Jordens magnetfältets ursprung, egenskaper, funktion

han Jordens magnetfält Det är den magnetiska effekten som jorden utövar och som sträcker sig från insidan till hundratals kilometer i rymden. Det liknar den som produceras av en stångmagnet. Denna idé föreslogs av den engelska forskaren William Gilbert under sjuttonhundratalet, som också observerade att det inte är möjligt att separera magnetpolerna.

Figur 1 visar landmagnetfältlinjerna. De är alltid stängda, korsar interiören och fortsätter på utsidan och bildar en slags täckning.

Figur 1. Jordens magnetfält liknar en stångmagnet. Källa: Wikimedia Commons.

Ursprunget till jordens magnetfält är fortfarande ett mysterium. Den yttre, gjutjärnkärnan kan inte på egen hand, eftersom temperaturen är sådan att den förstör den magnetiska ordningen. Temperaturgränsen för detta kallas curie -temperatur. Därför är det omöjligt för en stor massa magnetiserat material att vara ansvarig för fältet.

Kasserade denna hypotes måste vi leta efter fältets ursprung i ett annat fenomen: den markbundna rotationen. Detta gör att den smälta kärnan svänger enhetligt, vilket skapar dynamoeffekten, där en vätska spontant genererar ett magnetfält.

Det tros att dynamoeffekten är orsaken till magnetismen hos astronomiska föremål, till exempel solen. Men hittills är okänt varför en vätska kan bete sig på detta sätt och hur de elektriska strömmarna producerade.

[TOC]

Egenskaper

- Jordens magnetfält är resultatet av tre bidrag: själva det inre fältet, det yttre magnetfältet och det för magnetiska mineraler i cortex:

1. Internt fält: Det liknar det för en magnetisk dipol (magnet) som ligger i jordens centrum och dess bidrag är cirka 90%. Varierar mycket långsamt i tid.
2. Externt fält: Det kommer från solaktivitet i atmosfärens lager. Det liknar inte Dipolo och presenterar många variationer: dagliga, årliga, magnetiska stormar och mer.
3. Magnetiska stenar i jordskorpan, som också skapar sitt eget fält.

- Magnetfältet är polariserat och presenterar nord- och sydpoler, precis som en stångmagnet.

- Som de motsatta polerna lockar, pekar Compass -nålen, som är dess norra pol, alltid på närheten av det geografiska norr, där den södra polen för den markbundna magneten är.

- Magnetfältriktningen representeras i form av stängda linjer som lämnar magneten söder (magnetens norra pol) och går in i magneten norr (magnetens sydpol).

Kan tjäna dig: volymetriskt flöde

- I det magnetiska norr -och också i magnet söder -är fältet vinkelrätt mot jordens yta, medan i Ecuador är fältet i linje. (Se figur 1)

- Fältets intensitet är mycket större i polerna än i Ecuador.

- Axeln för den markbundna dipolen (figur 1) och rotationsaxeln är inte inriktade. Det finns en förskjutning av 11,2º bland dem.

Geomagnetiska element

Eftersom magnetfältet är vektor samordnar ett kartesiskt system av XYZ med ett ursprung eller hjälper till att fastställa sin position.

figur 2. Geomagnetiska element. Källa: f. Zapata.

Den totala intensiteten för magnetfältet eller induktionen är B och dess prognoser eller komponenter är: h horisontellt och z vertikalt. De är släkt genom:

-D, den magnetiska nedgångsvinkeln, bildad mellan H och det geografiska norr (x -ax), positivt mot öst och negativ mot väst.

-Jag, den magnetiska lutningsvinkeln, mellan B och h, positiv om B är under horisontellt.

Kompassnålen kommer att vara orienterad i riktning mot h, den horisontella komponenten i fältet. Planet bestäms av B och h kallas magnetisk meridian, medan ZX är den geografiska meridianen.

Magnetfältvektorn är fullständigt specificerad om tre av följande mängder är kända, som kallas geomagnetiska element: B, H, d, i, x, y, z.

Fungera

Här är några av de viktigaste funktionerna i jordens magnetfält:

-Människor har använt den för att orientera sig över kompassen i hundratals år.

-Den utövar en skyddande funktion av planeten genom att förpacka den och avleda de laddade partiklarna som solen stiger kontinuerligt.

-Även om jordens magnetfält (30 - 60 Micro Tesla) är svag jämfört med laboratoriens, är det intensivt nog för att vissa djur ska kunna använda det för att orientera. Detta är vad flyttfåglar, messenger -duvor, valar och vissa fiskskolor gör det.

-Magnetometri eller mätning av magnetfältet används för prospektering av mineralresurser.

Norra och södra ljus

De är kända som respektive ljus i norr eller söder. De förekommer på bredder nära polerna, där magnetfältet nästan är vinkelrätt mot jordens yta och mycket mer intensiv än i Ecuador.

Figur 3. Boreal aurora i Alaska. Källa: Wikimedia Commons.

De har sitt ursprung i det stora antalet laddade partiklar som solen ständigt skickar. De som fångas av fältet, avviker vanligtvis mot polerna på grund av den största intensiteten. Där tar de chansen att jonisera atmosfären och i processen släpps det synliga ljuset.

Kan tjäna dig: Newtons första lag: formler, experiment och övningar

Nordljuset är synliga i Alaska, Kanada och norra Europa på grund av magnetpolens närhet. Men på grund av migrationen är det möjligt att de med tiden blir mer synliga för norra Ryssland.

Även om det för tillfället inte verkar vara fallet, eftersom aurororna inte följer exakt till det magnetiska norra norr.

