Условия возникновения магнитного поля – «МАГНИТНОЕ ПОЛЕ. Цель урока формирование основных понятий (магнитное поле, линии магнитного поля, условия возникновения магнитного поля), необходимых для.». Скачать бесплатно и без регистрации.

Содержание

Возникновение — магнитное поле — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Возникновение — магнитное поле

Cтраница 2

Толчком к изменению положения дуги служит возникновение асимметричного магнитного поля вокруг нее.
 [17]

В свободно распространяющейся электромагнитной волне происходит непрерывное возникновение магнитного поля за счет электрического и электрического за счет магнитного.
 [18]

Толчком к изменению положения дуги служит возникновение асимметричного магнитного поля вокруг нее.
 [20]

Любое изменение электрического поля приводит к возникновению магнитного поля.
 [21]

Движение электрически заряженного тела всегда сопровождается возникновением магнитного поля.
 [22]

Любое изменение электрического поля влечет за собой возникновение магнитного поля, и наоборот.
 [24]

Если по классическим представлениям электромагнетизма обязательным условием возникновения магнитного поля является движение электрического заряда, то современным воззрением на структуру нейтрона это классическое условие удовлетворено в полной мере. Движение минус-пи-мезона вокруг протонного ядра и является причиной возникновения магнетизма электрически нейтрального нейтрона.
 [25]

Совершенно аналогично этому магнитоэлектрическая индукция есть процесс возникновения вихревого магнитного поля за счет изменений электрического. Этот процесс также не может быть сведен ни к каким механическим явлениям.
 [26]

Этот возрастающий от 0 ток приводит к возникновению магнитного поля.
 [27]

Магнитное поле является аккумулятором энергии: с возникновением магнитного поля сопряжена затрата некоторого количества энергии, необходимого для создания поля; эту энергию поле при своем исчезновении отдает обратно в электрич. При получении поля с помощью переменного тока все время имеет место процесс переливания энергии из электрич. Поля и связанные с ними С. На практике чаще встречаются поля магнитные; с электрич. Выгодны для асинхронных двигателей ( в отношении уменьшения С.
 [28]

Движение электрона по замкнутой орбитали связано с возникновением магнитного поля. Орбитальный момент количества движения неразрывно связан с магнитным полем движущегося электрона.
 [30]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4




www.ngpedia.ru

Происхождение магнитного поля постоянных магнитов

Опыт Кулона. Как возникает магнитное ноле постоянных магнитов? Каковы те физические процессы, которые превращают простой ненамагниченный брусок стали в магнит? Эти основные вопросы не перестают привлекать к себе внимание исследователей.

Когда изучение магнитных явлений только начиналось, внимание исследователей особенно привлек к себе факт существования в намагниченных брусках полюсов, в которых магнитные свойства выражены особенно сильно. При этом бросалось в глаза, что оба полюса магнита различны, так что каждый полюс одного магнита притягивает к себе один из полюсов другого и отталкивает его второй полюс. Для объяснения этих явлений еще Гильберт высказал предположение, что подобно электрическим зарядам в природе существуют и «магнитные заряды» — северный и южный, взаимодействующие друг с другом.

Эти представления были в значительной мере развиты Кулоном. С помощью крутильных весов, описанных в § 10, Кулон исследовал взаимодействие двух длинных и тонких магнитов. Кулон показал, что можно характеризовать каждый полюс определенным «количеством магнетизма», или «магнитным зарядом», причем закон взаимодействия магнитных полюсов такой же, как закон взаимодействия электрических зарядов (§ 10): два одноименных полюса отталкиваются друг от друга, а два разноименных полюса притягиваются друг к другу с силой, которая прямо пропорциональна «магнитным зарядам», сосредоточенным в этих полюсах, и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Таким образом, если один из полюсов характеризуется «магнитным зарядом»

, а другой «магнитным зарядом»

 и если расстояние между полюсами есть

, то сила взаимодействия между полюсами

, (116.1)

где

 – коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора единиц.

На основе опытов Кулона за меру напряженности магнитного поля была принята сила, с которой магнитное поле действует на магнитный заряд, равный единице. Если на магнитный полюс, содержащий «магнитный заряд»

, действует сила

, то напряженность поля

.

Напряженности поля приписывалось направление, совпадающее с направлением силы, действующей на северный полюс магнита.

Сам Кулон обратил внимание на чрезвычайно существенное и глубокое различие между электрическими и магнитными явлениями. Это различие заключается в том, что мы можем разделить электрические заряды и получить тело с избытком положительного или отрицательного электричества (§ 5), но мы никак не можем разделить в теле северный и южный магнетизм и получить тело с одним только полюсом. Более того: оба полюса любого магнита представляют собой равные «количества магнетизма», так что мы не можем иметь тело, содержащее в избытке северный или южный магнетизм.

Чтобы пояснить это различие, напомним опыт электростатической индукции (§ 8) и попробуем проделать аналогичный опыт с магнитом. На рис. 207 слева изображен опыт электризации тела путем электростатической индукции, а справа – аналогичный опыт намагничивания через индукцию (влияние). Когда мы подносим к заряженному (например, положительно) телу 1 кусок металла 2, то на ближнем конце его возникает отрицательный заряд, а на противоположном конце – положительный. Точно так же, когда мы подносим к полюсу (скажем, северному) магнита 3 стальной брусок 4, то на ближнем конце бруска возникает южный, а на дальнем – северный магнитный полюс. До сих пор аналогия полная. Но дальше явления протекают совершенно различно: если мы разделим наэлектризованный кусок металла 2 на части и раздвинем их, то одна часть окажется наэлектризованной отрицательно, т. е. будет иметь избыток отрицательного заряда, другая окажется наэлектризованной положительно; если же мы разделим на части намагнитившийся стальной брусок, то легко убедимся в том, что каждая из этих половинок представляет собой магнит с двумя полюсами, расположенными так, как показано на рис. 207. Мы можем разломить каждую из половинок опять на две части и продолжать этот процесс сколь угодно долго; каждый маленький обломок магнита будет представлять собой магнит с двумя полюсами.


Рис. 207. Сопоставление процесса электризации куска металла путем электростатической индукции (слева) и намагничивания стального бруска под влиянием магнита (справа)

Разделить полюсы, т. е. получить тело с одним только полюсом, невозможно ни этим, путем, ни каким бы то ни было иным. Из невозможности разделить северный и южный магнетизм в теле Кулон заключил, что эти два вида магнитных зарядов неразрывно связаны друг с другом в каждой элементарной частице намагничивающегося вещества. Иными словами, было признано, что каждая небольшая частица такого вещества – атом, молекула или небольшая группа атомов или молекул – представляет собой нечто вроде маленького магнита с двумя полюсами на концах. Таким путем Кулон пришел к очень важной гипотезе о существовании элементарных магнитов с неразрывно связанными полюсами.

Как же нужно представлять себе с этой точки зрения процесс намагничивания железа? Нужно считать, что и в ненамагниченном бруске железа уже существуют описанные выше элементарные магниты, но все они расположены беспорядочно (хаотически). Магнитики без всякого порядка располагаются по всем возможным направлениям, причем в каждом направлении примерно столько же магнитиков ориентировано своим северным полюсом в одну сторону, сколько и в противоположную (рис. 208, а). Именно поэтому действия всех этих элементарных магнитов взаимно уравновешиваются, и брусок железа в целом представляется ненамагниченным. Когда же мы помещаем этот брусок железа в магнитное поле, например подносим его к магниту или помещаем внутрь катушки с электрическим током, то магнитное поле заставляет элементарные магниты повернуться и выстроиться цепочками, как показано на рис. 208, б. При этом действие противоположных полюсов внутри магнита взаимно уничтожается, а на концах бруска возникают магнитные полюсы. Таким образом, намагничивание тела представляет собой упорядочение ориентации его элементарных магнитов под влиянием внешнего магнитного поля, т. е. процесс, во многом аналогичный процессу поляризации диэлектриков (§ 37).


