MAGNETICKÉ POLE ZEMĚ: PŮVOD, VLASTNOSTI, FUNKCE - FYZICKÝ - 2025

Na Zemské magnetické pole je magnetický účinek, že působí Země a která vyčnívá z jejího nitra až stovky kilometrů ve vesmíru. Je velmi podobný tomu, který vytváří tyčový magnet. Tuto myšlenku navrhl anglický vědec William Gilbert v 17. století, který také poznamenal, že není možné oddělit póly magnetu.

Obrázek 1 ukazuje čáry magnetického pole Země. Jsou vždy zavřené, prochází vnitřkem a pokračují na vnější straně a vytvářejí jakýsi kryt.

Obrázek 1. Magnetické pole Země se podobá magnetickému poli magnetu. Zdroj: Wikimedia Commons.

Původ magnetického pole Země je stále záhadou. Vnější jádro Země, vyrobené z litiny, nemůže samo o sobě produkovat pole, protože teplota je taková, že ničí magnetický řád. Prahová hodnota teploty je známá jako Curieova teplota. Proto je nemožné, aby za pole byla zodpovědná velká množství magnetizovaného materiálu.

Po vyloučení této hypotézy musíme hledat původ pole v jiném jevu: rotaci Země. To způsobuje, že roztavené jádro se nerovnoměrně otáčí, čímž se vytváří dynamo efekt, ve kterém tekutina spontánně vytváří magnetické pole.

Předpokládá se, že dynamo efekt je příčinou magnetismu astronomických objektů, například Slunce. Až dosud však není známo, proč je tekutina schopna chovat se tímto způsobem a jak vyrobené elektrické proudy dokážou zůstat.

vlastnosti

- Zemské magnetické pole je výsledkem tří příspěvků: vnitřní pole samotné, vnější magnetické pole a magnetické minerály v kůře:

1. Vnitřní pole: připomíná to magnetického dipólu (magnetu) umístěného ve středu Země a jeho příspěvek je asi 90%. Časem se mění velmi pomalu.
2. Vnější pole: pochází ze sluneční aktivity ve vrstvách atmosféry. Nevypadá to jako dipól a má mnoho variací: denní, roční, magnetické bouře a další.
3. Magnetické horniny v zemské kůře, které také vytvářejí své vlastní pole.

- Magnetické pole je polarizované a představuje severní a jižní pól, přesně jako tyčový magnet.

- Protože protilehlé póly se navzájem přitahují, jehla kompasu, která je jejím severním pólem, vždy směřuje do blízkosti geografického severu, kde je jižní pól zemského magnetu.

- Směr magnetického pole je znázorněn ve formě uzavřených čar, které opouštějí magnetický jih (severní pól magnetu) a vstupují na magnetický sever (jižní pól magnetu).

- Na magnetickém severu - a také na magnetickém jihu - je pole kolmé k zemskému povrchu, zatímco u rovníku je pole pasoucí se. (viz obrázek 1)

- Intenzita pole je mnohem větší u pólů než u rovníku.

- Osa terestrického dipólu (obrázek 1) a osa otáčení nejsou zarovnány. Mezi nimi je výtlak 11,2 °.

Geomagnetické prvky

Protože magnetické pole je vektor, kartézský souřadný systém XYZ s počátkem O pomáhá určit jeho polohu.

Obrázek 2. Geomagnetické prvky. Zdroj: F. Zapata.

Celková intenzita magnetického pole nebo indukce je B a jeho projekce nebo komponenty jsou: H horizontálně a Z vertikálně. Oni jsou příbuzní:

-D, úhel magnetické deklinace, vytvořený mezi H a geografickým severem (osa X), pozitivní směrem na východ a záporem směrem na západ.

-I, úhel magnetického sklonu mezi B a H, kladný, je-li B pod vodorovnou rovinou.

Kompasová jehla bude orientována ve směru H, horizontální součást pole. Rovina určená B a H ​​se nazývá magnetický poledník, zatímco ZX je geografický poledník.

Vektor magnetického pole je plně specifikován, pokud jsou známy tři z následujících veličin, které se nazývají geomagnetické prvky: B, H, D, I, X, Y, Z.

Funkce

Zde jsou některé z nejdůležitějších funkcí zemského magnetického pole:

- Lidé ji využívali k tomu, aby se orientovali kompasem po stovky let.

-Vykonává ochrannou funkci planety tím, že ji obalí a odkloní nabité částice, které slunce nepřetržitě emituje.

-Ačkoli magnetické pole Země (30 - 60 mikro Tesla) je ve srovnání s těmi v laboratoři slabé, je dostatečně silné, aby ho určitá zvířata použila k orientaci. Stejně tak se stěhovavé ptáky, lovící holuby, velryby a některé hejny ryb.

-Magnetometrie nebo měření magnetického pole se používá pro průzkum nerostných zdrojů.

Polární záře a jižní

Oni jsou známí jako severní nebo jižní světla, příslušně. Objevují se v zeměpisných šířkách poblíž pólů, kde magnetické pole je téměř kolmé k zemskému povrchu a je mnohem intenzivnější než na rovníku.

Obrázek 3. Polární záře na Aljašce. Zdroj: Wikimedia Commons.

Mají svůj původ ve velkém množství nabitých částic, které slunce neustále vysílá. Ty, které jsou zachyceny v poli, se obvykle kvůli vyšší intenzitě posunou směrem k pólu. Tam ho využívají k ionizaci atmosféry a při tomto procesu je emitováno viditelné světlo.

