Магнитное поле образуется вокруг: Магнитное поле – FIZI4KA

Из-за чего образуется магнитное поле

Действие магнитного поля распространяется на все виды жизни на Земле и жизни планет. Эта материя, с помощью которой взаимодействуют заряженные частицы. 

Магнит – это предмет, который долгое время находится в одном состоянии, в намагниченном состоянии. С помощью этого свойства такие предметы, как магниты притягивают другие предметы, состоящие из железа и их сплавов. Магниты имеют два полюса – северный и южный, самое сильное магнитное поле располагается около полюсов. 

Магниты бывают натуральными, сделанные из железной руды магнитного железняка. Также магниты бывают искусственными, произведенные человеком. Их делают путем внесения железа в магнитное поле. 

Магнитное поле бывает отрицательным и положительным. Два отрицательных поля и два положительных поля отталкиваются друг от друга, а два поля с разными полюсами будут притягиваться. Это происходит из-за взаимодействия друг с другом магнитных полей. Магнитное поле – вещь не постоянная. Оно может внезапно появиться и внезапно пропасть, все зависит от внешних факторов, влияющих на магнитное поле. 

Элементарные магнитные поля создаются благодаря движению электронов вокруг ядра атома и движению вокруг своей оси. Само магнитное поле образуется благодаря внесению железного предмета во внешнее магнитное поле, тогда элементарные магнитные поля в железном предмете ориентируются во внешнем магнитном поле абсолютно одинаково. После этих небольших преобразований обычный предмет из железа становится магнитом, со своими магнитными полями. 

Действие магнитного поля влияет только на самого себя, а на электрическое поле оно никак не влияет. Есть электрическая заряженная частица, которая непременно движется, вокруг этой частицу и существует магнитное поле. Есть вторая электрическая заряженная частица, вокруг которой также существует магнитное поле. И эти два магнитных поля друг с другом взаимодействуют. 

Действие магнитного поля – это взаимодействия нескольких тел, такие как притягивание и отталкивание. Различаются эти взаимодействия только по интенсивности действия. Например, все электрические двигатели работают по принципу взаимного магнитного отталкивания. 

Наша планета, Земля, как и многие другие планеты, имеет магнитное поле. Магнитное поле Земли возникло из-за того, что наше планета постоянно движется вокруг Солнца и вокруг своей оси. Ядро нашей планеты состоит металла и является проводником электричества. Магнитное поле оказывает благотворное влияние на жизнь целой планеты и взаимодействия около земного пространства. Например, магнитное поле защищает все живое на земле от неблагоприятных воздействий солнца. Также защищает искусственные спутники Земли. Даже красивые полярные сияния вызваны магнитным полем Земли.

Физика 9 кл. Неоднородное и однородное магнитное поле

Физика 9 кл. Неоднородное и однородное магнитное поле

Подробности

Просмотров: 95

1. Какое магнитное поле называется однородным? и где оно существует?

Однородное магнитное поле — это магнитное поле, в любой точке которого сила действия на магнитную стрелку одинакова по модулю и направлению.

Магнитные линии однородного магнитного поля параллельны друг другу и расположены с одинаковой густотой.

Например:

Однородное магнитное поле существует:

а) внутри соленоида, т. е. проволочной цилиндрической катушки с током, если длина соленоида значительно больше его диаметра.

б) внутри постоянного полосового магнита в центральной его части.

2. Какое магнитное поле называется неоднородным? и где оно существует?

Неоднородное магнитное поле — это магнитное поле, в котором сила, действующая на помещенную в это поле магнитную стрелку, в разных точках поля может быть различной как по модулю, так и по направлению.

Линии неоднородного магнитного поля искривлены, их густота меняется от точки к точке.

Например:

Неоднородное магнитное поле существует:

а) снаружи полосового магнита,

б) снаружи соленоида (катушки с током),

в) вокруг прямого проводника с током.

3. Что вы знаете о направлении и форме линий поля полосового магнита?

Магнитное поле постоянного полосового магнита:

Магнитные линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный.

Внутри магнита они направлены от южного полюса к северному.

Магнитные линии не имеют ни начала, ни конца: они либо замкнуты, либо, как средняя линия на рисунке, идут из бесконечности в бесконечность.

Вне магнита магнитные линии расположены наиболее густо у его полюсов.

Это значит, что возле полюсов поле самое сильное, а по мере удаления от полюсов оно ослабевает.

Чем ближе к полюсу магнита расположена магнитная стрелка, тем с большей по модулю силой действует на нее поле магнита.

Поскольку магнитные линии искривлены, то направление силы, с которой поле действует на стрелку, тоже меняется от точки к точке.

Сила, с которой поле полосового магнита действует на помещенную в это поле магнитную стрелку. в разных точках поля может быть различной как по модулю, так и по направлению.

Поле постоянного полосового магнита является неоднородным снаружи магнита и однородным внутри его центральной части..

4. Что вы знаете о магнитном поле прямого проводника с током?

Магнитное поле может прямолинейного проводника с током:

Проводник с током расположен перпендикулярно к плоскости чертежа.

Кружочком обозначено сечение проводника.

Точка означает, что ток направлен из-за чертежа к нам.

Магнитные линии поля, созданного прямолинейным проводником с током, представляют собой концентрические окружности, расстояние между которыми увеличивается по мере удаления от проводника.

Магнитное поле прямого проводника с током неоднородно.

5. Что вы знаете о магнитном поле соленоида (катушки с током)?

Магнитное поле соленоида (катушки с током):

Магнитное поле соленоида (катушки с током) аналогично магнитному полю полосового магнита, если длина катушки больше ее диаметра.

Катушка с током представляет собой магнит.

