Jordens magnetfelt opprinnelse, egenskaper, funksjon

Han Jordens magnetfelt Det er den magnetiske effekten som jorden utøver og som strekker seg fra innsiden til hundrevis av kilometer i verdensrommet. Det ligner veldig på den som er produsert av en barmagnet. Denne ideen ble foreslått av den engelske forskeren William Gilbert i det syttende århundre, som også observerte at det ikke er mulig å skille magnetpolene.

Figur 1 viser landmagnetiske feltlinjer. De er alltid lukket, krysser interiøret og fortsetter på utsiden, og danner en slags dekning.

Figur 1. Jordens magnetfelt ligner en stangmagnet. Kilde: Wikimedia Commons.

Opprinnelsen til jordens magnetfelt er fremdeles et mysterium. Den ytre, støpejernskjernen, kan ikke på egen hånd, fordi temperaturen er slik at den ødelegger magnetrekkefølgen. Temperaturgrensen for dette er kjent som curietemperatur. Derfor er det umulig for en stor masse magnetisert materiale å være ansvarlig for feltet.

Forkastet denne hypotesen, må vi se etter feltets opprinnelse i et annet fenomen: den terrestriske rotasjonen. Dette får den smeltede kjernen til å vri seg jevnt, og skaper Dynamo -effekten, der en væske spontant genererer et magnetfelt.

Det antas at Dynamo -effekten er årsaken til magnetismen til astronomiske gjenstander, for eksempel solen. Men så langt er ukjent hvorfor en væske er i stand til å oppføre seg på denne måten og hvordan de elektriske strømningene produserte.

[TOC]

Kjennetegn

- Jordens magnetfelt er resultatet av tre bidrag: selve det interne feltet, det ytre magnetfeltet og magnetiske mineraler i cortex:

1. Internt felt: Det ligner den for en magnetisk dipol (magnet) som ligger i jordens sentrum, og dens bidrag er omtrent 90%. Varierer veldig sakte i tid.
2. Eksternt felt: Det kommer fra solaktivitet i atmosfærens lag. Det ligner ikke på Dipolo og presenterer mange varianter: daglige, årlige, magnetiske stormer og mer.
3. Magnetiske bergarter i jordskorpen, som også skaper sitt eget felt.

- Magnetfeltet er polarisert, og presenterer nord- og sørpoler, akkurat som en barmagnet.

- Når de motsatte polene tiltrekker.

- Magnetfeltretningen er representert i form av lukkede linjer som etterlater magnetens magnetiske sør (nordpolen på magneten) og kommer inn i magnetisk nord (sørpolet til magneten).

Kan tjene deg: volumetrisk flyt

- I det magnetiske nord -og også i det magnetiske sør er feltet vinkelrett på jordens overflate, mens i Ecuador er feltet flush. (Se figur 1)

- Intensiteten til feltet er mye større i polene enn i Ecuador.

- Aksen til den terrestriske dipolen (figur 1) og rotasjonsaksen er ikke justert. Det er en forskyvning på 11,2º blant dem.

Geomagnetiske elementer

Siden magnetfeltet er vektor, er et kartesisk system med XYZ -koordinering med et opprinnelse eller hjelper til med å etablere sin posisjon.

Figur 2. Geomagnetiske elementer. Kilde: f. Zapata.

Den totale intensiteten til magnetfeltet eller induksjonen er B og dens anslag eller komponenter er: H horisontale og z vertikalt. De er relatert til:

-D, den magnetiske nedgangsvinkelen, dannet mellom H og det geografiske nord (x -aksen), positiv mot øst og negativ mot vest.

-Jeg, den magnetiske hellingsvinkelen, mellom B og H, positivt om B er under horisontalt.

Kompassnålen vil være orientert i retning av h, den horisontale komponenten i feltet. Flyet bestemt av B og H kalles magnetisk meridian, mens ZX er den geografiske meridianen.

