Магнитное поле земли сообщение кратко
Обновлено: 02.07.2024
С древних времен известно, что магнитная стрелка, свободно вращающаяся вокруг своей вертикальной оси, всегда позиционируется в определенном направлении в данном месте Земли (если поблизости нет магнитов, проводников электричества или железных предметов). Этот факт объясняется тем, что вокруг Земли существует магнитное поле, и магнитная стрелка устанавливается вдоль его магнитных линий. На этом основан компас, который представляет собой магнитную стрелку, свободно вращающуюся на оси.
Узнайте, что такое магнитное поле Земли, как оно создается и многое другое в этой статье.
Магнитное поле Земли: простое объяснение
Наша планета Земля окружена магнитным полем, которое также называют магнитным полем Земли. Если смотреть со стороны, то магнитное поле Земли по форме напоминает стержневой магнит. Это означает, что вы можете представить себе огромный стержневой магнит под поверхностью Земли, наклоненный к оси вращения Земли. Южный полюс этого магнита направлен в сторону географического северного полюса Земли.
Магнитное поле Земли имеет интенсивность от 30 микротесла (мкТл) до 60 мкТл. Основная часть магнитного поля Земли возникает в жидком внешнем ядре Земли в результате конвекции расплавленного железа.
Помимо обеспечения ориентации по компасу, магнитное поле Земли выполняет еще одну жизненно важную задачу: экранирует солнечный ветер, то есть защищает нас от опасного излучения из космоса. В состав космического излучения, кроме электронов, протонов, входят и другие частицы, движущиеся в пространстве с огромными скоростями.
Как создается магнитное поле Земли?
Структура ядра Земли
Вы можете представить себе Землю, разделенную на четыре сферические оболочки и одну сферу (смотрите рисунок 1 ниже). Каждая сферическая оболочка изготовлена из разных материалов и имеет разную толщину. Сфера находится в центре, а четыре сферические оболочки окружают сферу одна за другой. В следующем списке показана структура Земли, начиная с поверхности Земли и заканчивая ее центром.
- Сферическая оболочка 1 — земная кора: толщина 5 — 70 км.
- Сферическая оболочка 2 — верхняя мантия: глубина около 660 км.
- Сферическая оболочка 3 — нижняя мантия: глубина 660 — 2900 км.
- Сферическая оболочка 4 — внешнее ядро: глубина 2900 — 5150 км.
- Сфера — внутреннее ядро Земли: глубина от 5150 до 6371 км.
Теория динамо
Внешнее ядро состоит в основном из жидкого, электропроводящего железа. Внешний слой внешнего ядра Земли холоднее внутреннего ядра Земли. Эта разница температур приводит к возникновению конвекционных течений. Это означает, что жидкое железо во внешнем ядре сильно перемещается вперед и назад. К этому движению добавляется ещё и вращение земли.
Таким образом, составляющие магнитного поля Земли следующие: конвекционные токи, вращение Земли и электропроводящая жидкость в ядре Земли.
Примечание! Основная идея магнитного поля Земли: уже существующее магнитное поле в ядре Земли приводит к электрическому току. Этот электрический ток, в свою очередь, создает магнитное поле, которое усиливает исходное магнитное поле.
Теперь вам может быть интересно, откуда берется внешнее магнитное поле. На самом деле, малейшего теплового движения во внешнем ядре Земли достаточно для возникновения случайного электрического тока. Затем этот электрический ток создает внешнее магнитное поле, которое усиливается динамо-эффектом и формирует магнитное поле Земли.
Индукция и форма магнитного поля Земли
Индукция магнитного поля Земли составляет от 30 до 60 мкТл. Для сравнения: типичный подковообразный магнит имеет индукция магнитного поля 0,1 тесла; а индукция магнитного поля магнитно-резонансного томографа для использования человеком составляет от 0,35 до 3 тесла.
Форма магнитного поля Земли напоминает форму стержневого магнита (см. рисунок 2). Если смотреть со стороны, то кажется, что внутри Земли находится гигантский стержневой магнит. Он наклонен примерно на 11° относительно оси вращения, а его южный полюс направлен в сторону географического северного полюса Земли.
Рис. 2. Стержневой магнит внутри Земли
Наблюдения показывают, что по мере приближения Земли к географическому северному полюсу магнитные линии магнитного поля Земли все больше наклоняются к горизонту и становятся вертикальными, входя в Землю примерно на 75° северной широты и 99° западной долготы. Южный магнитный полюс Земли сейчас находится в этой точке, примерно в 2100 км от географического северного полюса.
Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
Северный магнитный полюс Земли расположен вблизи географического южного полюса, то есть на 66,5° южной широты и 140° восточной долготы. Здесь магнитные линии магнитного поля Земли покидают Землю.
Поэтому магнитные полюса Земли не совпадают с географическими полюсами Земли. По этой причине направление магнитной стрелки не совпадает с направлением географического меридиана. Магнит
Стрелка компаса лишь приблизительно указывает на север.
Есть области земного шара, где направление магнитной стрелки постоянно отклоняется от направления магнитной линии Земли. Эти области называются магнитными аномалиями.
Смена полярности магнитного поля Земли
В этом разделе мы кратко объясним, что имеется в виду под изменением полярности магнитного поля Земли и что это означает для жизни на Земле.
Феномен и значение
Рис. 3. Магнитное поле Земли
Исследования горных пород показали, что за последние 84 миллиона лет произошло 183 таких переполюсовки. Последняя смена полюсов произошла 780 000 лет назад. Возможно, сейчас вы спрашиваете себя, не настало ли время для того, чтобы снова произошел разворот полюсов. На самом деле, смена полярности является случайным событием. Это означает, что невозможно точно утверждать, когда это произойдет.
Худшие последствия, такие как отказ всех технологий, в настоящее время являются лишь гипотезой. Факт состоит в том, что магнитное поле Земли постепенно ослабевает, а это значит, что всё больше опасной радиации достигает Земли. Однако, точные последствия этого все еще исследуются.
Значение
В этом последнем разделе мы кратко обсудим важные задачи, выполняемые магнитным полем Земли.
Экранирование.
Одной из важнейших задач магнитного поля Земли является защита от солнечного ветра — магнитное поле Земли создает так называемую магнитосферу, которая окружает Землю. Солнечный ветер состоит из высокоэнергетических частиц. Отсутствие экранирования может, например, привести к уменьшению озонового слоя. Этот слой защищает Землю и, соответственно, людей от опасного ультрафиолетового излучения. Поэтому без магнитного поля Земли большее количество такого излучения будет попадать на людей и повышать риск возникновения рака, в том числе.
Ориентация.
Магнитное поле Земли служит не только для защиты, но и для ориентации. Например, с помощью компаса люди могут спланировать свой маршрут через лес. Такие животные, как киты, голуби и медоносные пчелы, используют магнитное поле Земли для ориентации.
Магнитное поле Земли — это гигантское магнитное силовое поле, окружающее всю Землю, которое защищает планету от космического излучения; это магнитосфера Земли.
Магнитное поле Земли также называют геомагнитным полем.
Магнитное поле Земли, рисунок NASA
Это силовое поле можно представить, будто через ядро Земли проходит длинный намагниченный стержень. Северный полюс магнита расположен около географического Северного полюса (Земли), а южный полюс магнита — около Южного полюса.
Их называют геомагнитными полюсами Земли. Но они не находятся прямо у полюсов. Например, северный магнитный полюс отходит от северного географического полюса на 1400 км.
Это силовое поле простирается дальше, в космос на десятки тысяч километров.
На данный момент магнитное поле Земли ослабевает со скоростью в 5% каждые 100 лет.
Значимость магнитного поля
Учёные уверены, что магнитное поле Земли играет важную роль в том, чтобы наша планета была пригодной для жизни. Магнитное поле защищает поверхность Земли от солнечного ветра и вредного космического излучения. Оно работает как своеобразный щит — без его существования атмосфера была бы разрушена.
Как появляется магнитное поле Земли
До конца ещё неизвестно правда это или нет, но учёные считают, что магнитное поле генерируется глубоко в ядре Земли.
По словам учёных, прямо в центре Земли есть твёрдое внутреннее ядро, которое состоит в основном из железа. Это железо имеет температуру в 5700° С, но сокрушительное давление (вызванное силой тяжести) не даёт ему превратиться в жидкость.
Вокруг него находится внешнее ядро — слой железа, никеля и других металлов. У него более низкое давление, чем у внутреннего ядра, т. е. металл здесь жидкий.
