируется внутри нашей планеты и распространяется в космос, создавая область, известную как магнитосфера.

Без магнитного поля жизнь на Земле в известном нам виде была бы невозможна, так как оно ограждает всех нас от постоянной бомбардировки заряженными частицами, испускаемыми

солнцем — солнечным ветром. (Чтобы узнать, что происходит с планетой, когда она теряет свое магнитное поле, достаточно взглянуть на Марс.)

Земля имеет два набора полюсов: географический полюс и магнитный полюс. Магнитное поле Земли можно визуализировать, если представить себе большой стержневой магнит внутри нашей планеты, примерно выровненный с земной осью. Каждый конец магнита расположен относительно близко (около 10 градусов) к географическим северному и южному полюсам. Линии невидимого магнитного поля Земли движутся по замкнутой непрерывной петле и почти вертикальны на каждом магнитном полюсе.

Связанный: Событие Кэррингтона: величайшая солнечная буря в истории

Географические точки, где сходятся линии долготы согласно ГИС География (открывается в новой вкладке). Географический Северный полюс расположен посреди Северного Ледовитого океана, а географический Южный полюс находится в Антарктиде.

Магнитные полюса расположены там, где магнитные линии притяжения входят в Землю. Северный магнитный полюс, также известный как Северный полюс погружения, в настоящее время находится на острове Элсмир в Северной Канаде. Когда магнитный компас указывает на север, он выравнивается с магнитным полем Земли и указывает на Северный магнитный полюс, а не на Северный географический полюс, который на самом деле находится примерно в 310 милях (500 километров) согласно Географии ГИС!

Линии магнитного поля Земли движутся по непрерывным замкнутым петлям. (Изображение предоставлено VectorMine через Getty Images)

(открывается в новой вкладке)

И чтобы еще больше запутать ситуацию, то, что мы называем Северным магнитным полюсом, на самом деле является южным магнитным полюсом… потерпите меня в этом. Источники магнитного поля диполярны, то есть имеют северный и южный полюса. А когда дело доходит до магнитов, противоположные полюса (N и S) притягиваются, а другие полюса (N и N, S и S) отталкиваются. Поэтому, когда компас указывает на север, он на самом деле притягивается к южному магнитному полюсу, который находится недалеко от географического северного полюса, согласно веб-сайту часто задаваемых вопросов физика Кристофера Бэрда (открывается в новой вкладке) «Удивительные вопросы с неожиданными ответами».

В отличие от географических полюсов, магнитные полюса Земли не фиксированы и имеют тенденцию со временем блуждать. Согласно антарктическому туристическому сайту Antarctic Logistics, британский полярный исследователь Джеймс Кларк Росс впервые обнаружил Северный магнитный полюс на полуострове Бутис на территории канадского Нунавута в 1831 году. По данным Королевских музеев Гринвича, с момента своего открытия северный магнитный полюс перемещается примерно на 25 миль (40 километров) в год в северо-западном направлении . Более того, магнитные полюса Земли также «перевернулись», в результате чего север стал югом, а юг — севером. Эти перевороты магнитного поля происходят с нерегулярными интервалами каждые 200 000 лет или около того.

Что вызывает магнитное поле Земли?

Магнитное поле Земли генерируется так называемым процессом геодинамо. По данным National Geographic , для того чтобы планета генерировала собственное магнитное поле в процессе геодинамо, она должна обладать следующими характеристиками:

• Планета вращается достаточно быстро
• Внутри нее должна быть жидкая среда  
• Внутренняя жидкость должна обладать способностью проводить электричество
• Ядро должно иметь внутренний источник энергии, который приводит в движение конвекционные потоки внутри жидкости.

Генерация магнитного поля Земли происходит глубоко внутри Земли, в слое, известном как внешнее ядро, если быть точным. По данным Геологической службы США , здесь конвективная энергия медленно движущегося расплавленного железа преобразуется в электрическую и магнитную энергию. Затем магнитное поле индуцирует электрические токи, которые, в свою очередь, генерируют собственное магнитное поле, которое индуцирует больше электрических токов в петле положительной обратной связи.

Как магнитное поле защищает Землю?

Магнитосфера Земли помогает защитить Землю от вредной космической погоды. (Изображение предоставлено: MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY через Getty Images)

Наш защитный магнитный «пузырь», известный как магнитосфера, защищает нас от вредной космической погоды, такой как солнечный ветер. Без магнитосферы солнечный ветер разрушил бы нашу атмосферу, лишив нашу планету живительного воздуха, которым мы дышим.

По данным НАСА , магнитосфера также защищает Землю от большого количества излучения частиц, испускаемого во время событий выброса корональной массы (CME), а также от космических лучей — фрагментов атомов — падающих на Землю дождем из Глубокий космос. Магнитосфера отталкивает вредную энергию от Земли и удерживает ее в зонах, называемых радиационными поясами Ван Аллена. Эти радиационные пояса в форме пончика могут увеличиваться, когда солнечная активность увеличивается.

Но наш защитный щит не совсем непобедим.

Сообщения по теме:

Во время особенно сильных явлений космической погоды, таких как сильный солнечный ветер или крупные корональные выбросы, магнитное поле Земли нарушается, и геомагнитные бури могут проникать в магнитосферу и приводить к массовым отключениям радио- и энергоснабжения, а также подвергать опасности астронавтов и жителей Земли. орбитальные спутники.

В 1859 году сильная солнечная буря, известная как Кэррингтонское событие, вызвала массовые отказы телеграфной системы, а в 1989, CME сопровождал солнечных вспышек и погрузил всю провинцию Квебек, Канада, в электрическое отключение, которое длилось около 12 часов, согласно заявлению НАСА .

Степень магнитного возмущения от КВМ зависит от магнитного поля КВМ и Земли. Если магнитное поле CME выровнено с полем Земли, направленное с юга на север, CME пройдет мимо с небольшим эффектом. Однако, если CME ориентирован в противоположном направлении, это может привести к реорганизации магнитного поля Земли , вызывая сильные геомагнитные бури.

Менее разрушительным и гораздо более красивым побочным эффектом возмущений магнитосферы является полярное сияние над полярными регионами Земли. Это явление известно как северное сияние (Aurora Borealis) в Северном полушарии и Южное сияние (Aurora australis) в Южном полушарии.

Возмущения в магнитном поле Земли направляют ионы вниз к полюсам Земли, где они сталкиваются с атомами кислорода и азота в земной атмосфере , создавая ослепительные световые шоу северного сияния.

КВМ могут вызвать сильные геомагнитные бури, которые приводят к впечатляющим полярным сияниям, подобным этому, изображенному на Аляске. (Изображение предоставлено: Noppawat Tom Charoensinphon через Getty Images)

(открывается в новой вкладке)

Инверсия магнитных полюсов

По данным Science Daily (открывается в новой вкладке), только за последние 200 миллионов лет магнитные полюса Земли поменялись местами сотни раз раз в процессе, когда север становится югом, а юг становится севером.

По данным НАСА, магнитные полюса переворачиваются примерно каждые 200 000–300 000 лет , хотя с момента последнего переворота прошло более чем в два раза больше времени. Последнее переворот магнитного поля Земли произошло приблизительно 79 лет назад.0000 лет назад, так что мы скорее запоздали с другим. Но не волнуйтесь, магнитные полюса не поменяются за одну ночь, на смену полюсов могут уйти сотни или даже тысячи лет.

Магнитные поля других планет

Земля — не единственная планета в Солнечной системе, обладающая магнитным полем. Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун демонстрируют магнитные поля, намного более сильные, чем у Земли, по данным Университета Юнион , хотя основные механизмы, управляющие этими магнитными полями, еще не полностью поняты.

Не каждой планете повезло иметь защитный магнитный слой. У Марса нет ни достаточного внутреннего тепла, ни жидкой внутренней части, необходимой для создания магнитного поля. Венера, с другой стороны, имеет жидкое ядро, но вращается недостаточно быстро, чтобы создать магнитное поле.

Дополнительные ресурсы

Если вы хотите узнать больше о том, как ученые исследуют внутреннюю часть нашей планеты и близлежащую космическую среду, даже не отрываясь от земли, ознакомьтесь с этими ресурсами (открывается в новой вкладке) Геологической службы США. Узнайте больше о магнитном поле Земли из этого короткого видео от Arbor Scientific (откроется в новой вкладке). Более подробно изучите магнитные и географические полюса в рамках Австралийской антарктической программы (откроется в новой вкладке).

Библиография

Baird, CS (15 ноября 2013 г.). Почему магнитный компас указывает на географический северный полюс? Научные вопросы с неожиданными ответами. Получено 4 июля 2022 г. с сайта www.wtamu.edu/~cbaird/sq/2013/11/15/why-does-a- Magnetic-compass-point-to-the-geographic-north-pole/ (открывается в новом вкладка)

Буис, А. (3 августа 2021 г.). Магнитосфера Земли: защита нашей планеты от вредной космической энергии – изменение климата: жизненно важные признаки планеты. НАСА. Получено 4 июля 2022 г. с сайта www.climate.nasa.gov/news/3105/earths-magnetosphere-protecting-our-planet-from-harmful-space-energy/ (открывается в новой вкладке)

Есть ли у других планет магнитные поля, как у нашей Земли? Союзный университет. Получено 4 июля 2022 г. с сайта www.uu.edu/dept/physics/scienceguys/2004Sept.cfm (открывается в новой вкладке)

Интерьер Земли. Национальное географическое общество. Получено 4 июля 2022 г. с сайта www.education.nationalgeographic.org/resource/core (открывается в новой вкладке)

Fox, KC (9 июня 2015 г.). Новый инструмент может отслеживать космическую погоду за 24 часа до достижения Земли. НАСА. Получено 4 июля 2022 г.

