Магнитное поле: причины возникновения и характеристики
Уже давно магнитное поле вызывает множество вопросов у человека, но и сейчас остается малоизвестным явлением. Его характеристики и свойства пытались исследовать многие ученые, ведь польза и потенциал от применения поля были неоспоримыми фактами.
Давайте будем разбирать все по порядку. Итак, как действует и образуется любое магнитное поле? Правильно, от электрического тока. А ток, если верить учебникам по физике, – это имеющий направление поток заряженных частиц, не так ли? Так вот, когда ток проходит по любому проводнику, около него начинает действовать некая разновидность материи – магнитное поле. Магнитное поле может создаваться током заряженных частиц или магнитными моментами электронов в атомах. Теперь это поле и материя имеют энергию, ее мы видим в электромагнитных силах, которые могут влиять на ток и его заряды. Магнитное поле начинает воздействовать на поток заряженных частиц, и они меняют начальное направление движения перпендикулярно самому полю.
Еще магнитное поле можно назвать электродинамичным, ведь оно образуется около движущихся и воздействует только на движущиеся частицы. Ну а динамичным оно является из-за того, что имеет особое строение во вращающихся бионах на области пространства. Заставить их вращаться и двигаться может обыкновенный электрический движущийся заряд. Бионы передают любые возможные взаимодействия в этой области пространства. Поэтому движущийся заряд притягивает один полюс всех бионов и заставляет их вращаться. Только он может вывести их из состояния покоя, больше ничего, ведь другие силы не смогут влиять на них.
В электрическом поле находятся заряженные частицы, которые очень быстро двигаются и могут преодолеть 300 000 км всего за секунду. Такую же скорость имеет и свет. Магнитное поле не бывает без электрического заряда. Это значит, что частицы невероятно близко связаны друг с другом и существуют в общем электромагнитном поле. То есть, если будут любые изменения в магнитном поле, то изменения будут и в электрическом.
Этот закон также обратен.
Мы тут много говорим про магнитное поле, но как же его можно представить? Мы не можем увидеть его нашим человеческим невооруженным глазом. Мало того, из-за невероятно быстрого распространения поля, мы не успеваем его зафиксировать при помощи различных устройств. Но чтобы что-то изучать, надо иметь хоть какое-нибудь представление о нем. Еще часто приходится изображать магнитное поле на схемах. Для того чтобы было проще понять его, проводят условные силовые линии поля. Откуда же их взяли? Их придумали неспроста.
Попробуем увидеть магнитное поле при помощи мелких металлических опилок и обыкновенного магнита. Насыплем на ровную поверхность эти опилки и введем их в действие магнитного поля. Затем увидим, что они будут двигаться, вращаться и выстраиваться в рисунок или схему. Полученное изображение будет показывать примерное действие сил в магнитном поле. Все силы и, соответственно, силовые линии непрерывны и замкнуты в этом месте.
Магнитная стрелка имеет сходные характеристики и свойства с компасом, и ее применяют, чтобы определить направление силовых линий.
Если она попадет в зону действия магнитного поля, по ее северному полюсу мы видим направление действия сил. Тогда выделим отсюда несколько выводов: верх обычного постоянного магнита, из которого исходят силовые линии, обозначают северным полюсом магнита. Тогда как южным полюсом обозначают ту точку, где силы замыкаются. Ну а силовые линии внутри магнита на схеме не выделяются.
Магнитное поле, его свойства и характеристики имеют довольно большое применение, потому что во многих задачах его приходится учитывать и исследовать. Это важнейшее явление в науке физике. С ним неразрывно связаны более сложные вещи, такие как магнитная проницаемость и индукция. Чтобы разъяснить все причины появления магнитного поля, надо опираться на реальные научные факты и подтверждения. Иначе в более сложных задачах неправильный подход может нарушить целостность теории.
А сейчас приведем примеры. Все мы знаем нашу планету. Вы скажете, что она не имеет магнитного поля? Может, вы и правы, но ученые говорят, что процессы и взаимодействия внутри ядра Земли рождают огромное магнитное поле, которое тянется на тысячи километров.
Но в любом магнитном поле должны быть его полюса. И они существуют, просто расположены немного в стороне от географического полюса. Как же мы его чувствуем? Например, у птиц развиты способности навигации, и они ориентируются, в частности, по магнитному полю. Так, при его помощи гуси благополучно прибывают в Лапландию. Специальные навигационные устройства также используют это явление.
Причина магнитного поля Земли?. Cтатьи. Наука и техника
Анатолий Рыков
Существует несколько версий происхождения магнитного поля Земли и планет. Например, новаторская статья «Магнитное поле Земли», в которой предлагается новая трактовка образования магнитного поля Земли. Ниже дается другая версия причины существования магнитных полей у планет и, вообще, у космических объектов. За основу берется электрическая концепция гравитации и инерции, которая популярно изложена в статье «Мир, в котором мы живем…». Для объяснения магнитного поля вращающихся объектов Вселенной обратимся к формуле связи массы m и гравитационного электрического заряда q:
q = ρm
ρ = 8,6164·10–11 [заряд/кг]
Естественно, если вращающееся тело имеет электрический заряд, то вращение заряда создает ток I, который производит магнитное поле.