Существуют различия между этими двумя слоями (в температуре, давлении, составе). Таким образом, во внешнем ядре происходят конвекционные токи (перемещение электрических зарядов) в жидком металле. Тёплое и обладающее меньшей плотностью вещество поднимается, и наоборот — более холодное и плотное погружается вниз.
Потом заряженные металлы проходят через созданные поля и продолжают создавать уже собственные электрические токи, и этот бесконечный цикл продолжается. Этот цикл называется геодинамо.
Из чего состоит магнитное поле Земли
Геомагнитное поле состоит из:
- главного геомагнитного поля (производится во внешнем ядре Земли);
- аномального геомагнитного поля (производится намагниченными горными породами);
- внешнего геомагнитного поля (производится взаимодействиями между Солнцем и Землёй).
Виды магнитных полей Земли
Магнитное поле Земли делится на четыре вида:
- дипольное поле;
- поле материковых аномалий;
- поле региональных аномалий;
- поле локальных аномалий.
Как магнитное поле измеряется?
Измерения магнитного поля Земли наблюдаются в магнитных обсерваториях. Для измерения поля в магнитных обсерваториях используются различные магнитометры.
Магнитометр Fluxgate, созданный в рамках проекта Аполлон — Национальный музей природы и науки в Токио, Япония
Магнитные съёмки можно сделать по-разному: на суше, на воде, по воздуху или спутником.
Магнитное поле Земли в Гауссах
Индукция магнитного поля Земли составляет примерно 0,5 Гаусса (эта величина варьируется от 0,3 до 0,6 Гс).
Магнитное поле Земли в Теслах
Величина магнитного поля Земли колеблется между 0,00003 – 0,00005 тесла (на широте 0° будет приблизительно 0,00003 Тл, а на широте 50° — 0,00005 Тл).
Какие изменения наблюдались в магнитном поле Земли
Изменение полярности
По данным NASA, магнитное поле Земли изменило свою полярность уже несколько раз за последние тысячелетия.
Например, если бы мы жили 800 000 лет назад и, с магнитным компасом, направлялись бы на то, что мы сейчас называем севером, стрелка бы указывала на юг. Таким образом, они заявляют, что даже если магнитное поле Земли (опять) изменит свою полярность, никакого конца света от этого не произойдёт.
Они заявляют, что это изменение полярности является даже правилом, а не исключением: за последние три миллиарда лет они менялись сотни раз.
Изменения позиции магнитного полюса
Учёные уже давно выяснили, что магнитный полюс находится в постоянном движении.
В 1831 году британские исследователи Джон Росс и Джеймс Кларк Росс обнаружили координаты Северного магнитного полюса.
Капитан Джон Росс, около 1830 г.
В 1904 году норвежский исследователь Руаль Амундсен снова нашёл полюс и понял, что тот сдвинулся за эти 73 года на 50 км.
И это движение полюса не остановилось: он двигался со средней скоростью 10 км/год. Однако недавно, как заявляют учёные, он начал ускоряться, иногда достигая 40 км/год.
Таким образом, они считают, что уже через несколько десятилетий он оставит Северную Америку и достигнет Сибири.
Ещё меняются и показания компаса. Например, в Африке они отклоняются на 1 градус каждые 10 лет.
Магнитное поле ослабевает
Сравнительно с 19-м веком оно стало слабее на 10%. Однако профессор Калифорнийского университета Гари Глатцмайер уверяет, что это довольно незначительные изменения, в сравнении с тем, что происходило с магнитным полем ранее.
Магнитное поле возникает в результате движения заряженных частиц – электронов, протонов, ионов. Существование этого поля обнаруживается по силе (притяжения или отталкивания), воздействующей на проводник, который оказался в этом поле. Наличие магнитного поля Земли кратко иллюстрируется на примере стрелки компаса, концы которой всегда показывают правильные направления — север и юг.
Как возникает магнитное поле Земли
Ядро Земли имеет внешнюю оболочку из расплавленных металлов (железа, никеля и ряда примесей) при температуре 4000-6000 К 0 . Раскаленная масса состоящая из смеси нейтральных атомов и заряженных частиц, вращается вместе с Землей. В результате возникают непрерывно циркулирующие потоки и вихри, которые являются главной (на 90%) причиной появления магнитного поля Земли. Дополнительный вклад в общую напряженность поля дают так называемые магнитные аномалии, то есть участки земной поверхности, где расположены крупные залежи железорудных, намагниченных пород. Яркий пример — Курская магнитная аномалия на территории нашей страны.