с сайта www.nasa.gov/feature/goddard/new-tool-could-track-space-weather-24-hours-before-reaching-earth (открывается в новой вкладке)

Магнитный север против географического (истинного) северного полюса. География ГИС. (27 мая 2022 г.). Получено 4 июля 2022 г. с сайта www.gisgeography.com/ Magnetic-north-vs-geographic-true-pole/ (открывается в новой вкладке)

НАСА. (30 ноября 2011 г.). 2012: Инверсия магнитного полюса происходит все (геологическое) время. НАСА. Получено 4 июля 2022 г. с сайта www.nasa.gov/topics/earth/features/2012-poleReversal.html (открывается в новой вкладке)

Odenqald, S. (13 марта 2009 г.). День, когда солнце принесло тьму. НАСА. Получено 4 июля 2022 г. с https://www.nasa.gov/topics/earth/features/sun_darkness.html (открывается в новой вкладке)

РМГ. Экспедиция Джона и Джеймса Кларков Росс по Северо-Западному проходу 1829–1833 гг. Королевские музеи Гринвича. Получено 4 июля 2022 г. с сайта www.rmg.co.uk/stories/topics/john-james-clarke-ross-north-west-passage-expedition-1829-33 (открывается в новой вкладке)

ScienceDaily. (28 декабря 2009 г.). Пока мир вращается: жидкое внешнее ядро ​​Земли медленно «перемешивается» серией волн длиной в десятилетия. ScienceDaily. Получено 4 июля 2022 г. с сайта www.sciencedaily.com/releases/2009/12/091223222743.htm (открывается в новой вкладке)

Сэр Джеймс Кларк Росс. Антарктическая логистика и экспедиции. Получено 4 июля 2022 г. с сайта www.antarctic-logistics.com/2010/08/28/sir-james-clark-ross/ (открывается в новой вкладке)

USGS. Как ядро ​​Земли генерирует магнитное поле? USGS. Получено 4 июля 2022 г. с сайта www.usgs.gov/faqs/how-does-earths-core-generate- Magnetic-field (открывается в новой вкладке)

.

Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].

Дейзи Добриевич присоединилась к Space.com в феврале 2022 года в качестве справочного автора, ранее работавшего штатным автором в нашем сестринском журнале All About Space. Прежде чем присоединиться к нам, Дейзи прошла редакционную стажировку в журнале BBC Sky at Night Magazine и работала в Национальном космическом центре в Лестере, Великобритания, где ей нравилось знакомить общественность с космической наукой. В 2021 году Дейзи защитила докторскую диссертацию по физиологии растений, а также имеет степень магистра наук об окружающей среде. В настоящее время она живет в Ноттингеме, Великобритания.0003

Vital Signs of the Planet

Магнитосфера Земли, как бы она выглядела, если бы у нас были «очки магнитного поля». Форма создается взаимодействием солнечного ветра с собственным магнитным полем Земли. Предоставлено: Калифорнийский университет Риджентс

Алан Буис,
Лаборатория реактивного движения НАСА

Среди четырех скалистых планет в нашей Солнечной системе можно сказать, что «магнитная» индивидуальность Земли вызывает зависть у ее межпланетных соседей.

В отличие от Меркурия, Венеры и Марса, Земля окружена огромным магнитным полем, называемым магнитосферой. Созданная мощными динамическими силами в центре нашего мира, наша магнитосфера защищает нас от эрозии нашей атмосферы солнечным ветром (заряженные частицы, которые наше Солнце постоянно извергает в нас), эрозии и излучения частиц от выбросов корональной массы (массивные облака энергетических намагниченная солнечная плазма и излучение), а также космические лучи из дальнего космоса. Наша магнитосфера играет роль привратника, отталкивая эту нежелательную энергию, вредную для жизни на Земле, удерживая большую ее часть на безопасном расстоянии от поверхности Земли в двойных зонах в форме пончиков, называемых поясами Ван Аллена.

Воздействие космической погоды. 1 кредит

Но магнитосфера Земли не является идеальной защитой. Изменения солнечного ветра могут нарушить его, что приведет к «космической погоде» — геомагнитным бурям, которые могут проникать в нашу атмосферу, угрожая космическим кораблям и астронавтам, нарушая работу навигационных систем и нанося ущерб энергосистемам. С положительной стороны, эти бури также производят эффектное северное сияние на Земле. Солнечный ветер создает временные трещины в щите, позволяя некоторой энергии ежедневно проникать на поверхность Земли. Однако, поскольку эти вторжения кратковременны, они не вызывают серьезных проблем.

Это изображение красочного полярного сияния было получено в Дельта-Джанкшн, Аляска, 10 апреля 2015 года. Все полярные сияния создаются энергичными электронами, которые падают дождем из магнитного пузыря Земли и взаимодействуют с частицами в верхних слоях атмосферы, создавая светящиеся огни, которые тянутся через небо. Предоставлено: Изображение предоставлено Себастьяном Саарлоосом.

Получить новости НАСА об изменении климата: Подписаться на информационный бюллетень »

Поскольку силы, генерирующие магнитное поле Земли, постоянно меняются, само поле также находится в постоянном движении, его сила то растет, то ослабевает со временем. Это приводит к тому, что положение северного и южного магнитных полюсов Земли постепенно смещается и полностью меняется примерно каждые 300 000 лет или около того. Вы можете узнать, почему изменения и сдвиги полярности магнитного поля не влияют на климат во временных масштабах человеческой жизни и не являются причиной недавнего наблюдаемого потепления Земли 9.0137 здесь .

Запущенная в ноябре 2013 года Европейским космическим агентством (ЕКА) группировка из трех спутников Swarm позволяет по-новому взглянуть на работу глобального магнитного поля Земли. Магнитное поле, создаваемое движением расплавленного железа в ядре Земли, защищает нашу планету от космического излучения и заряженных частиц, испускаемых нашим Солнцем. Он также обеспечивает основу для навигации с помощью компаса.

Основанное на данных Swarm, верхнее изображение показывает среднюю напряженность магнитного поля Земли на поверхности (измеряемую в нанотеслах) в период с 1 января по 30 июня 2014 года. Второе изображение показывает изменения этого поля за тот же период. Хотя цвета на втором изображении такие же яркие, как и на первом, обратите внимание, что самые большие изменения были плюс-минус 100 нанотесла в поле, которое достигает 60 000 нанотесла. Предоставлено: Европейское космическое агентство/Технический университет Дании (ESA/DTU Space).

Чтобы понять силы, управляющие магнитным полем Земли, сначала нужно очистить четыре основных слоя земной «луковицы» (твердой Земли):

1. Кора, в которой мы живем, составляет около 19 миль (31 километров) в среднем на суше и около 3 миль (5 километров) на дне океана.
2. Мантия, горячая вязкая смесь расплавленной породы толщиной около 1800 миль (2900 километров).
3. Внешнее ядро ​​толщиной около 1400 миль (2250 километров), состоящее из расплавленного железа и никеля.
4. Внутреннее ядро, твердая сфера толщиной примерно 759 миль (1221 км) из железа и никеля, примерно такая же горячая, как поверхность Солнца.

Внутренняя структура Земли: плотное твердое металлическое ядро, вязкое металлическое внешнее ядро, мантия и силикатная кора. Кредит: НАСА

Почти все геомагнитное поле Земли создается в жидком внешнем ядре. Подобно кипящей воде в печи, конвективные силы (которые перемещают тепло из одного места в другое, обычно через воздух или воду) постоянно взбивают расплавленные металлы, которые также закручиваются водоворотами, движимыми вращением Земли. Когда эта вращающаяся масса металла движется вокруг, она генерирует электрические токи шириной в сотни миль, которые текут со скоростью тысячи миль в час по мере вращения Земли. Этот механизм, отвечающий за поддержание магнитного поля Земли, известен как геодинамо.

Иллюстрация динамо-механизма, создающего магнитное поле Земли: конвекционные потоки жидкого металла во внешнем ядре Земли, приводимые в движение тепловым потоком из внутреннего ядра, организованные в рулоны силой Кориолиса, создают циркулирующие электрические токи, которые генерируют магнитное поле. Авторы и права: Эндрю З. Колвин, CC BY-SA 4.0, через Викисклад.

На поверхности Земли магнитное поле образует два полюса (диполь). Северный и южный магнитные полюса имеют противоположные положительные и отрицательные полярности, как стержневой магнит. Невидимые линии магнитного поля движутся по замкнутой непрерывной петле, втекая в Землю на северном магнитном полюсе и выходя на южном магнитном полюсе. Солнечный ветер сжимает форму поля на стороне Земли, обращенной к Солнцу, и растягивает его в длинный хвост на стороне, обращенной к ночи.