Тот конец соленоида, из которого магнитные линии выходят, является северным полюсом, а тот, в который входят, — южным.

Однородное магнитное поле, возникает внутри соленоида, т. е. проволочной цилиндрической катушки с током.

Поле внутри соленоида можно считать однородным, если длина соленоида значительно больше его диаметра.

Вне соленоида поле неоднородно, его магнитные линии расположены примерно так же, как у полосового магнита.

6. Какое магнитное поле — однородное или неоднородное — образуется вокруг полосового магнита? вокруг прямолинейного проводника с током? внутри соленоида, длина которого значительно больше его диаметра?

Вокруг полосового магнита образуется неоднородное магнитное поле.

Вокруг прямолинейного проводника с током образуется неоднородное магнитное поле.

Внутри соленоида, если длина его больше его диаметра, образуется однородное магнитное поле.

7. Что можно сказать о модуле и направлении силы, действующей на магнитную стрелку в разных точках неоднородного магнитного поля? однородного магнитного поля?

Сила, с которой манитное поле полосового магнита действует на помещенную в его неоднородное поле магнитную стрелку, в разных точках поля может быть различной как по модулю, так и по направлению.

Сила, с которой манитное поле катушки с током действует на помещенную внутри катушки (в однородное поле) магнитную стрелку, в разных точках поля должна быть одинаковой как по модулю, так и по направлению.

8. Сравните картины расположения линий в неоднородном и однородном магнитных полях.

Магнитные линии однородного магнитного поля параллельны друг другу и расположены с одинаковой густотой.

Линии неоднородного магнитного поля искривлены, их густота меняется от точки к точке.

9. Как изображают линии магнитного поля, направленные перпендикулярно к плоскости чертежа?

Если линии однородного магнитного поля расположены перпендикулярно к плоскости чертежа и направлены от нас за чертеж, то их изображают крестиками.

Если линии однородного магнитного поля расположены перпендикулярно к плоскости чертежа и направлены из-за чертежа к нам, то их изображают точками.

Как и в случае с током, каждый крестик — это как бы видимое нами хвостовое оперение летящей от нас стрелы, а точка — острие стрелы, летящей к нам (на обоих рисунках направление стрел совпадает с н45аправлением магнитных линий).

Следующая страница — смотреть

Назад в «Оглавление» — смотреть

Сила Ампера. 11 класс. конспект урока

Сила Ампера

Дидактическая цель: изучить характер влияния магнитного поля на проводник с током и

количественную оценку этого воздействия, узнать применение силы Ампера

Воспитательная цель: развить знания учащихся о единой природе электричества и магнетизма,

расширить представление о материи, о неразрывности связи вещества и

поля

Основные знания и умения: знать определение закона Ампера, уметь применять правило левой

руки для определения направления магнитной силы, решать задачи на закон

Ампера

Учебные демонстрации: катушка, магнит, реостат, источник тока

Ход урока

1. Оргмомент (результаты лабораторной работы №1)

2. Повторение (ответы на вопросы с целью подготовки к самостоятельной работе)

1. Магнитное поле образуется вокруг …(проводника с током)

2. Северный полюс магнита обозначается буквой… (N)

3. Магнитные линии вокруг проводника с током имеют форму…(окружностей)

4. Характеристикой магнитного поля является …(вектор магнитной индукции)

5. Если два магнита отталкиваются, то их полюса…(одноименные)

6. Магнитные линии направлены от …. полюса к ….. (северного к южному)

7. Направление вектора магнитной индукции можно определить с помощью…(правила

буравчика или магнитной стрелки)

8. Направление магнитных линий вокруг проводника с током зависит от…(направления тока)

9. Вектор магнитной индукции измеряется в…..(тесла)

10. Если ток в параллельных проводниках направлен одинаково, то они….(притягиваются)

11. Так как магнитные линии замкнуты, то такое поле называется…(вихревым)

12. Часть магнита, обладающая наибольшей силой, называется….(полюсом)

13. Правило буравчика используют для определения …(направления вектора магнитной

индукции)

14. Если два магнита имеют одинаковые полюса, то они….(отталкиваются)

15. Северный полюс магнита обычно выкрашивают в ….. цвет (синий)

16. Связь электричества и магнетизма впервые получена в опытах…(Эрстеда)

17.Если заряженное тело движется, то вокруг него образуются…(электрическое и магнитное

поля)

18. Точка в кружочке обозначает направление … (к наблюдателю)

3. Самостоятельная работа (2 варианта, дополнить фразу 5 мин)

1. Магнитное поле образуется вокруг …

2. Северный полюс магнита обозначается

буквой…

3. Магнитные линии вокруг проводник с током

имеют форму…

4. Характеристикой магнитного поля является …

5. Если ток в параллельных проводниках

направлен одинаково, то они….

6. Так как магнитные линии замкнуты, то такое

поле называется…

7. Правило буравчика используют для определения…

8. Северный полюс магнита обычно выкрашивают в ….. цвет

9. Катушка с током по-другому называется…

10. Если заряженное тело движется, то вокруг него образуются… (поле)

1. Магнитные линии направлены от …. полюса к..

2. Направление вектора магнитной индукции

можно определить с помощью…

3. Направление магнитных линий вокруг

проводника с током зависит от…

4. Вектор магнитной индукции измеряется в…..

5. Если два магнита отталкиваются, то их

полюса…

6. Сильнее всего магнит притягивает на…

7. Если два магнита имеют одинаковые полюса,

то они..

