Магнитное переменное поле это: в чем измеряется сила, из чего состоит, основные характеристики

Переменное магнитное поле Земли — WikiTraining

Материал из WikiTraining

Земное магнитное поле находится под воздействием потока намагниченной солнечной плазмы. В результате взаимодействия с полем Земли образуется внешняя граница околоземного магнитного поля, называемая магнитопаузой. Она ограничивает земную магнитосферу. Из-за воздействия солнечных корпускулярных потоков размеры и форма магнитосферы постоянно меняются, и возникает переменное магнитное поле, определяемое внешними источниками. Его переменность обязана своим происхождением токовым системам, развивающимся на различных высотах от нижних слоев ионосферы до магнитопаузы. Изменения магнитного поля Земли во времени, вызванные различными причинами, называются геомагнитными вариациями, которые различаются как по своей длительности, так и по локализации на Земле и в ее атмосфере.
Часть изменений магнитного поля Земли обусловлена внешними причинами. Эти изменения, или вариации, переменного геомагнитного поля различаются по источнику и по продолжительности действия. Выделяют регулярные вариации с определенной продолжительностью, например солнечно-суточные и лунно-суточные, период которых равен соответственно солнечным и лунным суткам; магнитные бури, продолжительность которых меняется от нескольких десятков минут до нескольких часов; правильные и неправильные короткопериодические колебания с периодами от десятых долей секунды до нескольких минут. Одни из них являются регулярными. К ним относятся солнечно- и лунно-суточные вариации и правильные короткопериодические колебания. Другие появляются внезапно, а потом долгое время могут отсутствовать- это бури и некоторые типы короткопериодических колебаний. И у регулярных и у нерегулярных вариаций есть одна общая черта — все они связаны с солнечной деятельностью.
Связь эта проявляется по-разному. Например, солнечно-суточные вариации усиливаются в том, месте земного шара, где освещенность солнцем в данное время больше, т. е. днем и летом. Некоторые правильные короткопериодические вариации обнаруживают связь с расположением магнитной оси по отношению к Солнцу, а магнитные бури и другие неправильные колебания возникают тогда, когда усиливается деятельность Солнца: они связаны с появлением солнечных пятен, вспышек на поверхности Солнца и т. д.
В общем, от Солнца к Земле как бы непрерывно. дует «солнечный ветер» — летит поток заряженных: частиц. Подлетая к Земле, частицы вступают в сложное взаимодействие с магнитным полем Земли : ведь летящая заряженная частица — это электрический ток, а проводник с током отклоняется магнитным полем. Под напором летящих частиц силовые линии геомагнитного поля деформируются, прогибаются, как прогнулись бы под напором настоящего ветра упругие стальные полоски, имеющие форму силовых линий магнитного поля. Со стороны Солнца магнитное поле оказывается сдавленным, с ночной стороны образуется шлейф из вытянутых силовых линий, при этом сами силовые линии начинают вибрировать. Эти вибрации мы и воспринимаем как правильную часть короткопериодических вариаций магнитного поля Земли.
Большое количество частиц, причем наиболее быстрых, или, как обычно говорят, наиболее жестких, улавливается силовыми линиями, т. е. начинает двигаться вдоль них от одного магнитного полюса к другому. Над Землей образуются слои, где собирается большое количество прилетевших от Солнца частиц. Эти слои (радиационные пояса магнитосферы), как железные щиты, загораживают Землю от новых потоков солнечных частиц, экранируют ее от солнечного излучения. Однако некоторая доля частиц проходит сквозь магнитосферу в ионосферу, т. е. в тот слой атмосферы, где много ионизированных, а значит, заряженных частиц.
Участвуя в перемещениях атмосферных масс, т. е. перемещаясь в магнитном поле Земли, заряженные частицы образуют электрические токи определенного направления. Связанные с этими токами магнитные поля и создают солнечно-суточные вариации.
Когда излучение Солнца усиливается, поток поступающих от него частиц становится более концентрированным и в нем увеличивается доля жестких частиц, тогда большее количество этих частиц начинает проходить в атмосферу. Они прорываются нерегулярно, отдельными группами и вызывают резкие кратковременные изменения магнитного поля земного шара — магнитные возмущения, магнитные бури.

Магнитное поле в веществе. Часть 1

Всем доброго времени суток. В прошлой статье я рассказывал о основной характеристике магнитного поля – магнитной индукции, однако приведённые расчётные формулы соответствуют магнитному полю в вакууме. Что в практической деятельности встречается довольно редко. Когда проводники с током находятся в какой–либо среде, даже в воздухе, магнитное поле, которое они создают, претерпевает некоторые, а иногда и существенные изменения. Какие изменения происходят с магнитным полем, и от чего это зависит, я расскажу в данной статье.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Как связана индукция и напряженность магнитного поля?

Магнетиком называется вещество, которое под действием магнитного поля способно намагничиваться (или как говорят физики приобретать магнитный момент). Магнетиками являются практически все вещества. Намагничивание веществ объясняется тем, что в веществах присутствуют свои собственные микроскопические магнитные поля, которые создаются вращением электронов по своим орбитам. Когда внешнее магнитное поле отсутствует, то микроскопические поля расположены произвольным образом, а под воздействием внешнего магнитного поля соответствующим образом ориентируются.

Для характеристики намагничивания различных веществ используют так называемый вектор намагничивания J.

Таким образом, под действием внешнего магнитного поля с магнитной индукцией В₀, магнетик намагничивается и создает свое магнитное поле с магнитной индукцией В’. В итоге общая индукция В будет состоять из двух слагаемых

Тут возникает проблема вычисления магнитной индукции намагниченного вещества В’, для решения которой необходимо считать электронные микротоки всего вещества, что практически нереально.

Альтернативой данного решения есть ввод вспомогательных параметров, а именно напряженность магнитного поля Н и магнитная восприимчивость χ. Напряженность связывает магнитную индукцию В и намагничивание вещества J следующим выражением

магнитное поле Земли — это… Что такое магнитное поле Земли?

(магнитосфера), охватывает все оболочки Земли и околопланетное пространство. Конфигурация магнитосферы определяется взаимодействием с солнечным ветром – потоком заряженных частиц космического происхождения. С дневной стороны она укорочена и простирается на 8–14 радиусов Земли, с ночной – вытянута, образуя т. н. магнитный хвост планеты длиной в несколько сот радиусов Земли. Поле обусловлено действием постоянных источников, расположенных внутри Земли, которые испытывают медленные (вековые) изменения (вариации), и переменных источников, находящихся в верхних слоях атмосферы.

Соответственно различают основное, или главное (магни́тное по́ле Земли́99 %), и переменное (магни́тное по́ле Земли́1 %) магнитные поля.

Основное магнитное поле неоднородно, его напряжённость уменьшается от 55,7 у магнитных полюсов до 33,4 А/м у магнитного экватора, которые не совпадают в пространстве с географическими полюсами и экватором. Отклонения действительных значений магнитного поля в данной точке от расчётного, или нормального, называют магнитными аномалиями. Различают мировые аномалии глубинного происхождения (Восточно-Сибирская, Бразильская и др.), региональные и локальные. Последние могут быть вызваны скоплением магнитных горных пород, напр. железных руд (Курская магнитная аномалия).

Из-за постоянного смещения магнитных аномалий (к западу со скоростью ок. 0,2° в год), вековых вариаций поля возникает необходимость заново составлять магнитные карты, которые играют важную роль в морской и воздушной навигации, в геодезии и маркшейдерском деле. С этой целью проводятся магнитные съёмки на суше, в океанах, в воздушном и космическом пространстве. Исследования показывают, что направление основного магнитного поля Земли в прошлом многократно изменялось на противоположное. Последнее такое изменение имело место ок. 0,7 млн. лет назад.

Переменное геомагнитное поле связано с обтеканием магнитосферы плазмой солнечного ветра и прорывом заряженных частиц в магнитосферу. Это приводит к её сжатию с дневной стороны и формированию магнитного хвоста с противоположной. Изменение интенсивности электрических токов в магнитосфере и ионо-сфере Земли вызывает колебания частот и амплитуд магнитного поля, которые могут быть периодическими (солнечно-суточными и лунно-суточными), магнитными вариациями либо неправильными – т. н. магнитными возмущениями. Если последние охватывают всю Землю и продолжаются несколько дней, их называют мировыми магнитными бурями, они сопровождаются полярными сияниями, ионосферными возмущениями и др. явлениями.

Магнитное Поле

Магнитное Поле

Если два параллельно расположенных проводника подсоединить к
источнику тока так, чтобы по ним прошел электрический ток, то в
зависимости от направления тока в них проводники либо
отталкиваются, либо притягиваются.

Объяснение этого явления возможно с позиции возникновения
вокруг проводников особого вида материи — магнитного поля.

Силы, с которыми взаимодействуют проводники с током,
называются магнитными.

Магнитное поле — это особый вид материи, специфической
особенностью которой является действие на движущийся
электрический заряд, проводники с током, тела, обладающие
магнитным моментом, с силой, зависящей от вектора скорости
заряда, направления силы тока в проводнике и от направления
магнитного момента тела.

История магнетизма уходит корнями в глубокую древность, к
античным цивилизациям Малой Азии. Именно на территории Малой
Азии, в Магнезии, находили горную породу, образцы которой
притягивались друг к другу. По названию местности такие
образцы и стали называть «магнетиками». Любой магнит в форме
стержня или подковы имеет два торца, которые называются
полюсами; именно в этом месте сильнее всего и проявляются его
магнитные свойства. Если подвесить магнит на нитке, один полюс
всегда будет указывать на север. На этом принципе основан
компас. Обращенный на север полюс свободно висящего магнита
называется северным полюсом магнита (N). Противоположный полюс
называется южным полюсом (S).