Рис. 208. Процесс намагничивания с точки зрения гипотезы Кулона: а) хаотическое распределение элементарных магнитов в ненамагниченном железе; б) упорядоченное их расположение в намагниченном железе, помещенном в магнитное поле

sfiz.ru

Магнитное поле

Магнитное поле– это материальная
среда, через которую осуществляется
взаимодействие между проводниками с
током или движущимися зарядами.

Свойства магнитного поля:

  1. Магнитное поле возникает вокруг любого
    проводника с током.

  2. Магнитное поле действует на любой
    проводник с током. В результате этого
    действия прямой проводник двигается
    в сторону действия силы, а проводник,
    замкнутый в кольцо (контур), поворачивается
    на некоторый угол.

  3. Магнитное поле не имеет границ, но
    действие его уменьшается при увеличении
    расстояния от проводника с током,
    поэтому действие поля не обнаруживается
    на больших расстояниях.

  4. Взаимодействие токов происходит с
    конечной скоростью в
    м/с.

Характеристики магнитного поля:

Для исследования магнитного поля
используют пробный контур с током. Он
имеет малые размеры, и ток в нём много
меньше тока в проводнике, создающем
магнитное поле. На противоположные
стороны контура с током со стороны
магнитного поля действуют силы, равные
по величине, но направленные в
противоположные стороны, так как
направление силы зависит от направления
тока. Точки приложения этих сил не лежат
на одной прямой. Такие силы называют
парой сил. В результате действия
пары сил контур не может двигаться
поступательно, он поворачивается вокруг
своей оси. Вращающее действие
характеризуетсямоментом сил.

,
гдеlплечо пары
сил
(расстояние между точками приложения
сил).

При увеличении тока в пробном контуре
или площади контура пропорционально
увеличится момент пары сил. Отношение
максимального момента сил, действующего
на контур с током, к величине силы тока
в контуре и площади контура – есть
величина постоянная для данной точки
поля. Называется она магнитной
индукцией
.

,
гдемагнитный моментконтура с током.

Единица измерениямагнитной индукции
Тесла [Тл].

Магнитный момент контура– векторная
величина, направление которой зависит
от направления тока в контуре и
определяется поправилу правого винта:
правую руку сжать в кулак, четыре пальца
направить по направлению тока в контуре,
тогда большой палец укажет направление
вектора магнитного момента. Вектор
магнитного момента всегда перпендикулярен
плоскости контура.

За направление вектора магнитной
индукции
принимают направление
вектора магнитного момента контура,
ориентированного в магнитном поле.

Линия
магнитной индукции
– линия, касательная
к которой в каждой точке совпадает с
направлением вектора магнитной индукции.
Линии магнитной индукции всегда замкнуты,
никогда не пересекаются.Линии магнитной
индукции прямого проводника
с током
имеют вид окружностей, расположенных
в плоскости, перпендикулярной проводнику.
Направление линий магнитной индукции
определяют по правилу правого винта.Линии магнитной индукции кругового
тока
(витка с током) также имеют вид
окружностей. Каждый элемент витка длинойможно представить как прямолинейный
проводник, который создаёт своё магнитное
поле. Для магнитных полей выполняется
принцип суперпозиции (независимого
сложения). Суммарный вектор магнитной
индукции кругового тока определяется
как результат сложения этих полей в
центре витка по правилу правого винта.

Если величина и направление вектора
магнитной индукции одинаковы в каждой
точке пространства, то магнитное поле
называют однородным. Если величина
и направление вектора магнитной индукции
в каждой точке не изменяются с течением
времени, то такое поле называютпостоянным.

Величина магнитной индукциив любой
точке поля прямо пропорциональна силе
тока в проводнике, создающем поле,
обратно пропорциональна расстоянию от
проводника до данной точки поля, зависит
от свойств среды и формы проводника,
создающего поле.

,
гдеН/А2; Гн/м– магнитная постоянная
вакуума
,

относительная магнитная проницаемость
среды
,

абсолютная магнитная проницаемость
среды
.

В зависимости от величины магнитной
проницаемости все вещества разделяют
на три класса:

  1. Парамагнетики– вещества, у которых,
    то есть при помещении их в магнитное
    поле магнитная индукция увеличивается.
    При удалении парамагнетиков из магнитного
    поля их намагниченность не сохраняется.

  2. Диамагнетики– вещества, у которых,
    при помещении их в магнитное поле
    магнитная индукция уменьшается,
    намагниченность не сохраняется.

  3. Ферромагнетики– вещества, у которых,
    при удалении этих веществ из магнитного
    поля их намагниченность сохраняется,
    и эти вещества становятся постоянными
    магнитами. Между полюсами подковообразного
    магнита создаётся однородное магнитное
    поле (магнитные поля, созданные
    проводниками с током — неоднородные).

При увеличении абсолютной проницаемости
среды увеличивается и магнитная индукция
в данной точке поля. Отношение магнитной
индукции к абсолютной магнитной
проницаемости среды – величина постоянная
для данной точки поли, е называют
напряжённостью.

.

Векторы напряжённости и магнитной
индукции совпадают по направлению.
Напряжённость магнитного поля не зависит
от свойств среды.

Сила Ампера– сила, с которой
магнитное поле действует на проводник
с током.

,
гдеl– длина проводника,— угол между вектором магнитной индукции
и направлением тока.

Направление силы Ампера определяют по
правилу левой руки: левую руку
располагают так, чтобы составляющая
вектора магнитной индукции, перпендикулярная
проводнику, входила в ладонь, четыре
вытянутых пальца направить по току,
тогда отогнутый на 900большой
палец укажет направление силы Ампера.

Результат действия силы Ампера –
движение проводника в данном направлении.

Если= 900, тоF=max,
если= 00, тоF= 0.

Сила Лоренца– сила действия
магнитного поля на движущийся заряд.

,
гдеq– заряд,v– скорость его движения,— угол между векторами напряжённости и
скорости.

Сила Лоренца всегда перпендикулярна
векторам магнитной индукции и скорости.
Направление определяют по правилу
левой руки
(пальцы – по движению
положительного заряда). Если направление
скорости частицы перпендикулярно линиям
магнитной индукции однородного магнитного
поля, то частица движется по окружности
без изменения кинетической энергии.

Так как направление силы Лоренца зависит
от знака заряда, то её используют для
разделения зарядов.

Магнитный поток– величина, равная
числу линий магнитной индукции, которые
проходят через любую площадку,
расположенную перпендикулярно линиям
магнитной индукции.

,
где— угол между магнитной индукцией и
нормалью (перпендикуляром) к площадиS.

Единица измерения – Вебер [Вб].

Способы измерения магнитного потока:

  1. Изменение ориентации площадки в
    магнитном поле (изменение угла)

  2. Изменение площади контура, помещённого
    в магнитное поле

  3. Изменение силы тока, создающего магнитное
    поле

  4. Изменение расстояния контура от
    источника магнитного поля

  5. Изменение магнитных свойств среды.