Изучение прошлого магнетизма Земли называется палеомагнетизмом. Прямые наблюдения магнитного поля ведутся всего несколько столетий назад, поэтому ученые полагаются на косвенные доказательства. Магнитные минералы в древних ненарушенных вулканических и осадочных породах, озерных и морских отложениях, потоках лавы и археологических артефактах могут выявить силу и направления магнитного поля, когда произошла инверсия магнитных полюсов и многое другое. Изучая глобальные свидетельства и данные со спутников и геомагнитных обсерваторий, а также анализируя эволюцию магнитного поля с помощью компьютерных моделей, ученые могут построить историю того, как поле менялось в течение геологического времени.

Простая визуализация магнитосферы Земли во время равноденствия. Авторы и права: Студия научной визуализации НАСА. Земля окружена системой магнитных полей, называемой магнитосферой. Магнитосфера защищает нашу родную планету от вредного солнечного и космического излучения, но она может менять форму в ответ на поступающую от Солнца космическую погоду. Предоставлено: Студия научной визуализации НАСА.

срединно-океанических хребтов Земли, где формируются тектонические плиты, предоставляют палеомагнетикам данные примерно на 160 миллионов лет назад. Поскольку лава постоянно извергается из хребтов, она растекается и остывает, а содержащиеся в ней богатые железом минералы выравниваются с геомагнитным полем, указывая на север. Как только лава остывает примерно до 1300 градусов по Фаренгейту (700 градусов по Цельсию), сила и направление магнитного поля в это время «вмораживаются» в скалу. Эта запись магнитного поля может быть обнаружена путем отбора проб и радиометрического датирования породы.

Исследования магнитного поля Земли раскрыли большую часть ее истории.

Магнитные полосы вокруг срединно-океанических хребтов раскрывают историю магнитного поля Земли на протяжении миллионов лет. Изучение прошлого магнетизма Земли называется палеомагнетизмом. 1 кредит

Например, мы знаем, что за последние 200 лет магнитное поле ослабло примерно на 9 процентов в среднем по миру. Тем не менее, палеомагнитные исследования показывают, что это поле на самом деле является самым сильным за последние 100 000 лет и в два раза превышает его среднее значение за миллион лет.

Мы также знаем, что в магнитосфере есть известное «слабое место», которое присутствует круглый год. Расположенная над Южной Америкой и южной частью Атлантического океана, Южно-Атлантическая аномалия (ЮАА) представляет собой область, где солнечный ветер проникает ближе к поверхности Земли. Он создается комбинированным влиянием геодинамо и наклона магнитной оси Земли. Хотя заряженные солнечные частицы и частицы космических лучей внутри САА могут поджарить электронику космического корабля, они не влияют на жизнь на поверхности Земли.

Мы знаем, что положение магнитных полюсов Земли постоянно меняется. С тех пор, как в 1831 году он был впервые точно обнаружен офицером британского Королевского флота и полярным исследователем сэром Джеймсом Кларком Россом, положение северного магнитного полюса постепенно сместилось на северо-северо-запад более чем на 600 миль (1100 километров), а его поступательная скорость увеличилась с примерно от 10 миль (16 километров) в год до примерно 34 миль (55 километров) в год.

Магнитное поле Земли действует как защитный щит вокруг планеты, отталкивая и улавливая заряженные частицы от Солнца. Но над Южной Америкой и южной частью Атлантического океана необычно слабое место в поле, называемое Южно-Атлантической аномалией, или ЮАА, позволяет этим частицам опускаться ближе к поверхности, чем обычно. В настоящее время SAA не оказывает видимого влияния на повседневную жизнь на поверхности. Однако недавние наблюдения и прогнозы показывают, что регион расширяется на запад и его интенсивность продолжает ослабевать. Южноатлантическая аномалия также представляет интерес для ученых НАСА, занимающихся изучением Земли, которые следят за изменениями магнитной силы там, как с точки зрения того, как такие изменения влияют на атмосферу Земли, так и как показатель того, что происходит с магнитными полями Земли глубоко внутри земного шара. Предоставлено: Студия научной визуализации НАСА.

Магнитные полюса Земли не совпадают с ее геодезическими полюсами, с которыми большинство людей более знакомы. Расположение геодезических полюсов Земли определяется осью вращения, вокруг которой вращается наша планета. Эта ось не вращается равномерно, как глобус на вашем столе. Вместо этого он слегка качается. Это приводит к тому, что положение истинного северного полюса со временем немного смещается. Этому блужданию способствуют многочисленные процессы на поверхности Земли и в ее недрах, но в первую очередь это связано с движением воды вокруг Земли. С тех пор, как начались наблюдения, положение оси вращения Земли сместилось в сторону Северной Америки примерно на 37 футов (12 метров), но не более чем на 7 дюймов (17 сантиметров) в год. Эти колебания не влияют на нашу повседневную жизнь, но их необходимо учитывать для получения точных результатов от глобальных навигационных спутниковых систем, спутников наблюдения Земли и наземных обсерваторий. Колебания могут рассказать ученым о прошлых климатических условиях, но они являются следствием изменений в континентальных запасах воды и ледяных щитов с течением времени, а не их причиной.

Северные полюса падения, наблюдаемые в период с 1831 по 2007 год, обозначены желтыми квадратами. Смоделированные положения полюсов с 1590 по 2020 год представляют собой круги, меняющиеся от синего до желтого. Наблюдаемые южные полюса падения в период с 1903 по 2000 год отмечены желтыми квадратами. Смоделированные положения полюсов с 1590 по 2020 год представляют собой круги, меняющиеся от синего до желтого. Кредит: NOAA/NCEI

Безусловно, самые драматические изменения, влияющие на магнитосферу Земли, — это инверсия полюсов. Во время инверсии полюсов северный и южный магнитные полюса Земли меняются местами. Хотя это может показаться чем-то большим, на самом деле смена полюсов в геологической истории Земли — обычное дело. Палеомагнитные записи, в том числе те, которые показывают изменения в напряженности магнитного поля, говорят нам, что магнитные полюса Земли менялись местами 183 раза за последние 83 миллиона лет и по крайней мере несколько сотен раз за последние 160 миллионов лет. Временные интервалы между обращениями сильно колебались, но в среднем составляют около 300 000 лет, причем последнее произошло около 780 000 лет назад. Ученые не знают, что влияет на частоту инверсий полюсов, но это может быть связано с конвекционными процессами в мантии Земли.

Положения Северного магнитного полюса Земли. Показанные полюса представляют собой наклонные полюса, определяемые как положения, в которых направление магнитного поля является вертикальным. Красными кружками отмечены положения магнитного северного полюса, определенные прямым наблюдением; синими кружками отмечены позиции, смоделированные с использованием модели GUFM (1590–1890 гг.) и модели IGRF-12 (1900–2020 гг.) с шагом в один год. Для 1890–1900 годов была выполнена гладкая интерполяция между двумя моделями. Смоделированные местоположения после 2015 года являются прогнозами. Предоставлено: Cavit, CC BY 4.0, через Викисклад.

При смене полюса магнитное поле ослабевает, но не исчезает полностью. Магнитосфера вместе с земной атмосферой по-прежнему продолжают защищать нашу планету от космических лучей и заряженных солнечных частиц, хотя небольшое количество твердых частиц может достигать поверхности Земли. Магнитное поле перемешивается, и на неожиданных широтах может появиться несколько магнитных полюсов.

Земля не всегда вращается вокруг оси, проходящей через ее полюса. Вместо этого он неравномерно колеблется с течением времени, дрейфуя в сторону Северной Америки на протяжении большей части 20-го века (зеленая стрелка). Это направление резко изменилось из-за изменения массы воды на Земле. Авторы и права: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт. Примерно до 2000 года ось вращения Земли смещалась в сторону Канады (зеленая стрелка, левый глобус). Ученые Лаборатории реактивного движения рассчитали влияние изменений массы воды в разных регионах (в центре земного шара) на смещение направления дрейфа на восток и ускорение скорости (правый глобус). Авторы и права: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт. Взаимосвязь между массой континентальной воды и колебанием оси вращения Земли с востока на запад. Потери воды из Евразии соответствуют колебаниям на восток в общем направлении оси вращения (вверху), а притоки Евразии сдвигают ось вращения на запад (внизу). Авторы и права: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.

Никто точно не знает, когда может произойти следующая инверсия полюсов, но ученые знают, что это не произойдет за одну ночь. Вместо этого они происходят в течение сотен или тысяч лет. У ученых нет оснований полагать, что переворот неизбежен.

Геомагнитная полярность за последние 169 миллионов лет, уходящая в юрскую тихую зону. Темные области обозначают периоды нормальной полярности, светлые области обозначают обратную полярность. Кредит: общественное достояние Суперкомпьютерные модели магнитного поля Земли. Слева — нормальное диполярное магнитное поле, типичное для долгих лет между сменами полярности. Справа — своего рода сложное магнитное поле Земли во время инверсии. Предоставлено: Калифорнийский университет в Санта-Круз/Гэри Глатцмайер.

Наконец, существуют «геомагнитные экскурсии»: кратковременные, но значительные изменения напряженности магнитного поля, длящиеся от нескольких столетий до нескольких десятков тысяч лет. Экскурсии происходят примерно в 10 раз чаще, чем инверсии полюсов. Экскурсия может переориентировать магнитные полюса Земли на целых 45 градусов по сравнению с их предыдущим положением и уменьшить напряженность поля до 20 процентов. Экскурсионные мероприятия, как правило, носят региональный, а не глобальный характер. За последние 70 000 лет произошло три значительных экскурса: событие Норвежско-Гренландского моря около 64 500 лет назад, событие Лашампа между 42 000 и 41 000 лет назад и событие озера Моно около 34 500 лет назад.