Магнитные полюсы взаимодействуют друг с другом: одноименные
полюсы отталкиваются, а разноименные — притягиваются.
Аналогично концепции электрического поля, окружающего
электрический заряд, вводят представление о магнитном поле
вокруг магнита.

В 1820 г. Эрстед (1777-1851) обнаружил, что магнитная стрелка,
расположенная рядом с электрическим проводником, отклоняется,
когда по проводнику течет ток, т. е. вокруг проводника с током
создается магнитное поле. Если взять рамку с током, то внешнее
магнитное поле взаимодействует с магнитным полем рамки и
оказывает на нее ориентирующее действие, т. е. существует
такое положение рамки, при котором внешнее магнитное поле
оказывает на нее максимальное вращающее действие, и существует
положение, когда вращающий момент сил равен нулю.

Магнитное поле в любой точке можно охарактеризовать вектором
В, который называется вектором магнитной индукции или
магнитной индукцией в точке.

Магнитная индукция В — это векторная физическая величина,
являющаяся силовой характеристикой магнитного поля в точке.
Она равна отношению максимального механического момента сил,
действующих на рамку с током, помещенную в однородное поле, к
произведению силы тока в рамке на ее площадь:

За направление вектора магнитной индукции В принимается
направление положительной нормали к рамке, которое связано с
током в рамке правилом правого винта, при механическом
моменте, равном нулю.

Точно так же, как изображали линии напряженности
электрического поля, изображают линии индукции магнитного
поля. Линия индукции магнитного поля — воображаемая линия,
касательная к которой совпадает с направлением В в точке.

Направления магнитного поля в данной точке можно определить
еще как направление, которое указывает

северный полюс стрелки компаса, помещенный в эту точку.
Считают, что линии индукции магнитного поля направлены от
северного полюса к южному.

Направление линий магнитной индукции магнитного поля,
созданного электрическим током, который течет по
прямолинейному проводнику, определяется правилом буравчика или
правого винта. За направление линий магнитной индукции
принимается направление вращения головки винта, которое
обеспечивало бы поступательное его движение по направлению
электрического тока (рис. 59).

где n₀₁= 4Пи• 10^-7В • с/(А • м). —
магнитная постоянная, R — расстояние, I — сила тока в проводнике.

В отличие от линий напряженности электростатического поля,
которые начинаются на положительном заряде и оканчиваются на
отрицательном, линии индукции магнитного поля всегда замкнуты.
Магнитного заряда аналогично электрическому заряду не
обнаружено.

За единицу индукции принимается одна тесла (1 Тл) — индукция
такого однородного магнитного поля, в котором на рамку
площадью 1 м², по которой течет ток в 1 А,
действует максимальный вращающий механический момент сил,
равный 1 Н • м.

Индукцию магнитного поля можно определить и по силе,
действующей на проводник с током в магнитном поле.

На проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует
сила Ампера, величина которой определяется следующим
выражением:

где I — сила тока в проводнике, l —длина проводника, В —
модуль вектора магнитной индукции, а — угол между вектором и
направлением тока.

Направление силы Ампера можно определить по правилу левой
руки: ладонь левой руки располагаем так, чтобы линии магнитной
индукции входили в ладонь, четыре пальца располагаем по
направлению тока в проводнике, то отогнутый большой палец
показывает направление силы Ампера.

Учитывая, что I = q₀nSv, и подставляя это выражение
в (3.21), получим F = q₀nSh/B sin a. Число
частиц (N) в заданном объеме проводника равно N = nSl, тогда F
= q₀NvB sin a.

Определим силу, действующую со стороны магнитного поля на
отдельную заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле:

Эту силу называют силой Лоренца (1853-1928). Направление силы
Лоренца можно определить по правилу левой руки: ладонь левой
руки располагаем так, чтобы линии магнитной индукции входили в
ладонь, четыре пальца показывали направление движения
положительного заряда, большой отогнутый палец покажет
направление силы Лоренца.

Сила взаимодействия между двумя параллельными проводниками, по
которым текут токи I₁ и I₂ равна:

где l —часть проводника, находящаяся в магнитном поле. Если
токи одного направления, то проводники притягиваются (рис. 60),
если противоположного направления — отталкиваются. Силы,
действующие на каждый проводник, равны по модулю, противоположны
по направлению. Формула (3.22) является основной для определения
единицы силы тока 1 ампер (1 А).

Магнитные свойства вещества характеризует скалярная физическая
величина — магнитная проницаемость, показывающая во сколько
раз индукция В магнитного поля в веществе, полностью
заполняющем поле, отличается по модулю от индукции
В₀ магнитного поля в вакууме:

По своим магнитным свойствам все вещества делятся на
диамагнитные, парамагнитные и ферромагнитные.

Рассмотрим природу магнитных свойств веществ.

Электроны в оболочке атомов вещества движутся по различным
орбитам. Для упрощения считаем эти орбиты круговыми, и каждый
электрон, обращающийся вокруг атомного ядра, можно
рассматривать как круговой электрический ток. Каждый электрон,
как круговой ток, создает магнитное поле, которое назовем
орбитальным. Кроме того, у электрона в атоме есть собственное
магнитное поле, называемое спиновым.

Если при внесении во внешнее магнитное поле с индукцией
В₀ внутри вещества создается индукция В <
В₀, то такие вещества называются диамагнитными
(n < 1).

В диамагнитных материалах при отсутствии внешнего
магнитного поля магнитные поля электронов скомпенсированы, и
при внесении их в магнитное поле индукция магнитного поля
атома становится направленной против внешнего поля.
Диамагнетик выталкивается из внешнего магнитного поля.

У парамагнитных материалов магнитная индукция
электронов в атомах полностью не скомпенсирована, и атом в
целом оказывается подобен маленькому постоянному магниту.
Обычно в веществе все эти маленькие магниты ориентированы
произвольно, и суммарная магнитная индукция всех их полей
равна нулю. Если поместить парамагнетик во внешнее магнитное
поле, то все маленькие магниты — атомы повернутся во внешнем
магнитном поле подобно стрелкам компаса и магнитное поле в
веществе усиливается (n >= 1).

Ферромагнитными называются такие материалы, в которых
n » 1. В ферромагнитных материалах создаются так
называемые домены, макроскопические области самопроизвольного
намагничивания.

В разных доменах индукции магнитных полей имеют различные
направления (рис. 61) и в большом кристалле

взаимно компенсируют друг друга. При внесении ферромагнитного
образца во внешнее магнитное поле происходит смещение границ
отдельных доменов так, что объем доменов, ориентированных по
внешнему полю, увеличивается.

С увеличением индукции внешнего поля В₀ возрастает
магнитная индукция намагниченного вещества. При некоторых
значениях В₀ индукция прекращает резкий рост. Это
явление называется магнитным насыщением.

Характерная особенность ферромагнитных материалов — явление
гистерезиса, которое заключается в неоднозначной зависимости
индукции в материале от индукции внешнего магнитного поля при
его изменении.

Петля магнитного гистерезиса — замкнутая кривая (cdc`d`c),
выражающая зависимость индукции в материале от амплитуды
индукции внешнего поля при периодическом достаточно медленном
изменении последнего (рис. 62).

Петля гистерезиса характеризуется следующими величинами
B_s, B_r, B_c. B_s —
максимальное значение индукции материала при В_0s;
В_r — остаточная индукция, равная значению индукции
в материале при уменьшении индукции внешнего магнитного поля
от B_0s до нуля; -В_с и В_с —
коэрцитивная сила — величина, равная индукции внешнего
магнитного поля, необходимого для изменения индукции в
материале от остаточной до нуля.

Для каждого ферромагнетика существует такая температура (точка
Кюри (Ж. Кюри, 1859-1906), выше которой ферромагнетик
утрачивает свои ферромагнитные свойства.

Существует два способа приведения намагниченного
ферромагнетика в размагниченное состояние: а) нагреть выше
точки Кюри и охладить; б) намагничивать материал переменным
магнитным полем с медленно убывающей амплитудой.

Ферромагнетики, обладающие малой остаточной индукцией и
коэрцитивной силой, называются магнитомягкими. Они находят
применение в устройствах, где ферромагнетику приходится часто
перемагничиваться (сердечники трансформаторов, генераторов и
др.).

Магнитожесткие ферромагнетики, обладающие большой коэрцитивной
силой, применяются для изготовления постоянных магнитов.

Геомагнитное поле | big-archive.ru

Автор admin На чтение 16 мин. Просмотров 3 Опубликовано 10.06.2019

Магнитное поле на поверхности Земли делят на постоянное и переменное. Главная часть постоянного магнитного поля обязана происхождением процессам, протекающим в ядре Земли и на границе ядра и мантии. На эту часть магнитного поля накладывается магнитное поле, созданное породами земной коры.

Постоянное поле не является постоянным в строгом смысле слова. Оно меняется со временем, но изменения эти происходят медленно. Наиболее изученная часть таких изменений — это вековые вариации, они имеют, возможно, период в несколько сотен лет.

Переменное магнитное поле Земли связано с излучением Солнца, благодаря которому в околоземном пространстве в ионосфере и магнитосфере возникают электрические токи. Это поле действительно является переменным, и различные его составляющие имеют периоды изменения от сотых долей секунды до суток.

Постоянное магнитное поле Земли. Точные сведения о магнитном поле Земли имеют большое принципиальное и практическое значение, так как, с одной стороны, позволяют составить представление о строении Земли и о происхождении магнитного поля, а с другой, дают основу для правильного практического применения этих знаний, например, при магнитной разведке полезных ископаемых. Распределение магнитного поля Земли на ее поверхности изображают на картах с помощью изолиний магнитных элементов. К ним относятся магнитное склонение, наклонение, величины горизонтальной и вертикальной составляющих силы геомагнитного поля.