8. Если вектор магнитной индукции одинаков во всех точках, то такое поле называется… 9. Связь электричества и магнетизма впервые получена в опытах…

10. Точка в кружочке обозначает направление …

Ответы:

1. проводника с током

2. буква N

3. окружностей

4. магнитная индукция

5. притягиваются

6. вихревым

7. направления вектора магнитной индукции

8. синий

9. соленоид

10. электрическое и магнитное поле

1.северного к южному

2. правила буравчика

3. направления тока

4. Тесла

5. одноименные

6. полюсах

7. отталкиваются

8. однородным

9. Эрстеда

10. к наблюдателю

4. Опыт по наблюдению силы Ампера

Расположить на столе дугообразный магнит и поднести к его полюсу соленоид. При включении тока катушка будет отклоняться. Повторить опыт, изменив полюс магнита и полярность на полюсах источника тока. Сделать вывод о направлении силы. Подключить в цепь реостат и показать влияние силы тока. Расположить катушку параллельно магнитным линиям и убедиться в отсутствии силы.

5. Определение силы Ампера и её зависимость от параметров опыта (записать)

СИЛА АМПЕРА — сила, действующая на проводник с током, помещенный в магнитное поле

З А В И С И Т

а) от силы тока в проводнике

б) от числа магнитов ( вектор В )

в) от длины проводника

г) от угла между направлением силы тока и вектором магнитной индукции

6. Закон Ампера (прочитать)

Сила, с которой магнитное поле действует на помещенный в него отрезок проводника с током, равна произведению силы тока, модуля вектора магнитной индукции, длины отрезка проводника и синуса угла между направлениями тока и магнитной индукции.

7. Формула закона Ампера (записать)

F_A = IBℓsinα

8. Биография Ампера (прочитать)

9. Правило левой руки (прочитать)

10. Взаимодействие параллельных проводников (выполнить рисунок)

Рассмотрим параллельные токи. Левый проводник создает магнитное поле, которое действует на правый проводник. Определим направление вектора магнитной индукции в точке, где находится правый проводник, используя правило буравчика: вектор В₁ направлен по касательной к магнитной линии перпендикулярно проводнику (от нас). По правилу левой руки находим направление силы Ампера F₁₂ , которая направлена в сторону левого проводника. Аналогично можно показать, что сила

F₂₁ направлена вправо. Таким образом, проводники притягиваются.

11. Определение единицы силы тока в СИ

1 ампер – сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызвал бы между этими проводниками силу магнитного взаимодействия, равную 2·10 ^–7 H на каждый метр длины.

12. Применение силы Ампера

Электроизмерительный прибор магнитоэлектрической системы состоит из постоянного магнита и проволочной рамки, которая находится между полюсами. Полюса магнита имеют специальные насадки, которые дают возможность получить такое магнитное поле, при котором поворачивание рамки в нем не приводит к изменению угла между магнитной индукцией и проводниками рамки. Этот угол остается всегда равным 90°. С рамкой соединены две спиральные пружины, которые подводят электрический ток к рамке. При прохождении электрического тока по рамке появляется сила Ампера, пропорциональная силе тока в рамке. Поворачивание рамки приводит к деформации пружин и возникновению силы упругости. Рамка прекратит поворачиваться тогда, когда момент силы Ампера станет равным моменту силы упругости.

Электрический двигатель предназначен для непрерывного превращения энергии электрического тока в механическую. Принцип его действия такой же, как и электроизмерительного прибора, описанного выше. Но в его конструкции отсутствует пружина. Ток к рамке подводится через специальные скользящие контакты — щетки. При замыкании цепи рамка начинает взаимодействовать с магнитным полем постоянного магнита или электромагнита и поворачивается так, что ее плоскость становится перпендикулярной магнитной индукции. Непрерывность вращения рамки обеспечивается применением специального устройства — коллектора, которое периодически изменяет направление тока в рамке.

В современных электродвигателях постоянного тока подвижная часть (ротор) состоит из многих рамок, размещенных в пазах цилиндра из специальной электротехнической стали. Роль коллектора в них часто выполняет специальное электронное устройство.

Силу Ампера применяют в громкоговорителях, динамиках.
Принцип работы: По катушке протекает переменный электрический ток с частотой, равной звуковой частоте от микрофона или с выхода радиоприемника. Под действием силы Ампера катушка колеблется вдоль оси громкоговорителя в такт с колебаниями тока. Эти колебания передаются диафрагме, и поверхность диафрагмы излучает звуковые волны.

13. Задачи на правило левой руки

14. Вопросы для закрепления

• 1. Когда возникает сила Ампера?

• 2. От чего зависит величина силы?

• 3. От чего зависит направление силы?

• 4. Как на опыте обнаружить действие силы Ампера?

• 5. Сформулировать правило левой руки

• 6. Где применяется сила Ампера?

14. Домашнее задание

§3

Упр 1 (1,2 – устно, 3 – письменно)

Используемые сайты:

Вопросы § 34

1.Что является источником магнитного поля?

Магнитное поле порождается электрическим током (направленным движением заряженных ча­стиц).

2. Чем создаётся магнитное поле постоянного магнита?

Магнитное поле постоянного магнита созда­ется за счет того, что внутренние кольцевые токи в нем ориентированы одинаково и усиливают друг друга.

3. Что такое магнитные линии? Что принимают за их направление в какой-либо её точке?

Магнитные линии или линии магнитного поля — используемые для наглядности воображае­мые линии — направление которых в каждой точ­ке совпадает с направлением маленькой магнитной стрелки, помещенной в магнитное поле.

4. Как располагаются магнитные стрелки в магнитном поле, линии которого прямолинейны; криволинейны?

В магнитном поле с прямолинейными и кри­волинейными линиями стрелки будут располагать­ся по касательной к магнитным линиям.

5. О чём можно судить по картине линий магнитного поля?

О направлении и величине магнитного поля.