Фарадей
регистрировал электрический ток в
контуре, не содержащим источника, но
находившемся рядом с другим контуром,
содержащим источник. Причём ток в первом
контуре возникал в следующих случаях:
при любом изменении тока в контуре А,
при относительном перемещении контуров,
при внесении в контур А железного
стержня, при движении относительно
контура Б постоянного магнита. Направленное
движение свободных зарядов (ток) возникает
только в электрическом поле. Значит,
изменяющееся магнитное поле порождает
электрическое поле, которое и приводит
в движение свободные заряды проводника.
Это электрическое поле называютиндуцированнымиливихревым.

Отличия вихревого электрического
поля от электростатического:

  1. Источник вихревого поля – изменяющееся
    магнитное поле.

  2. Линии напряжённости вихревого поля
    замкнуты.

  3. Работа, совершаемая этим полем по
    перемещению заряда по замкнутому
    контуру не равна нулю.

  4. Энергетической характеристикой
    вихревого поля является не потенциал,
    а ЭДС индукции– величина, равная
    работе сторонних сил (сил не
    электростатического происхождения)
    по перемещению единицы заряда по
    замкнутому контуру.

.Измеряется в Вольтах[В].

Вихревое электрическое поле возникает
при любом изменении магнитного поля,
независимо от того, есть ли проводящий
замкнутый контур или его нет. Контур
только позволяет обнаружить вихревое
электрическое поле.

Электромагнитная индукция– это
возникновение ЭДС индукции в замкнутом
контуре при любом изменении магнитного
потока через его поверхность.

ЭДС индукции в замкнутом контуре
порождает индукционный ток.

.

Направление индукционного токаопределяют поправилу Ленца:
индукционный ток имеет такое направление,
что созданное им магнитное поле
противодействует любому изменению
магнитного потока, породившего этот
ток.

Закон Фарадея для электромагнитной
индукции
: ЭДС индукции в замкнутом
контуре прямо пропорциональна скорости
изменения магнитного потока через
поверхность, ограниченную контуром.

Токи
Фуко
– вихревые индукционные токи,
возникающие в проводниках больших
размеров, помещённых в изменяющееся
магнитное поле. Сопротивление такового
проводника мало, так как он имеет большое
сечениеS, поэтому токи
Фуко могут быть большими по величине,
в результате чего проводник нагревается.

Самоиндукция– это возникновение
ЭДС индукции в проводнике при изменении
силы тока в нём.

Проводник с током создаёт магнитное
поле. Магнитная индукция зависит от
силы тока, следовательно собственный
магнитный поток тоже зависит от силы
тока.

,
гдеL– коэффициент
пропорциональности,индуктивность.

Единица измеренияиндуктивности –
Генри [Гн].

Индуктивностьпроводника зависит
от его размеров, формы и магнитной
проницаемости среды.

Индуктивностьувеличивается при
увеличении длины проводника, индуктивность
витка больше индуктивности прямого
проводника такой же длины, индуктивность
катушки (проводника с большим числом
витков) больше индуктивности одного
витка, индуктивность катушки увеличивается,
если в неё вставить железный стержень.

Закон Фарадея для самоиндукции:.

ЭДС самоиндукциипрямо пропорциональна
скорости изменения тока.

ЭДС самоиндукциипорождает ток
самоиндукции, который всегда препятствует
любому изменению тока в цепи, то есть,
если ток увеличивается, ток самоиндукции
направлен в противоположную сторону,
при уменьшении тока в цепи, ток самоиндукции
направлен в ту же сторону. Чем больше
индуктивность катушки, тем больше ЭДС
самоиндукции возникает в ней.

Энергия магнитного поляравна
работе, которую совершает ток для
преодоления ЭДС самоиндукции за время,
пока ток возрастает от нуля до максимального
значения.

.

Электромагнитные колебания– это
периодические изменения заряда, силы
тока и всех характеристик электрического
и магнитного полей.

Электрическая колебательная система(колебательный контур) состоит из
конденсатора и катушки индуктивности.

Условия возникновения колебаний:

  1. Систему надо вывести из состояния
    равновесия, для этого сообщают заряд
    конденсатору. Энергия электрического
    поля заряженного конденсатора:

.

  1. Система должна возвращаться в состояние
    равновесия. Под действием электрического
    поля заряд переходит с одной пластины
    конденсатора на другую, то есть в цепи
    возникает электрический ток, которые
    идёт по катушке. При увеличении тока в
    катушке индуктивности возникает ЭДС
    самоиндукции, ток самоиндукции направлен
    в противоположную сторону. Когда ток
    в катушке уменьшается, ток самоиндукции
    направлен в ту же сторону. Таким образом,
    ток самоиндукции стремиться возвратить
    систему к состоянию равновесия.

  2. Электрическое сопротивление цепи
    должно быть малым.

Идеальный колебательный контурне
имеет сопротивления. Колебания в нём
называютсвободными.

Для любой электрической цепи выполняется
закон Ома, согласно которому ЭДС,
действующая в контуре, равна сумме
напряжений на всех участках цепи. В
колебательном контуре источника тока
нет, но в катушке индуктивности возникает
ЭДС самоиндукции, которая равна напряжению
на конденсаторе.

Вывод: заряд конденсатора изменяется
по гармоническому закону
.

Напряжение
на конденсаторе
:.

Сила
тока в контуре
:.

Величина
— амплитуда силы тока.

.
Отличие от заряда на.

Период свободных колебаний в контуре:

Энергия электрического поля конденсатора:

Энергия магнитного поля катушки:

Энергии электрического и магнитного
полей изменяются по гармоническому
закону, но фазы их колебаний разные:
когда энергия электрического поля
максимальна, энергия магнитного поля
равна нулю.

Полная энергия колебательной системы:.

В идеальном контуреполная энергия
не изменяется.

В процессе колебаний энергия электрического
поля полностью превращается в энергию
магнитного поля и наоборот. Значит
энергия в любой момент времени равна
или максимальной энергии электрического
поля, или максимальной энергии магнитного
поля.

Реальный колебательный контурсодержит сопротивление. Колебания в
нём называютзатухающими.

Закон Ома примет вид:

При условии что затухание мало (квадрат
собственной частоты колебаний много
больше квадрата коэффициента затухания)
логарифмический декремент затухания:

При сильном затухании (квадрат собственной
частоты колебаний меньше квадрата
коэффициента колебаний):

  1. Вконтуре нет конденсатора, т.е. ёмкостное
    сопротивление контура равно нулю, а
    электроемкость стремиться к бесконечности.
    Значит:

  1. В контуре отсутствует индуктивность,
    т.е. она стремиться к нулю.

Это
уравнение описывает процесс разрядки
конденсатора на резистор. При отсутствии
индуктивности колебаний не возникнет.
По такому закону изменяется и напряжение
на обкладках конденсатора.

  1. Зарядка
    конденсатора от источника постоянной
    ЭДС
    также происходит по экспоненциальному
    закону:

Полная энергияв реальном контуре
уменьшается, так как на сопротивлениеRпри прохождении тока
выделяется теплота.

Переходный процесс– процесс,
возникающий в электрических цепях при
переходе от одного режима работы к
другому. Оценивается временем (),
в течение которого параметр, характеризующий
переходный процесс изменится в е раз.

Для контура с конденсатором и резистором:.

Теория Максвелла об электромагнитном
поле
:

1 положение:

Всякое переменное электрическое поле
порождает вихревое магнитное. Переменное
электрическое поле было названо
Максвеллом током смещения, так как оно
подобно обычному току вызывает магнитное
поле.

Для обнаружения тока смещения рассматривают
прохождение тока по системе, в которую
включён конденсатор с диэлектриком.

Плотность тока смещения:.
Плотность тока направлена в сторону
изменения напряжённости.