Ученые-геофизики с помощью данных точных измерений и сложных математических формул рассчитывают геомагнитную карту Землю.
Изобретение компаса считается одним из самых величайших открытий за всю историю человечества. Впервые в древнем Китае, в 1044г. упоминается устройство, похожее на компас, позволяющее определять стороны света и ориентироваться в пространстве. Существовала теория, что стрелка компаса показывает правильное направление из-за притяжения Полярной звездой. В то время люди, не обладая точными знаниями об электричестве и магнетизме, сумели поставить себе на службу наличие магнитного поля Земли.
Где южный, а где северный полюса?
Если наша планета обладает свойствами постоянно действующего магнита, значит у нее есть северный (N) и южный (S) магнитные полюса. Силовые линии магнитного поля выходят из “севера” и заканчиваются на “юге”. Магнитные полюса N и S вовсе не совпадают с расположением географических полюсов. Более того, северный магнитный полюс находится в южном полушарии (неподалеку от южного географического), а южный магнитный полюс расположен в северном полушарии тоже смещен относительно южного географического.
Рис. 1. Расположение географических и магнитных полюсов Земли.
Куда убегают магнитные полюса
Обнаружено, что магнитная ось Земли имеет угол наклона около 11,5 0 относительно оси вращения Земли. Кроме этого, она смещена относительно центра Земли (не является ее диаметром) в направлении северо-западной части Тихого океана примерно на 540 км. Магнитные полюса не находятся постоянно на одном месте. Происходит постоянный дрейф координат, за которым ведутся непрерывные наблюдения учеными разных стран. Скорость дрейфа не постоянна. По последним данным ее величина достигла 50 км в год (раньше не превышала 15 км). Северный магнитный полюс перемещается от Канады в направлении Сибири.
Ученые обеспокоены резкими изменениями координат полюсов, так как различные навигационные системы базируются на стабильных данных о величинах магнитного поля Земли.
Магнитная защита
Магнитное поле Земли (магнитосфера) защищает нашу планету от потока космических частиц (солнечной радиации). Заряженные частицы, попадая в силовое поле либо огибают его, либо попадают в “магнитную ловушку” и не достигают поверхности Земли. Если бы Земля не имела такого магнитного щита, то вся флора и фауна планеты были бы выжжены.
Рис. 2. Взаимодействие магнитосферы Земли с солнечной радиацией
Северное сияние
Северное или полярное сияние (свечение) возникает из-за взаимодействия атомов атмосферы (кислорода и азота) с заряженными космическими частицами, захваченными магнитным полем Земли, силовые линии которого на полярных широтах почти перпендикулярны поверхности.
Рис. 3. Северное сияние.
Это явление возникает только вблизи полюсов, поскольку там сила магнитного поля Земли достигает значений, позволяющих космическим лучам попадать в верхние слои атмосферы.
Что мы узнали?
Итак, мы узнали откуда возникло магнитное поле Земли. Оказывается южный магнитный полюс расположен в северном полушарии. Магнитные полюса не стоят на месте, постоянно перемещаются, меняя свои координаты. Магнитосфера Земли защищает нашу планету от губительного воздействия космических лучей.
Наверное, каждому известно о том, что земля является огромных размеров магнит, при помощи которого образуется магнитное поле. Да и ученые доказали, что оно действительно существует. Кроме этого магнитное поле находится вокруг нашей планеты и защищает ее от различной радиации.
Немного попозже знаменитый и популярный Гильберт написал книгу, в которой объяснил, почему магнитное поле, почему так называется и как оно образовалось. А спустя еще некоторое время он все это доказал и показал при помощи специальных опытов. Для начала он выточил специальный шар. И когда стрелка, прикрепленная на магнит, приближается ближе к шару, то начинает вертеться.
Спустя еще некоторое время были созданы первые магнитные карты. Это происходит, потому что внутри ядра находится раскаленное железо. Именно оно и является прекрасным проводником электрического тока. Этот ток возникает внутри планеты. А вот магнитосфера защищает нашу планету от различных космических лучей, зараженных частиц и высокой энергии. Также она в некоторых случаях может влиять на погодные явления.
Спустя некоторое время Гильберту удалось доказать, что магнитное поле может меняться. А вот меняются они, потому что на всей планете имеются места, где находится огромное количество разных полезных ископаемых. Они могут быть кратковременными и долговременными. Вот именно так и происходят и образуются магнитные бури.