Несмотря на то, что рождением науки о магнитном поле Земли можно считать 1600 г., когда впервые английский физик У. Гильберт доказал, что Земля — огромный магнит, теоретическое развитие этой отрасли геофизики шло крайне медленно. Принципиальные для развития физических представлений о природе магнитного поля сведения о нем, которыми располагало человечество 50 лет назад, сводились к тому, что Земля обладает очень слабым потенциальным постоянным магнитным полем, что главная часть его — поле магнитного диполя, помещенного в центре Земли, и что ось этого диполя наклонена под углом 11°30 к оси вращения Земли. Что касается России, то подробных сведений о распределении магнитного поля на ее огромной территории еще не было, хотя такая крупнейшая особенность, как курские магнитные аномалии (КМА), уже была известна.

Сразу после гражданской войны началось детальное изучение магнитного поля на территории Советской России. С 1931 по 1941 г. вся страна была покрыта сетью магнитных измерений (генеральная магнитная съемка), часть из которых время от временя повторялась, чтобы изучить вековые вариации. Магнитная съемка на территории Советского Союза выявила распределение магнитных аномалий, связанных с особенностями геологии страны. На востоке Сибири была подробно изучена большая, занимающая почти треть азиатского материка аномалия — территория, где магнитное поле заметно отличалось от дипольного. Эта аномалия не имеет отношения к тем магнитным аномалиям, которые связаны с присутствием в верхних частях земной коры различных полезных ископаемых и которые поэтому интенсивно изучаются магнитной разведкой. Аномалии, охватывающие такую большую территорию, это мировые (или континентальные) аномалии и имеют отношение к строению Земли в целом. Некоторые особенности таких аномалий, теоретические расчеты, а также последние наблюдения магнитного поля на высоте, полученные при помощи искусственных спутников Земли, заставляют считать, что причины мировых аномалий находятся на границе земного ядра и оболочки.

Наиболее плохо до сих пор изучено магнитное поле на водных пространствах нашей планеты. Некоторые страны строят специальные немагнитные суда для изучения магнитного поля на морях и океанах. Одно из таких судов — немагнитная шхуна «Заря» — принадлежит Советскому Союзу. На «Заре» в 1957 г. получены многие ценные сведения о магнитном поле мирового океана; эти наблюдения помогли значительно лучше представить строение океанического дна. Необходимо упомянуть, что первые исследования магнитного поля Центральной Арктики принадлежат советским исследователям. Они были проведены в 1937—1938 гг. на дрейфующей льдине Е. К. Федоровым, одним из членов группы И. Д. Папанина.

Повторные измерения геомагнитного поля на одних и тех же пунктах во многих странах и в том числе в СССР позволили уточнить географическое распространение вековых вариаций. Оказалось, что существовавшее раньше представление о вековых вариациях, как о результате вращения геомагнитной оси вокруг географической, было неточным. Вековые вариации представляют собой усиление магнитного поля в одних местах земного шара и ослабление его в других с периодом порядка 1000 лет; особенно большие изменения происходят в области континентальных аномалий. Одна из /основных особенностей вековых вариаций состоит в том, что места наибольшего изменения магнитного поля, как и центры мировых аномалий, постоянно смещаются к западу — происходит западный дрейф магнитного поля. Западный дрейф этих аномалий доказывает, что они связаны не с неподвижными слоями в одной из твердых оболочек Земли, а с какими-то процессами в жидком ядре.

Вековые вариации имеют часть, связанную с земной корой. Эта часть вековых вариаций различна в сейсмически активных и сейсмически спокойных районах. Есть основания считать, что вековые вариации в данном районе должны меняться при приближении времени крупных землетрясений. Если этот эффект будет достаточно велик, чтобы его можно было наблюдать, его смогут использовать для предсказания землетрясений.

Работы по изучению распределения магнитного поля на поверхности Земли, по выяснению происхождения времени мировых аномалий, по изучению вековых вариаций и их аномального хода в сейсмических районах ведутся в экспериментальном и теоретическом плане Институтом земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн АН СССР. Руководителями различных направлений этой отрасли науки, «которым принадлежат наиболее принципиальные достижения в этой области («Настоящее и прошлое…», 1965), являются В. П. Орлов и М. М. Иванов.

В 50-х годах с широким развитием палеомагнитных исследований начался новый этап в науке о магнитном поле Земли. Намагниченность горных пород (содержащихся в них ферромагнитных зерен) зависит не только от магнитного поля, в котором находились эти породы, но и от условий их образования. Намагниченность, возникшая при остывании расплавленной породы в магнитном поле, будет иметь направление этого поля, но ее стабильность, т. е. способность сопротивления размагничивающим воздействиям, настолько велика, что потребовались бы поля, в сотни и тысячи раз превышающие поле, в котором остывала порода, чтобы уничтожить эту намагниченность. Благодаря этому свойству многие породы до сих пор сохранили намагниченность, приобретенную ими во время их образования миллионы лет назад, Изучая эту древнюю намагниченность, мы получаем возможность судить о магнитном поле, которое было на Земле в разные геологические эпохи, и можем проследить закономерности изменения этого поля во времени.

Такая идея впервые у нас была высказана П. П. Лазаревым в 30-х годах, но реальное начало палеомагнитных исследований следует отнести к концу 40 — началу 50-х годов. В Советском Союзе палеомагнитные исследования начались с 1956 г. и получили очень широкое распространение. При таких исследованиях чрезвычайно важно сравнивать наблюдения, полученные по одновозрастным породам из далеко отстоящих районов. Поэтому в 1957 г. была создана специальная Палеомагнитная комиссия, основной функцией которой является координация палеомагнитных исследований и проверка надежности полученных результатов. Инициатором создания этой комиссии был А. Г. Калашников (ИФЗ АН СССР). Ее председатель и руководитель Б. М. Яновский (Ленинградский университет) объединил вопросы палеомагнетизма с вопросами геомагнетизма постоянного поля, так как на настоящей стадии исследований эти две линии уже не могут быть разъединены. Огромная территория Советского Союза, большой размах и единообразие исследований, а также четкая их организация позволили получить исключительные по своей ценности наблюдения и использовать их для геофизических обобщений. Основное количество палеомагнитных исследований, сбор и обобщение палеомагнитных данных проводится под руководством А. Н. Храмова. Сложность палеомагнитных исследований заключается не в отборе коллекций пород и измерений их намагниченности, а в доказательстве того, что намагниченность, которой обладает порода в настоящее время, именно та намагниченность, которую порода приобрела в процессе образования, и что эта намагниченность сохранилась неизменной в течение сотен миллионов лет, прошедших с того времени.

При изучении процессов намагничивания и размагничивания, свойственных ферромагнетикам, входящим в состав горных пород, разработан ряд методов, при помощи которых удается ответить на вопрос о происхождении намагниченности. В Советском Союзе такие работы ведутся в Институте физики Земли АН СССР, в Московском и Ленинградском университетах, а также в Институте физики СО АН СССР. Изучение закономерностей возникновения и разрушения намагниченности горных пород является физической базой палеомагнитных исследований и интерпретации палеомагнитных определений, но их значение выходит за пределы чисто палеомагнитных исследований. На основе изученных закономерностей геомагнетизма предложены методы, позволяющие в ряде случаев устанавливать возраст и условия происхождения горных пород,

Палеомагнитные и археомагнитные (относящиеся к последним 30 тыс. лет) исследования позволили советским и зарубежным ученым обнаружить следующие особенности геомагнитного поля.

1. Магнитный полюс перемещается со временем, но за последние несколько миллионов лет местоположение магнитного полюса определялось осью вращения Земли: если установить среднее положение магнитного полюса за весь четвертичный период, то этот средний магнитный полюс совпадет с географическим.

2. Геомагнитная ось постепенно перемещается относительно земной коры. Примерно за 500—600 млн. лет магнитный полюс переместился из центральной части Тихого океана мимо берегов Японии к современному положению.

3. При каждом положении геомагнитной оси магнитные полюсы могут занимать диаметрально противоположные положения.

4. Вековые вариации существуют по меньшей мере последние 10 тыс. лет, сохраняя примерно одинаковый характер.

5. Величина магнитного момента тоже пульсирует с периодом порядка 10 тыс. лет, оставаясь в среднем приблизительно такой, как в настоящее время.

Естественно, что эти новые и столь принципиальные сведения о магнитном поле Земли совершенно изменили представления о магнитном поле и причинах, его вызывающих. Новые представления нашли отражение в теории геомагнитного поля и вековых вариаций. Я. И. Френкель (1947) высказал предположение, что процесс возникновения геомагнитного поля происходит в земном ядре и подобен процессу самовозбуждения динамомашины. Идея Френкеля получила развитие в работах других авторов, однако статью Френкеля можно считать началом нового направления в теории геомагнитного поля. Первой стройной теорией геомагнитного поля, построенной с учетом его особенностей, установленных палеомагнитными и археомагнитными методами, является предложенная в 1948 г. теория Булларда.

В Советском Союзе предложены еще два варианта теории геомагнитного поля, существенно отличающихся от представлений Булларда. Авторами этих теорий являются Б. А. Тверской (1962) и С. И. Брагинский (1963). Одновременно с созданием теории происхождения геомагнитного поля уточняются наши знания о строении земного ядра и процессах, в нем происходящих. В частности, инверсии поля, т. е. перемена местами магнитных полюсов при неизменном направлении геомагнитной оси, возможны только при крупных конвективных перемещениях вещества в земном ядре. На основании поведения геомагнитного поля во время инверсий можно судить о характере и скорости таких перемещений, следовательно, в какой-то мере и о свойствах вещества ядра. Поскольку перемена полярности — очень заметный момент в истории магнитного поля, изменения знака намагниченности горных пород можно использовать для корреляции геологических разрезов на далеких расстояниях, даже на разных континентах.