Первое уравнение Максвелла:- вихревое магнитное поле порождается
как токами проводимости (движущимися
электрическими зарядами) так и токами
смещения (переменным электрическим
полем Е).

2 положение:

Всякое переменное магнитное поле
порождает вихревое электрическое поле
– основной закон электромагнитной
индукции.

Второе уравнение Максвелла:— связывает скорость изменения магнитного
потока сквозь любую поверхность и
циркуляцию вектора напряжённости
электрического поля, возникающего при
этом.

Любой проводник с током создаёт в
пространстве магнитное поле
. Если
ток постоянный (не изменяется с течением
времени), то и связанное с ним магнитное
поле тоже постоянное. Изменяющийся ток
создаёт изменяющиеся магнитное поле.
Внутри проводника с током существует
электрическое поле. Следовательно,
изменяющееся электрическое поле создаёт
изменяющееся магнитное поле.

Магнитное поле вихревое, так как линии
магнитной индукции всегда замкнуты.
Величина напряженности магнитного поля
Н пропорциональна скорости изменения
напряжённости электрического поля
.
Направление вектора напряжённости
магнитного полясвязано с изменением напряжённости
электрического поляправилом правого винта: правую руку
сжать в кулак, большой палец направить
в сторону изменения напряжённости
электрического поля, тогда согнутые 4
пальца укажут направление линий
напряжённости магнитного поля.

Любое изменяющееся магнитное поле
создаёт вихревое электрическое поле
,
линии напряжённости которого замкнуты
и расположены в плоскости, перпендикулярной
напряжённости магнитного поля.

Величина напряжённости Е вихревого
электрического поля зависит от скорости
изменения магнитного поля
.
Направление вектора Е связано с
направлением изменения магнитного пол
Н правилом левого винта: левую руку
сжать в кулак, большой палец направить
в сторону изменения магнитного поля,
согнутые четыре пальца укажут направление
линий напряжённости вихревого
электрического поля.

Совокупность связанных друг с другом
вихревых электрического и магнитного
полей представляют электромагнитное
поле
. Электромагнитное поле не остаётся
в месте зарождения, а распространяется
в пространстве в виде поперечной
электромагнитной волны.

Электромагнитная волна– это
распространение в пространстве связанных
друг с другом вихревых электрического
и магнитного полей.

Условие возникновения электромагнитной
волны
– движение заряда с ускорением.

Уравнение электромагнитной волны:

— циклическая частота электромагнитных
колебаний

t– время от начала
колебаний

l– расстояние от источника
волны до данной точки пространства

— скорость распространения волны

— время движения волны от источника до
данной точки.

Векторы Е и Н в электромагнитной волне
перпендикулярны друг другу и скорости
распространения волны.

Источник электромагнитных волн
проводники, по которым протекают
быстропеременные токи (макроизлучатели),
а также возбуждённые атомы и молекулы
(микроизлучатели). Чем больше частота
колебаний, тем лучше излучаются в
пространстве электромагнитные волны.

Свойства электромагнитных волн:

  1. Все электромагнитные волны – поперечные

  2. В однородной среде электромагнитные
    волны распространяются с постоянной
    скоростью
    , которая зависит от свойств
    среды:

— относительная диэлектрическая
проницаемость среды

— диэлектрическая постоянная вакуума,Ф/м,
Кл2/нм2

— относительная магнитная проницаемость
среды

— магнитная постоянная вакуума,Н/А2; Гн/м

  1. Электромагнитные волны отражаются
    от препятствий, поглощаются, рассеиваются,
    преломляются, поляризуются, дифрагируют,
    интерферируют
    .

  2. Объёмная плотность энергииэлектромагнитного поля складывается
    из объёмных плотностей энергии
    электрического и магнитного полей:

  1. Плотность потока энергии волн –
    интенсивность волны
    :

вектор Умова-Пойнтинга.

Все электромагнитные волны расположены
в ряд по частотам или длинам волн ().
Этот ряд –шкала электромагнитных
волн
.

  1. Низкочастотные колебания. 0 – 104Гц. Получают в генераторах. Они плохо
    излучаются

  2. Радиоволны. 104– 1013Гц.
    Излучаются твёрдыми проводниками, по
    которым проходят быстропеременные
    токи.

  3. Инфракрасное излучение– волны,
    излучаемые всеми телами при температуре
    свыше 0 К, благодаря внутриатомным и
    внутри молекулярным процессам.

  4. Видимый свет– волны, оказывающие
    действие на глаз, вызывая зрительное
    ощущение. 380-760 нм

  5. Ультрафиолетовое излучение. 10 –
    380 нм. Видимый свет и УФ возникают при
    изменении движения электронов внешних
    оболочек атома.

  6. Рентгеновское излучение. 80 – 10-5нм. Возникает при изменении движения
    электронов внутренних оболочек атома.

  7. Гамма-излучение. Возникает при
    распаде ядер атомов.

studfiles.net

1.4 Механизм возникновения магнитного поля. Природа вращения Земли и магнитного поля Земли

Похожие главы из других работ:

Магнитное поле

2.5 Циркуляция вектора напряжённости магнитного поля

Циркуляцией вектора напряжённости является функция . Рассмотрим два случая:

1) пусть ток и контур взаимно перпендикулярны, т.е. лежат в плоскости, перпендикулярной току (рис.2.7). Найдём направление в точке 1. Внешний контур — произвольный контур…

Магнитное поле, цепи и индукция

Основные понятия теории магнитного поля

Магнитное поле — составляющая электромагнитного поля, появляющаяся при наличии изменяющегося во времени электрического поля. Кроме того, магнитное поле может создаваться током заряженных частиц…

Магнитные характеристики материалов

2.1 Общая характеристика магнитного поля

Электромагнитное поле, которое лежит в основе всех многообразных явлений и процессов, исследуемых в электротехнике, имеет две равнозначные стороны — электрическую и магнитную. Как известно…

Магнитный экран нашей планеты

1. История изучения магнитного поля Земли

Подвешенная на нити магнитная стрелка устанавливается в каждой точке вблизи земной поверхности определенным образом — приблизительно в направлении с севера на юг. Этот основной факт означает, что существует магнитное поле Земли…

Механизм возмущения магнитного поля Земли, параметры магнитного сигнала (от ядерного взрыва)

3. Механизм возмущения магнитного поля Земли

К ионосферным возмущениям относят отклонения ионосферных параметров от их спокойного суточного хода, имеющие характерные временные масштабы от десятков минут до нескольких суток и проявляющиеся на расстояниях в сотни и тысячи километров…

Моделирование магнитного поля гидроэлектрического плотномера

1.1 Анализ источников магнитного поля

Источники магнитных полей можно классифицировать по различным критериям. /1/

Рисунок 2 — Классификация источников магнитных полей

Искусственные источники магнитных полей — это проводники с током, различные катушки и так далее…

Моделирование магнитного поля гидроэлектрического плотномера

1.2 Методы расчета магнитного поля

Основной характеристикой МП является вектор магнитной индукции В в каждой точке пространства в каждый момент времени. Это — основная задача расчета МП. Взаимодействие МП сводится к принципу суперпозиции полей…

Моделирование магнитного поля гидроэлектрического плотномера

2.5 Скалярный потенциал магнитного поля

Если ротор векторной величины отличен от нуля, то такое поле называется вихревым, иначе поле является потенциальным. Так как для магнитного поля ротор напряженности равен плотности тока, то в областях, не занятых током…

Моделирование магнитного поля гидроэлектрического плотномера

2.7 Векторный потенциал магнитного поля

Для расчета магнитных полей широко используют величину, которую называют векторным потенциалом (вектор-потенциалом) магнитного поля. Его обозначают . Это плавно изменяющаяся от точки к точке векторная величина…