6. Какое магнитное поле — однородное или неоднородное — образуется вокруг полосового магнита; вокруг прямолинейного проводника с током; внутри соленоида, длина которого значительно больше его диаметра?

Неоднородное магнитное поле: вокруг по­лосового магнита и прямолинейного проводника с током. Однородное магнитное поле: внутри соляноида.

7. Что можно сказать о модуле и направлении силы, действующей на магнитную стрелку в разных точках неоднородного магнитного поля; однородного магнитного поля?

Сила, действующая на магнитную стрелку в однородном поле, в разных точках имеет одинако­вый модуль и направление. В неоднородном поле они различны.

8. Чем отличается расположение магнитных линий в неоднородном и однородном магнитных полях?

В однородном поле магнитные линии распо­ложены параллельно друг другу и с одинаковой густотой. В неоднородном магнитном поле их гу­стота и их направления могут отличаются, одна­ко они никогда не пересекаются.

Откуда берется магнитное поле Земли?

Земля имеет магнитосферу: наша планета производит вокруг себя магнитное поле — магнитное поле Земли.

Это магнитное поле важно как для нас, так и для жизни в целом: оно действует как щит, защищающий нас от солнечных ветров. Эти ветры являются потоками заряженных частиц и в противном случае были бы смертельны для очень большой доли живых существ и в конечном итоге сдули бы нашу атмосферу.

Солнце, Юпитер или Сатурн также имеют магнитосферу. У Луны, Марса или Венеры ее нет или больше нет. Поэтому мы можем задаться вопросом, почему Земля и некоторые планеты имеют ее и откуда она взялась.

Источник энергии этого магнитного поля

Планета Земля имеет твердую кору (почва, каменистая), но металлическое сердце, состоящее из железа и никеля, частично жидкого, расплавленного из-за жары. Железо и никель, очень плотные, оказались там под действием силы тяжести при образовании Земли.

Важно то, что ядро Земли является частично жидким: это означает, что внутри нашей планеты происходят движения тепловой конвекции. Тот факт, что ядро металлическое, также имеет решающее значение, потому что это означает, что ядро Земли является проводником электричества и магнитных полей.

В дополнение к этой информации о внутренней структуре Земли, мы должны добавить тот факт, что планета вращается вокруг оси. Это тривиально, но важно по двум основным причинам.

Во-первых, вращение Земли (как и ее внутреннее тепло) — это запас энергии. Если у вас есть огромная вращающаяся масса, вы можете прикрепить к ней шестерню с резиновыми лентами и использовать ее для подъема предметов для питания динамо-машины и выработки электроэнергии, по крайней мере, до тех пор, пока вращающаяся масса не исчерпает свое вращение и не перестанет вращаться. В йо-йо, например, именно вращение йо-йо позволяет ему подняться.

Во-вторых, подобно тому, как вращение Земли является причиной появления циклонов в атмосфере, так и появление вращающихся столбов лавы в жидкой части земного ядра.

Подводя итог: Земля вращается, и это создает вращающиеся массы жидкого и проводящего железа в ядре. Если вы видите механизм формирования магнитного поля с этим, это нормально! Но пока еще не все.

Динамо-эффект

На данный момент мы имеем вращающуюся жидкую проводящую массу. Однако этого недостаточно для создания и поддержания магнитного поля. Потребовалось бы, например, внешнее магнитное поле, омывающее Землю: последнее вызывало бы ток в металлическом ядре, который производил бы магнитное поле Земли.

Проблема в том, что Земля не купается во внешнем магнитном поле. Не достаточно мощное поле во всяком случае.

Таким образом, если бы был точечный магнитный импульс, электрический ток появится в ядре Земли, но он будет рассеиваться очень быстро, и магнитное поле Земли также будет быстро исчезать.

Очевидно, что Земля обладает очень реальным магнитным полем. Современное объяснение магнитного поля Земли — эффект динамо.

Он еще не объясняет происхождение магнитного поля, но он объясняет, как это поле — настоящее — удается поддерживать, не исчезая.

Итак, давайте возьмем планету Земля, как это описано выше: с жидким, вращающимся металлическим сердечником.

Предположим, что Земля была в прошлом в ранее существовавшем внешнем магнитном поле. Как было сказано выше, это поле вызовет ток в жидких частях ядра, и этот ток создаст магнитное поле Земли, противоположное внешнему полю.

Теперь мы должны учитывать конвекционные явления, связанные с внутренним теплом Земли, и явления вращения жидких масс, связанные с вращением Земли. Это два первичных источника энергии, которые будут постепенно преобразовываться в электромагнитную энергию и излучать магнитное поле.

Эти металлические «циклоны», расплавленные во внешнем ядре, принимают форму вращающихся цилиндров, которые будут выравниваться с осью вращения Земли (таким образом, по оси Север-Юг). Делая это, линии электрического тока, индуцированные магнитным полем, будут как бы наматываться на себя, образуя катушку, и растягиваться в длину конвекцией. Линии электрического тока удлиняются : это если индуктивная катушка становится больше, а магнитное поле сильнее.

Таким образом, возникает эффект, когда катушка растягивается и позволяет увеличить количество магнитной энергии от тепловой конвекции и эффекта Кориолиса за счет вращения Земли.

В результате магнитное поле Земли, в противоположность рассеиванию, умудряется поддерживать себя: вращение и конвекция Земли в ядре постоянно накачивают энергию в электромагнитную систему, чтобы компенсировать потери.

Теперь, когда производится магнитная энергия, первоначальное магнитное поле, в котором, как говорят, купалась Земля, может исчезнуть: в этом больше нет необходимости.

Создаваемое магнитное поле поддерживается слоями расплавленного жидкого металла, которые поднимаются на поверхность.