По формуле связи тока с напряженностью магнитного поля рассчитаем величину напряжения Н:
Здесь R – радиус тела (планеты), Т – период вращения. Остальные величины уже определены. Подстановка известных R, T, M позволяет вычислить напряжение магнитных полей всех планет Солнечной системы. При этом следует оговориться: напряженность магнитного поля планет зависит не только от определенного нами гравитационного электрического заряда. Существует много факторов, влияющих на эту величину. Известно, магнитное поле Земли не остается постоянным. Активность Солнца, от которого исходят заряженные микрочастицы (протоны, электроны и т.д.) в виде «солнечного ветра», определяет переменную составляющую напряженности H. Кроме того, в Земле, в частности в ее коре, имеется целая сеть теллурических электрических токов. Токи прогнозируются в оболочках «жидкого» ядра, примыкающего к жесткому центральному ядру. С учетом всех указанных факторов будем оценивать приведенную ниже таблицу расчетов H только на основании вращения электрического заряда.
| Напряженность, а/м | Основные параметры | ||||
| Измерение | Расчет | Масса, кг | Период | Радиус, м | |
| Солнце | 80 до 105 в пятнах | 4450 | 1,984·1030 | 25 д., 9,1 час | 6,96 109 |
| Меркурий | 0,7 | 0,09 | 3,31·1023 | 58,644 д. | 2,5 106 |
| Венера | менее 0,05 | 0,12 | 4,87·1024 | 243 д. | 6,2 106 |
| Земля | 50 | 37,4 | 6·1024 | 23 час, 56 мин | 6,373 106 |
| Луна | 0,024 на h = 55 км | 0,061 | 7,35·1022 | 27,321 д. | 1,739 106 |
| Марс | 0,052 | 7,34 | 6,44·1023 | 24 час, 37 мин | 3,391 106 |
| Юпитер | 1140 | 2560 | 1,89·1027 | 9 час, 55 мин | 7,14 107 |
| Сатурн | 84 | 880 | 5,69·1026 | 10 час, 14 мин | 5,95 107 |
| Уран | 228 | 300 | 8,77·1025 | 10 час, 45 мин | 2,507 107 |
| Нептун | 13,3 | 250 | 1,03·1026 | 15 час, 48 мин | 2,49 107 |
Рассмотрение таблицы показывает, что наилучшее совпадение расчетов с экспериментальными данными находим у Земли, Урана, приемлемое совпадение для Юпитера, Луны, Венеры.
Наихудшее для Марса. Марс – удивительная планета. До сих пор она хранит много загадок, связанных с ее изучением с помощью космических аппаратов. Можно пока только фантазировать по поводу отсутствия магнитного поля у Марса: вероятно, наличие заметного поля у Марса, равного 7,34 а/м, могло помешать разумным существам в тонких технологических процессах и они скомпенсировали поле до необходимой и достаточно малой величины.
Расхождения данных по Сатурну, Нептуну, Меркурию до 20 раз могут иметь различные причины. Например, Сатурн имеет значительные образования в виде колец, которые могут вносить заметную поправку в магнитное поле планеты, Меркурий очень близок к Солнцу и его поле может быть усиленно «солнечным ветром» и т.д. Очень хорошее совпадение для Земли. Это понятно, так как магнитное поле здесь находится под наблюдением не первое столетие и измеряется постоянно.
Подведем итоги. Если бы приведенная формула связи массы с зарядом была заведомо неверна, то при расчетах можно было ожидать любые величины, далекие от реально существующих.
Этого не произошло. Таким образом гипотеза о связи массы и заряда получает экспериментальное подтверждение. Конечно же – этого не достаточно в окончательном утверждении такой концепции гравитации и инерции.
Дата публикации:
26 августа 1999 года
Электронная версия:
© НиТ. Cтатьи, 1997
Есть ли у других планет магнитные поля, как у нашей Земли? | Научные ребята
Сентябрь 2004 г.
Замечательно, что наша Земля обладает магнитным полем, потому что оно защищает нас от вредных частиц солнечного ветра. Магнитное поле Земли изгибается наружу около Южного полюса, поворачивает вверх и снова входит в Землю около Северного полюса. Магнитное поле не совпадает точно с географическими полюсами. Разница в этих двух положениях называется магнитным склонением.
Поскольку движущиеся электрические заряды создают магнитные поля, ученые считают, что движение расплавленного материала во внешнем ядре нашей Земли отвечает за магнитное поле. Расплавленный материал обладает электрическими зарядами, и считается, что их движение создает наше магнитное поле.
Высокоэнергетические космические лучи (в основном протоны) постоянно устремляются к нашей Земле от Солнца. Этот «солнечный ветер» исходит от Солнца со скоростью, близкой к 400 км/с (895 000 миль в час). Магнитное поле Земли заставляет эти заряженные частицы отклоняться от Земли, однако некоторые из них собираются на наших полюсах, где они воздействуют на верхние слои атмосферы, рассеивают свою энергию, создавая красивые полярные сияния — «северное сияние» (или северное сияние) и «полярное сияние». Южное сияние» (Аврора Аустралис.)