Природа вращения Земли и магнитного поля Земли

1.2 Как определяют изменение магнитного поля со временем

Магнитные свойства горных пород определяются содержанием и ориентировкой в них минеральных зерен с различными магнитными характеристиками. Все вещества разделяются на диамагнитные, парамагнитные и ферромагнитные. Первые характеризуются тем…

Природа вращения Земли и магнитного поля Земли

1.3 Инверсии магнитного поля

Инверсии магнитного поля — это смена знака осесимметричного диполя. В 1906 году Б. Брюн, измеряя магнитные свойства неогеновых, сравнительно молодых лав в центральной Франции, обнаружил…

Проектирование плазменно-ионного двигателя

4.5 Расчёт магнитного поля в ПИД

Наиболее важным фактором, определяющим работу ГРК ПИД, является магнитное поле, его величина, форма силовых линий. Основная роль магнитного поля — увеличить время существования электронов, что улучшает энергетический КПД ГРК. Кроме того…

Происхождение магнитных полей звёзд

2. Теории происхождения магнитного поля звёзд

Исследование магнитных звезд может дать некоторую информацию о происхождении поля. Причём не только в этих звездах, но и в обычных, где напряженность меньше.

Наблюдениям доступны только магнитные поля…

Происхождение магнитных полей звёзд

2.2 Динамо-механизм генерации магнитного поля

Гидромагнитное динамо — механизм усиления или поддержания стационарного (либо колебательного) состояния магнитного поля гидродинамическими движениями проводящей среды…

Эффект магнитоимпеданса

3.2.1 Датчики магнитного поля на основе магнитного импеданса

Значительное падение напряжения на аморфных и нанокристаллических проводниках под действием магнитного поля при прохождении по проводнику переменного или импульсного электрического тока позволяет применить магнитоимпедансный эффект в…

fis.bobrodobro.ru

Персональный сайт — МОНИТОРИНГ событий. Часть 3. Теория магнитного поля Земли

Мониторинг событий, специально для проекта 2012.

Большинство планет Солнечной системы в той или иной степени обладают магнитными полями.
Специальный раздел геофизики, изучающий происхождение и природу магнитного поля Земли называется геомагнетизмом. Геомагнетизм рассматривает проблемы возникновения и эволюции основной, постоянной составляющей геомагнитного поля, природа переменной составляющей (примерно 1% от основного поля), а так же структура магнитосферы – самых верхних намагниченных плазменных слоев земной атмосферы, взаимодействующих с солнечным ветром и защищающих Землю от космического проникающего излучения. Важной задачей является изучение закономерностей вариаций геомагнитного поля, поскольку они обусловлены внешними воздействиями, связанными в первую очередь с солнечной активностью.

Это может быть удивительно, но сегодня нет единой точки зрения на механизм возникновения магнитного поля планет, хотя почти общепризнанной является гипотеза магнитного гидродинамо, основанная на признании существования токопроводящего жидкого внешнего ядра. Тепловая конвекция, то есть перемешивание вещества во внешнем ядре, способствует образованию кольцевых электрических токов. Скорость перемещения вещества в верхней части жидкого ядра будет несколько меньше, а нижних слоев — больше относительно мантии в первом случае и твердого ядра — во втором. Подобные медленные течения вызывают формирование кольцеобразных (тороидальных) замкнутых по форме электрических полей, не выходящих за пределы ядра. Благодаря взаимодействию тороидальных электрических полей с конвективными течениями во внешнем ядре возникает суммарное магнитное поле дипольного характера, ось которого примерно совпадает с осью вращения Земли. Для “запуска” подобного процесса необходимо начальное, хотя бы очень слабое, магнитное поле, которое может генерироваться гиромагнитным эффектом, когда вращающееся тело намагничивается в направлении оси его вращения.

Не последнюю роль играет и солнечный ветер — поток заряжённых частиц, в основном протонов и электронов, идущих от Солнца. Для Земли солнечный ветер представляет собой поток заряженных частиц постоянного направления, а это не что иное, как электрический ток.

Согласно определению направления тока он направлен в сторону, противоположную движению отрицательно заряженных частиц (электронов), т.е. от Земли к Солнцу. Частицы образующие солнечный ветер, обладающие массой и зарядом, увлекаются верхними слоями атмосферы в сторону вращения Земли. В 1958 году был открыт радиационный пояс Земли. Это огромная зона в космосе, охватывающая Землю в области экватора. В радиационном поясе основными носителями зарядов являются электроны. Их плотность на 2 — 3 порядка превышает плотность других носителей зарядов. И таким образом существует электрический ток вызванный направленным круговым движением частиц солнечного ветра, увлекаемых круговым движением Земли, порождающий электромагнитное “вихревое” поле.

Следует отметить, что магнитный поток, вызванный током солнечного ветра, пронизывает и вращающийся вместе с Землей поток раскаленной лавы внутри нее. В результате этого взаимодействия в ней наводится электродвижущая сила, под действием которой течет ток, который так же создает магнитное поле. Вследствие этого магнитное поле Земли является результирующим полем от взаимодействия тока ионосферы и тока лавы.

Реально существующая картина магнитного поля Земли зависит не только от конфигурации токового слоя, но и от магнитных свойств земной коры, а так же от относительного расположения магнитных аномалий. Здесь можно провести аналогию с контуром с током при наличии ферромагнитного сердечника и без него. Известно, что ферромагнитный сердечник не только меняет конфигурацию магнитного поля, но и значительно усиливает его.

Достоверно установлено что магнитное поле Земли реагирует на солнечную активность, однако если связывать возникновение магнитного поля планет только с токовыми слоями в жидком ядре, взаимодействующими с солнечным ветром, то можно сделать заключение, что планеты солнечной системы, имеющие одинаковое направление вращения, должны иметь одинаковое направление магнитных полей. Однако, например, Юпитер опровергает это утверждение.

Интересно, что при взаимодействии солнечного ветра с возбужденным магнитным полем Земли, на Землю действует вращающий момент, направленный в сторону вращения Земли. Таким образом, Земля относительно солнечного ветра проявляет себя аналогично двигателю постоянного тока с самовозбуждением. Источником энергии (генератором) в данном случае является Солнце. Поскольку и магнитное поле, и вращающий момент, действующий на землю, зависят от тока Солнца, а последний от степени солнечной активности, то при увеличении солнечной активности должен увеличиваться вращающий момент, действующий на Землю и увеличиваться скорость ее вращения.

 

Составляющие геомагнитного поля

Собственное магнитное поле Земли (геомагнитное поле) можно разделить на cледующие три основные части – основное (внутреннее) магнитное поле Земли, включая мировые аномалии, магнитные поля локальных областей внешних оболочек, переменное (внешнее) магнитное поле Земли.

 

1. ОСНОВНОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ (внутреннее), испытывающее медленные изменения во времени (вековые вариации) с периодами от 10 до 10 000 лет, сосредоточенными в интервалах 10–20, 60–100, 600–1200 и 8000 лет. Последний связан с изменением дипольного магнитного момента в 1,5–2 раза.

Магнитные силовые линии, созданные на компьютерной модели геодинамо, показывают, насколько структура магнитного поля Земли проще за ее пределами, чем внутри ядра (спутанные трубочки в центре). На поверхности Земли большая часть линий магнитного поля выходит изнутри (длинные желтые трубочки) у Южного полюса и входит внутрь (длинные голубые трубочки) около Северного.