Когда эти слои достигают внешнего предела ядра, конвекции (в этом слое) больше нет, и поле исчезает. Тем не менее, это поле будет иметь наведенные электрические токи в нижних слоях, которые также будут производить свое магнитное поле, и увековечить производство магнитного поля.

Таким образом, пока существует конвекция в ядре и вращение нашей планеты, производящее силы Кориолиса, магнитное поле будет существовать.

Конвекционные движения сложны, имеют хаотические составляющие и иногда могут менять направление. Поэтому возможно, что магнитное поле Земли изменится и магнитные полюса будут двигаться и могут даже повернуть вспять. В истории нашей планеты эти инверсии происходили 300 раз за последние 200 миллионов лет, примерно каждые 660 000 лет; последняя произошла около 780 000 лет назад.

Феномен, который до сих пор плохо объяснен

Как было сказано во введении, если источник планетарного магнитного поля называется динамо-эффектом и существуют хорошие теории для его объяснения, то его происхождение остается неизвестным. Как уже говорилось, для этого потребовалось начальное магнитное поле, даже слабое или локальное.

Этот источник остается неизвестным, но если бы его не было с самого начала, жизнь, вероятно, не развивалась бы, по крайней мере, не так сильно и не так хорошо на этой планете. Это один из многих параметров, которые дали Земле необходимые ингредиенты для появления и поддержания жизни, и которые могут объяснить, почему жизнь, наконец, является чем-то гораздо более редким, чем первоначально представлялось.

Кроме того, форма магнитного поля и линии поля сложны и зависят от многих факторов: текучести магмы, локальных изменений температуры, химического состава магмы….

Численное моделирование все еще с трудом учитывает реальные наблюдения, несмотря на то, что мы постепенно приближаемся к функциональной модели.

Магнитное поле Земли — урок. Физика, 8 класс.

Магнитная стрелка, свободно вращающаяся вокруг вертикальной оси, всегда устанавливается в данном месте Земли в определённом направлении (если вблизи неё нет магнитов, проводников с током, железных предметов).

Обрати внимание!

Вокруг Земли существует магнитное поле, и магнитная стрелка устанавливается вдоль его магнитных линий.

На этом и основано применение компаса (рис. \(1\)), который представляет собой свободно вращающуюся на оси магнитную стрелку.

Рис. \(1\)

При приближении к Северному географическому полюсу Земли магнитные линии магнитного поля Земли всё под большим углом наклоняются к горизонту и около \(75\)° северной широты и \(99\)° западной долготы становятся вертикальными, входя в Землю (рис. \(2\)).

Рис. \(2\)

Здесь в настоящее время находится Южный магнитный полюс Земли, он удалён от Северного географического полюса примерно на \(2100\) км.

Северный магнитный полюс Земли находится вблизи Южного географического полюса, а именно на \(66,5\)° южной широты и \(140\)° восточной долготы. Здесь магнитные линии магнитного поля Земли выходят из Земли.

Обрати внимание!

Магнитные полюсы Земли не совпадают с её географическими полюсами.

В связи с этим направление магнитной стрелки не совпадает с направлением географического меридиана. Поэтому магнитная стрелка компаса лишь приблизительно показывает направление на север.

Иногда внезапно возникают так называемые магнитные бури, кратковременные изменения магнитного поля Земли, которые сильно влияют на стрелку компаса (рис. \(3\)). Наблюдения показывают, что появление магнитных бурь связано с солнечной активностью.

Рис. \(3\)

В период усиления солнечной активности с поверхности Солнца в мировое пространство выбрасываются потоки заряженных частиц, электронов и протонов (рис. \(4\)). Магнитное поле, образуемое движущимися заряженными частицами, изменяет магнитное поле Земли и вызывает магнитную бурю. Магнитные бури — явление кратковременное.

Рис. \(4\)

На земном шаре встречаются области, в которых направление магнитной стрелки постоянно отклонено от направления магнитной линии Земли. Такие области называют областями магнитной аномалии (в пер. с лат. «отклонение, ненормальность»).

Одна из самых больших магнитных аномалий — Курская магнитная аномалия. Причиной таких аномалий являются огромные залежи железной руды на сравнительно небольшой глубине.

Рис. \(5\)

Земной магнетизм ещё окончательно не объяснён. Установлено только, что большую роль в изменении магнитного поля Земли играют разнообразные электрические токи, текущие как в атмосфере (особенно в верхних её слоях), так и в земной коре.

Большое внимание изучению магнитного поля Земли уделяют при полётах искусственных спутников и космических кораблей.

Земное магнитное поле надёжно защищает поверхность Земли от космического излучения, действие которого на живые организмы разрушительно. В состав космического излучения, кроме электронов, протонов, входят и другие частицы, движущиеся в пространстве с огромными скоростями.

Полёты межпланетных космических станций и космических кораблей на Луну и вокруг Луны позволили установить отсутствие у неё магнитного поля. Сильная намагниченность пород лунного грунта, доставленного на Землю, позволяет учёным сделать вывод, что миллиарды лет назад у Луны могло существовать магнитное поле.

Интересные сведения о магнитном поле Земли: Наука и техника: Lenta.ru

В последние дни на научных информационных сайтах появилось большое количество новостей, посвященных магнитному полю Земли. Например, новость о том, что в последнее время оно существенно изменяется, или о том, что магнитное поле способствует утечке кислорода из земной атмосферы и даже про то, что вдоль линий магнитного поля ориентируются коровы на пастбищах. Что представляет собой магнитное поле и насколько важны все перечисленные новости?

Магнитное поле Земли – это область вокруг нашей планеты, где действуют магнитные силы. Вопрос о происхождении магнитного поля до сих пор окончательно не решен. Однако большинство исследователей сходятся в том, что наличием магнитного поля Земля хотя бы отчасти обязана своему ядру. Земное ядро состоит из твердой внутренней и жидкой наружной частей. Вращение Земли создает в жидком ядре постоянные течения. Как читатель может помнить из уроков физики, движение электрических зарядов приводит к появлению вокруг них магнитного поля.

Одна из самых распространенных теорий, объясняющих природу поля, — теория динамо-эффекта — предполагает, что конвективные или турбулентные движения проводящей жидкости в ядре способствуют самовозбуждению и поддержанию поля в стационарном состоянии.

Землю можно рассматривать как магнитный диполь. Его южный полюс находится на географическом Северном полюсе, а северный, соответственно, на Южном. На самом деле, географический и магнитный полюса Земли не совпадают не только по «направлению». Ось магнитного поля наклонена по отношению к оси вращения Земли на 11,6 градуса. Из-за того что разница не очень существенная, мы можем пользоваться компасом. Его стрелка точно указывает на южный магнитный полюс Земли и почти точно на Северный географический. Если бы компас был изобретен 720 тысяч лет назад, то он бы указывал и на географический и на магнитный северный полюс. Но об этом чуть ниже.

Магнитное поле защищает жителей Земли и искусственные спутники от губительного воздействия космических частиц. К таким частицам относятся, например, ионизированные (заряженные) частицы солнечного ветра. Магнитное поле изменяет траекторию их движения, направляя частицы вдоль линий поля. Необходимость наличия магнитного поля для существования жизни сужает круг потенциально обитаемых планет (если мы исходим из предположения, что гипотетически возможные формы жизни похожи на земных обитателей).

Ученые не исключают, что часть планет земного типа не имеют металлического ядра и, соответственно, лишены магнитного поля. До сих пор считалось, что планеты, состоящие из твердых скальных пород, как и Земля, содержат три основных слоя: твердую кору, вязкую мантию и твердое или расплавленное железное ядро. В недавней работе ученые из Массачусетского технологического института предложили сразу два возможных механизма образования «скалистых» планет без ядра. Если теоретические выкладки исследователей подтвердятся наблюдениями, то формулу для расчета вероятности встретить во Вселенной гуманоидов или хотя бы что-то, напоминающее иллюстрации из учебника биологии, придется переписать.

Земляне тоже могут лишиться своей магнитной защиты. Правда, точно сказать, когда это произойдет, геофизики пока не могут. Дело в том, что магнитные полюса Земли непостоянны. Периодически они меняются местами. Не так давно исследователи установили, что Земля «помнит» о смене полюсов. Анализ таких «воспоминаний» показал, что за последние 160 миллионов лет магнитные север и юг менялись местами около 100 раз. Последний раз это событие произошло около 720 тысяч лет назад.

Смена полюсов сопровождается изменением конфигурации магнитного поля. Во время «переходного периода» на Землю проникает существенно больше космических частиц, опасных для живых организмов. Одна из гипотез, объясняющих исчезновение динозавров, утверждает, что гигантские рептилии вымерли именно во время очередной смены полюсов.

Кроме «следов» плановых мероприятий по смене полюсов исследователи заметили в магнитном поле Земли опасные подвижки. Анализ данных о его состоянии за несколько лет показал, что в последние месяцы в нем начали происходить опасные изменения. Настолько резких «движений» поля ученые не регистрировали уже очень давно. Вызывающая беспокойства исследователей зона находится в южной части Атлантического океана. «Толщина» магнитного поля в этом районе не превышает трети от «нормальной». Исследователи давно обратили внимание на эту «прореху» в магнитном поле Земли. Собранные за 150 лет данные показывают, что за этот период поле здесь ослабло на десять процентов.

На данный момент трудно сказать, чем это грозит человечеству. Одним из последствий ослабления напряженности поля может стать увеличение (пусть и незначительное) содержания кислорода в земной атмосфере. Связь между магнитным полем Земли и этим газом была установлена с помощью системы спутников Cluster – проекта Европейского космического агентства. Ученые выяснили, что магнитное поле ускоряет ионы кислорода и «выбрасывает» их в космическое пространство.

Несмотря на то, что магнитное поле нельзя увидеть, обитатели Земли хорошо его чувствуют. Перелетные птицы, например, отыскивают дорогу, ориентируясь именно на него. Существует несколько гипотез, объясняющих, как именно они ощущают поле. Одна из последних предполагает, что птицы воспринимают магнитное поле визуально. Особые белки – криптохромы – в глазах перелетных птиц способны менять свое положение под воздействием магнитного поля. Авторы теории считают, что криптохромы могут выполнять роль компаса.

Кроме птиц магнитное поле Земли вместо GPS используют морские черепахи. И, как показал анализ спутниковых фотографий, представленных в рамках проекта Google Earth, коровы. Изучив фотографии 8510 коров в 308 районах мира, ученые заключили, что эти животные предпочтительно ориентируют свои тела с севера на юг (или с юга на север). Причем «реперными точками» для коров служат не географические, а именно магнитные полюса Земли. Механизм восприятия коровами магнитного поля и причины именно такой реакции на него остаются неясными.

Кроме перечисленных замечательных свойств магнитное поле способствует появлению полярных сияний. Они возникают в результате резких изменений поля, происходящих в удаленных регионах поля.

Магнитное поле не обошли своим вниманием сторонники одной из «теорий заговора» – теории о лунной мистификации. Как уже упоминалось выше, магнитное поле защищает нас от космических частиц. «Собранные» частицы скапливаются в определенных частях поля – так называемых радиационных поясах Ван Алена. Скептики, не верящие в реальность высадок на Луну, считают, что во время пролета сквозь радиационные пояса астронавты получили бы смертельную дозу радиации.

