Aarde's magnetische veldoorsprong, kenmerken, functie

Hij Het magnetische veld van de aarde Het is het magnetische effect dat de aarde uitoefent en dat zich uitstrekt van binnenuit tot honderden kilometers in de ruimte. Het lijkt erg op die van een barmagneet. Dit idee werd gesuggereerd door de Engelse wetenschapper William Gilbert in de zeventiende eeuw, die ook opmerkte dat het niet mogelijk is om de magneetpalen te scheiden.

Figuur 1 toont de magnetische veldlijnen van het land. Ze zijn altijd gesloten, kruisen het interieur en gaan door aan de buitenkant, en vormen een soort dekking.

Figuur 1. Het magnetische veld van de aarde lijkt op dat van een barmagneet. Bron: Wikimedia Commons.

De oorsprong van het magnetische veld van de aarde is nog steeds een mysterie. De externe, gietijzeren kern, kan niet alleen, omdat de temperatuur zodanig is dat deze de magnetische orde vernietigt. De temperatuurdrempel hiervoor staat bekend als Curie -temperatuur. Daarom is het onmogelijk voor een grote massa gemagnetiseerd materiaal om verantwoordelijk te zijn voor het veld.

Deze hypothese weggegooid, moeten we zoeken naar de oorsprong van het veld in een ander fenomeen: de terrestrische rotatie. Dit zorgt ervoor dat de gesmolten kern uniform draait, waardoor het dynamo -effect ontstaat, waarbij een vloeistof spontaan een magnetisch veld genereert.

Er wordt aangenomen dat het dynamo -effect de oorzaak is van het magnetisme van astronomische objecten, bijvoorbeeld dat van de zon. Maar tot nu toe is onbekend waarom een ​​vloeistof op deze manier kan gedragen en hoe de elektrische stromen worden geproduceerd.

[TOC]

Kenmerken

- Het magnetische veld van de aarde is het resultaat van drie bijdragen: het interne veld zelf, het externe magnetische veld en dat van magnetische mineralen in de cortex:

1. Intern veld: het lijkt op die van een magnetische dipool (magneet) die zich in het midden van de aarde bevindt en de bijdrage is ongeveer 90%. Varieert heel langzaam in de tijd.
2. Extern veld: het komt van zonne -activiteit in de lagen van de atmosfeer. Het lijkt niet op die van Dipolo en presenteert talloze variaties: dagelijkse, jaarlijkse, magnetische stormen en meer.
3. Magnetische rotsen in de aardkorst, die ook hun eigen veld creëren.

- Het magnetische veld is gepolariseerd en presenteert noord- en zuidpalen, net als een barmagneet.

- Terwijl de tegenovergestelde palen aantrekken, wijst de kompasnaald, die de noordelijke paal is, altijd naar de buurt van het geografische noorden, waar de zuidelijke pool van de terrestrische magneet is.

- De magnetische veldrichting wordt weergegeven in de vorm van gesloten lijnen die het magnetische zuiden (noordelijke pool van de magneet) verlaten en het magnetische noorden (zuidpool van de magneet) binnenkomen).

Kan u van dienst zijn: volumetrische stroom

- In het magnetische noorden -en ook in het magnetische zuiden -staat het veld loodrecht op het aardoppervlak, terwijl in Ecuador het veld gelijk is. (Zie figuur 1)

- De intensiteit van het veld is veel groter in de polen dan in Ecuador.

- De as van de terrestrische dipool (figuur 1) en de rotatieas zijn niet uitgelijnd. Er is een verplaatsing van 11,2º onder hen.

Geomagnetische elementen

Aangezien het magnetische veld vector is, coördineren een Cartesiaans systeem van XYZ met een oorsprong of helpt hij zijn positie vast te stellen.

Figuur 2. Geomagnetische elementen. Bron: f. Zapata.

De totale intensiteit van het magnetische veld of inductie is B en de projecties of componenten zijn: H horizontaal en z verticaal. Ze zijn verwant door:

-D, de magnetische achteruitgangshoek, gevormd tussen H en het geografische noorden (x -as), positief naar het oosten en negatief naar het westen.

-Ik, de magnetische hellingshoek, tussen B en h, positief als B is onder de horizontale.

De kompasnaald zal worden georiënteerd in de richting van H, de horizontale component van het veld. Het vlak bepaald door B en H wordt magnetische meridiaan genoemd, terwijl ZX de geografische meridiaan is.