Большинство людей обычно не задумываются, почему стрелка компаса показывает на север или юг. Но магнитные полюса планеты не всегда располагались так, как сегодня.

Исследования минералов показывают, что магнитное поле Земли за 4-5 млрд. лет существования планеты меняло свою ориентацию с севера на юг и обратно сотни раз. Однако в течение последних 780 тыс. лет ничего подобного не происходило, несмотря на то, что средний период смены магнитных полюсов — 250 тыс. лет. Кроме того, геомагнитное поле ослабло почти на 10% с тех пор, как оно впервые было измерено в 30-х гг. XIX в. (т.е. почти в 20 раз быстрее, чем если бы, лишившись источника энергии, оно снизило свою силу естественным путем). Грядет ли следующая смена полюсов?

Источник колебаний магнитного поля спрятан в центре Земли. Наша планета, подобно другим телам Солнечной системы, создает свое магнитное поле с помощью внутреннего генератора, принцип работы которого такой же, как и обычного электрического, преобразующего кинетическую энергию своих движущихся частиц в электромагнитное поле. В электрогенераторе движение происходит в витках катушки, а внутри планеты или звезды — в проводящей жидкой субстанции. Огромная масса расплавленного железа объемом в 5 раз больше Луны циркулирует в сердцевине Земли, образуя так называемое геодинамо.

За последние десять лет ученые разработали новые подходы к исследованию работы геодинамо и его магнитных свойств. Спутники передают четкие моментальные фотоснимки геомагнитного поля на поверхности Земли, а современные методы компьютерного моделирования и созданные в лабораториях физические модели помогают интерпретировать данные орбитальных наблюдений. Проведенные эксперименты натолкнули ученых на новое объяснение того, как происходила переполяризация в прошлом и как она может начаться в будущем.

Во внутреннем строении Земли выделяется расплавленное внешнее ядро, где сложная турбулентная конвекция генерирует геомагнитное поле.

 

Энергия геодинамо

Что же приводит в действие геодинамо. К 40-м гг. прошлого столетия физики признавали три необходимых условия образования магнитного поля планеты, и последующие научные построения исходили из данных положений. Первое условие — большой объем электропроводящей жидкой массы, насыщенной железом, образующей внешнее ядро Земли. Под ним расположено внутреннее ядро Земли, состоящее почти из чистого железа, а над ним — 2900 км твердых пород плотной мантии и тонкой земной коры, образующей континенты и ложе океана. Давление на ядро, создаваемое земной корой и мантией, в 2 млн. раз выше, чем на поверхности Земли. Температура ядра также крайне высока — около 5000о по Цельсию, как и температура поверхности Солнца.

Вышеописанные параметры экстремальной среды предопределяют второе требование к работе геодинамо: необходимость источника энергии для приведения в движение жидкой массы. Внутренняя энергия отчасти термального, отчасти химического происхождения создает внутри ядра условия выталкивания. Ядро больше разогревается внизу, чем наверху. (Высокие температуры “замурованы” внутри него со времен образования Земли.) Это означает, что более разогретая, менее плотная металлическая составляющая ядра стремится вверх. Когда жидкая масса достигает верхних слоев, она теряет часть своего тепла, отдавая его вышележащей мантии. Затем жидкое железо остывает, становясь плотнее, чем окружающая масса, и опускается. Процесс перемещения тепла путем поднятия и опускания жидкой массы получил название тепловой конвекции.

Третье необходимое условие поддержания магнитного поля — вращение Земли. Возникающая при этом сила Кориолиса отклоняет движение поднимающейся жидкой массы внутри Земли так же, как она поворачивает океанические течения и тропические циклоны, вихри перемещения которых видны на космических снимках. В центре Земли сила Кориолиса закручивает поднимающуюся жидкую массу в штопор или спираль, подобно оторвавшейся пружине.

Земля обладает насыщенной железом жидкой массой, сосредоточенной в ее центре, энергией, достаточной для поддержания конвекции, и силой Кориолиса, закручивающей конвекционные потоки. Данный фактор крайне важен для поддержания работы геодинамо на протяжении миллионов лет. Но нужны новые знания, чтобы ответить на вопрос о том, как образуется магнитное поле и почему время от времени полюса меняются местами.

 

Переполяризация

Ученые давно задавались вопросом, почему магнитные полюса Земли время от времени меняются местами. Последние исследования вихревых перемещений расплавленных масс внутри Земли позволяют понять, как происходит переполяризация.

Магнитное поле, значительно интенсивнее и сложнее поля ядра, внутри которого и образуются магнитные колебания, было обнаружено на границе мантии и ядра. Возникающие в сердцевине электротоки препятствуют непосредственным измерениям его магнитного поля.

Важно, что большая часть геомагнитного поля образуется только в четырех обширных областях на границе ядра и мантии. Хотя геодинамо продуцирует очень сильное магнитное поле, только 1% его энергии распространяется за пределами ядра. Общая конфигурация магнитного поля, измеренного на поверхности, носит название диполя, который большую часть времени ориентирован по земной оси вращения. Как и в поле линейного магнита, основной геомагнитный поток направлен от центра Земли в Южном полушарии и к центру — в Северном. (Стрелка компаса указывает на северный географический полюс, поскольку рядом находится южный магнитный полюс диполя.) Космические наблюдения показали, что магнитный поток имеет неравномерное глобальное распределение, наибольшая напряженность прослеживается на Антарктическом побережье, под Северной Америкой и Сибирью.

Ульрих Кристенсен (Ulrich R. Christensen) из Научно-исследовательского института Солнечной системы Макса Планка в Катленбурге-Линдау, Германия, считает, что эти обширные участки земли существуют тысячи лет и поддерживаются постоянно развивающейся конвекцией внутри ядра. Могут ли аналогичные явления быть причиной смены полюсов? Историческая геология свидетельствует, что смены полюсов происходили в относительно короткие промежутки времени — от 4 тыс. до 10 тыс. лет. Если бы геодинамо прекратило свою работу, то диполь существовал бы еще 100 тыс. лет. Быстрая же смена полярности дает основание полагать, что некое неустойчивое положение нарушает первоначальную полярность и вызывает новую смену полюсов.

В отдельных случаях таинственная неустойчивость может объясняться некоторым хаотическим изменением структуры магнитного потока, которое лишь случайно приводит к переполяризации. Однако частота смены полярности, проявляющаяся все более устойчиво за последние 120 млн. лет, говорит о возможности внешнего регулирования. Одной из причин его может быть перепад температуры в нижнем слое мантии, и вследствие этого — изменение в характере излияний ядра.

Некоторые симптомы переполяризации были выявлены при анализе карт, которые были сделаны со спутников Magsat и Oersted. Готье Гюло (Gauthier Hulot) и его коллеги из Парижского геофизического института отметили, что длительные изменения геомагнитного поля возникают на границе ядра и мантии в тех местах, где направление геомагнитного потока обратно нормальному для данного полушария. Наибольший из так называемых участков обратного магнитного поля протянулся из южной оконечности Африки на запад к Южной Америке. На данном участке магнитный поток направлен внутрь, к ядру, в то время как большая часть его в Южном полушарии направлена из центра.

Районы, где магнитное поле направлено в противоположную для данного полушария сторону, возникают при случайном прорыве закрученных и петляющих линий магнитного поля за пределы ядра Земли. Участки обратного магнитного поля могут существенно ослабить магнитное поле на поверхности Земли, называемое диполем, и свидетельствовать о начале смены земных полюсов. Они появляются, когда поднимающаяся жидкая масса проталкивает горизонтальные магнитные линии вверх в расплавленном внешнем ядре. Такое конвективное излияние иногда закручивает и выдавливает магнитную линию (а). Одновременно силы вращения Земли вызывают винтовую циркуляцию расплава, которая может затянуть петлю на выдавленной магнитной линии (б). Когда выталкивающая сила достаточно велика, чтобы выбросить петлю из ядра, на границе ядро-мантия образуется пара участков магнитного потока.