Магнитное поле состоит из фотонов | Фургон физики

Категория Выберите категориюО фургоне физикиЭлектричество и магнитыВсе остальноеСвет и звукДвижение вещейНовая и захватывающая физикаСостояния материи и энергииКосмосПод водой и в воздухе

Подкатегория

Поиск

Задайте вопрос

Последний ответ: 22.10.2007

Вопрос:

Мой вопрос: из чего состоит магнитное поле? Я много читал о магнитах и ​​полях, которые они создают, и даже о том, что вокруг самих электронов есть магнитные поля, но я пока не встречал ничего, что говорило бы о том, из чего состоит само поле. Это материя, поэтому она должна быть сделана из чего-то. Есть ли название для этих «частиц»? Или они сами просто электроны?
— Дуглас (35 лет)
Луизиана США

A:

Привет, Дуглас!

Электромагнитное взаимодействие опосредовано константой обмен фотонами от одного заряженного объекта к другому. Магнитный поле на самом деле просто классическое приближение к фотонному обмену картина. В движущейся системе отсчета вместо нее появляется магнитное поле как комбинация магнитного поля и электрического поля, поэтому электрическое а магнитные поля состоят из одного и того же «вещества» (фотонов).

В некоторых электромагнитных взаимодействиях участвуют «настоящие» фотоны с определенные частоты, энергии и импульсы. Электростатические и магнитные вместо этого поля включают обмен «виртуальными» фотонами. Очень близко к электрон представляет собой плотное облако виртуальных фотонов, которые постоянно испускается и вновь поглощается электроном. Некоторые из этих фотонов расщепляются на электрон-позитронные пары (или пары еще более тяжелых веществ), которые рекомбинируют в фотоны, которые повторно поглощаются исходным электрон. Эти виртуальные петли частиц экранируют заряд электрон так, что вдали от электрона кажется, что он имеет меньше зарядить чем рядом. 92 (в системе отсчета, в которой электрон не имеет импульс).

Том

(опубликовано 22.10.2007)

Дополнение №1: представление о магнетизме

Вопрос:

Можно ли ответить на вопрос более четко, используя более элементарные термины для обозначения элементарных частиц? Или, может быть, схема частиц как каскада в различных энергетических состояниях, производящих взаимные силы или действия на другую материю?
— Дж. С. БЭРД (67 лет)
Davao City,Philippines

A:

Похоже, вы просите диаграмму Фейнмана для представления электромагнитных взаимодействий. Вы можете получить это в обсуждении в Википедии: https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_electrodynamics.

А пока я воспользуюсь случаем, чтобы немного изменить презентацию Тома. Мы обычно говорим что-то вроде «виртуальные фотоны… постоянно испускаются и повторно поглощаются электроном», но на самом деле мы имеем в виду не это. Две частицы, взаимодействующие электромагнитным образом, действительно окружены виртуальным фотонным облаком. Однако в известных случаях (например, атом водорода) это облако совершенно неизменно во времени. Вообще ничего не происходит. Слова о колеблющихся вокруг вещах — грубый способ передать одно из специфических свойств квантовых полей. Электрические и магнитные поля имеют не только средние значения, но и диапазоны возможных значений вокруг среднего. Вот что так отличается от классических полей. (Это похоже на положения квантовых частиц, которые имеют диапазон около среднего положения, в отличие от классических частиц.) Вы можете передать образ этого диапазона, притворившись, что поля прыгают между различными возможными значениями, точно так же, как вы можете представить что частица прыгает между различными положениями в своем облаке. Однако поля (включая их разброс значений) должны прыгать не больше, чем частицы в пространстве. Например, в хорошем стабильном атомном состоянии ничего не меняется во времени. Статический диапазон возможностей превращается в действительный диапазон результатов только тогда, когда система определенным образом взаимодействует с большим внешним миром.

Майк В.

(опубликовано 27.04.2011)

Дополнение №2: вернемся к механическим полям Максвелла

Вопрос:

Я действительно хочу знать, из чего состоит магнитное поле ? Пожалуйста, не используйте фотоны в своем ответе, поскольку все мы знаем, что магнитные поля не состоят из фотонов. На вопрос Дугласа так и не ответили. Дуглас не спрашивал об электромагнитном поле, которое наиболее тесно связано с фотоном. Предоставленные ответы были неполными и не относились к вопросу Дугласа. Из чего состоит магнитное поле? Вот что современная наука знает о магнитных полях. Честный ответ: мы не знаем, что такое магнитное поле. Что мы знаем, так это то, что поле Магнита генерируется движением электростатических зарядов внутри самого магнита. Электрические заряды — это электроны. Электроны движутся когерентно и синхронно, что вызывает выброс сильного магнитного поля из магнита. Чего мы не знаем, так это того, из чего состоит это поле. Некоторые люди говорили, что он состоит из магнитных монополей. Магнитные монополи никогда не открывались, так что есть большая вероятность, очень большая вероятность того, что теория неверна. Я считаю, что магнитное поле вообще не состоит из поля какой-либо частицы. Дуглас, думайте о магнитном поле как о прямой деформации физического пространства. Так должны работать все чистые поля. Это должны быть механические деформации пространства. Вы можете думать о пространстве как о твердой упругой ткани с низкой плотностью и высоким натяжением. Магнитное поле есть механическая деформация самого пространства. Я бы хотел, чтобы вы напечатали этот вопрос и ответили, но мы оба знаем, что вы этого не сделаете.
— Марк (58 лет)
Флорида

A:

Когда Максвелл впервые придумал свои знаменитые уравнения электромагнетизма, он попытался сделать механическую модель с маленькими шестернями, колесами и прочим. От него быстро отказались, поскольку он не добавлял ничего, кроме усложнения уравнений поля.

У вас есть различные словесные утверждения о том, что такое поле «на самом деле». Вы говорите, что он сделан не из монополей, но я никогда не слышал, чтобы кто-то предполагал, что это так. Вы говорите, что это не имеет ничего общего с фотонами, то есть с квантовой механикой. Ваша картина звучит так, будто не соответствует специальной теории относительности.

Сочетание специальной теории относительности и квантовой механики позволяет производить расчеты вещей, которые можно измерить. Например, он дает предсказание гиромагнитного отношения электронов. Экспериментально значение равно 2,00231930462 с небольшой погрешностью в последнем десятичном разряде. «Предсказание КЭД согласуется с экспериментально измеренным значением более чем на 10 значащих цифр…»   

Какое значение дает ваша модель?

Майк В.

шт. Я не могу удержаться от того, чтобы не привести первые две строчки из примерно 100-страничного интервью, которое Фонд химического наследия провел с ученым (мой отец), который работал с магнитами в течение ~ 9 лет.0 лет. «Ребенком я обнаружил, что могу заставить булавки в коробке стоять, и, перемещая магнит, я могу заставить их двигаться. Я понятия не имел, что такое магнитное поле, и подозреваю, что до сих пор понятия не имею, что такое магнитное поле. магнитное поле есть, за исключением некоторых вещей, которые оно делает».

(опубликовано 04.09.2013)

Дополнение №3: электрические поля как виртуальные фотонные облака

Вопрос:

Кажется, что виртуальное фотонное облако существует только очень близко к статическому заряду. Как примирить это с (а) тем фактом, что силовые линии электрического поля тянутся вечно и (б) тем фактом, что виртуальные фотоны обмениваются на расстояниях, превышающих расстояние виртуального фотонного облака? Я представляю себе виртуальное фотонное облако, окружающее изолированный электрон. изменять. Внезапно протон оказывается рядом с электроном. Прежде чем протон прибудет на сцену, виртуальное фотонное облако плотно упаковывается вокруг электрона. (Виртуальное фотонное облако представляет собой статическое квантовое состояние, но это не означает, что виртуальные фотоны не движутся — подобно электронному облаку вокруг атома водорода). виртуальное фотонное облако меняет форму? Например, «растягивается» ли виртуальное фотонное облако, чтобы достичь протона, представляя повышенное присутствие виртуальных фотонов на пути, где они обмениваются между двумя заряженными частицами?
— JD (29 лет)
Луисвилл, Кентукки, США

A:

Классическое выражение поля говорит вам, как распространяется виртуальное фотонное облако. Таким образом, эти виртуальные фотоны не более и не менее сконцентрированы на заряде, чем классические поля. Изменения формы, когда присутствуют два заряда, определяются суммированием классических векторных полей. Так что да, между зарядами существует особенно сильное поле, но далеко от них поля имеют тенденцию гаситься.

Майк В.

(опубликовано 11.04.2015)

Дополнение №4: фотоны и магнитные поля

Вопрос:

Магнитные поля нельзя объяснить, просто сказав, что они состоят из «фотонов». Какая дата их физического макияжа?
— Роберт Понсе (69 лет)
Port Hueneme

A:

В одном смысле вы правы, что не должны думать, что магнитные поля состоят из фотонов. Если у вас есть определенное количество фотонов каждого типа, ожидаемое магнитное поле равно нулю. Чтобы получить что-то вроде классического четко определенного магнитного поля, вам нужен большой разброс возможных чисел фотонов.* Это сильно отличается от предположения, что каждый фотон вносит какое-то поле.