De magnetische veldvector is volledig gespecificeerd als drie van de volgende hoeveelheden bekend zijn, die geomagnetische elementen worden genoemd: B, H, D, I, X, Y, Z.

Functie

Hier zijn enkele van de belangrijkste functies van het magnetische veld van de aarde:

-Mensen gebruiken het om het kompas al honderden jaren te oriënteren.

-Het oefent een beschermende functie van de planeet uit, door het af te wikkelen en de geladen deeltjes af te leiden die de zon continu opkomt.

-Hoewel het magnetische veld van de aarde (30 - 60 micro Tesla) zwak is in vergelijking met die van het laboratorium, is het intens genoeg voor bepaalde dieren om het te oriënteren. Dit is wat trekvogels, messenger duiven, walvissen en sommige visscholen doen.

-Magnetometrie of meting van het magnetische veld wordt gebruikt voor het prospecteren van minerale hulpbronnen.

Noord- en zuidelijke lichten

Ze staan ​​respectievelijk bekend als de lichten van het noorden of zuiden. Ze verschijnen op breedtegraden in de buurt van de polen, waar het magnetische veld bijna loodrecht op het aardoppervlak staat en veel intenser is dan in Ecuador.

figuur 3. Boreale Aurora in Alaska. Bron: Wikimedia Commons.

Ze hebben hun oorsprong in het grote aantal geladen deeltjes dat de zon voortdurend verzendt. Degenen die vastzitten door het veld, wijken meestal af naar de polen, vanwege de grootste intensiteit. Daar maken ze van de gelegenheid gebruik om de atmosfeer te ioniseren en wordt in het proces zichtbaar licht uitgestoten.

Kan u van dienst zijn: Newton's eerste wet: formules, experimenten en oefeningen

De lichten van het noorden zijn zichtbaar in Alaska, Canada en Noord -Europa, vanwege de nabijheid van de magnetische pool. Maar vanwege de migratie is het mogelijk dat ze na verloop van tijd zichtbaarder worden voor Noord -Rusland.

Hoewel het voorlopig niet het geval lijkt te zijn, omdat de aurora's niet precies volgen naar het magnetische noordelijke noorden.

Magnetische achteruitgang en navigatie

Voor navigatie, vooral bij zeer lange reizen, is het uiterst belangrijk om de magnetische achteruitgang te kennen, om de nodige correctie uit te voeren en het ware noorden te vinden.

Dit wordt bereikt door kaarten die de lijnen van gelijke achteruitgang (isogonen) aangeven, omdat de achteruitgang sterk varieert volgens de geografische locatie. Dit komt omdat het magnetische veld continu lokale variaties ervaart.

De grote aantallen die op de landingspaden verschijnen, zijn de richtingen in graden ten opzichte van het magnetische noorden, gedeeld door 10 en afgerond.

Noord -typen

Hoe verwarrend het ook lijkt, er zijn verschillende soorten noord, gedefinieerd door enkele specifieke criteria. We kunnen dus vinden:

Magnetisch noorden, Het is het punt van de aarde waar het magnetische veld loodrecht op het oppervlak staat. Daar wijst het kompas aan, en trouwens, het is niet antipodaal (diametraal tegenover) met het magnetische zuiden.

Geomagnetisch noorden, Het is de plaats waar de as van de magnetische dipool naar het oppervlak verschijnt (zie figuur 1). Omdat het magnetische veld van de aarde een beetje complexer is dan het dipolo -veld, valt dit punt niet precies samen met het magnetische noorden.

Geografisch noorden, Daar passeert de as van terrestrische rotatie.

Noord -Lambert of het rooster, Het is het punt waar kaarten meridianen samenkomen. Het komt niet precies overeen met het geografische of echte noorden, omdat het bolvormige oppervlak van de aarde is vervormd wanneer het op een vlak wordt geprojecteerd.

Figuur 4. Verschillende nortes en de locatie. Bron: Wikimedia Commons. Cavit [CC tegen 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licenties/door/4.0)]

Magnetische veldinvestering

Er is een verontrustend feit: de magnetische polen kunnen van positie veranderen in de loop van een paar duizend jaar, en is momenteel aan het gebeuren. Het is zelfs bekend dat het ongeveer 171 keer eerder is geweest, in de afgelopen 17 miljoen jaar.