Severní světla jsou viditelná na Aljašce, v Kanadě a severní Evropě, díky blízkosti magnetického pólu. V důsledku migrace je však možné, že se postupem času stanou viditelnějšími směrem na sever Ruska.

Zdá se, že tomu tak zatím není, protože polární záře přesně nesledují nevyrovnaný magnetický sever.

Magnetická deklinace a navigace

Pro navigaci, zejména na velmi dlouhých cestách, je nesmírně důležité znát magnetickou deklinaci, aby bylo možné provést potřebnou opravu a najít skutečný sever.

Toho je dosaženo pomocí map, které označují čáry stejného sklonu (izogonální), protože sklony se velmi liší v závislosti na zeměpisné poloze. To je způsobeno skutečností, že magnetické pole neustále zažívá místní variace.

Velká čísla namalovaná na RWY jsou směry ve stupních vzhledem k magnetickému severu, děleno 10 a zaobleny.

Severní kluci

Jak se může zdát matoucí, existuje několik typů severu, definovaných některými konkrétními kritérii. Můžeme tedy najít:

Magnetický sever je bod na Zemi, kde je magnetické pole kolmé k povrchu. Tam kompas ukazuje a mimochodem, není to antipodální (diametrálně protilehlé) s magnetickým jihem.

Geomagnetický sever je místo, kde osa magnetického dipólu stoupá na povrch (viz obrázek 1). Protože magnetické pole Země je o něco složitější než dipólové pole, tento bod se přesně neshoduje s magnetickým severem.

Geografický sever zde prochází osou rotace Země.

Severně od Lambert nebo mřížky je bod, kde se sbíhají meridiány map. To se přesně neshoduje se skutečným nebo geografickým severem, protože sférický povrch Země je při promítnutí do letadla zkreslený.

Obrázek 4. Různé severy a jejich umístění. Zdroj: Wikimedia Commons. Cavit

Inverze magnetického pole

Je tu záhadná skutečnost: magnetické póly mohou během několika tisíc let změnit polohu a v současné době se to děje. Ve skutečnosti je známo, že se to stalo 171krát dříve, za posledních 17 milionů let.

Důkazy se vyskytují ve skalách, které se objevují při trhlině uprostřed Atlantského oceánu. Jak to vyjde, skála zchladne a ztuhne, nastavuje směr magnetizace Země na okamžik, který je zachován.

Dosud však neexistuje uspokojivé vysvětlení, proč k tomu dochází, ani zdroj energie potřebné k obrácení pole.

Jak již bylo řečeno, magnetický sever se v současné době rychle pohybuje směrem k Sibiři a jih se pohybuje, i když pomaleji.

Někteří odborníci se domnívají, že je to kvůli vysokorychlostnímu proudění tekutého železa těsně pod Kanadou, které oslabuje pole. Může to být také začátek magnetického obrácení. Poslední, co se stalo, bylo před 700 000 lety.

Může se stát, že se dynamo, které vede k zemskému magnetismu, vypne na nějaký čas, ať už spontánně, nebo nějakým vnějším zásahem, jako je například přístup komety, i když o něm není žádný důkaz.

Když se dynamo restartuje, magnetické póly změnily místo. Může se však také stát, že inverze není úplná, ale dočasná změna osy dipólu, která se nakonec vrátí do své původní polohy.

Experiment

Provádí se pomocí Helmholtzových cívek: dvě identické a koncentrické kruhové cívky, kterými prochází stejná intenzita proudu. Magnetické pole cívek interaguje s polem Země, což vede k výslednému magnetickému poli.

Obrázek 5. Experiment k určení hodnoty zemského magnetického pole. Zdroj: F. Zapata.

Uvnitř cívek je vytvořeno přibližně rovnoměrné magnetické pole, jehož velikost je:

-I je intenzita proudu

-μ _o je magnetická propustnost vakua

-R je poloměr cívek

Proces

S kompasem umístěné v axiální ose cívky, určují směr zemského magnetického pole B _T.

-Oriente osy cívek kolmo k B _T. Tak pole B _H generován proud prochází, bude kolmá na B _T. V tomto případě:

Obrázek 6. Výsledné pole je to, co bude kompasová jehla označit. Zdroj: F. Zapata.

-B _H je úměrný proudu prochází cívkami, takže B _H = kI, kde k je konstanta, která závisí na geometrii uvedených cívek: poloměru a počtem závitů. A měřicí proud může mít hodnotu _BH. Aby:

Tím pádem:

- Přes cívky procházejí různé proudy a páry (I, tg θ) jsou zaznamenány v tabulce.

- Graf I vs. tg θ. Protože závislost je lineární, očekáváme získání přímky, jejíž sklon m je:

-Finally, z přímé - linie fit nejmenších čtverců nebo vizuální nastavení, pokračuje ke stanovení hodnoty B _T.

Reference

1. Magnetické pole Země. Obnoveno z: web.ua.es
2. Magnetohydrodynamická skupina University of Navarra. Dynamo efekt: historie. Obnoveno z: fisica.unav.es.
3. Kirkpatrick, L. 2007. Fyzika: Pohled na svět. 6. zkrácené vydání. Cengage Learning.
4. HRNEC. Magnetické pole Země a jeho změny v čase. Obnoveno z: image.gsfc.nasa.gov.
5. NatGeo. Zemský magnetický severní pól se pohybuje. Obnoveno z: ngenespanol.com.
6. Vědecký Američan. Země má víc než jeden severní pól. Obnoveno z: scientificamerican.com.
7. Wikipedia. Geomagnetický pól. Obnoveno z: en.wikipedia.org.