Переменное магнитное поле Земли. Величины изменений магнитных элементов в данном месте можно узнать, имея магнитную обсёрваторию, т. е. приборы, которые регистрируют все изменения поля — его переменную часть или переменное магнитное поле Земли. Перед Октябрьской революцией в России было только пять магнитных обсерваторий. После революции их число постепенно возрастало, и теперь их около 30.

Переменное магнитное поле Земли обусловлено, как сказано выше, солнечной деятельностью. Различают две части в этом поле — регулярную и не регулярную. Первая связана с ионизацией солнечным светом земной атмосферы, в которой в результате ионизации возникает на высотах 100 км и выше область, хорошо проводящая электрические токи. Вместе со всей атмосферой ионосфера подвержена приливным колебаниям, в первую очередь под действием притяжения Солнца и Луны. При этих колебаниях, происходящих в магнитном поле земного шара, в ионосфере индуцируются электрические т о к и. Магнитное поле этих токов можно наблюдать на земной поверхности как периодические, суточные вариации. Первые сведения о географическом распределении суточных магнитных вариаций были получены еще в XIX в. В 1941 г. Н. П. Бенькова на основании наблюдений мировой сети магнитных обсерваторий за лето 1933 г. (в этот период был проведен 2-й Международный полярный год и было организовано много новых магнитных обсерваторий) провела подробный анализ суточных вариаций, впервые установив в них наличие части, связанной с географической долготой. В 1964 г. М. Н. Фаткуллин и Я. И. Фельдштейн одновременно с английскими геофизиками показали, что суточные вариации следует рассматривать не в отклонениях от средних за сутки, а в отклонениях от ночного уровня магнитного поля. При таком подходе появляется возможность правильнее в физическом отношении связывать между собой суточные магнитные вариации и суточные изменения характеристик ионосферы.

Вторая, нерегулярная часть переменного магнитного поля обусловлена воздействием на Землю солнечного корпускулярного излучения. Потоки солнечных корпускул, солнечной плазмы, встречая Землю в своем движении от Солнца, вызывают на ней комплекс связанных между собой явлений: магнитные бури, полярные сияния, нарушения нормального состояния ионосферы, возмущения естественных электрических токов, существующих в земной коре, и др. Изучение этих явлений, помимо научного инте

Поле в магнетиках. Диамагнетизм — Студопедия.Нет

1. Магнетики. Магнитная проницаемость. Магнетиком называют любое вещество в магнитном поле. Сила взаимодействия между элементарными токами dF, определяемая законом Ампера (12.6), зависит от того, в каком веществе находится взаимодействующие токи. Её силу можно представить так: dF = mdF₀.                                                                   (17.1)

где dF₀ — сила взаимодействия между этими токами в вакууме. Некоторые вещества уменьшают силу взаимодействия токов по сравнению с вакуумом, другие – увеличивают.

Безразмерное число μ, показывающее во сколько раз сила взаимодействия между токами в веществе больше силы взаимодействия в вакууме, называют магнитной проницаемостью вещества.

Магнитная проницаемость μ – всегда положительное число, больше или меньше 1. Она входит в формулы законов Ампера, Био-Савара-Лапласа, электромагнитной индукции и в их многочисленные следствия.

2. Вектор намагниченности. Магнитная восприимчивость. Магнитные свойства тел обусловлены движением электрических зарядов в атомах и молекулах. Любой движущийся в оболочке атома электрон в магнитном отношении эквивалентен элементарному контуру с током, имеющему определённый магнитный момент, называемый орбитальным.

Кроме того, каждый электрон имеет собственный магнитный момент, называемый спиновым. Спиновый момент в начале связывался с предполагаемым вращением электрона вокруг своей оси. Когда позднее выяснилось, что эта наглядная модель неприменима, спиновый момент стали просто полагать определённым качеством электрона, таким как масса и заряд. Магнитный момент атома слагается из орбитальных и спиновых магнитных моментов всех его электронов и магнитного момента ядра.

Полный магнитный момент единицы объёма вещества называют вектором намагничения вещества и обозначают J, Он равен сумме магнитных моментов всех частиц в единице объёма. В несильных полях вектор намагничения пропорционален индукции магнитного поля, .                                                                                  (17.2)

Магнитная постоянная μ₀ введена здесь для уравнивания размерностей так, чтобы коэффициент пропорциональности χ был безразмерным числом. Величину χ называют магнитной восприимчивостью вещества. Между μ и χ линейная связь: μ = χ + 1.             (17.3)

Магнитная восприимчивость χ может быть как положительным, так и отрицательным числом. В зависимости от значений χ и μ все материалы делятся на три большие группы:

χ < 0,    μ < 1      – диамагнетики;

χ > 0,    μ > 1         – парамагнетики;

χ >> 0,  μ >> 1      – ферромагнетики.

3. Диамагнетики – это вещества, магнитный момент атомов которых в отсутствие внешнего магнитного поля равен нулю. К диамагнетикам относятся все инертные газы, металлы Cu, Ag, Au, Pb, Hg, Zn, а также Sb, I (йод), C, Si, S, H₂O, N₂, Сo₂ и большинство органических соединений.

При внесении диамагнетика во внешнее поле суммарный магнитный момент каждого атома становится отличным от нуля и направленным против внешнего поля. Всё вещество в целом приобретает направленный против поля магнитный момент. В результате магнитное поле в веществе диамагнетика ослабляется, а сам диамагнетик выталкивается из поля.

4. Механизм ослабления магнитного поля в диамагнетиках объяснил в 1903 – 905 г.г. Поль Ланжевен. В то время ещё не были разработаны динамические модели атома Бора и Резерфорда. Было известно лишь, что в состав наружной оболочки атомов входит электрон – частица, хорошо изученная в опытах с катодными лучами и с фотоэффектом. Поэтому в основу своих рассуждений Ланжевен положил гипотезу Ампера о молекулярных круговых токах.

Атом в теории Ланжевена представляет собой положительно заряженное ядро, вокруг которого по круговым траекториям движутся электроны. Объяснение Ланжевена сделано в рамках классической электронной теории. То есть он полагал, что электроны подчиняются законам Ньютона, а их энергия может изменяться непрерывно.

Рассмотрим состояние отдельного электрона в атоме, когда внешнего магнитного поля нет, и состояние, когда внешнее поле есть. Полагаем, что движение электронов в атоме не связаны между собой.

а. Поля нет, B = 0. Полагаем, что рассматриваемый электрон движется во внешней оболочке вокруг центрально-симметричного иона. В отсутствие внешнего поля уравнение движения его имеет вид: .                                                                    (17.4)

Здесь m – масса электрона, ω – угловая скорость его обращения вокруг иона, f_Кл — кулоновская сила притяжения электрона к положительному иону (рис.120-а).

Магнитный момент диамагнитных атомов в отсутствие внешнего поля равен нулю. Но это значит, что орбитальный магнитный момент электрона р_mе равен по величине противоположно направленному магнитному моменту иона р_mи.

(Спиновые магнитные моменты здесь не принимаются во внимание. Это не влияет на строгость рассуждений, поскольку при включении поля В они не меняются).

б. Внешнее поле  В­­ р_mе. При включении внешнего магнитного поля В на электрон кроме кулоновской будет действовать ещё магнитная составляющая силы Лоренца f_m. Если вектор B сонаправлен с орбитальным моментом электрона р_mе (рис.120-б), то сила f_m направлена по радиусу вращения в сторону, противоположную кулоновской силе. Угловая скорость обращения электрона изменяется на величину Dw, а уравнение движения принимает вид: — m(w + Dw)²r= f_Кл + f_m.                                                       (17.5)

Вычтем из (17.4) уравнение (17.5) — mw²r + mw²r + 2mwDw r + mw(Dw)²r= — f_m. (17.6)

Пренебрегаем членом, содержащим (Dw)². Спроектировав уравнение (17.6) на радиус-вектор r и приняв во внимание, что вектор B перпендикулярен плоскости вращения электрона, получаем: 2m(w r)Dw = — evB. Так как ω r = v, то .          (17.7)

Здесь e – заряд движущегося вокруг иона электрона, в данной формуле – положительное число. При заранее заданном направлении орбитального момента р_mе относительно магнитного поля B изменение знака заряда e орбитальной частицы компенсируется изменением направления её движения и не влияет на направление силы Лоренца.

Итак, при В­­ р_mе электрон тормозится, его частота обращения уменьшается, уменьшается и орбитальный момент р_mе. Равновесие между орбитальным моментом р_mе и моментом иона р_mи нарушается. Момент иона становится больше, чем орбитальный момент электрона. Диамагнитный атом приобретает во внешнем поле магнитный момент, направленный против внешнего поля B. В результате поле в диамагнетике ослабляется.

в. Поле В­¯р_mе (рис.120-в). В этом случае сила Лоренца меняет направление, её проекция на радиус становится отрицательной. Поэтому вместо — evB в формуле (17.7) получается + evB, и выражение частоты принимает вид: Dw = — eBç2m.        (17.8)

Здесь все величины – положительные числа.

Частота обращения электрона в этом случае увеличивается, орбитальный магнитный момент электрона р_mе становится больше по величине магнитного момента иона р_mи. В результате диамагнитный атом приобретает магнитный момент, и в этом случае направленный против поля В. Поле В ослабляется.

Заметим, что в первом случае, когда В­­р_mе, атом находится в устойчивом равновесии. Во втором случае, когда В­¯р_mе, равновесие неустойчиво, вероятность его реализации ничтожна.