Magnetisk nedgång och navigering

För navigering, särskilt på mycket långa resor, är det oerhört viktigt att veta den magnetiska nedgången för att utföra nödvändig korrigering och hitta det sanna norr.

Detta uppnås med kartor som indikerar linjerna med lika nedgång (isogoner), eftersom nedgången varierar mycket beroende på den geografiska platsen. Detta beror på att magnetfältet upplever lokala variationer kontinuerligt.

Det stora antalet som verkar målade på landningsspåren är anvisningarna i grader med avseende på magnetnorr, dividerat med 10 och rundade.

Norrtyper

Hur som helst förvirrande kan det tyckas, det finns flera typer av norr, definierade av vissa särskilda kriterier. Således kan vi hitta:

Magnetisk norr, Det är jordens punkt där magnetfältet är vinkelrätt mot ytan. Det pekar kompassen, och förresten är den inte antipodal (diametralt motsatt) med det magnetiska söder.

Geomagnetisk norr, Det är platsen där axeln för den magnetiska dipolen visas på ytan (se figur 1). Eftersom jordens magnetfält är lite mer komplex än Dipolo -fältet, matchar denna punkt inte exakt magneten North.

Geografisk nord, Där passerar markens axel.

North Lambert eller nätet, Det är punkten där kartor meridianer konvergerar. Det matchar inte exakt det geografiska eller sanna norr, eftersom jordens sfäriska yta är förvrängd när den projiceras på ett plan.

Figur 4. Olika Nortes och dess läge. Källa: Wikimedia Commons. Cavit [CC av 4.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenser/av/4.0)]

Magnetfältinvestering

Det finns ett oroande faktum: de magnetiska polerna kan ändra position under några tusen år och händer för närvarande. Det är faktiskt känt att det har gått cirka 171 gånger tidigare, under de senaste 17 miljoner åren.

Beviset finns i klipporna som kommer från en spricka mitt i Atlanten. När det kommer ut svalnar och stelnar berget och ställer in riktningen för markmagnetisering för tillfället, vilket är bevarat.

Men hittills finns det ingen tillfredsställande förklaring till varför det händer, och var den energi som krävs för att investera fältet kommer från.

Som tidigare kommenterats rör sig Magnetic North för närvarande snabbt mot Sibirien, och söderna rör sig också, även om det är långsammare.

Det kan tjäna dig: genomsnittlig vinkelhastighet: Definition och formler, lösta övningar

Vissa experter tror att det beror på ett höghastighets flytande järnflöde, strax under Kanada, som försvagas på fältet. Det kan också vara början på en magnetisk investering. Den sista som hände var för 700 sedan.000 år.

Det kan hända att dynamo som ger upphov till markmagnetism går ut ett tag, antingen spontant eller genom någon extern intervention, till exempel en komets tillvägagångssätt, även om den senare inte har några bevis.

När dynamo startar om har de magnetiska polerna bytt plats. Men det kan också hända att investeringen inte är fullständig, utan en tillfällig variation av Dipolo -axeln, som äntligen kommer att återgå till sin ursprungliga position.

Experimentera

Det utförs med Helmholtz -spolarna: två identiska och koncentriska cirkulära spolar, genom vilka samma strömintensitet passerar. Spolarnas magnetfält interagerar med jordens och ger upphov till ett resulterande magnetfält.

Figur 5. Experiment för att bestämma värdet på jordens magnetfält. Källa: f. Zapata.

Inuti spolarna skapas ett ungefär enhetligt magnetfält, vars storlek är:

-N är antalet spolar

-Jag är intensiteten i strömmen

-μ_antingen Det är den magnetiska permeabiliteten hos vakuum

-R är spolarnas radie

Procedur

-Med en kompass placerad på spolarnas axiella axel, bestäm dig riktningen för jordens magnetfält B_T.

-Öster av spolarnas axel för att vara vinkelrätt mot B_T. På detta sätt är fältet B_H genereras så snart strömmen passerar kommer den att vara vinkelrätt mot B_T. I detta fall:

Figur 6. Det resulterande fältet är det som kommer att markera kompassnålen. Källa: f. Zapata.

-B_H Det är proportionellt mot strömmen som passeras genom spolarna, så att B_H = k.Yo, var k Det är en konstant som beror på geometrien för dessa spolar: radio och antal varv. När du mäter strömmen kan du ha värdet på B_H. Så att:

B_H = k.I = b_T. Tg θ

Därför:

-Så snart en ström passerar genom spolarna avviker kompassnålen. Mätning av avvikelsen är värdet av θ.

-Olika intensiteter passeras genom spolarna och par registreras (Yo, Tg θ).

-Grafen är gjord Yo mot. Tg θ. Eftersom enheten är linjär förväntas en linje, vars lutning m är:

m = b_T /k

-Slutligen, från justeringen av linjen med minsta rutor eller genom visuell justering, bestäms värdet på B_T.

Referenser

1. Jordmagnetfält. Återhämtat sig från: webben.Ua.är
2. Magneto-hydrodynamisk grupp vid Navarra University. Dynamo Effect: Historia. Återhämtad från: fysik.en v.är.
3. Kirkpatrick, l. 2007. Fysik: En titt på världen. 6: e förkortade upplagan. Cengage Learning.
4. POTT. Jordens magnetfält och dess förändringar i tid. Återhämtad från: bild.Gsfc.pott.Gov.
5. Natgeo. Jordens magnetiska norra pol rör sig. Återhämtad från: nnespanol.com.
6. Vetenskaplig amerikan. Jorden har mer än en nordpol. Återhämtat sig från: Scientific American.com.
7. Wikipedia. Geomagnetisk pol. Återhämtad från: in.Wikipedia.org.