С другой стороны, возможно, вы думаете, что помимо фотонов есть еще какой-то ингредиент. Нет.

Mike W.

*Если вы посмотрите, например, на уравнение 21 в этой статье (https://www.phys.ksu.edu/personal/wysin/notes/quantumEM.pdf), вы найдете выражение для магнитное поле в терминах операторов рождения и уничтожения фотонов.

(опубликовано 13.12.2015)

Дополнение №5: фотоны и магнетизм поле равно нулю. Чтобы получить что-то вроде классического четко определенного магнитного поля, вам нужен большой разброс возможных чисел фотонов». механика. Эта тема сбивает меня с толку, потому что я думаю, что у меня есть базовое понимание «обычных» фотонов (например, видимого света), но такие фотоны имеют определенные энергии и длины волн, и они не движутся по замкнутому контуру, как магнитное поле.

к. «Магнитный» фотон кажется другим, чем «обычный» фотон, и я хотел бы понять, почему, если это возможно без понимания математики. Спасибо!
— Джеймс (30 лет)

A:

Я не смогу это объяснить, но могу прояснить некоторые моменты.

Фотоны, вносящие вклад в магнитные поля , ничем не отличаются от фотонов, вносящих вклад в электрические поля. Конкретный образец того, какие фазы присутствуют для разного количества фотонов, определяет, какие классические поля присутствуют.

Что касается отношения количества фотонов к классическим полям, я могу предложить аналогию, которую вы могли бы изучить, и которую было бы легче изобразить. Посмотрите на волновые функции, которые представляют состояния простого гармонического осциллятора (масса на пружине). (https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_harmonic_oscillator) Те, у кого определенная энергия, подобны состояниям фотонов с определенными числами и, следовательно, определенными энергиями. Одноэнергетические состояния SHO всегда равномерно распределены вокруг средней точки без среднего смещения и средней скорости. По точной аналогии, фотонные состояния с определенным числом не имеют среднего магнитного поля или электрического поля. Чтобы заставить SHO вращаться классически, вам нужно создать состояния, в которых интерференция между частями с разными энергиями вызывает отмену в одних частях и усиление в других. По мере того, как волна изменяется во времени, положения этих точек с низкой и высокой плотностью колеблются взад и вперед, что означает изменение положения и скорости. Аналогом для фотонов является изменение полей.

Майк В.

(опубликовано 16.01.2017)

Дополнение №6: ингредиенты магнетизма?

Q:

Майк В. сказал: «С другой стороны, возможно, вы думаете, что помимо фотонов есть какой-то другой ингредиент. Это не» Мальчик! Это смелое заявление. Конечно, вы имеете в виду «мы не знаем ни о каком другом ингредиенте» — как мы ничего не знаем о темной энергии и очень мало о темной материи. Интересно, что бы он сказал до постулирования фотонов. Прочитав всю дискуссию, мне кажется, что единственный верный ответ: «Мы не знаем». Сколько атомов/см в межгалактическом пространстве? Не так уж и много, гарантирую, поэтому можно было бы ожидать, что будет меньше этих жизненно важных фотонов, входящих и выходящих из электронов в среде, где меньше электронов, в которые можно входить и выходить, — но каково будет притяжение между двумя магниты в этой среде? Это было бы то же самое, не так ли? Конечно, удивительно, что если два сильных магнита поместить в самую разреженную область пространства, они все равно будут оказывать мощное воздействие друг на друга (притягивающее или отталкивающее), даже если они могут быть неподвижны относительно друг друга. Между ними явно что-то есть. Кто-то выше сказал, что магнитное поле не может существовать само по себе — это составляющая электромагнитного поля, и меня это интересует, потому что я считаю, что это поле должно присутствовать, когда магниты нет. Я думаю, вполне вероятно, что то, что составляет это поле, также составляет то, в чем свет создает волну, а свет, как нам говорят, является электромагнитной волной, такой же, как высокочастотная радиоволна. Мне (полному дилетанту) кажется бессмысленным утверждение, что свет — это волна, проходящая сквозь ничто. Другие волны — это все волны в чем-то — в воздухе, в воде, в веревке и т. д. Свет распространяется в пространстве с очень точно определенной скоростью. Несомненно, если бы структура пространства была немного другой, свет двигался бы немного медленнее или немного быстрее, так что это поле должно быть удивительно постоянным во всем пространстве и не зависеть от плотности атомов. Это, безусловно, должна быть очень эффективная транспортная среда, потому что свет может путешествовать миллиарды лет и все же достигать нас, не рассеиваясь больше, чем на квадрат расстояния. Так через что он путешествует? Есть ли какая-нибудь подсказка в том, что электрические и магнитные компоненты радиопередачи находятся под прямым углом? (Я имею в виду угол поляризации). Я видел объяснения того, как свет проходит через стекло или воду (где его скорость отличается от скорости в космосе), но это зависит от того, что атомы возбуждаются светом и испускают в ответ протон — удивительно, всегда в одном и том же направлении. Это объяснение объясняет дифракцию, однако тот же механизм нельзя применить к пустому пространству. Есть ли какой-либо ответ, за который может ухватиться неспециалист, или это одна из тех вещей, как sqrt(-1), которые могут быть только понимаете в области математики? Даже там есть твердое понимание того, что это такое, а не каковы его свойства?
— Майк Коллинз (71 год)
Гвинед, Уэльс

A:

Вы правы, что в целом мы не знаем всех ингредиентов мира. Мы, вероятно, даже не знаем основной формы теории, того, как пространство-время возникает из некоторых более глубоких форм и т. д. Тем не менее, в контексте того, что мы знаем, в магнетизме нет особой тайны. На самом деле магнетизм является частью электрослабой теории, которая является самой известной из имеющихся у нас теорий. Он предсказывает, например, магнетизм электрона с точностью более одной стомиллиардной.

Волны, которые вы упомянули, можно описать как тип поведения нижележащих сред — воды, воздуха и т. д. Однако на более глубоком уровне ингредиенты Вселенной (фотоны, кварки, нейтрино, глюоны…) в настоящее время могут быть описаны только как чистые квантовые волны сами по себе. Фотоны такие же основные, как и любые другие ингредиенты, которые у нас есть.

Возможно, когда-нибудь будут найдены какие-то более глубокие ингредиенты, и все наши нынешние фундаментальные поля частиц будут рассматриваться как возникающие из поведения этой более глубокой теории. Не окажется ли тогда, что более глубокая теория возникнет из еще более глубокой? Будет ли этот паттерн продолжаться вечно или достигнет самого глубокого уровня? Мы не знаем. Пока есть оборванные концы (несоответствие между общей теорией относительности и квантовой теорией поля, темной энергией и темной материей…), мы знаем, что мы не в самом низу стека. Если какая-то точка будет достигнута без основных оборванных концов, то, возможно, мы окажемся на самом глубоком уровне.

Майк В.

(опубликовано 15.06.2017)

Дополнение № 7: необходимы ли магнитные поля?

Q:

Я хотел бы задать, казалось бы, глупый вопрос. Каковы экспериментальные доказательства традиционной идеи магнитных полей? Мы должны помнить, что идея вращающегося перпендикулярного потока была основана на игнорировании магнетизма — орбитальные и вращающиеся электроны были неизвестны 150 лет назад. Я тщетно просил доказательства этого потока. Кажется, это всего лишь догадка, которая превратилась в веру. Предположим, что магниты были неизвестны в то время. Тогда эксперименты с электричеством привели бы к простому закону: одинаковые токи притягиваются, а противоположные токи отталкиваются. Затем этот основной закон объясняет магнетизм, например, выравнивание железных опилок вокруг магнита. Используя принцип Оккама, усложнение циркулирующего перпендикулярного потока кажется неоправданным. (Таким образом, вместо того, чтобы использовать закон Био и Савара для предсказания плотности перпендикулярного потока, можно включить скалярное произведение векторов тока для предсказания силы). Следовательно, магнитные силы просто действуют вдоль прямых линий между движущимися зарядами. Это тот же простой принцип, который работает для электростатических сил между стационарными зарядами. Нам не нужно предполагать, что Вселенная использует два совершенно разных силовых механизма. Движение просто изменяет электростатические силы. Магнитные поля определяются как непрерывные. Таким образом, поле, исходящее от северного конца стержневого магнита, огибает внешнюю сторону магнита к южному полюсу и возвращается через тело магнита обратно к северному полюсу. Теперь представьте себе магнит, сделанный из очень вязкого материала, который позволяет свободно движущемуся северному полюсу дрейфовать внутри него. Этот внутренний северный полюс отталкивается южным полюсом магнита (?) и снова уходит через его северный полюс. Нас всех этому учат, но для меня это не имеет смысла. Мы не должны рассматривать магниты как вечные двигатели. Силы начинаются и заканчиваются в точках: они не вращаются по кругу. Линии потока показывают, как отклоняются магнитные компасы, но ничто не циркулирует, кроме зарядов. Представление о круговых полях, возможно, возникло, когда вокруг проводящего провода были замечены кольца из железных опилок, но это была очень странная идея. Круговое магнитное поле в любой точке определяется как вектор, перпендикулярный создаваемой им магнитной силе. Однако, если вектор представляет что-то, что явно существует, например. физической силы или скорости ветра, ее перпендикулярные составляющие равны нулю, т. е. она не действует в перпендикулярном направлении. Таким образом, мы можем сказать, что циркулирующего магнитного поля, оказывающего наибольшее влияние в перпендикулярном направлении, не существует. Магнитное поле не более загадочно, чем электрическое.
— Эндрю (67 лет)
Шропшир, Англия

A:

Вы правы в том, что силы между классическими течениями с достаточно статичным расположением могут быть выражены непосредственно через течения и смещения между ними. Это не так просто, как электростатика, потому что направление смещения и направления токов входят в несколько сложнее. способ. Но все же в этом случае использование описаний магнитного поля является лишь дополнительным математическим удобством. Как только вы начнете говорить о ускоряет классических зарядов, однако в дело вступают полные уравнения электромагнитного поля. Было бы крайне неудобно описывать электромагнитные волны (например, радиоволны и свет) в обозначениях, основанных на зарядах и токах, потому что эти волны свободно распространяются вдали от любых зарядов и токов.