Magnetfeltvektoren er fullt spesifisert hvis tre av følgende mengder er kjent, som kalles geomagnetiske elementer: B, H, D, I, X, Y, Z.

Funksjon

Her er noen av de viktigste funksjonene i jordens magnetfelt:

-Mennesker har brukt det til å orientere seg over kompasset i hundrevis av år.

-Den utøver en beskyttende funksjon av planeten, ved å pakke den inn og avlede de ladede partiklene som solen stiger kontinuerlig.

-Selv om jordens magnetfelt (30 - 60 mikro tesla) er svakt sammenlignet med laboratoriets, er det intens nok til at visse dyr kan bruke det til å orientere. Dette er hva trekkfugler, messenger duer, hvaler og noen fiskeskoler gjør det.

-Magnetometri eller måling av magnetfeltet brukes til prospektering av mineralressurser.

Nord- og sørlys

De er kjent som henholdsvis lysene i Nord eller sør. De vises i breddegrader i nærheten.

Figur 3. Boreal Aurora i Alaska. Kilde: Wikimedia Commons.

De har sitt opphav i det store antall lastede partikler som solen kontinuerlig sender. De som er fanget av feltet, avviker vanligvis mot polene, på grunn av størst intensitet. Der benytter de anledningen til å ionisere atmosfæren og i prosessen blir synlig lys avgitt.

Kan tjene deg: Newtons første lov: Formler, eksperimenter og øvelser

Nordlysene er synlige i Alaska, Canada og Nord -Europa, på grunn av nærhet av magnetstangen. Men på grunn av migrasjonen er det mulig at de over tid blir mer synlige for Nord -Russland.

Selv om det foreløpig ikke ser ut til å være tilfelle, siden Auroras ikke følger nøyaktig til det magnetiske nord -nord.

Magnetisk nedgang og navigasjon

For navigering, spesielt på veldig lange turer, er det ekstremt viktig å kjenne den magnetiske nedgangen, for å utføre den nødvendige korreksjonen og finne den sanne nord.

Dette oppnås av kart som indikerer linjene med lik tilbakegang (isogoner), siden nedgangen varierer veldig i henhold til den geografiske plasseringen. Dette er fordi magnetfeltet opplever lokale variasjoner kontinuerlig.

Det store antallet som virker malt på landingssporene er instruksjonene i grader med hensyn til det magnetiske nord, delt på 10 og avrundet.

Nordtyper

Uansett hvor forvirrende det kan virke, er det flere typer nord, definert av noen spesielle kriterier. Dermed kan vi finne:

Magnetisk nord, Det er jordens punkt der magnetfeltet er vinkelrett på overflaten. Der peker kompasset, og forresten er det ikke antipodalt (diametralt motsatt) med det magnetiske sør.

Geomagnetisk nord, Det er stedet hvor aksen til den magnetiske dipolen vises til overflaten (se figur 1). Siden jordens magnetfelt er litt mer sammensatt enn Dipolo -feltet, sammenfaller ikke dette punktet nøyaktig med det magnetiske nord.

Geografisk nord, Der passerer aksen til terrestrisk rotasjon.

North Lambert eller rutenettet, Det er poenget hvor kart meridianer konvergerer. Det stemmer ikke nøyaktig med det geografiske eller sanne nord, siden jordens sfæriske overflate blir forvrengt når den projiseres på et plan.

Figur 4. Forskjellige Nortes og dens beliggenhet. Kilde: Wikimedia Commons. Cavit [CC med 4.0 (https: // creativecommons.Org/lisenser/av/4.0)]

Magnetfeltinvestering

Det er et forvirrende faktum: magnetiske stolper kan endre posisjon i løpet av noen tusen år, og skjer for tiden. Faktisk er det kjent at det har vært omtrent 171 ganger før, de siste 17 millioner årene.

Bevisene finnes i bergartene som dukker opp fra en sprekk midt i Atlanterhavet. Når det kommer ut, kjøler og stivner fjellet og setter retningen på terrestrisk magnetisering for øyeblikket, som er bevart.