5. Относительное изменение орбитального магнитного момента электрона Dр_mеçр_mе можно найти, используя формулу момента кругового тока (13.14). Если электрон совершает вокруг ядра в единицу времени ν = ωç2π оборотов, то это равносильно тому, что по орбите как по проводнику идёт ток i = eν = eωç2π. Тогда . (17.9)

Здесь r – радиус орбиты электрона. Изменение орбитального момента электрона обусловлено изменением угловой скорости его обращения, .                  (17.10)

Относительное изменение момента равно .                                (17.11)

Скорость обращения электрона ω в невозмущённом атоме найдётся из уравнения (17.4). Полагая заряд иона + e, спроектировав уравнение на радиус и подставив в него выражение кулоновской силы  f_Кл = e²ç4πε₀r²,получаем: .        (17.12)

Изменение скорости Δω по величине определяется формулой (17.8). Подставляем (17.8) и (17.12) в формулу (17.11). .         (17.13)

Поля, создаваемые обычными электромагнитами, достигают B = 1 Tл. Радиус атомов r ≈ 10^—10 м, масса электрона m ≈ 10^—30 кг. .

6. Ларморовская прецессия электронных орбит. Рассмотренные в п.4 случаи, когда векторы В и р_mе параллельны или антипараллельны, являются идеализациями. В действительности ориентация атомов в газах, жидкостях, в поликристаллах носит случайный характер. Поэтому угол a между векторами B и р_mе заключён в интервале от 0 до p.

Действующее на элементарный круговой ток однородное магнитное поле B создаёт пару сил с моментом  (См. §14, п.2, формула 14.4).

Движущиеся по круговой орбите электрон обладает механическим моментом (импульса) L = mυr . Поэтому электронная орбита представляет собой гироскоп. Под действием момента пары сил M гироскоп прецессирует с угловой скоростью Ω вокруг оси OZ, параллельной полю B (рис.121).

Найдём угловую скорость прецессии Ω. Для этого рассмотрим силы, действующие на электрон в неинерциальной системе отсчёта, связанной с орбитой и равномерно вращающейся с угловой скоростью Ω вокруг оси OZ инерциальной системы, связанной с магнитным полем B.

Кулоновская сила f_Кл, удерживающая электрон на круговой орбите, действуют внутри атома и не влияет на прецессионное движение электрона.

Прецессию создают действующие на электрон внешние силы. Это сила Лоренца  и две силы инерции: сила Кориолиса  и центробежная сила инерции .

Здесь v_a — скорость движения электрона относительно магнитного поля B. То есть это скорость в ИСО. Она равна сумме относительной v (скорости движения электрона в атоме) и переносной  (скорости, обусловленной прецессией атома), .

Логично полагать, что угловая скорость прецессии Ω – величина того же порядка, что и изменение скорости Δω, найденное в п.4. То есть эта величина на 5-6 порядков меньше величины ω. Но это значит, что и переносная скорость . На несколько порядков меньше скорости v электрона в атоме. Поэтому пренебрежём переносной скоростью и будем полагать v_a = v. , перпендикулярном к оси OZ.

При равномерном вращении НИСО сумма этих сил равна нулю.

, .                                                                 (17.14)

Отсюда .                                                                                  (17.15)

Заряд электрона e здесь – отрицательное число. Его магнитный момент р_mе противоположен механическому моменту импульса  (рис.121). Взаимная ориентация векторов р_mе и L меняется при смене знака орбитальной частицы.

Формула (17.15) определяет угловую скорость прецессии электронной орбиты в магнитном поле. Эта ларморовская прецессия определяет реальный диамагнетизм, присущий атомам всех химических элементов.

При включении магнитного поля внутреннее состояние электрона на орбите не меняется. Это значит, что не меняется частота ω его обращения. Просто орбита электрона начинает прецессировать вокруг оси OZ, параллельной линиям B, с угловой скоростью W.

Полученное в пункте 4 формальное изменение частоты обращения электрона Δω можно толковать как результат наложения на обращение электрона, происходящее с частотой ω, ларморовской прецессии его орбиты с частотой Δω = Ω.

7. Магнитная восприимчивость диамагнетиков. Магнитный момент атомов диамагнетиков появляется лишь при включении внешнего поля B. Он равен сумме изменений орбитальных моментов электронов, обусловленных прецессией их орбит.

Чем меньше угол α между вектором B и вектором орбитального момента р_mе, тем большую площадь в плоскости XOY, перпендикулярную B, ометает электрон при прецессии его орбиты, тем более абсолютная величина Dр_mе.

На рис.122 показано сечение области, в которой находится прецессирующий электрон (Заштрихованное кольцо внизу рисунка). Расстояние электрона от оси OZ изменяется в пределах от r_min до r_max . Оно тем больше, чем меньше угол θ.

Изменение орбитального магнитного момента электрона равно произведению тока его прецессионного движения  i = eΩç2π на площадь токового контура .

,        или .           (17.16)

Допустим, что атом содержит z электронов, которые в своём движении не влияют друг на друга. Так как в диамагнетике в отсутствие поля B , то это значит, что расположение электронов в атоме симметрично. Их средние расстояния по осям одинаковы.

, Þ   .                                          (17.17)

Подставляем в (17.16) и умножаем на число электронов z . (17.18)

Если концентрация атомов n, то вектор намагничения . (17.19)

Так как n = rN_AçM, где r — плотность вещества, М – его малярная масса, N_A – число Авогадро, то окончательно поучаем: .                             (17.20)

Отсюда получаем магнитную восприимчивость c вещества диамагнетика в классической теории Ланжевена. .                                              (17.21)

Таблица 17.1

В таблице 17. 1 приведены значения величин m и c, полученные в опыте, и значения величин m и c, вычисленные по формуле (17.21) и (17.3).

Сравнение результатов показывает, что теория Ланжевена неплохо удовлетворяет эксперименту. Даже самые большие расхождения по величине c не превышают одного порядка. Что удивительно, если учесть множество нестрогостей в теории Ланжевена.

Заметим, что диамагнетизм – это проявление закона электромагнитной индукции. При включении магнитного поля возбуждающееся при нарастании индукции В вихревое электрическое поле совершает работу по генерации индукционного тока – прецессионного движения электронов. Согласно правилу Ленца направление индукционного тока таково, что его магнитное поле препятствует нарастанию внешнего поля В, то есть ослабляет его.

Внутриатомное движение электронов не затухает. Поэтому ослабление поля В сохраняется до тех пор, пока поле В не начнёт исчезать. Уменьшаясь, оно возбуждает вихревое электрическое поле, которое затормаживает прецессию электронов.

Пара — и ферромагнетики

1. Парамагнетики – это вещества, у которых μ > 1 и χ > 0. К ним относятся щелочные металлы, Ca, Mg, Cr, Mn, Sn, Pb, редкоземельные элементы и другие.

В отсутствие внешнего магнитного поля магнитный момент каждого отдельного атома парамагнетика не равен нулю, как в диамагнетиках. Но моменты атомов ориентированы хаотично, поэтому магнитный момент единицы объём (вектор намагничения) парамагнетика в отсутствие внешнего поля также равен нулю.

При включении внешнего поля моменты атомов начинают прецессировать вокруг оси, параллельной линиям поля. В результате появляется отличная от нуля проекция магнитных моментов атомов на эту ось. Поле в магнетике усиливается. (См. §14, пункт 1).

Из-за теплового движения ориентация атомных магнитных моментов является частичной, поэтому при несильных магнитных полях намагниченность парамагнетика растёт линейно с индукцией поля В. .       (18.1)

В парамагнетиках также существует диамагнетизм, но здесь он лишь уменьшает магнитные моменты атомов и перекрывается эффектом ориентации магнитных моментов атомов по внешнему полю. Поэтому суммарная магнитная восприимчивость парамагнетиков положительна, χ > 0 (таблица 18.1). 

Термин “диа-” и “парамагнетизм” ввёл в 1945 г. М. Фарадей.

2. Закон Кюри для парамагнетиков. С повышением температуры Т при неизменной индукции внешнего поля возрастает дезориентирующее действие теплового движения частиц. Поэтому магнитная восприимчивость парамагнетиков в простейшем случае убывает по закону Кюри. ,       (Пьер Кюри, 1895)                                                        (18.2)

где С – постоянная Кюри, зависящая от природы вещества.

Закону Кюри подчиняются газы (О₂ , NO), пары щелочных металлов, разбавленные жидкие растворы парамагнитных солей редкоземельных элементов.

Кристаллические парамагнетики лучше следуют закону Кюри – Вейсса

, (Пьер Вейсс, 1907)                                                                       (18. 3)

где С и Δ – константы вещества.

3. Природа парамагнетизма. Существование у атомов магнитных моментов, обуславливающих парамагнетизм веществ, связано с движением электронов в оболочке атома (орбитальный парамагнетизм), со спиновым моментом электронов (спиновый парамагнетизм), с магнитными моментами ядер атомов (ядерный парамагнетизм). Магнитные моменты атомов и молекул создаются, в основном, спиновыми и орбитальными моментами их электронных оболочек. Они примерно в 1000 раз превосходят магнитные моменты атомных ядер.

Парамагнетизм металлов слагается из парамагнетизма электронов проводимости и парамагнетизма электронных оболочек атомов кристаллической решётки. Движение электронов проводимости в металлах практически не меняется при изменении температуры (см. §9). Поэтому и парамагнетизм, обусловленный электронами проводимости, также не зависит от температуры.

Например, электронные оболочки ионов щелочных и щелочноземельных металлов не имеют магнитных моментов. Парамагнетизм этих элементов обусловлен исключительно электронами проводимости. Поэтому их магнитная восприимчивость практически не зависит от температуры.

В 1906 г Поль Ланжевен построил классическую теорию парамагнетизма. Для вещества парамагнетика, состоящего из практически невзаимодействующих атомов, магнитная восприимчивость в его теории определена формулой ,             (18.4)

где k – постоянная Больцмана, p_m – магнитный момент атома, N_A – число Авогадро, Т – температура.