Образование участков обратного магнитного поля

 

Самое серьезное открытие, сделанное при сравнении последних измерений, полученных с Oersted, и проведенных в 1980 г., заключалось в том, что новые участки обратного магнитного поля продолжают формироваться, например, на границе ядро-мантия под восточным побережьем Северной Америки и Арктикой. Более того, ранее выявленные участки выросли и немного сдвинулись в сторону полюсов. В конце 80-х гг. XX в. Дэвид Габбинс (David Gubbins) из Лидского университета в Англии, изучая старые карты геомагнитного поля, отметил, что распространение, рост и смещение в сторону полюсов участков обратного магнитного поля объясняет снижение силы диполя в историческом времени.

Согласно теоретическим положениям о силовых магнитных линиях, возникающие в жидкой среде ядра под действием силы Кориолиса малые и большие вихри закручивают силовые линии в узел. Каждый поворот собирает все больше силовых линий в ядре, усиливая таким образом энергию магнитного поля. Если процесс продолжается беспрепятственно, то магнитное поле усиливается бесконечно. Однако электрическое сопротивление рассеивает и выравнивает витки силовых линий настолько, чтобы остановить самопроизвольный рост магнитного поля и продолжить воспроизводство внутренней энергии.

Участки с интенсивным магнитным нормальным и обратным полем формируются на границе ядро-мантия, где малые и большие завихрения взаимодействуют с магнитными полями восточно-западного направления, описываемыми как тороидальные, которые проникают внутрь ядра. Турбулентные жидкостные перемещения могут закручивать линии тороидальных полей в петли, называемые полоидальными полями, имеющими ориентацию север-юг. Иногда закручивание происходит при поднятии текучей массы. Если такое излияние достаточно мощно, то вершина полоидальной петли выталкивается из ядра (см. врезку слева). В результате такого выталкивания образуются два участка, на которых петля пересекает границу ядро-мантия. На одном из них возникает направление магнитного потока, совпадающее с общим направлением поля диполя в данном полушарии; на другом же участке поток направлен противоположно.

Когда вращение относит участок обратного магнитного поля ближе к географическому полюсу, чем участок с нормальным потоком, наблюдается ослабление диполя, который наиболее уязвим вблизи своих полюсов. Таким образом можно объяснить обратное магнитное поле на юге Африки. При глобальном наступлении смены полюсов участки обратного магнитного поля могут разрастаться по всему региону вблизи географических полюсов.

Контурные карты магнитного поля Земли на границе ядро-мантия, составленные по измерениям, сделанным со спутника, показывают, что большая часть магнитного потока направлена от центра Земли в Южном полушарии и к центру в Северном. Но в некоторых районах складывается обратная картина. Участки обратного магнитного поля росли в числе и размерах между 1980 и 2000 г. Если они заполонят все пространство у обоих полюсов, то может произойти переполяризация.

Модели cмены полюсов

На картах магнитного поля представлено, как при нормальной полярности большая часть магнитного потока направлена от центра Земли (желтый цвет) в Южном полушарии и к ее центру (голубой цвет) в Северном (а). Начало переполяризации отмечается появлением нескольких ареалов обратного магнитного поля (голубой цвет в Южном полушарии и желтый в Северном), напоминающих об образовании его участков на границе ядро-мантия. Приблизительно за 3 тыс. лет они уменьшили напряженность поля диполя, которое сменилось более слабым, но более сложным переходным полем на границе ядро-мантия (б). Смена полюсов стала частым явлением через 6 тыс. лет, когда на границе ядро-мантия стали преобладать участки обратного магнитного поля (в). К этому времени полная смена полюсов проявилась и на поверхности Земли. Но только еще через 3 тыс. лет произошла полная замена диполя, включая ядро Земли (г).

 

Что же происходит с внутренним магнитным полем сегодня?

Большинство из нас знает, что географические полюса постоянно совершают сложные петлеобразные движения в направлении суточного вращения Земли ( прецессия оси с периодом периодом в 25776 лет ). Обычно эти перемещения протекают вблизи воображаемой оси вращения Земли и не приводят к заметному изменению климата. Подробнее о смещении полюсов. Hо мало кто обратил внимание, что в конце 1998 года общая составляющая этих перемещений сместилась . В течении месяца полюс сместился в сторону Канады на 50 километров. В настоящее время северный полюс “ползет” вдоль 120 параллели западной долготы. Можно предположить, что если нынешняя тенденция в перемещении полюсов продолжится до 2010, то северный полюс может сместиться на 3-4 тысячи километров. Конечная точка дрейфа — Большие Медвежьи озера в Канаде. Южный полюс, соответственно, сместится из центра Антарктиды к Индийскому океану.

Смещение магнитных полюсов регистрируется с 1885 г. За последние 100 лет магнитный полюс в южном полушарии переместился почти на 900 км и вышел в Индийский океан. Новейшие данные по состоянию арктического магнитного полюса (движущегося по направлению к Восточно-Сибирской мировой магнитной аномалии через Ледовитый океан): показали что с 1973 по 1984 гг.его пробег составил 120 км, с 1984 по 1994 гг. — более 150 км. Характерно, что эти данные расчетные, но они подтвердились конкретными замерами и северного магнитного полюса По данным на начало 2002-го года скорость дрейфа северного магнитного полюса увеличилась с 10 км/год в 70-х годах, до 40 км/год в 2001-м году.

Кроме того, падает напряжённость земного магнитного поля, причём весьма неравномерно. Так, за последние 22 года она уменьшилась в среднем на 1,7 процента, а в некоторых регионах — например, в южной части Атлантического океана, — на 10 процентов. Впрочем кое-где на нашей планете напряжённость магнитного поля, вопреки общей тенденции, даже слегка возросла.

Подчеркнем, что ускорение движения полюсов (в среднем на 3 км/год за десятилетие) и движение их по коридорам инверсии магнитных полюсов (более 400 палеоинверсий позволили выявить эти коридоры) заставляет подозревать нас о том, что в данном перемещении полюсов следует усматривать не экскурс, а переполюсовку магнитного поля Земли.

Ускорение может довести перемещение полюсов до 200 км в год, так что инверсия осуществится гораздо быстрее, чем это предполагается исследователями далекими от профессиональных оценок реальных процессов переполюсовки.

В истории Земли изменения положения географических полюсов происходили неоднократно, и с этим явлением, в первую очередь, связывают оледенение обширных областей суши и кардинальные перемены климата всей планеты. Но отголоски в человеческой истории получила только последняя катастрофа, скорее всего связанная со сдвигом полюсов, произошедшая около 12-ти тысяч лет назад. Все мы знаем — Мамонты вымерли. Но всё было гораздо серьёзнее.

Исчезновении сотен видов животных не подлежит сомнению. О Всемирном Потопе и Гибели Атлантиды ведутся дискуссии. Но одно несомненно — отголоски величайшей катастрофа на памяти человечества имеют под собой реальную основу. И вызвана, скорее всего, смещением полюсов всего на 2000 км.

На модели ниже представлены магнитное поле внутри ядра (пучок силовых линий в центре) и появление диполя (длинные изогнутые линии) за 500 лет (а) до середины переполяризации (б) магнитного диполя и спустя 500 лет на этапе ее завершения (в).