Магнитное поле Земли — удивительное следствие законов физики, защитный щит, ориентир и создатель полярных сияний. Если бы не оно, жизнь на Земле, возможно, выглядела бы совсем иначе. В общем, если бы магнитного поля не было — его необходимо было бы придумать.

Магнитные поля

Магнетизм тесно связан с электричеством. По сути, магнетизм — это сила, вызванная движущимися зарядами. В случае постоянных магнитов движущиеся заряды — это орбиты электронов, вращающихся вокруг ядер. Проще говоря, у сильных постоянных магнитов много атомов с электронами, вращающимися в одном направлении. Немагниты имеют более случайное расположение электронов, вращающихся вокруг ядра. Для электромагнитов ток обеспечивает движущиеся заряды.Во всех случаях магнитные поля можно использовать для описания сил, создаваемых магнитами.

Вопрос: Какой тип поля присутствует возле движущегося электрического заряда?

1. электрическое поле, только
2. магнитное поле, всего
3. и электрическое поле, и магнитное поле
4. ни электрическое поле, ни магнитное поле

Ответ: (3) Электрическое поле присутствует из-за электрического заряда, а магнитное поле присутствует, потому что заряд находится в движении.

Магниты поляризованы, то есть каждый магнит имеет два противоположных конца. Конец магнита, который указывает на географический северный полюс Земли, называется северным полюсом магнита, а противоположный конец по понятным причинам называется южным полюсом магнита. У каждого магнита есть как северный, так и южный полюс. Не существует одиночных изолированных магнитных полюсов или монополей. Если вы разделите магнит пополам, каждая половина оригинального магнита будет иметь как северный, так и южный полюс, что даст вам два магнита.Физики продолжают поиски как физически, так и теоретически, но на сегодняшний день никто никогда не наблюдал северного полюса без южного или южного полюса без северного полюса.

Вы использовали линии электрического поля, чтобы визуализировать, что произойдет с положительным зарядом, помещенным в электрическое поле. Чтобы визуализировать магнитное поле, вы можете нарисовать линии магнитного поля (также известные как линии магнитного потока), которые показывают направление, в котором будет указывать северный полюс магнита, если его поместить в поле.Линии магнитного поля изображены в виде замкнутых контуров, начинающихся от северного полюса магнита и продолжающихся к южному полюсу магнита. Внутри самого магнита силовые линии проходят от южного полюса к северному полюсу. Магнитное поле является наиболее сильным в областях с наибольшей плотностью силовых линий магнитного поля или в областях с наибольшей плотностью магнитного потока. Напряженность магнитного поля (B) измеряется в единицах, известных как Тесла (Т).

Подобно электрическим зарядам, подобные полюса оказывают друг на друга отталкивающую силу, в то время как противоположные полюса оказывают притягивающую силу друг на друга.Материалы можно разделить на магниты, магнитные притягивающие (материалы, которые сами по себе не являются магнитами, но могут притягиваться магнитами) и непритягивающие.

Вопрос: На схеме ниже показаны силовые линии магнитного поля между двумя северными магнитными полюсами. В какой момент напряженность магнитного поля самая большая?

Ответ: (B) имеет самую большую напряженность магнитного поля, потому что он расположен в самой высокой плотности силовых линий магнитного поля.

Вопрос: На схеме ниже представлены стержневой магнит 0,5 кг и стержневой магнит 0,7 кг с расстоянием 0,2 метра между их центрами.

Какое утверждение лучше всего описывает силы между стержневыми магнитами?

1. Гравитационная и магнитная силы обладают отталкивающим действием.
2. Гравитационная сила отталкивает, а магнитная сила притягивает.
3. Гравитационная сила притягивает, а магнитная сила отталкивает.
4. Гравитационная и магнитная сила притягивают друг друга.

Ответ: (3) Гравитация всегда притягивает, а северные полюса отталкивают друг друга.

Вопрос: Студенту дают два куска железа и просят определить, являются ли один или оба предмета магнитами. Сначала ученик касается конца одной детали одним концом другой.Две железки притягиваются. Затем ученик переворачивает одну из частей и снова соединяет концы вместе. Две части снова притягиваются. Что именно ученик знает о начальных магнитных свойствах двух железок?

Ответ: По крайней мере, одна из частей железа является магнитом, но мы не можем с уверенностью утверждать, что оба являются магнитами.

Вопрос: Нарисуйте минимум четыре силовых линии, чтобы показать величину и направление магнитного поля в области, окружающей стержневой магнит.

Ответ:

Вопрос: Когда два кольцевых магнита помещаются на карандаш, магнит A остается подвешенным над магнитом B, как показано справа. Какое утверждение описывает гравитационную силу и магнитную силу, действующую на магнит A из-за магнита B?

1. Гравитационная сила притягивает, а магнитная сила отталкивает.
2. Гравитационная сила отталкивающая, а магнитная сила притягивающая.
3. И гравитационная, и магнитная сила притягивают друг друга.
4. И гравитационная, и магнитная сила отталкивают.

Ответ: (1) Гравитация может только притягивать, а поскольку магнит A подвешен над магнитом B, магнитная сила должна быть отталкивающей.

.

Картирование изменений напряженности магнитного поля Земли

Магнитное поле и электрические токи внутри и вокруг Земли создают сложные силы, которые оказывают неизмеримое влияние на повседневную жизнь. Поле можно представить как огромный пузырь, защищающий нас от космического излучения и заряженных частиц, которые бомбардируют Землю солнечными ветрами. Предоставлено: ESA / ATG medialab.

