ЗЕМЉИНО МАГНЕТНО ПОЉЕ: ПОРЕКЛО, КАРАКТЕРИСТИКЕ, ФУНКЦИЈА - ФИЗИЧКИ - 2025

Тхе Земљино магнетно поље је магнетна ефекат који се испољава Земље и који се протеже од унутрашњости до неколико стотина километара у простору. Веома је слична оној коју производи барнет магнет. Ову идеју је предложио енглески научник Вилијам Гилберт у 17. веку, који је такође приметио да није могуће одвојити полове магнета.

Слика 1 приказује линије магнетног поља Земље. Увек су затворени, пролазе кроз унутрашњост и настављају са спољашње стране, формирајући својеврсну навлаку.

Слика 1. Земљино магнетно поље подсећа на магнет бар. Извор: Викимедиа Цоммонс.

Порекло магнетног поља на Земљи још увек је мистерија. Спољна језгра земље, направљена од ливеног гвожђа, сама по себи не може да произведе поље, јер је температура таква да уништава магнетни ред. Температурни праг за то је познат као Цурие температура. Због тога је немогуће да велика маса магнетизованог материјала буде одговорна за поље.

Искључивши ову хипотезу, порекло поља морамо тражити у другом феномену: ротацији Земље. То узрокује да се растаљено језгро ротира неравномерно, стварајући динамо ефекат, у којем течност спонтано ствара магнетно поље.

Верује се да је динамо ефекат узрок магнетизма астрономских објеката, на пример, Сунца. Али до сада није познато зашто се флуид може понашати на тај начин и како произведене електричне струје успевају да остану.

карактеристике

- Земљино магнетно поље резултат је три доприноса: самог унутрашњег поља, спољног магнетног поља и магнетног минерала у коре:

1. Унутрашње поље: подсећа на магнетни дипол (магнет) који се налази у центру Земље и његов допринос је око 90%. Време се варира врло споро.
2. Спољно поље: долази од соларне активности у слојевима атмосфере. Не личи на диполе и има много варијација: дневно, годишње, магнетне олује и још много тога.
3. Магнетне стене у земљиној кори, које такође стварају своје поље.

- Магнетно поље је поларизовано, представљајући северни и јужни пол, баш као магнет за шипку.

- Како се супротни полови међусобно привлаче, игла компаса, која је њен северни пол, увек указује на близину географског севера, где је јужни пол Земљиног магнета.

- Правац магнетног поља представљен је у облику затворених линија које напуштају магнетни југ (северни пол магнета) и улазе у магнетни север (јужни пол магнета).

- На магнетном северу и на магнетном југу поље је окомито на земљину површину, док је на екватору поље паше. (види слику 1)

- Интензитет поља је много већи на половима него на екватору.

- Ос земаљског дипола (слика 1) и ос ротације нису усклађени. Пресељење је 11,2º између њих.

Геомагнетни елементи

Пошто је магнетно поље векторско, картезијански координатни систем КСИЗ са пореклом О помаже да се успостави његов положај.

Слика 2. Геомагнетни елементи. Извор: Ф. Запата.

Укупни интензитет магнетног поља или индукције је Б, а његове пројекције или компоненте су: Х водоравно и З вертикално. Повезани су:

-Д, угао магнетне деклинације, формиран између Х и географског севера (оса Кс), позитиван према истоку и негативан према западу.

-Ја, угао магнетног нагиба између Б и Х, позитиван ако је Б испод хоризонталног.

Игла компаса биће оријентисана у правцу Х, хоризонталној компоненти поља. Равнина коју одређују Б и Х назива се магнетним меридијаном, док је ЗКС географски меридијан.

Вектор магнетног поља се у потпуности специфицира ако су познате три од следећих количина, које називамо геомагнетним елементима: Б , Х, Д, И, Кс, И, З.

Функција

Ево неких од најважнијих функција Земљиног магнетног поља:

- Људи га користе стотинама година да се оријентишу компасом.

-Вежба заштитну функцију планете, обавијајући је и одбацујући наелектрисане честице које Сунце непрекидно емитује.

-Иако је магнетно поље Земље (30 - 60 микро Тесла) слабо у поређењу с онима у лабораторији, оно је довољно снажно да га одређене животиње користе за оријентацију. Као и птице селице, голубови, китови и неке школе риба.

-Магнетометрија или мерење магнетног поља користи се за истраживање минералних сировина.

Северно светло и јужно

Познати су као северно или јужно светло. Појављују се на географским ширинама у близини полова, где је магнетно поље готово окомито на Земљину површину и много је интензивније него на екватору.

Слика 3. Северно светло на Аљасци. Извор: Викимедиа Цоммонс.

Они потичу из велике количине набијених честица које Сунце непрекидно шаље. Они који су заробљени пољем генерално се крећу према половима због већег интензитета. Тамо га искориштавају за ионизацију атмосфере и током процеса се емитује видљива светлост.

Северна светлост је видљива на Аљасци, Канади и северној Европи због близине магнетног пола. Али због миграције овога, могуће је да временом постану видљивији према северу Русије.