4. Ферромагнетики (от лат. ferrum – железо) – твёрдые кристаллические вещества, обладающие по сравнению с парамагнетиками высокой способностью намагничения. Магнитная проницаемость μ ферромагнетиков может достигать десятков и сотен тысяч.

Явление ферромагнетизма было открыто в начале XIX века после появления источников тока Вольты. Оказалось, что железный сердечник, внесённый в соленоид, при том же намагничивающем токе сильно увеличивает способность соленоида притягивать к себе железные опилки.

Ферромагнетизм существует только у веществ с парамагнитными атомами, магнитные моменты которых не равны нулю. В объёме ферромагнетика самопроизвольно образуются микроскопические области – домены, в пределах которых магнитные моменты атомов сонаправлены. Это квантовый эффект. При температурах ниже некоторого предела (точки Кюри) эти домены существуют независимо от наличия внешнего магнитного поля. Феноменологически домены удобно трактовать по Амперу как воображаемые микроконтуры с круговым током. Поскольку магнитные моменты доменов ориентированы хаотично, то усреднённое по макрообъёму поле в ненамагниченных ферромагнетиках равно нулю. При внесении ферромагнетика во внешнее поле моменты доменов стремятся повернуться по полю (см. §14 пункт 2). В результате магнитное поле внутри ферромагнетика усиливается.

Размеры доменов на три порядка больше размера атомов. Поэтому тепловое движение нарушает ориентацию доменов по полю слабее, чем ориентацию отдельных атомов парамагнетика. Однако при достижении определённой для каждого материала температуры намагниченность доменов скачком исчезает, и ферромагнетик превращается в парамагнетик. Эта предельно высокая температура называется точкой Кюри. В точке Кюри происходит фазовый переход 2-го рода. При этом одновременно скачкообразно изменяются удельная электропроводность и теплоёмкость вещества.

Среди химических элементов ферромагнетиков не много. Наиболее заметно ферромагнетизм выражен у железа, кобальта, никеля. Максимальное значение магнитной проницаемости μ_max составляет у них сотни и тысячи единиц (таблица 18.2). Внешние электроны у этих металлов находятся в 3d состоянии.

Таблица 18.2            Ферромагнетизм редкоземельных металлов гадолиния Gd, тербия Tb, диспрозия Dy, гольмия Ho и эрбия Er выражен слабее. Наблюдать и использовать его трудно из-за низких значений точки Кюри.

5. Изменение магнитной индукцииВ поля в ферромагнетиках можно сделать как на основе закона электромагнитной индукции Фарадея с помощью тороидального сердечника из исследуемого материала. В сердечнике пропиливается узкий разрез так, чтобы его ширина l была по крайней мере на два порядка меньше осевой длины сердечника, l << 2pR (рис.123). Это условие позволяет пренебречь рассеиванием магнитного поля в разрезе и полагать, что индукция В в зазоре такая же, как и внутри сердечника. Если по первичной обмотке с числом витков n₁ пропускать намагничивающий ток i₁ , то в сердечнике и в зазоре будет возбуждаться магнитное поле В с потоком Ф = BS , где S – площадь сечения сердечника.

Внесём в за

Переменное магнитное поле ▷ Французский перевод

Champ magnétique alternatif

Вихретоковый контроль измеряет колебания переменного магнитного поля вокруг детали.

Les contrôles par courants de foucault permettent de mesurer leschanges d un champ magnétique alternatif autour d une pièce.Стальные проволоки в радиальных шинах при использовании намагничиваются, поэтому при их вращении создается переменное магнитное поле .

Les fils d’acier dans les pneus à carcasse radiale se magnétisent avec l’utilisation, de sorte que lorsqu’ils tournent, un champ magnétique alternatif est créé.

Другие примеры предложений

Наш метод размагничивания Маурера работает с переменным магнитным полем , создаваемым в размагничивающей катушке.

Молекулярные выражения: электричество и магнетизм

Генераторы и двигатели

Основное магнитное поле

Магниты — это куски металла, которые могут притягивать другие металлы. У каждого магнита два полюса: северный и южный. Как и электрические заряды, два одинаковых магнитных полюса отталкиваются друг от друга; в то время как противоположные магнитные полюса притягиваются друг к другу. Магниты имеют постоянную силу вокруг себя, известную как магнитное поле.Это поле позволяет им привлекать другие металлы. Рисунок 1 иллюстрирует эту силу с использованием стержневых и подковообразных магнитов.

Форма магнита определяет путь, по которому будут проходить силовые линии. Обратите внимание, что сила на рисунке 1 состоит из нескольких линий, движущихся в определенном направлении. Можно сделать вывод, что линии проходят от северного полюса магнита к его южному. Эти силовые линии часто называют магнитным потоком. Если стержневой магнит теперь согнуть, чтобы сформировать подковообразный магнит, северный и южный полюсы теперь находятся напротив друг друга.Обратите внимание на подковообразный магнит, как силовые линии теперь прямые, и что они идут от северного полюса к югу. Будет показано, как генераторы и двигатели используют эти силовые линии для выработки электричества, а также для механического движения.

Магнитные поля вокруг проводников

Когда ток течет по проводнику, магнитное поле окружает проводник. По мере увеличения тока увеличивается количество силовых линий в магнитном поле (рис. 2).

Правило правой руки помогает продемонстрировать взаимосвязь между током в проводнике и направлением силы. Возьмитесь за провод в правой руке, положите большой палец на провод, направленный вверх, и обхватите провод четырьмя пальцами. Пока большой палец находится в направлении, в котором ток течет через провод, пальцы сгибаются вокруг провода в направлении магнитного поля. Рисунок 3 демонстрирует правило правой руки.

Полярность катушек, прорезающих силовые линии

Провод можно скрутить в катушку, которая эффективно вырабатывает ток при разрезании силовых линий в магнитном поле.Чем больше витков в этой катушке, тем сильнее магнитное поле. Более того, если катушка наматывается на кусок железа, ток становится еще сильнее.

При необходимости определить, какие полюса какие в проводнике, важно заметить, в какую сторону поворачиваются катушки, чтобы применить правило правой руки. Кроме того, всегда следует смотреть, какая сторона катушки присоединена к положительному выводу источника питания, такого как аккумулятор, а какая — к отрицательному.На рисунке 4 показаны четыре различных сценария и соответствующие полюса.

Когда проводник пересекает силовые линии в магнитном поле, он генерирует ток. Этот метод индукции тока называется индукцией. Есть три правила индукции:

1. Когда проводник пересекает силовые линии, он индуцирует электродвижущую силу (ЭДС) или напряжение.
2. Для этого необходимо, чтобы магнитное поле или проводник двигались.
3. Если направление резки поперек магнитного поля изменяется, направление наведенной ЭДС также изменяется.

Соответственно, закон Фарадея гласит, что индуцированное напряжение может быть определено количеством витков в катушке и скоростью, с которой катушка прорезает магнитное поле. Следовательно, чем больше витков в катушке или чем сильнее магнитное поле, тем больше индуцируемого напряжения.

Кроме того, ток меняет направление в зависимости от того, как он проходит через магнитное поле.Как показано на рисунке 5, катушка, прорезающая основное магнитное поле по часовой стрелке, сначала приведет к току с положительной полярностью, но, поскольку она пересекает то же поле в противоположном направлении во второй половине своего оборота, полярность становится отрицательной.

Когда ток многократно переключается с положительного на отрицательный, это называется переменным током или А.С. Переменный ток будет объяснен более подробно позже.

Постоянный ток

При постоянном токе (D.C.), а не переменный (A.C.), полярность этого тока никогда не меняет направление. Обычно, когда катушка вращается по часовой стрелке, первые 180 градусов поворота вызывают индуцированный ток, идущий в положительном направлении. Однако, как упоминалось выше, вторые 180 градусов приводят к тому, что индуцированный ток идет в отрицательном направлении. В постоянном токе ток всегда течет в положительном направлении. Как это возможно? При наведении постоянного тока необходимо использовать какой-то механизм, чтобы убедиться, что катушки прорезают магнитное поле только в одном направлении, или что цепь использует ток только от катушки, разрезая в этом одном направлении.Такие устройства, как генераторы постоянного тока, используют механизм, называемый коммутатором, для поддержания тока, протекающего в одном направлении. На рисунке 6 показан постоянный ток в виде синусоиды. Обратите внимание, что ток никогда не имеет отрицательной полярности и, следовательно, всегда течет в положительном направлении.

Генераторы постоянного тока

Генератор — это устройство, которое преобразует механическую энергию вращения в электрическую.

Простой D.Генераторы C. содержат несколько частей, в том числе якорь (или ротор), коммутатор, щетки и обмотку возбуждения. Различные источники могут подавать механическую энергию на генератор постоянного тока для вращения его якоря. Коммутатор преобразует переменный ток (A.C.) в постоянный, когда он протекает через якорь.

Стационарные щетки, являющиеся графитовыми соединителями на генераторе, образуют контакт с противоположными частями коммутатора. Когда катушка якоря поворачивается, она пересекает магнитное поле, и индуцируется ток.При первом полуоборота катушки якоря (по часовой стрелке) контакты между коммутатором и щетками меняются местами, или, другими словами, первая щетка теперь контактирует с противоположным сегментом, которого она касалась во время первого полуоборота, а вторая щетка контактирует с сегментом, противоположным тому, которого она коснулась в первой половине оборота. Таким образом щетки поддерживают ток в одном направлении и доставляют его к месту назначения и обратно.

Двигатели постоянного тока

Двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую.Двигатели и генераторы постоянного тока устроены очень похоже. Сначала они работают почти противоположно, потому что генератор создает напряжение, когда проводники пересекают силовые линии в магнитном поле, а двигатели создают крутящий момент — крутящее усилие механического вращения. Простые двигатели имеют плоскую катушку, по которой проходит ток, который вращается в магнитном поле. Двигатель действует как генератор, так как после запуска он вырабатывает встречный ток, вращаясь в магнитном поле, что, в свою очередь, приводит к физическому движению.