Men så langt er det ingen tilfredsstillende forklaring på hvorfor det skjer, og heller ikke hvor energien som er nødvendig for å investere feltet kommer fra.

Som tidligere kommentert, beveger Magnetic North for tiden raskt mot Sibir, og Sør beveger seg også, selv om de er saktere.

Det kan tjene deg: Gjennomsnittlig vinkelhastighet: Definisjon og formler, løste øvelser

Noen eksperter mener at det skyldes en høyhastighets flytende jernstrøm, rett under Canada, som svekkes for feltet. Det kan også være begynnelsen på en magnetisk investering. Den siste som skjedde var for 700 siden.000 år.

Det kan være at dynamoen som gir opphav til terrestrisk magnetisme går ut en stund, enten spontant eller ved noen ekstern inngripen, for eksempel tilnærmingen til en komet for eksempel, selv om sistnevnte ikke har noen bevis.

Når Dynamo starter på nytt, har magnetstolpene endret steder. Men det kan også hende at investeringen ikke er fullført, men en midlertidig variasjon av Dipolo -aksen, som endelig vil komme tilbake til sin opprinnelige posisjon.

Eksperiment

Den utføres med Helmholtz -spolene: to identiske og konsentriske sirkulære spoler, gjennom hvilke samme strømintensitet passerer. Magnetfeltet til spolene samhandler med jorden, og gir opphav til et resulterende magnetfelt.

Figur 5. Eksperimenter for å bestemme verdien av jordens magnetfelt. Kilde: f. Zapata.

Inne i spolene opprettes et omtrent ensartet magnetfelt, hvis størrelse er:

-N er antall svinger på spolene

-Jeg er intensiteten til strømmen

-μ_enten Det er den magnetiske permeabiliteten til vakuum

-R er spolens radius

Fremgangsmåte

-Med et kompass plassert på den aksiale aksen til spolene, må du bestemme retningen på jordens magnetfelt B_T.

-Øst på spolens akse for å være vinkelrett på B_T. På denne måten feltet B_H generert så snart strømmen er passert, vil den være vinkelrett på B_T. I dette tilfellet:

Figur 6. Det resulterende feltet er det som vil markere kompassnålen. Kilde: f. Zapata.

-B_H Det er proporsjonalt med strømmen som føres gjennom spolene, slik at B_H = k.Yo, hvor k Det er en konstant som avhenger av geometrien til disse spolene: radio og antall svinger. Når du måler strømmen, kan du ha verdien av B_H. Så det:

B_H = k.I = b_T. Tg θ

Derfor:

-Så snart en strøm føres gjennom spolene, avviker kompassnålen. Å måle avviket er verdien av θ.

-Ulike intensiteter føres gjennom spolene og parene blir registrert (Yo, Tg θ).

-Grafen er laget Yo vs. Tg θ. Ettersom enheten er lineær, forventes det en linje, hvis skråning m er:

m = b_T /k

-Til slutt, fra justering av linjen med minimumsplasser eller ved visuell justering, bestemmes verdien av B_T.

Referanser

1. Jordmagnetfelt. Gjenopprettet fra: Web.Ua.er
2. Magneto-hydrodynamisk gruppe ved University of Navarra. Dynamo Effect: History. Gjenopprettet fra: Fysikk.en v.er.
3. Kirkpatrick, l. 2007. Fysikk: En titt på verden. 6. forkortet utgave. Cengage Learning.
4. GRYTE. Jordens magnetfelt og dets endringer i tid. Gjenopprettet fra: bilde.GSFC.gryte.Gov.
5. Natgeo. Jordens magnetiske nordpol beveger seg. Gjenopprettet fra: nnespanol.com.
6. Scientific American. Jorden har mer enn en nordpol. Gjenopprettet fra: Scientific American.com.
7. Wikipedia. Geomagnetisk pol. Gjenopprettet fra: i.Wikipedia.org.