Чини се да то засад није случај, јер ауроре не прате тачно магнетски север.

Магнетна деклинација и навигација

За навигацију, посебно на веома дугим путовањима, изузетно је важно знати магнетну деклинацију, како би се извршила потребна корекција и пронашао прави север.

То се постиже коришћењем мапа које означавају линије једнаке деклинације (изогоналне), јер деклинација увелике варира у зависности од географског положаја. То је због чињенице да магнетно поље непрекидно доживљава локалне варијације.

Велики број сликаних на пистама су правци у степенима у односу на магнетни север, подељени са 10 и заобљени.

Момци са севера

Колико год изгледало збуњујуће, постоји неколико типова севера, дефинисаних неким одређеним критеријумима. Дакле, можемо пронаћи:

Магнетни север је тачка на Земљи у којој је магнетно поље окомито на површину. Тамо компас показује, и успут, није антиподални (дијаметрално супротно) магнетном југу.

Геомагнетни север је место где се ос магнетног дипола диже на површину (видети слику 1). Пошто је Земљино магнетно поље мало сложеније од диполног поља, ова тачка се не подудара тачно са магнетним севером.

Географски према северу , оса ротације земље пролази тамо.

Северно од Ламберта или решетке , тачка је на којој се меридијана меридијана приказују. Не поклапа се баш са правим или географским севером, будући да је сферна површина Земље искривљена када се пројектује на равнину.

Слика 4. Разни севери и њихов положај. Извор: Викимедиа Цоммонс. Цавит

Инверзија магнетног поља

Постоји загонетна чињеница: магнетни полови могу да промене положај током неколико хиљада година, и то се тренутно догађа. У ствари, зна се да се то догодило 171 пута пре, у последњих 17 милиона година.

Докази су пронађени у стијенама које извиру из пукотина усред Атлантског океана. Како излази, стена се хлади и учвршћује, постављајући за сада правац магнетизације Земље, који је очуван.

Али за сада не постоји задовољавајуће објашњење зашто се то дешава, нити постоји извор енергије потребан за инвертирање поља.

Као што је раније речено, магнетни север тренутно се брзо креће ка Сибиру, а југ се такође креће, мада спорије.

Неки стручњаци верују да је то последица брзог протока течног гвожђа, одмах испод Канаде, који слаби поље. То могу бити и почеци магнетне преокрете. Последња која се догодила је пре 700.000 година.

Може се догодити да се динамо који узрокује магнетизам Земље искључује на неко време, било спонтано, било неким спољашњим интервенцијама, као што је на пример приступ комете, мада за то нема доказа.

Кад се динамо поново покрене, магнетни стубови су се пребацили на места. Али може се догодити и да инверзија није потпуна, већ привремена варијација оси дипола, која ће се коначно вратити у првобитни положај.

Експеримент

Изводи се са Хелмхолтз-завојницама: две идентичне и концентричне кружне завојнице кроз које пролази исти интензитет струје. Магнетно поље завојница делује у интеракцији са Земљиним пољем, стварајући тако настало магнетно поље.

Слика 5. Експериментирање за одређивање вредности Земљиног магнетног поља. Извор: Ф. Запата.

Отприлике једнолично магнетно поље ствара се унутар завојница чија је величина:

-Ја сам интензитет струје

-μ _о је магнетна пропустљивост вакуума

-Р је радијус завојница

Процес

Са компасом стављена у аксијалном оси калема, одредити смер Земљиног магнетског поља Б _Т .

-Ориенте осу завојнице буде управна на Б _Т . Тако поље Б _Х генерисана као што је усвојен струја, биће нормална на Б _Т . У овом случају:

Слика 6. Добијено поље је оно што ће игла компаса обележити. Извор: Ф. Запата.

-Б _Х пропорционалан је струји која пролази кроз завојнице, тако да је Б _Х = кИ, где је к константа која зависи од геометрије наведених завојница: радијус и број завоја. Мерне струја, може имати вредност Б _Х . Тако да:

Тако:

- Различите струје пролазе кроз завојнице, а парови (И, тг θ) се бележе у табели.

-Графикон И вс. тг θ. Пошто је зависност линеарна, очекујемо да добијемо линију чији је нагиб м:

Коначно, из равна - линија стане најмањих квадрата или визуелни прилагођавање, произилази да се утврди вриједност Б _Т .

Референце

1. Земљино магнетно поље. Опоравак од: веб.уа.ес
2. Група за магнетно хидродинамику Универзитета у Навари. Динамо ефекат: историја. Опоравак од: фисица.унав.ес.
3. Киркпатрицк, Л. 2007. Физика: поглед на свет. 6. скраћено издање. Ценгаге Леарнинг.
4. ПОТ. Земљино магнетно поље и његове промене времена. Опоравак од: имаге.гсфц.наса.гов.
5. НатГео. Земљин магнетни северни пол се креће. Опоравак од: нгенеспанол.цом.
6. Сциентифиц Америцан. Земља има више од једног северног пола. Опоравак од: сциенцеамерицан.цом.
7. Википедиа. Геомагнетни пол. Опоравак од: ен.википедиа.орг.