Как только вы захотите включить квантовые спины, описания, которые не учитывают магнитные поля или даже более абстрактные сущности (векторные потенциалы,…), становятся бесполезными. Все практические магнитные материалы включают такие спины.

Майк В.

(опубликовано 26.07.2017)

Дополнение №8: квантовые флуктуации фотоны … постоянно испускаются и повторно поглощаются электроном», но на самом деле мы имеем в виду не это. Две электромагнитно взаимодействующие частицы действительно окружены виртуальным фотонным облаком.

атом) это облако совершенно неизменно во времени. Вообще ничего не происходит. Слова о вещах, флуктуирующих вокруг, — грубый способ передать одно из специфических свойств квантовых полей». Как взаимодействие между двумя частицами может привести к состоянию, в котором «вообще ничего не происходит»? Разве физическое взаимодействие не обязательно приводит к каким-то изменениям? Даже в чистом вакууме многое происходит, то есть существуют флуктуации нулевой энергии. Не могли бы вы подробнее рассказать о том, что вы имеете в виду относительно взаимодействий между атомными частицами и виртуальными фотонами в этом смысле? Кроме того, почему используется язык, указывающий на интерактивное движение между частицами («флуктуация вокруг»), если в субатомных облаках, таких как виртуальные фотоны, нет движения, и не могли бы вы более четко объяснить, как физика движения нарушается на субатомном уровне? -атомных масштабах, если это действительно то, что происходит?
— Родри Орденс (33 года)
Дуглас, остров Мэн, Британские острова

A:

Физическое взаимодействие не обязательно означает, что что-то происходит, по крайней мере, в обычном смысле этого слова. Например, представьте себе коробку, стоящую на полу. Коробка и пол, безусловно, взаимодействуют. Но мало что происходит. Ничего не меняется.

«Даже в чистом вакууме многое происходит, т. е. существуют флуктуации нулевой энергии». Это верно в следующем смысле: значения различных полей не фиксируются точно на нуле, а имеют распространяется вокруг этого, точно так же, как распространяется положение волны. Тем не менее, разброс поля не меняется во времени.

Я думаю, что небрежный язык используется, потому что мы инстинктивно пытаемся втиснуть квантовую реальность в классические картинки.

Mike W.

(опубликовано 30.09.2017)

Дополнение №9: предположения об электромагнитном поле

Q:

Прежде всего, существует большая разница между статическими полями и электромагнитной индукцией . Согласно официальной науке, магнетизм является «побочным эффектом» электрического тока, и обе силы (магнитная и электрическая) являются лишь двумя сторонами одной медали (электромагнетизм). Электростатическое и магнитостатическое поля — это два разных аспекта физической материи. Электростатическое поле не влияет на стрелку компаса, но оно влияет на металлы, такие как алюминий, на которые магнитостатическое поле не оказывает видимого действия, но явно влияет на другие магнитные поля. Электростатическое поле создается напряжением между противоположными электрическими зарядами. Электрическая сила «питается» разностью величин, которые стремятся обнулиться, достигнув нейтрального значения, подобно противоположным системам давления воздуха или уровня воды в соединенных емкостях. Вам нужен какой-то дисбаланс нейтральной материи, чтобы сделать ее электрически заряженной, что часто связано с дополнительной работой. Магнитное поле управляется противоположными ориентациями и может создаваться электрически нейтральной материей. Пернаментные магниты не требуют дополнительной работы для создания магнитных полей. Противоположные полярности притягиваются друг к другу, но они не нейтрализуют друг друга — если вы соедините 2 магнита, они будут работать как один магнит, и магнитное поле будет сильнее. Источником электрического поля является электрический заряд субатомной частицы, а источником магнитного поля — ее квантовый спин. это два разных внутренних свойства частицы, и оба одинаково важны … Согласно официальной науке, атомы могут генерировать магнитные поля из-за электронов, которые движутся вокруг ядра, создавая магнитное поле за счет индукции. Проблема в том, что концепция электрона, движущегося по орбите, как планета вокруг звезды, совершенно неверна. Электроны создают облака, в которых их положение, скорость и ориентация квантового спина остаются в постоянной суперпозиции и не определяются до тех пор, пока не будут измерены, поэтому у электронного облака нет абсолютно никакой возможности индуцировать определенное и однородное магнитное поле. И, наконец… Нет. на самом деле известно, что может быть физическим носителем для «виртуальных» силовых линий в пространстве — а статические поля могут взаимодействовать друг с другом на ОГРОМНОМ расстоянии (тысячи световых лет) — так что виртуальные фотоны работать не будут. Однако на «обычные» фотоны никаким видимым образом не влияют электростатические и магнитные поля — поэтому по логике они не могут нести их как отдельные силы. НО все электромагнитные волны включают в себя магнитные и электрические компоненты. Это не более, чем предположение, но МОЖЕТ быть, статические поля действительно могут изменить эти значения и поляризовать свет, что бы превратить его в носитель силовых линий???
— Астрал (возраст 33 года)
Польша

A:

Здесь есть изъян в ваших рассуждениях: «»нормальные» фотоны никаким видимым образом не подвержены влиянию электростатических и магнитных полей — поэтому по логике они не могут их нести , как отдельные силы». Пока уравнения для поля линейны, как и классические электромагнитные уравнения, ни один компонент поля не влияет на поведение любого другого компонента. Таким образом, отсутствие взаимодействия между статическими полями и распространяющимися просто говорит о том, что уравнения линейны, а не о том, могут ли одни и те же фундаментальные типы полей демонстрировать такое разное поведение.

Ваш аргумент о том, что виртуальные фотоны не могут вызывать дальнодействующих (1/квадрат расстояния) статических взаимодействий, неверен. Именно такое поведение ожидается для виртуальной фотонной картины.

Mike W.

(опубликовано 01.11.2017)

Дополнение №10: поляризованный свет и компасы для птиц

Q:

магнитные или электростатические поля. На самом деле, есть недавнее исследование, которое показывает, что «внутренний компас» птиц сходит с ума, когда они подвергаются воздействию поляризованного света: http://physicsworld.com/cws/article/news/2016/feb/03/polarized -свет-сбрасывает-птиц-магнитный-компас-с курсаГоворят, что поляризованный свет позволяет птицам «воспринимать» местное магнитное поле. Это, вероятно, доказывает, что информация о поле «записывается» в поляризации световой волны…
— Астрал (33 года)
Польша

A:

Это очень классный результат, убедительно подтверждающий теорию моего покойного коллеги Клауса Шультена о том, что птицы воспринимают магнитные поля одним из способов. Механизм включает некоторые неравновесные скорости химических реакций, которые в необычайной степени зависят от магнитных полей. Поляризация света служит только для того, чтобы вызвать правильную химию в глазах птиц. Информация о поле вообще отсутствует в световой волне.

Майк В.

(опубликовано 10.11.2017)

Дополнение №11: магнитооптика

Вопрос:

Тогда как насчет магнитооптических датчиков, которые способны реально визуализировать магнитные поля, используя поляризованные поля? свет: https://www.rdmag.com/content/new-sensors-optically-visualize-magnet-fields На линейно поляризованный свет воздействуют магнитные поля, и этот эффект можно наблюдать в режиме реального времени. Так что же является в данном случае наиболее очевидным носителем информации о магнитных полях? Фотоны — а точнее магнитная составляющая ЭМ волн. Свойства фотонов определяются источником излучения, как суперпозицией 3-х составляющих (ЭМ и распространения). Линейная поляризация света определяет его распространение — при этом воздействие внешнего поля влияет на электромагнитные составляющие — и этот эффект можно измерить.
— Астрал (возраст 33 года)
Польша

A:

Многие материалы демонстрируют эффекты Фарадея и эффекты Керра — способы, в которых распространение или отражение поляризованного света зависит от магнитного поля на материале. Утверждение, что магнитное поле изменяет оптические свойства материалов, сильно отличается от утверждения, что сами световые волны уже несут информацию об этих статических полях даже в вакууме.

Майк В.

(опубликовано 16.11.2017)

Follow-up on this answer

Related Questions

• re-magnetizing magnets

• magnets with signatures

• heated ferromagnet re-magnetized

• magnet questions

• magnetic poles attract

• Влияют ли тепло и холод на магнит?0035

  магниты и гравитация

• Земной магнетизм и гравитация

Все еще любопытно?