Het bewijs wordt gevonden in de rotsen die voortkomen uit een scheur in het midden van de Atlantische Oceaan. Zoals het uitkomt, koelt en stolt de rots, waardoor de richting van terrestrische magnetisatie op dit moment wordt ingesteld, die wordt bewaard.

Maar tot nu toe is er geen bevredigende verklaring waarom het gebeurt, noch waar de energie die nodig is om het veld te investeren vandaan komt.

Zoals eerder becommentarieerd, beweegt het magnetische noorden momenteel snel naar Siberië, en het zuiden beweegt ook, hoewel langzamer.

Het kan u van dienst zijn: gemiddelde hoeksnelheid: definitie en formules, opgeloste oefeningen

Sommige experts geloven dat het te wijten is aan een vloeibare ijzerstroom met hoge snelheid, net onder Canada, die verzwakt naar het veld. Het kan ook het begin zijn van een magnetische investering. De laatste die gebeurde was 700 geleden.000 jaar.

Het kan zijn dat de dynamo die aanleiding geeft tot terrestrisch magnetisme, een tijdje uitkomt, spontaan of door een externe interventie, zoals de benadering van een komeet bijvoorbeeld, hoewel deze laatste geen bewijs heeft.

Wanneer de Dynamo opnieuw start, hebben de magnetische polen van plaats veranderd. Maar het kan ook gebeuren dat de investering niet compleet is, maar een tijdelijke variatie van de Dipolo -as, die uiteindelijk zal terugkeren naar zijn oorspronkelijke positie.

Experiment

Het wordt uitgevoerd met de Helmholtz -spoelen: twee identieke en concentrische cirkelvormige spoelen, waardoor dezelfde stroomintensiteit voorbijgaat. Het magnetische veld van de spoelen werkt samen met dat van de aarde, wat leidt tot een resulterend magnetisch veld.

Figuur 5. Experimenteer om de waarde van het magnetische veld van de aarde te bepalen. Bron: f. Zapata.

In de spoelen wordt een ongeveer uniform magnetisch veld gecreëerd, waarvan de grootte is:

-N is het aantal beurten van de spoelen

-Ik is de intensiteit van de stroom

-μ_of Het is de magnetische permeabiliteit van vacuüm

-R is de straal van de spoelen

Procedure

-Bepaal met een kompas op de axiale as van de spoelen de richting van het magnetische veld van de aarde B_T.

-Ten oosten van de as van de spoelen om loodrecht op te staan B_T. Op deze manier het veld B_H gegenereerd zodra de stroom wordt aangenomen, zal deze loodrecht staan ​​op B_T. In dit geval:

Figuur 6. Het resulterende veld is wat de kompasnaald markeert. Bron: f. Zapata.

-B_H Het is evenredig met de stroom die door de spoelen wordt geleid, zodat B_H = K.Je, waar k Het is een constante die afhangt van de geometrie van deze spoelen: radio en aantal beurten. Bij het meten van de stroom kunt u de waarde van B hebben_H. Zodat:

B_H = K.I = B_T. TG θ

Daarom:

-Zodra een stroom door de spoelen wordt geleid, wijkt de kompasnaald af. Het meten van de afwijking is de waarde van θ.

-Verschillende intensiteiten worden door de spoelen doorgegeven en paren worden geregistreerd (Je, TG θ)).

-De grafiek is gemaakt Je Vs. TG θ. Omdat de eenheid lineair is, wordt een lijn verwacht, wiens helling M is:

M = B_T /K

-Ten slotte wordt uit de aanpassing van de lijn door minimale vierkanten of door visuele aanpassing de waarde van B bepaald_T.

Referenties

1. Earth Magnetic Field. Hersteld van: web.Ua.is
2. Magneto-hydrodynamische groep van de Universiteit van Navarra. Dynamo -effect: geschiedenis. Hersteld van: natuurkunde.één v.is.
3. Kirkpatrick, l. 2007. Natuurkunde: een blik op de wereld. 6e afgekort editie. Cengage leren.
4. POT. Het magnetische veld van de aarde en de veranderingen in de tijd ervan. Hersteld van: afbeelding.GSFC.pot.Gov.
5. Nat Geo. De magnetische noordelijke paal van de aarde beweegt. Hersteld van: nnespanol.com.
6. Wetenschappelijke Amerikaan. De aarde heeft meer dan één noordpool. Hersteld van: Scientific American.com.
7. Wikipedia. Geomagnetische pool. Hersteld van: in.Wikipedia.borg.