Космические зонды, такие как зонды «Вояджер», измерили магнитные поля планет, и даже были сфотографированы полярные сияния на других планетах. Космический корабль «Маринер-10» пролетел мимо Меркурия в 1974 году и удивил научное сообщество. Считалось, что Меркурий холоден и мертв внутри, поэтому не имеет магнитного поля. Однако Маринер измерил слабое магнитное поле, а это означает, что Меркурий должен иметь некоторую внутреннюю активность. Зонды обнаружили, что Марс и Венера не имеют значительного магнитного поля.
Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун имеют магнитные поля намного сильнее, чем у Земли. Юпитер — чемпион, обладающий самым большим магнитным полем. Механизм, который вызывает их магнитные поля, до конца не изучен. Считается, что в случае Сатурна и Юпитера их магнитные поля могут быть вызваны водородом, проводящим электричество глубоко внутри планеты. Водород вблизи ядра планеты может быть настолько плотно сжат всеми планетарными слоями выше, что становится электрическим проводником.
Планета Уран имеет интересное магнитное поле. Полюса Урана лежат почти в плоскости его орбиты вокруг Солнца. Магнитные полюса полностью удалены от географических полюсов на 60 градусов, что приводит к дикому вращению магнитного поля Урана по мере вращения планеты. С другой стороны, магнитное поле Сатурна и оси вращения кажутся почти одинаковыми, что делает Сатурн уникальным магнитом.
На нашей Луне отсутствует магнитное поле, что означает, что ее внутренняя часть холодная и неактивная.
Однако камни с Луны демонстрируют постоянный магнетизм, что позволяет предположить, что когда-то у Луны было магнитное поле. Физика планетарных магнитных полей до сих пор хранит для ученых немало загадок.
Weird Science: Earth’s Magnetic Field
PrintableNGSS Crosscutting Concepts
Patterns
Основные дисциплинарные идеи NGSS
ESS2.A: Earth Materials and Systems
90 004 СодержаниеСтранная наука: магнитное поле Земли
СФ Рис. 7.5. Ориентация железных пломб делает линии магнитного поля вокруг стержневого магнита видимыми. Железо представляет собой магнитный материал, который либо отталкивается, либо притягивается к двум полюсам стержневого магнита.
Изображение предоставлено доктором Дайной Мейсон, Flickr, изменено Narrissa Spies
Магнитное поле — это трехмерная область вокруг магнита, в которой магнит воздействует на другие объекты.
Невидимое магнитное поле простого стержневого магнита можно визуализировать, поместив вокруг него железные опилки (рис. 7.5). Магнит воздействует на железные опилки, заставляя их двигаться и выравниваться с линиями магнитного поля магнита. У каждого магнита есть северный полюс (часто окрашенный в красный цвет и обозначенный буквой «N») и южный полюс (часто окрашенный в синий цвет и обозначенный буквой «S»). Противоположные магнитные полюса притягиваются друг к другу. Например, северный полюс одного магнита будет притягиваться к южному полюсу второго магнита.
СФ Рис. 7.6. Диаграмма, показывающая линии, представляющие линии магнитного поля Земли. Стрелки компаса ориентируются вдоль силовых линий магнитного поля. Обратите внимание, что южный полюс магнитного поля Земли указывает на Полярный круг.
Изображение предоставлено Zureks, Wikimedia Commons
Земля имеет сильное магнитное поле (SF рис.
Путники уже давно могут перемещаться с места на место с помощью простых магнитных компасов. Стрелки компаса ориентируются на магнитные полюса Земли. Так называемый «Северный полюс» за Полярным кругом на самом деле является южным полюсом магнитного поля Земли. Его называют Северным полюсом, потому что на него указывает северный полюс стрелки компаса. Точно так же южный полюс стрелки магнитного компаса притягивается к северному полюсу магнитного поля Земли, обнаруженному у побережья Антарктиды. Магнитные полюса Земли не совпадают с географическими полюсами Земли.
Набор вопросов
- Используйте свои слова для определения следующих терминов:
- магнитное поле
- магнитный полюс
- Если бы вы находились в Канаде, красный кончик стрелки вашего магнитного компаса (обозначенный буквой «N») указывал бы на Полярный круг. Как это повлияет на то, как вы ориентируетесь по компасу в этой части мира?
- Если бы вы стояли в Австралии, в каком направлении указывала бы красная буква N стрелки вашего компаса? Объясните свои рассуждения, используя термины «магнитное поле» и «магнитный полюс».
- Магнитное поле Земли находится не точно на географическом северном полюсе. Как вы думаете, почему люди до сих пор пользуются простым магнитным компасом?
- Узнайте, как меняется магнитное поле Земли в разных местах на поверхности планеты.
Изучение нашей жидкой Земли, продукт Группы исследований и разработок учебных программ (CRDG) Педагогического колледжа.