Вопросы и ответы по Expore в связанных категориях

• Магниты

Объяснение магнитного поля вокруг проводника

Магнитное поле вокруг проводника

Темой этой статьи является магнитное поле вокруг проводника . Это тема, которую часто неправильно понимают, поэтому в этой статье мы более подробно рассмотрим, что именно представляет собой магнитное поле и как оно создается. Мы также обсудим силу поля , как оно воздействует на предметы вокруг него , некоторые приложения магнитных полей и как измерить силу магнитного поля.

 

Что такое магнитное поле?

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

Магнитное поле

Как создается магнитное поле?

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

Характеристики постоянного магнита.0015 проводник , создающий магнитное поле . Чем больше ток, тем сильнее магнитное поле.

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

Соленоиды

Сила магнитного поля зависит от числа крутит в катушке провода , которая его создала. Чем больше витков, тем сильнее магнитное поле. Спиральный проводник часто называют соленоидом .

Взаимодействующие магнитные поля

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

Расстояние и напряженность поля

Сила магнитного поля уменьшается с расстоянием . Чем дальше вы находитесь от источника поля, тем слабее оно будет. Все эти факторы влияют на силу магнитного поля.

 

Направление магнитного поля

Направление магнитного поля — это направление, в котором северный полюс двигался бы, если бы он был помещен в поле ; противоположность северного полюса южный полюс . Направление поля может быть представлено силовыми линиями , которые проведены, чтобы показать направление движения северного полюса. Эти силовые линии можно использовать, чтобы показать направление поля в любой заданной точке. Направление поля также можно определить с помощью компаса . Если компас поместить в магнитное поле, стрелка будет указывать в направлении поля. Направление поля можно определить по его влиянию на движущиеся заряды. На заряд, движущийся через магнитное поле, действует сила, равная перпендикулярно как направлению поля , так и направлению движения ; эту силу можно использовать для определения направления поля.

Направление магнитного поля

Свойства магнитного поля

Есть несколько свойств магнитного поля, которые важно учитывать: присутствуют магнитные частицы.

Другим является его направление , которое может быть либо север-юг, либо юг-север.

Его полярность определяет, как выровнены частицы: положительных частиц притягиваются к отрицательным полюсам и наоборот.

Вместе эти свойства создают общий эффект магнитного поля.

 

Применение магнитных полей

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

Магнитный максимальный масло

Эффекты магнитного поля

Все вещества состоит из атомов , и каждый атом имеет ядро ​​, состоит из Protons и Neletrons . Ядро окружает облако из электронов, вращающихся вокруг ядра. Электроны — это то, что придает атомам их магнитных свойств . Когда к материалу прикладывается магнитное поле, электроны в атомах выравниваются с полем. Например, если к куску железа приложить магнитное поле, то железо станет намагниченный . Это выравнивание может вызывать такие эффекты, как притяжение или отталкивание , в зависимости от силы и ориентации поля. В некоторых материалах выравнивание электронов также может вызвать изменение формы материала. Эффекты магнитных полей широкомасштабны и широко изучались как в физике , так и в технике .

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

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

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

 

Как измерить магнитное поле?

Существует несколько различных методов измерения магнитных полей. Одним из распространенных методов является использование магнитометра , который представляет собой устройство, измеряющее силу и направление магнитных полей. Другой способ измерения магнитных полей — использование электромагнит , представляющий собой катушку из проволоки, создающую магнитное поле при прохождении через нее электрического тока. Наконец, магнитные поля можно измерить с помощью компаса , который измеряет направление магнитного поля. Все эти методы можно использовать для измерения силы и направления магнитных полей.

Исследователи предлагают новое объяснение магнитной тайны Луны68 по 1972 год предоставили объемы информации об истории Луны, но они также были источником непреходящей загадки. Анализ пород показал, что некоторые из них, по-видимому, образовались в присутствии сильного магнитного поля, по силе соперничающего с земным. Но было неясно, как тело размером с Луну могло генерировать такое сильное магнитное поле.

Теперь исследование под руководством геолога из Университета Брауна предлагает новое объяснение магнитной тайны Луны. Исследование, опубликованное в журнале Nature Astronomy, показывает, что гигантские скальные образования, проходящие сквозь мантию Луны, могли вызвать внутреннюю конвекцию, которая генерирует сильные магнитные поля. По словам исследователей, эти процессы могли периодически создавать сильные магнитные поля в течение первого миллиарда лет истории Луны.

«Все, что мы думали о том, как магнитные поля генерируются планетарными ядрами, говорит нам о том, что тело размером с Луну не должно быть способно генерировать поле, столь же сильное, как у Земли», — сказал Александр Эванс, доцент Науки о Земле, окружающей среде и планетах в Брауне и соавтор исследования с Соней Тику из Стэнфордского университета. «Но вместо того, чтобы думать о том, как непрерывно питать сильное магнитное поле в течение миллиардов лет, возможно, есть способ периодически получать поле высокой интенсивности. Наша модель показывает, как это может произойти, и она согласуется с тем, что мы знаем о недрах Луны».

Планетарные тела создают магнитные поля благодаря так называемому динамо-ядру. Медленно рассеивающееся тепло вызывает конвекцию расплавленных металлов в ядре планеты. Постоянное взбалтывание электропроводящего материала создает магнитное поле. Так формируется магнитное поле Земли, защищающее поверхность от наиболее опасного солнечного излучения.

Сегодня у Луны отсутствует магнитное поле, и модели ее ядра предполагают, что она, вероятно, была слишком мала и не обладала конвективной силой, чтобы когда-либо создавать постоянно сильное магнитное поле. Чтобы ядро ​​имело сильное конвективное перемешивание, оно должно рассеивать много тепла. Эванс говорит, что в случае ранней Луны мантия, окружающая ядро, была ненамного холоднее, чем само ядро. Поскольку теплу ядра некуда было деваться, в ядре не было сильной конвекции. Но это новое исследование показывает, как опускающиеся камни могли обеспечить прерывистый конвективный импульс.

История этих тонущих камней начинается через несколько миллионов лет после образования Луны. Считается, что в самом начале своей истории Луна была покрыта океаном расплавленной породы. Когда обширный океан магмы 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 корку. Оставшаяся жидкая магма была богата титаном, а также элементами, производящими тепло, такими как торий, уран и калий, поэтому затвердевание заняло немного больше времени. Когда этот слой титана наконец кристаллизовался прямо под коркой, он был более плотным, чем ранее затвердевшие минералы под ним. Со временем титановые образования погрузились в менее плотную мантийную породу под ними, процесс, известный как гравитационный переворот.

Для этого нового исследования Эванс и Тику смоделировали динамику того, как эти титановые образования должны были затонуть, а также эффект, который они могли бы иметь, когда в конечном итоге достигли ядра Луны. Анализ, основанный на текущем составе Луны и предполагаемой вязкости мантии, показал, что образования, вероятно, разобьются на капли размером до 60 километров и будут тонуть с перерывами в течение примерно миллиарда лет.

Исследователи обнаружили, что когда каждый из этих шариков в конечном итоге достигал дна, они давали мощный толчок динамо-машине Луны. Находясь чуть ниже лунной коры, титановые образования были бы относительно прохладными по температуре — намного ниже, чем расчетная температура ядра, составляющая где-то между 2600 и 3800 градусов по Фаренгейту. Когда холодные капли вступали в контакт с горячим ядром после погружения, несоответствие температур могло привести к усилению конвекции ядра — достаточному, чтобы создать магнитное поле на поверхности Луны, такое же сильное или даже более сильное, чем у Земли.

«Вы можете представить это как каплю воды, падающую на горячую сковороду», — сказал Эванс. «У вас есть что-то очень холодное, что касается ядра, и внезапно может выйти много тепла. Это приводит к увеличению взбалтывания в ядре, что дает вам эти периодически сильные магнитные поля».

Исследователи говорят, что за первый миллиард лет существования Луны могло произойти до 100 таких нисходящих событий, и каждое из них могло создать сильное магнитное поле, продолжающееся столетие или около того.

Эванс говорит, что модель прерывистого магнитного поля объясняет не только силу магнитных сигнатур, обнаруженных в образцах горных пород Аполлона, но и тот факт, что магнитные сигнатуры в коллекции Аполлона сильно различаются: некоторые из них имеют сильные магнитные сигнатуры, а другие нет. т.

«Эта модель способна объяснить как интенсивность, так и изменчивость, которую мы наблюдаем в образцах Аполлона — то, что не смогла сделать ни одна другая модель», — сказал Эванс. «Это также дает нам некоторые временные ограничения на разрушение этого титанового материала, что дает нам лучшее представление о ранней эволюции Луны».

Идею вполне можно проверить, говорит Эванс. Это означает, что на Луне должен был быть слабый магнитный фон, перемежающийся этими сильными событиями. Это должно быть очевидно в коллекции Apollo. По словам Эванса, в то время как сильные магнитные сигнатуры в образцах Аполлона торчали как больной палец, более слабым сигнатурам уделялось меньше внимания.

Присутствие этих слабых сигнатур вместе с сильными дало бы этой новой идее большой импульс, который мог бы, наконец, положить конец магнитной тайне Луны.