 

Магнитное поле геологического прошлого Земли

За последние 150 млн. лет переполяризация происходила сотни раз, о чем свидетельствуют минералы, намагниченные полем Земли во время разогрева горных пород. Затем породы остыли, а минералы сохранили прежнюю магнитную ориентацию.

Шкалы инверсий магнитного поля: I — за последние 5 млн. лет; II — за последние 55 млн. лет. Черный цвет — нормальная намагниченность, белый цвет — обратная намагниченность (по У.У. Харленду и др., 1985)

 

Инверсии магнитного поля — это смена знака осей симметричного диполя. В 1906 году Б. Брюн, измеряя магнитные свойства неогеновых, сравнительно молодых лав в центральной Франции, обнаружил, что их намагниченность противоположна по направлению современному геомагнитному полю, то есть Северный и Южный магнитные полюса как бы поменялись местами. Наличие обратно намагниченных горных пород является следствием не каких-то необычных условий в момент ее образования, а результатом инверсии магнитного поля Земли в данный момент. Обращение полярности геомагнитного поля — важнейшее открытие в палеомагнитологии, позволившее создать новую науку магнитостратиграфию, изучающую расчленение отложений горных пород на основе их прямой или обращенной намагниченности. И главное здесь заключается в доказательстве синхронности этих обращений знака в пределах всего земного шара. В таком случае в руках геологов оказывается весьма действенный метод корреляции отложений и событий.

В реальном магнитном поле Земли время, в течение которого происходит изменение знака полярности, может быть как коротким, вплоть до тысячи лет, так и составлять миллионы лет.
Временные интервалы преобладания какой-либо одной полярности получили название геомагнитных эпох, и части из них присвоены имена выдающихся геомагнитологов Брюнесса, Матуямы, Гаусса и Гильберта. В пределах эпох выделяются меньшие по длительности интервалы той или иной полярности, называемые геомагнитными эпизодами. Наиболее эффектно выявление интервалов прямой и обратной полярности геомагнитного поля было проведено для молодых в геологическом смысле лавовых потоков в Исландии, Эфиопии и других местах. Недостаток этих исследований заключается в том, что процесс излияния лав был прерывистым процессом, поэтому вполне возможен пропуск какого-либо магнитного эпизода.

Когда появилась возможность по отобранным породам одного возраста, но взятым на разных континентах, определять положение палеомагнитных полюсов интересующего нас временного интервала, то оказалось, что вычисленный осредненный полюс, скажем, по верхнеюрским породам (170 — 144 млн. лет) Северной Америки и такой же полюс по таким же породам Европы будут находиться в разных местах. Получалось как бы два Северных полюса, чего при дипольной системе быть не может. Для того чтобы Северный полюс был один,следовало изменить положение континентов на поверхности Земли. В нашем случае это означало сближение Европы и Северной Америки до совпадения их бровок шельфа, то есть до глубин океана примерно в 200 м. Иными словами, двигаются не полюсы, а континенты.

Применение палеомагнитного метода позволило осуществить детальные реконструкции раскрытия относительно молодых Атлантического, Индийского, Северного Ледовитого океанов и понять историю развития более древнего Тихого океана. Современное расположение континентов — это результат раскола суперконтинента Пангея, начавшегося около 200 млн. лет тому назад. Линейное магнитное поле океанов дает возможность определить скорость движения плит, а его рисунок дает наилучшую информацию для проведения геодинамического анализа.

Благодаря палеомагнитным исследованиям установили, что раскол Африки и Антарктиды произошел 160 млн. лет назад. Наиболее древние аномалии с возрастом 170 млн. лет (средняя юра) обнаружены по краям Атлантики у берегов Северной Америки и Африки. Это и есть время начала распада суперматерика. Южная Атлантика возникла 120 — 110 млн. лет назад, а Северная значительно позже (80 — 65 млн. лет назад) и т.д. Подобные примеры можно привести по любому из океанов и, как бы “читая” палеомагнитную летопись, реконструировать историю их развития и перемещение литосферных плит.

Мировые аномалии – отклонения от эквивалентного диполя до 20% напряженности отдельных областей с характерными размерами до10 000 км. Эти аномальные поля испытывают вековые вариации, приводящие к изменениям со временем в течение многих лет и столетий. Примеры аномалий: Бразильская, Канадская, Сибирская, Курская. В ходе вековых вариаций мировые аномалии смещаются, распадаются и возникают вновь. На низких широтах имеется западный дрейф по долготе со скоростью 0,2° в год.

 

2. МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ ЛОКАЛЬНЫХ ОБЛАСТЕЙ внешних оболочек с протяженностью от нескольких до сотен км. Они обусловлены намагниченностью горных пород в верхнем слое Земли, слагающих земную кору и расположенных близко к поверхности. Одна из наиболее мощных – Курская магнитная аномалия.

 

3. ПЕРЕМЕННОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ (так же называемое внешним) определяется источниками в виде токовых систем, находящимися за пределами земной поверхности и в ее атмосфере. Основными источниками таких полей и их изменений являются корпускулярные потоки замагниченной плазмы, приходящие от Солнца вместе с солнечным ветром, и формирующие структуру и форму земной магнитосферы.

Прежде всего видно, что эта структура имеет «слоистую» форму. Однако иногда можно наблюдать «разрыв» верхних слоев, очевидно, происходящий под влиянием усиления солнечного ветра. Например как здесь:

При этом от скорости и плотности Солнечного ветра в такой момент зависит степень величины «нагрева», отражается в цветовой гамме от желтого до фиолетового, что в действительности отражает величину давления на магнитное поле в этой зоне (правый верхий рисунок).

 

Структура магнитного поля земной атмосферы (внешнего магнитного поля Земли)

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.

Магнитосфера – область околоземного космического пространства, контролируемая магнитным полем Земли. Магнитосфера формируется в результате взаимодействия солнечного ветра с плазмой верхних слоев атмосферы и магнитным полем Земли. По форме магнитосфера представляет собой каверну и длинный хвост, которые повторяют форму магнитных силовых линий. Подсолнечная точка в среднем находится на расстоянии 10 земных радиусов, а хвост магнитосферы простирается за орбиту Луны. Топология магнитосферы определяется областями вторжения солнечной плазмы внутрь магнитосферы и характером токовых систем.

Хвост магнитосферы образован силовыми линиями магнитного поля Земли, выходящими из полярных областей и вытянутых под действием солнечного ветра на сотни земных радиусов от Солнца в ночную сторону Земли. В итоге плазма солнечного ветра и солнечных корпускулярных потоков как бы обтекают земную магнитосферу, придавая ей своеобразную хвостатую форму.
В хвосте магнитосферы, на больших расстояниях от Земли, напряженность магнитного поля Земли, а следовательно и их защитные свойства, ослабляются, и некоторые частицы солнечной плазмы получают возможность проникнуть и попасть во внутрь земной магнитосферы и магнитных ловушек радиационных поясов. Проникая в головную часть магнитосферы в область овалов полярных сияний под действием изменяющегося давления солнечного ветра и межпланетного поля, хвост служит местом формирования потоков высыпающихся частиц, вызывающих полярные сияния и авроральные токи. Магнитосфера отделена от межпланетного пространства магнитопаузой. Вдоль магнитопаузы частицы корпускулярных потоков обтекают магнитосферу. Влияние солнечного ветра на земное магнитное поле иногда бывает очень сильным. Магнитопауза – внешняя граница магнитосферы Земли (или планеты), на которой динамическое давление солнечного ветра уравновешивается давлением собственного магнитного поля. При типичны

arminfree.narod.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о