Благодаря более чем двухлетним измерениям, проводимым трио спутников ESA Swarm, изменения в силе магнитного поля Земли были подробно нанесены на карту.

Запущенный в конце 2013 года, Swarm измеряет и распутывает различные магнитные сигналы от ядра Земли, мантии, коры, океанов, ионосферы и магнитосферы. Это мероприятие займет несколько лет.

Хотя и невидимые, магнитное поле и электрические токи внутри и вокруг Земли создают сложные силы, которые оказывают неизмеримое влияние на нашу повседневную жизнь.

Поле можно представить как огромный пузырь, защищающий нас от космического излучения и электрически заряженных атомных частиц, которые бомбардируют Землю солнечными ветрами. Тем не менее, он находится в постоянном движении.

Представленные на этой неделе на симпозиуме «Живая планета», новые результаты созвездия спутников Swarm показывают, где наше защитное поле ослабевает и усиливается, и, что важно, насколько быстро происходят эти изменения.

На анимации выше показана сила магнитного поля Земли и ее изменение в период с 1999 по май 2016 года.

Синим цветом показаны области слабого поля, а красным — области сильного поля. Помимо последних данных созвездия Swarm, для создания карты также использовалась информация со спутников CHAMP и Ørsted.

Анимация, основанная на результатах миссии ESA Swarm, показывает, как сила магнитного поля Земли изменилась с 1999 по середину 2016 года. Синим цветом показаны области слабого поля, а красным — области сильного поля. Поле ослабло примерно на 3.5% в высоких широтах над Северной Америкой, тогда как над Азией он вырос примерно на 2%. Область, где поле является самым слабым — Южно-Атлантическая аномалия — неуклонно перемещалась на запад и далее ослабла примерно на 2%. Вдобавок северный магнитный полюс смещается на восток. Предоставлено: DTU Space

. Это ясно показывает, что поле ослабло примерно на 3,5% в высоких широтах над Северной Америкой, в то время как оно усилилось примерно на 2% в Азии. Область, в которой поле наиболее слабое — Южно-Атлантическая аномалия — неуклонно продвигалась на запад и еще более ослабла примерно на 2%.

Кроме того, северный магнитный полюс перемещается на восток, в сторону Азии.

Вторая анимация показывает скорость изменения магнитного поля Земли между 2000 и 2015 годами. Области, в которых изменения поля замедлились, показаны синим цветом, а красный цвет показывает, где изменения ускорились.

Анимация показывает изменения в скорости усиления и ослабления магнитного поля Земли в период с 2000 по 2015 год. Области, где изменения поля замедлились, показаны синим цветом, а красным показаны места, где изменения ускорились.Например, в 2015 году изменения в поле замедлились около Южной Африки, но изменения ускорились в Азии. Эта карта была составлена ​​с использованием данных миссии ESA Swarm. Предоставлено: DTU Space

. Например, изменения в этой области замедлились около Южной Африки, но быстрее изменились в Азии.

Считается, что магнитное поле в основном создается океаном расплавленного кружащегося жидкого железа, который составляет внешнее ядро ​​нашей планеты, находящееся в 3000 км под нашими ногами.Действуя как вращающийся провод в велосипедном динамо-машине, он генерирует электрические токи и, следовательно, непрерывно изменяющееся электромагнитное поле.

Считается, что ускорение напряженности поля связано с изменением того, как жидкое железо течет и колеблется во внешнем ядре.

Считается, что магнитное поле в значительной степени создается океаном перегретого закрученного жидкого железа, который составляет внешнее ядро ​​Земли на расстоянии 3000 км под нашими ногами. Действуя как вращающийся провод в велосипедном динамо-машине, он генерирует электрические токи и, следовательно, непрерывно изменяющееся электромагнитное поле.Другие источники магнетизма происходят из минералов в мантии и коре Земли, в то время как ионосфера, магнитосфера и океаны также играют роль. Созвездие ЕКА из трех спутников Swarm предназначено для идентификации и точного измерения этих различных магнитных сигналов. Это приведет к новому пониманию многих природных процессов, от тех, что происходят глубоко внутри планеты, до погоды в космосе, вызванной солнечной активностью. Предоставлено: ESA / ATG Medialab.

Крис Финлей, старший научный сотрудник DTU Space в Дании, сказал: «Данные Swarm теперь позволяют нам отображать подробные изменения в магнитном поле Земли, не только на поверхности Земли, но и на краю области его источника в ядре.

«Неожиданно мы обнаружили быстрые локальные изменения поля, которые, кажется, являются результатом ускорения жидкого металла, текущего внутри ядра».

Руне Флобергхаген, руководитель миссии ESA Swarm, добавил: «Через два с половиной года после запуска миссии приятно видеть, что Swarm с феноменальной точностью отображает магнитное поле и его вариации.

«Качество данных действительно превосходное, и это открывает путь для множества научных приложений, поскольку данные продолжают использоваться.«

Совершенно очевидно, что инновационная миссия ESA Swarm позволяет по-новому взглянуть на наше изменяющееся магнитное поле. Ожидается, что дальнейшие результаты приведут к получению новой информации о многих природных процессах, от тех, которые происходят глубоко внутри планеты, до погоды в космосе, вызванной солнечной активностью.

В свою очередь, эта информация, безусловно, поможет лучше понять, почему магнитное поле ослабевает в некоторых местах и ​​глобально.

Swarm показывает меняющийся магнетизм Земли

Предоставлено
Европейское космическое агентство

Ссылка :
Картирование изменений напряженности магнитного поля Земли (11 мая 2016 г.)
получено 2 октября 2020
с https: // физ.org / news / 2016-05-Strength-earth-magnet-field.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, нет
часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

.