Это достигается, когда проводник проходит через магнитное поле, а затем противоположные поля отталкиваются друг от друга, вызывая физическое движение. Правило левой руки можно использовать для объяснения принципа работы простого двигателя (рис. 9). Указательный палец указывает в направлении магнитного поля, средний палец указывает в направлении тока, а большой палец показывает, в какую сторону будет вынужден двигаться проводник.

Самовозбуждающийся двигатель производит собственное возбуждение поля.Шунтирующий двигатель имеет свое поле параллельно цепи якоря, а последовательный двигатель — это когда поле последовательно с якорем.

Когда проводник согнут в катушку, физическое движение совершает цикл вверх и вниз. Чем больше изгибов катушки, тем менее пульсирующим будет движение. Это физическое движение называется крутящим моментом, и его можно измерить по уравнению:

T = kt Q ia

T = крутящий момент

узлов = постоянная в зависимости от физических размеров двигателя

Q = общее количество магнитных линий, входящих в якорь от одного полюса N

ia = ток якоря

Переменный ток

Подобно процессу производства постоянного тока, процесс производства переменного тока требует, чтобы петля проводника вращалась в магнитном поле.На самом деле, процесс одинаков для обоих типов тока, за исключением того, что переменный ток никогда не превращается в постоянный ток с помощью коммутатора. Проводящая петля, или катушка, прорезает силовые линии в магнитном поле, чтобы вызвать напряжение переменного тока на своих выводах. Каждый полный оборот петли называется «циклом». Волна переменного тока изображена на рисунке 10.

Обратите внимание, какой сегмент волны состоит из одного цикла, а какой является частью волны от точки A до следующей точки A.Если мы разделим волну на четыре равные части, разделение произойдет в точках A, B, C и D. Мы можем прочитать поворот катушки и то, как он соотносится с производимой волной. От A до B — это первая четверть оборота катушки, от B до C — вторая четверть оборота, от C до D — третья четверть оборота, а от D до A — последняя четверть оборота.

Важно отметить, что отметки градусов на горизонтальной оси относятся к электрическим градусам и не являются геометрическими. Пример выше для однополюсного генератора.Однако, если бы это был двухполюсный генератор, то 1 цикл происходил бы на каждые 180 градусов, а не на 360 градусов, и так далее.

Генератор переменного тока

Генератор переменного тока, или генератор переменного тока, вырабатывает переменный ток, что означает, что полярность тока постоянно меняет направление. Для этого типа генератора требуется катушка, которая пересекает магнитное поле, и она прикреплена к двум контактным кольцам, связанным с щетками. Щетки подают ток к месту назначения нагрузки и от него, замыкая цепь.

Во время первой половины оборота катушка пересекает поле около северного полюса магнита. Электроны поднимаются по проводу, и нижнее контактное кольцо становится положительно заряженным. Когда катушка перерезается около южного полюса провода во время второй половины оборота, нижнее контактное кольцо становится отрицательно заряженным, и электроны движутся по проводу. Чем быстрее вращается катушка, тем быстрее движутся электроны, или, другими словами, чем больше увеличивается частота или чем больше герц в секунду, тем сильнее ток.

Двигатель переменного тока

Двигатель переменного тока похож на двигатель постоянного тока, за исключением нескольких характеристик. Вместо того, чтобы менять направление вращения поля ротора каждые пол-оборота, поле статора меняет направление каждые пол-оборота.

Существует несколько различных типов двигателей переменного тока. Самый распространенный тип — это многофазные асинхронные двигатели, которые содержат статор и ротор, где статор присоединен к A.C. поставка. Когда обмотка статора находится под напряжением, создается вращающееся магнитное поле. ЭДС индуцируется, когда поле проходит через катушки индуктивности и через них протекает ток. Следовательно, крутящий момент действует на проводники ротора, по которым проходит ток в статоре.

НАЗАД НА ДОМ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА И МАГНИТИЗМА

Вопросы или комментарии? Отправить нам письмо.

© 1995-2019, автор —
Майкл В. Дэвидсон
и Государственный университет Флориды.Все права защищены. Никакие изображения, графика, программное обеспечение, сценарии или апплеты не могут быть воспроизведены или использованы каким-либо образом без разрешения владельцев авторских прав. Использование этого веб-сайта означает, что вы соглашаетесь со всеми Правовыми положениями и условиями, изложенными владельцами.

Этот веб-сайт обслуживается нашим
Команда разработчиков графики и веб-программирования
в сотрудничестве с оптической микроскопией в Национальной лаборатории сильного магнитного поля
.

Последнее изменение: пятница, 13 ноября 2015 г., 13:19

Счетчик доступа с 29 марта 1999 г .: 334224

Магнитное поле Земли

Магнитосфера защищает поверхность Земли от заряженных частиц солнечного ветра и генерируется электрическими токами, расположенными во многих различных частях Земли.Он сжимается на дневной (солнечной) стороне за счет силы приходящих частиц и расширяется на ночной стороне. (Изображение не в масштабе.) Разница между магнитным севером и «истинным» севером.

Магнитное поле Земли (и поверхностное магнитное поле ) является приблизительно магнитным диполем, с S-полюсом магнитного поля около географического северного полюса Земли (см. Магнитный северный полюс) и другим северным полюсом магнитного поля вблизи географического географического полюса Земли. южный полюс (см. Южный магнитный полюс).Это позволяет использовать компас для навигации. Причину возникновения поля можно объяснить теорией динамо. Магнитное поле распространяется бесконечно, но ослабевает по мере удаления от источника. Магнитное поле Земли, также называемое геомагнитным полем , которое эффективно распространяется на несколько десятков тысяч километров в космос, формирует магнитосферу Земли. Палеомагнитное исследование австралийского красного дацита и подушечного базальта показало, что возраст магнитного поля составляет не менее 3,5 миллиардов лет. ^{[1] [2]}

Предметное значение

Моделирование взаимодействия между магнитным полем Земли и межпланетным магнитным полем.

Земля в значительной степени защищена от солнечного ветра, потока энергичных заряженных частиц, исходящих от Солнца, своим магнитным полем, которое отклоняет большинство заряженных частиц. Некоторые из заряженных частиц солнечного ветра захвачены в радиационном поясе Ван Аллена.Меньшему количеству частиц солнечного ветра удается перемещаться, как по линии передачи электромагнитной энергии, в верхние слои атмосферы и ионосферу Земли в зонах полярных сияний. Единственный раз, когда солнечный ветер наблюдается на Земле, — это когда он достаточно силен, чтобы вызывать такие явления, как полярное сияние и геомагнитные бури. Яркие полярные сияния сильно нагревают ионосферу, заставляя ее плазму расширяться в магнитосферу, увеличивая размер плазменной геосферы и вызывая утечку атмосферного вещества в солнечный ветер.Геомагнитные бури возникают, когда давление плазмы, содержащейся внутри магнитосферы, достаточно велико, чтобы раздуваться и тем самым искажать геомагнитное поле.

Солнечный ветер отвечает за общую форму магнитосферы Земли, и колебания ее скорости, плотности, направления и увлекаемого магнитного поля сильно влияют на локальную космическую среду Земли. Например, уровни ионизирующего излучения и радиопомех могут варьироваться от сотен до тысяч раз; а форма и расположение магнитопаузы и головной ударной волны перед ней могут изменяться на несколько радиусов Земли, подвергая геосинхронные спутники воздействию прямого солнечного ветра.Все эти явления называют космической погодой. Механизм атмосферного разрыва вызван захватом газа пузырьками магнитного поля, которые срываются солнечными ветрами. ^[3] Изменения напряженности магнитного поля коррелировали с изменением количества осадков в тропиках. ^[4]

Магнитные полюса и магнитный диполь

Основные статьи: Северный магнитный полюс и Южный магнитный полюс Магнитное склонение от истинного севера в 1700 г.

Положение магнитных полюсов можно определить как минимум двумя способами ^[5] .

Часто магнитный (наклонный) полюс рассматривается как точка на поверхности Земли, где магнитное поле полностью вертикально. Другими словами, угол наклона поля Земли составляет 90 ° на северном магнитном полюсе и -90 ° на южном магнитном полюсе. На магнитном полюсе компас, удерживаемый в горизонтальной плоскости, указывает случайным образом, в то время как в противном случае он указывает почти на северный магнитный полюс или от Южного магнитного полюса, хотя существуют местные отклонения. Два полюса перемещаются независимо друг от друга и не находятся в прямо противоположных положениях на земном шаре.Магнитный полюс падения может быстро перемещаться, для Северного магнитного полюса ^[6] проводились наблюдения до 40 км в год.

Магнитное поле Земли можно точно описать полем магнитного диполя, расположенного рядом с центром Земли. Ориентация диполя определяется осью. Две позиции, в которых ось диполя, которая лучше всего соответствует геомагнитному полю, пересекается с поверхностью Земли, называются Северным и Южным геомагнитными полюсами. Для наилучшего соответствия диполь, представляющий геомагнитное поле, следует разместить примерно в 500 км от центра Земли.Это заставляет внутренний радиационный пояс опускаться ниже в южной части Атлантического океана, где поверхностное поле является самым слабым, создавая то, что называется южноатлантической аномалией.

Если бы магнитное поле Земли было абсолютно дипольным, геомагнитный и магнитный полюса падения совпадали. Однако важные недиполярные члены в точном описании геомагнитного поля приводят к тому, что положения двух типов полюсов находятся в разных местах.

Характеристики поля

Напряженность поля у поверхности Земли составляет менее 30 микротесла (0.3 гаусса) на территории, включающей большую часть Южной Америки и Южной Африки, до более чем 60 микротеслов (0,6 гаусса) вокруг магнитных полюсов в северной Канаде и на юге Австралии, а также в части Сибири. Средняя напряженность магнитного поля во внешнем ядре Земли составила 25 Гаусс, что в 50 раз сильнее, чем магнитное поле на поверхности. ^{[9] [10]}

Поле аналогично полю стержневого магнита. Магнитное поле Земли в основном вызвано электрическими токами в жидком внешнем ядре.Ядро Земли горячее, чем 1043 К, температура точки Кюри, выше которой ориентация спинов внутри железа становится случайной. Такая рандомизация приводит к потере намагниченности вещества.

Конвекция расплавленного железа во внешнем жидком ядре, наряду с эффектом Кориолиса, вызванным общим вращением планеты, имеет тенденцию организовывать эти «электрические токи» в валки, выровненные вдоль полярной оси север-юг. Когда проводящая жидкость течет через существующее магнитное поле, индуцируются электрические токи, которые, в свою очередь, создают другое магнитное поле.Когда это магнитное поле усиливает исходное магнитное поле, создается динамо-машина, которая поддерживает себя. Это называется теорией динамо, и она объясняет, как поддерживается магнитное поле Земли.

Еще одна особенность, которая магнитно отличает Землю от стержневого магнита, — это ее магнитосфера. На больших расстояниях от планеты преобладает поверхностное магнитное поле. Электрические токи, индуцированные в ионосфере, также создают магнитные поля. Такое поле всегда создается вблизи того места, где атмосфера находится ближе всего к Солнцу, вызывая ежедневные изменения, которые могут отклонять поверхностные магнитные поля на величину до одного градуса.Типичные суточные колебания напряженности поля составляют около 25 нанотесла (нТл) (т.е. ~ 1: 2 000) с вариациями в течение нескольких секунд, как правило, около 1 нТл (т.е. ~ 1:50 000). ^[11]

Вариации магнитного поля

Геомагнитные вариации с момента последнего обращения.

Токи в ядре Земли, которые создают ее магнитное поле, возникли по крайней мере 3 450 миллионов лет назад. ^{[12] [13]}

Магнитометры обнаруживают мельчайшие отклонения в магнитном поле Земли, вызванные железными артефактами, печами, некоторыми типами каменных построек и даже канавами и мусором в археологической геофизике.С помощью магнитных инструментов, адаптированных на основе бортовых детекторов магнитных аномалий, разработанных во время Второй мировой войны для обнаружения подводных лодок, были нанесены на карту магнитные вариации на дне океана. Базальт — богатая железом вулканическая порода, составляющая дно океана — содержит сильно магнитный минерал (магнетит) и может локально искажать показания компаса. Искажение было признано исландскими мореплавателями еще в конце 18 века. Что еще более важно, поскольку присутствие магнетита придает базальту измеримые магнитные свойства, эти магнитные вариации предоставили еще один способ изучения глубоководного дна океана.Когда вновь образованная порода охлаждается, такие магнитные материалы регистрируют магнитное поле Земли.

Часто магнитосфера Земли поражается солнечными вспышками, вызывающими геомагнитные бури, провоцирующие проявления полярных сияний. Кратковременная нестабильность магнитного поля измеряется с помощью K-индекса.

Недавно в магнитном поле были обнаружены утечки, которые взаимодействуют с солнечным ветром Солнца способом, противоположным первоначальной гипотезе. Во время солнечных бурь это может привести к крупномасштабным отключениям электроэнергии и сбоям в работе искусственных спутников. ^[14]

См. Также Магнитная аномалия

Инверсия магнитного поля

Основная статья: Геомагнитная инверсия

Основываясь на изучении лавовых потоков базальта во всем мире, было предложено, что магнитное поле Земли меняет направление на противоположное. с интервалами от десятков тысяч до многих миллионов лет, со средним интервалом примерно 300 000 лет. ^[15] Однако последнее подобное событие, названное инверсией Брюнес – Матуяма, произошло примерно 780 000 лет назад.

Нет четкой теории относительно того, как могли произойти геомагнитные инверсии. Некоторые ученые создали модели ядра Земли, в которых магнитное поле лишь квазистабильно, а полюса могут спонтанно перемещаться из одной ориентации в другую в течение от нескольких сотен до нескольких тысяч лет. Другие ученые предполагают, что геодинамо сначала отключается либо самопроизвольно, либо в результате какого-либо внешнего воздействия, такого как удар кометы, а затем перезапускается, когда магнитный «северный» полюс указывает либо на север, либо на юг.Внешние события вряд ли будут обычными причинами инверсий магнитного поля из-за отсутствия корреляции между возрастом ударных кратеров и временем инверсий. Независимо от причины, когда магнитный полюс переключается из одного полушария в другое, это называется инверсией, тогда как временные изменения наклона диполя, которые перемещают ось диполя через экватор, а затем возвращаются к исходной полярности, известны как отклонения.

Исследования потоков лавы на горе Стинс, штат Орегон, показывают, что магнитное поле могло смещаться со скоростью до 6 градусов в день в какой-то момент истории Земли, что значительно ставит под сомнение популярное понимание того, как работает магнитное поле Земли. . ^[16]

Палеомагнитные исследования, подобные этим, обычно состоят из измерений остаточной намагниченности магматической породы в результате вулканических событий. Осадки, отложенные на дне океана, ориентируются в соответствии с местным магнитным полем, сигнал, который можно регистрировать по мере их затвердевания. Хотя залежи магматических пород в основном парамагнитны, они действительно содержат следы ферри- и антиферромагнитных материалов в форме оксидов железа, что дает им способность обладать остаточной намагниченностью.Фактически, эта характеристика довольно часто встречается во многих других типах горных пород и отложений, обнаруженных по всему миру. Один из наиболее распространенных оксидов, обнаруживаемых в естественных отложениях горных пород, — магнетит.

В качестве примера того, как это свойство магматических пород позволяет нам определить, что поле Земли в прошлом менялось, рассмотрим измерения магнетизма на океанских хребтах. Прежде чем магма выйдет из мантии через трещину, она имеет чрезвычайно высокую температуру, превышающую температуру Кюри любого оксида железа, который она может содержать.Лава начинает остывать и затвердевать, когда попадает в океан, позволяя этим оксидам железа в конечном итоге восстановить свои магнитные свойства, в частности, способность удерживать остаточную намагниченность. Предполагая, что единственное магнитное поле, присутствующее в этих местах, связано с самой Землей, эта затвердевшая порода становится намагниченной в направлении геомагнитного поля. Несмотря на то, что напряженность поля довольно мала, а содержание железа в типичных образцах горных пород невелико, относительно небольшая остаточная намагниченность образцов находится в пределах разрешающей способности современных магнитометров.Затем можно измерить возраст и намагниченность застывших образцов лавы, чтобы определить ориентацию геомагнитного поля в древние эпохи.

Обнаружение магнитного поля

Отклонения модели магнитного поля от данных измерений, данных, созданных спутниками с чувствительными магнитометрами

Напряженность магнитного поля Земли была измерена Карлом Фридрихом Гауссом в 1835 году и с тех пор неоднократно измерялась, показывая относительное ослабление около 10% за последние 150 лет. ^[17] Спутник Magsat и более поздние спутники использовали 3-осевые векторные магнитометры для исследования трехмерной структуры магнитного поля Земли. Более поздний спутник Эрстеда позволил провести сравнение, показывающее динамическое геодинамо в действии, которое, кажется, порождает альтернативный полюс под Атлантическим океаном к западу от Южной Африки. ^[18]

Правительства иногда используют подразделения, специализирующиеся на измерении магнитного поля Земли. Это геомагнитные обсерватории, обычно являющиеся частью национальной геологической службы, например, обсерватория Эскдалемуир Британской геологической службы.Такие обсерватории могут измерять и прогнозировать магнитные условия, которые иногда влияют на связь, электроэнергию и другую деятельность человека. (См. Магнитную бурю.)

Международная сеть магнитных обсерваторий в реальном времени с более чем 100 взаимосвязанными геомагнитными обсерваториями по всему миру с 1991 года регистрирует магнитное поле Земли.

Военные определяют местные характеристики геомагнитного поля по порядку для обнаружения аномалий на естественном фоне, которые могут быть вызваны значительным металлическим объектом, например, затопленной подводной лодкой.Как правило, эти детекторы магнитных аномалий используются в самолетах, таких как британский Nimrod, или буксируются в качестве инструмента или набора инструментов с надводных кораблей.

В коммерческих целях геофизические разведочные компании также используют магнитные детекторы для выявления естественных аномалий рудных тел, таких как Курская магнитная аномалия.

Животные, включая птиц и черепах, могут обнаруживать магнитное поле Земли и использовать это поле для навигации во время миграции. ^[19] Коровы и дикие олени склонны выстраивать свои тела с севера на юг во время отдыха, но не тогда, когда животные находятся под высоковольтными линиями электропередач, что заставляет исследователей полагать, что причиной этого является магнетизм. Дайсон, П.Дж. (2009). «Биология: электрические коровы». Nature 458 (7237): 389. DOI: 10.1038 / 458389a. PMID 19325587.

Внешние ссылки

• Уильям Дж. Брод, Будет ли компас указывать на юг? . New York Times, 13 июля 2004 г.
• John Roach, Почему магнитное поле Земли меняется? . National Geographic, 27 сентября 2004 г.
• Когда север идет на юг . Проекты в области научных вычислений, 1996.
• Трехмерный имитатор заряженных частиц в магнитном поле Земли . Инструмент, предназначенный для трехмерного моделирования заряженных частиц в магнитосфере. [Требуется подключаемый модуль VRML]
• Великий магнит, Земля , История открытия магнитного поля Земли Дэвидом П.