Объяснение урока: Магнитные поля, создаваемые электрическими токами

В этом объяснении мы научимся описывать магнитное поле, которое производится проводом, по которому течет электрический ток.

Если по проводу протекает поток заряда, то в проводе есть ток. На приведенной ниже схеме показан длинный прямой провод, по которому течет ток.

Ток создает вокруг себя магнитное поле. Линии поля, показанные внизу сформируйте круги вокруг проволоки.

Магнитное поле, образованное током, существует повсюду вокруг провода. Вокруг него формируются круговые силовые линии, простирающиеся на любое расстояние от проволока.

Если мы изменим перспективу, чтобы посмотреть на провод с одного конца, ток может указывать прямо на нас, как показано ниже. С этой точки зрения мы говорим, текущие точки «за пределами экрана» или «за пределами экрана».

На этом рисунке показан символ, указывающий ток за пределы экрана: круг. с точкой в ​​центре. Это также показывает, что силовые линии магнитного поля при разных расстояния от проволоки образуют концентрические окружности.

По мере увеличения расстояния от провода круги отдаляются друг от друга. Этот указывает на уменьшение напряженности магнитного поля.

Вместо того, чтобы смотреть ток, указывающий из экрана на нас, это можно смотреть в противоположном направлении: «в экран». Ток в это направление обозначено кружком вокруг буквы X, как показано ниже.

Обратите внимание, что магнитное поле на этом рисунке направлено вокруг провода по часовой стрелке. а поле на рисунке с направленным током из экрана указывает против часовой стрелки.

Для определения направления магнитного поля вокруг проводящего ток проволоки, мы используем так называемое «правило правой руки». Это правило гласит, что если мы указываем большим пальцем правой руки в направлении тока в прямой провод, направление, в котором сгибаются наши пальцы (скажем, чтобы схватить что-то) является направление магнитного поля вокруг этого провода.

Этот метод применяется для проводов, по которым ток поступает на экран и выходит из него, как показано ниже.

В обоих случаях, когда мы указываем большим пальцем правой руки в направлении текущей в проводе наши пальцы сгибаются в направлении создаваемого магнитного поля по течению.

Пример 1: Понимание магнитного поля, создаваемого проводом с током

На какой из четырех диаграмм правильно показаны силовые линии магнитного поля, создаваемого вокруг провода с током?

Ответ

Чтобы ответить на этот вопрос, воспользуемся так называемым «правым хватом». правило». Это правило гласит, что направление магнитного поля, образованного электрический ток задается направлением, в котором сгибаются наши пальцы, когда большой палец нашей правой руки указывает в том же направлении, что и ток.

Мы можем применить это правило к четырем случаям (A), (B), (C) и (D) по порядку.

Для сценария (А) мы указываем большим пальцем правой руки на экран с момента текущие точки в этом направлении. Сгибая пальцы, мы обнаруживаем, что они двигаются по дуге по часовой стрелке. Это идет против указанного против часовой стрелки направление магнитного поля. Следовательно, диаграмма (А) неправильно показывает силовые линии магнитного поля вокруг проводника с током.

В сценарии (B) ток указывает за пределы экрана. Когда большой палец наша правая рука указывает туда, наши пальцы сгибаются против часовой стрелки направление. Это идет против указанного магнитного поля по часовой стрелке. направление на схеме. Диаграмма (B) также неправильно показывает магнитное поле, создаваемое вокруг провода с током.

Сценарий (C) имеет ток, направленный на экран, и магнитный поток по часовой стрелке. направление поля. Проверяя это с помощью нашего правила хвата правой рукой, мы обнаруживаем, что действительно, наши пальцы сгибаются по часовой стрелке, когда большой палец правой руки указывает на экран. Схема (С) верна!

Рассматривая сценарий (D), мы видим, что часть магнитного поля указывает против часовой стрелки и часть по часовой стрелке. Это физически невозможно, поэтому мы знаем, что диаграмма (D) не является правильным изображением магнитного поля вокруг провод с током.

Наш последний вариант — диаграмма (С).

Мы отметили, что напряженность магнитного поля, создаваемого проводник с током становится слабее по мере увеличения расстояния от провода.

Другим фактором, влияющим на напряженность поля, является величина текущее его создание. Чем сильнее течение (больше его величина), тем сильнее магнитное поле.

Пример 2: понимание магнитных полей, создаваемых электрическими токами

Для магнитного поля, создаваемого вокруг провода с током, ток, магнитное поле.

1. больше, слабее
2. меньше, сильнее
3. больше, сильнее

Ответ

Существует прямая зависимость между величиной электрического ток, создающий магнитное поле, и величина самого поля.

Таким образом, мы можем сказать, что чем больше ток, тем сильнее поля, и чем меньше ток, тем слабее поле.

Оба этих описания правильно заполняют пробелы в предложение, но только одно из них предлагается в качестве опции. Вариант (С), «больше, сильнее» приведет к предложению, которое гласит: «Для магнитное поле, создаваемое вокруг провода с током, тем больше ток, тем сильнее магнитное поле». Это правильно завершает предложение, поэтому наш последний вариант — вариант (С).

Провод, по которому течет ток, может быть прямым, как мы рассматривали до сих пор, но он также может быть расположен в виде катушки, как показано на следующем рисунке.

Такая катушка проволоки называется соленоидом. Как и любая другая форма провод, когда соленоид пропускает ток, он создает магнитное поле вокруг себя.

Интересно, что магнитное поле соленоида очень похоже на магнитное поле, создаваемое стержневым магнитом.

Когда по соленоиду течет ток, магнитное поле внутри его катушек равно достаточно сильное, а внешнее поле относительно слабое.

Можно усилить магнитное поле внутри соленоида путем поместить материал, который может намагничиваться, в сердечник соленоида.

Намагничиваемый материал – это такой материал, который при помещении в магнитное поле сам становится магнитом и создает собственное магнитное поле.

Примером такого материала является железо. Если поставить железный цилиндр внутри соленоида, как показано ниже, поле соленоида намагничивает железо, которое затем создает собственное магнитное поле, которое в очередь усиливает поле соленоида.

Пример 3: Идентификация соленоида

На каждой из следующих диаграмм изображен объект, сделанный из меди. Какой предмет является соленоидом?

Ответ

Соленоид сделан из проволоки, которая может проводить ток. Важно отметить, что провод в соленоиде непрерывен, то есть заряд может течь с одного конца соленоида к другому.

Провод в соленоиде также скрученный, образуя множество витков, которые параллельно друг другу.

Варианты (A) и (B) показывают отсоединенные петли проводов. Так как они не непрерывный, ни один из этих вариантов не показывает соленоид.

Вариант (C) показывает петли, соединенные вместе. Петли не расположены параллельно друг другу, поэтому мы не будем выбирать вариант (C) или.

Вариант (Е) изображает полый цилиндр. Поскольку это не построено из одного отрезка провода, это не соленоид.

Зная, что соленоид сделан из непрерывной проволоки расположенные в параллельных петлях, исключают все варианты, кроме варианта (D).

Пример 4. Знание основных терминов, связанных с электромагнетизмом

Что из следующего является правильным описанием соленоида?

1. Соленоид представляет собой один прямой кусок провода. Пропуская по ней электрический ток, вокруг нее создается магнитное поле.
2. Соленоид представляет собой одиночный контур изолированного провода. Пропуская через него электрический ток, создается магнитное поле похоже на стержневой магнит.
3. Соленоид представляет собой длинную катушку изолированного провода. Прохождение электрического ток через него создает магнитное поле, подобное стержню магнит.

Ответ

Рассматривая эти три варианта описания, мы видим, что они различаются в первую очередь из-за формы провода, из которого состоит соленоид.

Соленоид — это не прямой кусок проволоки; состоит из ряда петель называется катушкой. Чем больше петель в катушке, тем сильнее магнитное поле. это создает.

Когда электрический заряд проходит через соленоид, он создает сильное поле подобно магнитному полю из-за стержневого магнита.

Это описание соответствует опции (C).

Пример 5: Понимание соленоидов

Какие два из следующих способов являются способами увеличения прочности магнитное поле, создаваемое соленоидом?

1. Увеличение ширины соленоида
2. Уменьшение длины соленоида
3. Увеличение тока через соленоид
4. Уменьшение числа витков соленоида
5. Добавление железного сердечника к соленоиду

Ответ

Напомним, что соленоид представляет собой катушку с множеством витков.

Магнитное поле, создаваемое соленоидом, фактически является суммой магнитные поля, создаваемые каждой отдельной петлей. Чем больше там петель равны, тем больше будет эта сумма и тем сильнее будет общее поле.

Следовательно, вариант (D) «Уменьшение числа витков в соленоид», не может быть правильным. Уменьшение количества витков соленоида фактически ослабит общее магнитное поле.

Аналогично вариант (B) «Уменьшение длины соленоида» не не описывает способ усиления магнитного поля соленоида. Уменьшение длины соленоида эффективно удаляет витки из катушки, снова ослабляя общее поле.

Вариант (A) утверждает, что увеличение ширины соленоида увеличивает его напряженность магнитного поля. Однако именно количество петель, а не их диаметр, что влияет на напряженность магнитного поля в соленоид.

Что касается способов увеличения напряженности поля соленоида, один подход который работает для токонесущих проводов любой формы, заключается в увеличении ток в проводе.