Кроме этого при помощи магнитного поля некоторые животные могут ориентироваться в пространстве. Морские бактерии стараются селиться в тех местах, где образуется магнитное поле. Насекомые наоборот стараются селиться в тех местах, где магнитное поле располагаются либо вдоль, либо поперек.
Совсем недавно учеными был доказан тот факт, что у многих птиц между глаз имеется тканевое поле. И благодаря нему они могут ориентироваться в пространстве.
О том, что наша планета есть огромный магнит, учеными доказано давно. Раз земной шар — это магнит, значит он должен создавать мощнейшее магнитное поле. Все мы знаем, что в компасе красная стрелка юг, а синяя это север. А как расположены магнитные полюсы планеты? Магнитные и географические полюса не совпадают, поэтому нужно запомнить, что на северном географическом полюсе находится южный магнитный полюс и на южном географическом полюсе находится северный магнитный полюс Земли. Магнитное поле имеет непосредственное отношение к ядру. Так как в составе земного ядра находится жидкое железо, в нем постоянно циркулируют токи, которые и создают магнитное поле.
Магнитное поле все время медленно меняется во времени. Изменение в расположении магнитных полюсов на противоположные происходит через большие интервалы времени и получили название; вековые вариации. Полюса изменяют свое расположение приблизительно каждые 150 тысяч лет. Кардинальное изменение положения полюсов относительно друг друга, было вестником больших катаклизмов на планете.
Но больше всего изменения происходят в магнитной сфере нашей планеты. Магнитосфера Земли - это пространство около поверхности земного шара, распространенное на 80 тыс. км к Солнцу и также в противоположную сторону. Магнитосфера ограждает поверхность планеты от вредных воздействий космоса, и влияет на погодные условия планеты. Большое количество заряженных частиц солнечного ветра попадает в магнитосферу Земли, это электроны и протоны, которые ионизируют верхние слои атмосферы. Происходит свечение, которые мы знаем, как северное сияние.
Магнитное поле защищает нашу Землю от воздействия солнечного ветра. Существует такое понятие Магнитные бури. Это изменение магнитного поля в течение нескольких часов, с последующим возвращением в прежнее состояние. Магнитные бури обычно начинаются неожиданно, по всей планете, и длятся от 7до 13 часов. За это время бури оказывают негативное влияние на самочувствие людей. На радиосвязь, электросвязь и т.д. От изменений, происходящих на солнце зависит мощность и регулярность магнитных бурь. Наряду с магнитными бурями есть еще магнитные аномалии. Которые в свою очередь зависят от магнитного поля Солнца. Взрывы и выбросы на Солнце, которые происходят из-за колебания солнечного магнитного поля, влияют на магнитное поле Земли. Возникают магнитные аномалии, которые происходят из-за нахождения железных руд в Земле. Месторождения руд намагничиваются и все предметы вокруг будут испытывать результат этой аномалии, стрелки компаса при этом будут показывать неправильное направление.
Люди давно используют магнитное поле Земли. Еще в 17 веке в судоходстве широко применяется компас. Не секрет, что магнитное поле Земли помогает существовать и осваиваться на ее территориях различным микроорганизмам. Например, морские бактерии размещаются на дне, в иле под определенным углом к магнитному полю. Это потому, что в них имеются небольшие магнитные частицы. При расположении, некоторые насекомые ориентируются на магнитное поле.
Птицы во время перелета также ориентируются на магнитное поле Земли. Не так давно орнитологи установили, что у пернатых в районе глаз имеется что-то, вроде крохотного компаса. Это кристаллики магнетита, которые намагничиваются. Ученные установили, что и на рост растений также оказывает влияние магнитное поле.
В нашей Солнечной системе, кроме Земли магнитное поле имеется у следующих планет; Меркурий, Сатурн, Юпитер, Марс.
6, 8, 9 класс кратко, по физике
Магнитное поле Земли
Нет наверно не одного человека, которому бы не нравились очень красивые вещи сделанные руками мастеров. Даже люди, которые жили в далекие времена, до наших дней не были исключениям. Им также очень нравились различные изделия ручной работы.
С древних времен люди уже умели держаться, передвигаться и нырять в воде. Но первые спортивные соревнования по плаванию появились только в начале ХV века. Плавание – вид спорта, в котором главной задачей является с помощью рук и ног
Читайте также: