Значението на земния магнетизъм в Голямата съветска енциклопедия, BSE. Лекция: Земен магнетизъм и неговото значение. Вътрешен строеж и състав на земята, земен магнетизъм

Нашите Земята- петата по големина сред деветте планети, обикалящи в своите орбити около Слънцето, най-близката звезда. Всяка секунда Земята изминава около 30 км и прави пълна обиколка около Слънцето за една година. Освен това Земята се върти около оста си като връх, като прави пълно завъртане за 24 часа. Земята не е идеална сфера. Диаметърът му е 12 756 км на екватора (условната линия, разделяща земното кълбо на Северно и Южно полукълбо) и 12 714 км на полюсите. Обиколката на Земята на екватора е 40 075 км.

Луна- Най-близкият космически съсед на Земята. Диаметърът му е приблизително четири пъти по-малък от диаметъра на Земята и е равен на 3475 км. Скалите, които изграждат Луната, са по-малко плътни от тези на Земята, така че Луната тежи 8 пъти по-малко от Земята.

Земята е третата планета от Слънцето и е съставена предимно от скалисти скали.

„Въпросник“ на нашата планета или какво определено знаем за Земята

Днес твърдо знаем за планетата, на която живее човечеството, че нейният среден радиус е 6371 км. Въпреки това, в равнината на екватора той е малко по-голям - около 6378 км, а разстоянието от центъра на Земята до полюса е по-малко, почти 6357 км.

Земната повърхност е 510 милиона km2, от които 71% е океан, а останалата част е суша. Може би би било по-правилно да наречем нашата планета Океан, тъй като на Земята има много по-малко земя?

Обемът на земното кълбо се обозначава с броя кубични километри, който завършва с дванадесет нули. Всеки кубичен метър материал, който изгражда Земята, тежи средно малко повече от 5,5 тона.Така че, ако някой гигант успее да постави планетата в гигантски мащаб, той ще „дърпа“ шест двадесет и един нула тона!

Във вътрешния състав на планетата преобладава желязото – почти 35%; след това идва кислород (около 30%), след това силиций (15%) и магнезий (12%). Но това е средно.

През 4,6 милиарда години от съществуването на Земята гравитацията е отнесла по-тежките скали по-дълбоко в земята, докато е оставяла по-леките скали по-близо до повърхността. Това „сортиране“ беше подпомогнато и от топлината на земната вътрешност - в самата среда на Земята температурата варираше от 5000 до 6000 ° C. Следователно тялото на планетата стана разнородно както по физически свойства, така и по химичен състав. В основата е ядрото на планетата; заобиколен е от мантия, а отгоре на всичко е земната кора.

Планетата Земя има свой собствен магнетизъм - тя е заобиколена от невидимо поле от магнитни сили, които ние не усещаме, но действа върху материали, съдържащи желязо или други метали. Можете да откриете магнитното поле с помощта на компас. Стрелката на компаса е дълъг тънък магнит. Взаимодействайки със земния магнетизъм, той се обръща и сочи на север и юг.

1. Магнитни силови линии, 2. Земя

Най-силно е изразен на северния и южния магнитен полюс. Там магнитните силови линии са насочени вертикално.

Магнитното поле на Земята вероятно се задвижва от сили, генерирани от нейното външно ядро, желязна обвивка, която се намира на около 2900 км под повърхността. Налягането на такава дълбочина е много високо, а температурата надхвърля 4000 °C. При тази температура желязото е в течно състояние. Въртенето на Земята кара потоци от разтопено желязо да се въртят като тирбушон, като движението им генерира електричество, което от своя страна създава магнитно поле, което обгражда земното кълбо и ни предпазва от високоенергийните частици, с които Слънцето бомбардира Земята. Въпреки това, някои частици се привличат към магнитните полюси, причинявайки проблясъци в нощното небе - полярното сияние.

Магнитното поле се разпространява в космическото пространство и образува магнитосферата. Високоенергийните слънчеви частици, „слънчевият вятър“, бомбардират магнитосферата и я карат да придобие форма на сълза.

Колосалните потоци от топлинна енергия вътре в Земята и въртенето на планетата около оста си принуждават полутечните каменни блокове да се движат в спирали. Тези спираловидни токове възбуждат електрически токове, които генерират магнитно поле.

Още през деветнадесети век учен от Англия на име Шустер искаше да разбере и обясни от какво се състои магнетизмът на Земята. Той предположи, че това е причинено от въртенето му около оста си. В Русия физикът П. Лебедев обърна голямо внимание на този въпрос. Според неговата теория, поради влиянието на центробежните сили, електроните в атомите се изместват към нашата планета. Поради това повърхността трябва задължително да има отрицателен заряд и това от своя страна води до появата на магнетизъм като такъв.

Тази теория обаче се оказа неточна. След провеждане на експерименти с колело, въртящо се с висока скорост, в него не е открит магнетизъм. Изследователят Гелбърт твърди, че нашата планета е изцяло направена от камък с магнитна природа. Имаше и гледни точки, които твърдяха, че Земята се магнетизира благодарение на Слънцето. Всички тези теории обаче показаха пълната си нежизнеспособност след провеждането на съответните изследвания.

Теория на земното магнитно поле

Много от изследователите приемат, че планетата има течно ядро, което предизвиква магнетизъм, и тази гледна точка все още присъства в науката. Изследователят Блекет в средата на двадесети век предположи, че магнитното поле на планетите се причинява от някакъв закон, който все още е неизвестен на науката.

Той разработи теория, която помогна да се изяснят много аспекти от природата на магнетизма. Тогава учените успяха да установят каква точно скорост на въртене и какви магнитни полета имат нашата планета Слънцето, както и звездата с код E78.

Както е известно от физиката, магнитните полета на Земята и Слънцето например са свързани по същия начин като техните ъглови моменти. Учените предполагат, че има някаква връзка между въртенето на небесните тела и техния магнетизъм. По това време изследователите са на мнение, че въртенето на телата води до появата на магнетизъм.

Въпреки експериментите на учените от онова време, те не успяха да отговорят точно на този въпрос и много научни експерименти, опитващи се да обяснят природата на магнетизма, само добавиха още повече въпроси. В крайна сметка едва след развитието на физиката и астрономията изследователите разбраха по-добре природата на този мистериозен феномен. Въпросите обаче все още остават.

Възниква въпросът: въртенето на нашата планета причинява ли смущение на магнитното поле или магнетизмът причинява въртене на планетата? Може би нашата планета се върти около оста си през цялото време, защото е гигантски магнит, разположен в поток от силно заредени частици.

Магнетизмът и ядрото на планетата

Благодарение на новите знания в областта на физиката беше възможно да се докаже очевидната връзка между ядрото на планетата и магнетизма. Изследванията на учените показват, че например нашият спътник Луната няма собствено магнитно поле и благодарение на измерванията от космически кораби беше възможно точно да се установи, че той няма това поле. Интересни данни бяха открити от учени, докато изучаваха теченията на планетата в Арктика и Антарктика. Установено е, че има много висока активност на електрическите токове, която е многократно по-висока от интензитета им на нормални географски ширини. Това предполага, че електроните навлизат в планетата в големи количества през зоните на магнитните полюси, които се намират в полярните шапки.

Когато активността на Слънцето се увеличи рязко, електрическите токове на нашата планета също се увеличават. В момента учените смятат, че електрическите токове на планетата са причинени от потока на масата на земното ядро ​​и постоянния приток на електрони от космоса. Новите изследвания със сигурност ще продължат да изясняват природата на земния магнетизъм и тепърва ще научаваме много интересни факти за това явление.

Има два различни вида магнити. Някои са така наречените постоянни магнити, направени от „твърди магнитни“ материали. Техните магнитни свойства не са свързани с използването на външни източници или токове. Друг вид включват така наречените електромагнити със сърцевина от „меко магнитно“ желязо. Създаваните от тях магнитни полета се дължат главно на факта, че електрически ток преминава през намотаващия се проводник, обграждащ сърцевината.

Магнитни полюси и магнитно поле.

Магнитните свойства на прътовия магнит са най-забележими близо до краищата му. Ако такъв магнит бъде окачен за средната част, така че да може да се върти свободно в хоризонтална равнина, тогава той ще заеме позиция, приблизително съответстваща на посоката от север на юг. Краят на пръта, сочещ на север, се нарича северен полюс, а противоположният край се нарича южен полюс. Противоположните полюси на два магнита се привличат и еднаквите полюси се отблъскват.

Ако пръчка от немагнетизирано желязо се доближи до един от полюсите на магнита, последният ще стане временно магнетизиран. В този случай полюсът на магнетизираната лента, най-близък до полюса на магнита, ще бъде противоположен по име, а далечният ще има същото име. Привличането между полюса на магнита и противоположния полюс, предизвикано от него в лентата, обяснява действието на магнита. Някои материали (като стомана) сами стават слаби постоянни магнити, след като са били близо до постоянен магнит или електромагнит. Стоманена пръчка може да бъде магнетизирана, като просто прекарате края на пръчков постоянен магнит покрай нейния край.

И така, магнитът привлича други магнити и предмети, направени от магнитни материали, без да е в контакт с тях. Това действие от разстояние се обяснява със съществуването на магнитно поле в пространството около магнита. Известна представа за интензитета и посоката на това магнитно поле може да се получи чрез изливане на железни стружки върху лист картон или стъкло, поставен върху магнит. Стърготините ще се подредят във вериги по посока на полето, а плътността на линиите на стърготините ще съответства на интензитета на това поле. (Те са най-дебели в краищата на магнита, където интензитетът на магнитното поле е най-голям.)

М. Фарадей (1791–1867) въвежда концепцията за затворени индукционни линии за магнити. Индукционните линии се простират в околното пространство от магнита на северния му полюс, навлизат в магнита на южния му полюс и преминават вътре в магнитния материал от южния полюс обратно към севера, образувайки затворен контур. Общият брой на индукционните линии, излизащи от магнит, се нарича магнитен поток. Плътност на магнитния поток или магнитна индукция ( IN), е равен на броя на индукционните линии, преминаващи по нормата през елементарна площ с единичен размер.

Магнитната индукция определя силата, с която магнитното поле действа върху проводник с ток, разположен в него. Ако проводникът, през който преминава токът аз, е разположен перпендикулярно на индукционните линии, тогава според закона на Ампер силата Е, действащ върху проводника, е перпендикулярен както на полето, така и на проводника и е пропорционален на магнитната индукция, силата на тока и дължината на проводника. По този начин, за магнитна индукция бможете да напишете израз

Където Е– сила в нютони, аз– ток в ампери, л– дължина в метри. Мерната единица за магнитна индукция е тесла (T).

Галванометър.

Галванометърът е чувствителен инструмент за измерване на слаб ток. Галванометърът използва въртящия момент, произведен от взаимодействието на подковообразен постоянен магнит с малка намотка, носеща ток (слаб електромагнит), окачена в пролуката между полюсите на магнита. Въртящият момент и следователно отклонението на намотката са пропорционални на тока и общата магнитна индукция във въздушната междина, така че мащабът на устройството е почти линеен за малки отклонения на намотката.

Магнетизираща сила и сила на магнитното поле.

След това трябва да въведем друга величина, характеризираща магнитното действие на електрическия ток. Да предположим, че токът преминава през жицата на дълга намотка, вътре в която има магнетизиращ се материал. Силата на намагнитване е произведението на електрическия ток в намотката и броя на нейните завои (тази сила се измерва в ампери, тъй като броят на завъртанията е безразмерна величина). Сила на магнитното поле нравна на магнетизиращата сила на единица дължина на бобината. По този начин стойността низмерено в ампери на метър; той определя намагнитването, придобито от материала вътре в намотката.

Във вакуумна магнитна индукция бпропорционална на силата на магнитното поле н:

Където м 0 – т.нар магнитна константа с универсална стойност 4 стр H 10 –7 H/m. В много материали стойността бприблизително пропорционално н. Във феромагнитните материали обаче съотношението между бИ нмалко по-сложно (както ще бъде обсъдено по-долу).

На фиг. 1 показва прост електромагнит, предназначен да захваща товари. Източникът на енергия е DC батерия. Фигурата също така показва силовите линии на електромагнита, които могат да бъдат открити чрез обичайния метод на железни стружки.

Големите електромагнити с железни сърцевини и много голям брой ампер-обороти, работещи в непрекъснат режим, имат голяма магнетизираща сила. Те създават магнитна индукция до 6 тесла в пролуката между полюсите; тази индукция е ограничена само от механично напрежение, нагряване на намотките и магнитно насищане на сърцевината. Редица гигантски електромагнити с водно охлаждане (без ядро), както и инсталации за създаване на импулсни магнитни полета, са проектирани от П. Л. Капица (1894–1984) в Кеймбридж и в Института по физически проблеми на Академията на науките на СССР и Ф. Битър (1902–1967) в Масачузетския технологичен институт. С такива магнити беше възможно да се постигне индукция до 50 тесла. Сравнително малък електромагнит, който произвежда полета до 6,2 Tesla, консумира 15 kW електрическа енергия и се охлажда с течен водород, е разработен в Националната лаборатория Лосаламос. Подобни полета се получават при криогенни температури.

Магнитна проницаемост и нейната роля в магнетизма.

Магнитна пропускливост ме величина, характеризираща магнитните свойства на материала. Феромагнитните метали Fe, Ni, Co и техните сплави имат много високи максимални пропускливости - от 5000 (за Fe) до 800 000 (за супермалой). В такива материали при относително ниска напрегнатост на полето звъзникват големи индукции б, но връзката между тези количества е, най-общо казано, нелинейна поради явленията на насищане и хистерезис, които са обсъдени по-долу. Феромагнитните материали се привличат силно от магнитите. Те губят своите магнитни свойства при температури над точката на Кюри (770° C за Fe, 358° C за Ni, 1120° C за Co) и се държат като парамагнетици, за които индукция бдо много високи стойности на напрежението зе пропорционална на нея - точно същата, каквато е във вакуум. Много елементи и съединения са парамагнитни при всякакви температури. Парамагнитните вещества се характеризират с това, че се магнетизират във външно магнитно поле; ако това поле се изключи, парамагнитните вещества се връщат в немагнитизирано състояние. Намагнитването във феромагнетиците се поддържа дори след изключване на външното поле.

На фиг. Фигура 2 показва типична хистерезисна верига за магнитно твърд (с големи загуби) феромагнитен материал. Характеризира нееднозначната зависимост на магнетизацията на магнитно подреден материал от силата на магнетизиращото поле. С увеличаване на силата на магнитното поле от началната (нулева) точка ( 1 ) намагнитването възниква по пунктираната линия 1 –2 , и стойността мсе променя значително с увеличаване на намагнитването на пробата. В точката 2 се постига насищане, т.е. с по-нататъшно увеличаване на напрежението намагнитването вече не се увеличава. Ако сега постепенно намалим стойността здо нула, след това кривата б(з) вече не следва същия път, а минава през точката 3 , разкривайки, така да се каже, „памет“ на материала за „минала история“, оттук и името „хистерезис“. Очевидно е, че в този случай се запазва известно остатъчно намагнитване (сегмент 1 –3 ). След промяна на посоката на магнитното поле в обратна посока, кривата IN (н) преминава точката 4 и сегментът ( 1 )–(4 ) съответства на коерцитивната сила, която предотвратява размагнитването. По-нататъшно увеличение на стойностите (- з) довежда хистерезисната крива към третия квадрант - секцията 4 –5 . Последвалото намаление на стойността (- з) до нула и след това увеличаване на положителните стойности зще доведе до затваряне на хистерезисната верига през точките 6 , 7 И 2 .

Твърдите магнитни материали се характеризират с широка верига на хистерезис, покриваща значителна площ на диаграмата и следователно съответстваща на големи стойности на остатъчна намагнитност (магнитна индукция) и коерцитивна сила. Тясната хистерезисна верига (фиг. 3) е характерна за меките магнитни материали, като мека стомана и специални сплави с висока магнитна проницаемост. Такива сплави са създадени с цел намаляване на загубите на енергия, причинени от хистерезис. Повечето от тези специални сплави, като феритите, имат високо електрическо съпротивление, което намалява не само магнитните загуби, но и електрическите загуби, причинени от вихрови токове.

Магнитни материали с висока пропускливост се произвеждат чрез отгряване, извършвано чрез задържане при температура от около 1000 ° C, последвано от темпериране (постепенно охлаждане) до стайна температура. В този случай предварителната механична и термична обработка, както и липсата на примеси в пробата са много важни. За трансформаторни ядра в началото на 20 век. бяха разработени силициеви стомани, стойността мкоето нараства с увеличаване на съдържанието на силиций. Между 1915 и 1920 г. се появяват пермалой (сплави на Ni и Fe) с характерна тясна и почти правоъгълна хистерезисна верига. Особено високи стойности на магнитна пропускливост мпри малки стойности зсплавите се различават в хиперничен (50% Ni, 50% Fe) и мю-метал (75% Ni, 18% Fe, 5% Cu, 2% Cr), докато в перминвар (45% Ni, 30% Fe, 25% Co ) стойност мпрактически постоянна в широк диапазон от промени в силата на полето. Сред съвременните магнитни материали трябва да се спомене супермалой, сплав с най-висока магнитна проницаемост (съдържа 79% Ni, 15% Fe и 5% Mo).

Теории за магнетизма.

За първи път предположението, че магнитните явления в крайна сметка се свеждат до електрически явления, възниква от Ампер през 1825 г., когато той изразява идеята за затворени вътрешни микротокове, циркулиращи във всеки атом на магнита. Въпреки това, без експериментално потвърждение за наличието на такива токове в материята (електронът е открит от Дж. Томсън едва през 1897 г., а описанието на структурата на атома е дадено от Ръдърфорд и Бор през 1913 г.), тази теория „избледня .” През 1852 г. W. Weber предполага, че всеки атом на магнитно вещество е малък магнит или магнитен дипол, така че пълното намагнитване на веществото се постига, когато всички отделни атомни магнити са подредени в определен ред (фиг. 4, b). Вебер вярва, че молекулярното или атомно „триене“ помага на тези елементарни магнити да поддържат реда си въпреки смущаващото влияние на топлинните вибрации. Неговата теория успя да обясни магнетизирането на телата при контакт с магнит, както и тяхното демагнетизиране при удар или нагряване; накрая беше обяснено и „възпроизвеждането“ на магнитите при нарязване на магнетизирана игла или магнитна пръчка на парчета. И все пак тази теория не обяснява нито произхода на самите елементарни магнити, нито явленията на насищане и хистерезис. Теорията на Вебер е подобрена през 1890 г. от J. Ewing, който заменя своята хипотеза за атомно триене с идеята за междуатомни ограничаващи сили, които помагат да се поддържа подреждането на елементарните диполи, които съставляват постоянен магнит.

Подходът към проблема, веднъж предложен от Ампер, получава втори живот през 1905 г., когато П. Ланжевин обяснява поведението на парамагнитните материали, като приписва на всеки атом вътрешен некомпенсиран електронен ток. Според Langevin именно тези токове образуват малки магнити, които са произволно ориентирани, когато няма външно поле, но придобиват подредена ориентация, когато е приложено. В този случай подходът към пълен ред съответства на насищане на намагнитването. В допълнение, Langevin въвежда концепцията за магнитен момент, който за отделен атомен магнит е равен на произведението на „магнитния заряд“ на полюса и разстоянието между полюсите. По този начин слабият магнетизъм на парамагнитните материали се дължи на общия магнитен момент, създаден от некомпенсирани електронни токове.

През 1907 г. П. Вайс въвежда понятието "домейн", което се превръща във важен принос към съвременната теория на магнетизма. Вайс си представя домейните като малки „колонии“ от атоми, в които магнитните моменти на всички атоми по някаква причина са принудени да поддържат една и съща ориентация, така че всеки домейн да е магнетизиран до насищане. Отделен домейн може да има линейни размери от порядъка на 0,01 mm и съответно обем от порядъка на 10–6 mm 3 . Домейните са разделени от така наречените блохови стени, чиято дебелина не надвишава 1000 атомни размера. „Стената“ и два противоположно ориентирани домена са показани схематично на фиг. 5. Такива стени представляват „преходни слоеве“, в които посоката на намагнитването на домейна се променя.

В общия случай на началната крива на намагнитване могат да се разграничат три участъка (фиг. 6). В началния участък стената под въздействието на външно поле се движи през дебелината на веществото, докато се натъкне на дефект в кристалната решетка, който я спира. Като увеличите силата на полето, можете да принудите стената да се придвижи по-нататък, през средната секция между пунктираните линии. Ако след това силата на полето отново се намали до нула, тогава стените вече няма да се върнат в първоначалното си положение, така че пробата ще остане частично намагнетизирана. Това обяснява хистерезиса на магнита. В последния участък от кривата процесът завършва с насищане на намагнитването на пробата поради подреждането на намагнитването вътре в последните неподредени домени. Този процес е почти напълно обратим. Магнитна твърдост се проявява от онези материали, чиято атомна решетка съдържа много дефекти, които възпрепятстват движението на междудомейнните стени. Това може да се постигне чрез механична и термична обработка, например чрез пресоване и последващо синтероване на прахообразния материал. В алнико сплавите и техните аналози същият резултат се постига чрез сливане на метали в сложна структура.

В допълнение към парамагнитните и феромагнитните материали има материали с така наречените антиферомагнитни и феримагнитни свойства. Разликата между тези видове магнетизъм е обяснена на фиг. 7. Въз основа на концепцията за домейни, парамагнетизмът може да се разглежда като явление, причинено от наличието в материала на малки групи от магнитни диполи, в които отделните диполи взаимодействат много слабо помежду си (или не взаимодействат изобщо) и следователно , при липса на външно поле, вземете само произволни ориентации (фиг. 7, А). Във феромагнитните материали във всеки домейн има силно взаимодействие между отделните диполи, което води до тяхното подредено паралелно подреждане (фиг. 7, b). В антиферомагнитните материали, напротив, взаимодействието между отделните диполи води до тяхното антипаралелно подредено подреждане, така че общият магнитен момент на всеки домейн е нула (фиг. 7, V). И накрая, във феримагнитните материали (например ферити) има както паралелно, така и антипаралелно подреждане (фиг. 7, Ж), което води до слаб магнетизъм.

Има две убедителни експериментални потвърждения за съществуването на домейни. Първият от тях е така нареченият ефект на Баркхаузен, вторият е методът на праховите фигури. През 1919 г. G. Barkhausen установява, че когато външно поле се приложи към проба от феромагнитен материал, неговата намагнитност се променя на малки дискретни части. От гледна точка на теорията на домейна, това не е нищо повече от рязко напредване на междудомейнната стена, срещайки по пътя си отделни дефекти, които го забавят. Този ефект обикновено се открива с помощта на намотка, в която е поставен феромагнитен прът или тел. Ако последователно придвижите силен магнит към и далеч от пробата, пробата ще бъде намагнетизирана и повторно намагнетизирана. Резките промени в намагнитването на пробата променят магнитния поток през намотката и в нея се възбужда индукционен ток. Напрежението, генерирано в бобината, се усилва и се подава към входа на чифт акустични слушалки. Щраканията, чути през слушалките, показват рязка промяна в намагнитването.

За идентифициране на доменната структура на магнит, като се използва методът на прахообразната фигура, капка колоидна суспензия от феромагнитен прах (обикновено Fe 3 O 4) се нанася върху добре полирана повърхност на магнетизиран материал. Праховите частици се утаяват главно в места с максимална нехомогенност на магнитното поле - на границите на домейните. Тази структура може да се изследва под микроскоп. Предложен е и метод, основан на преминаването на поляризирана светлина през прозрачен феромагнитен материал.

Оригиналната теория на Вайс за магнетизма в основните си характеристики е запазила значението си и до днес, като обаче е получила актуализирана интерпретация, основана на идеята за некомпенсирани електронни завъртания като фактор, определящ атомния магнетизъм. Хипотезата за съществуването на собствен импулс на електрона е изложена през 1926 г. от S. Goudsmit и J. Uhlenbeck, а в момента електроните като носители на спин се считат за „елементарни магнити“.

За да обясним тази концепция, разгледайте (фиг. 8) свободен атом на желязото, типичен феромагнитен материал. Двете му черупки ( КИ Л), тези, които са най-близо до ядрото, са пълни с електрони, като първият от тях съдържа два, а вторият съдържа осем електрона. IN К-обвивка, спинът на един от електроните е положителен, а на другия е отрицателен. IN Л-обвивка (по-точно в двете й подобвивки), четири от осемте електрона имат положителни спинове, а останалите четири имат отрицателни спинове. И в двата случая завъртанията на електрона в една обвивка са напълно компенсирани, така че общият магнитен момент е нула. IN М-обвивка, ситуацията е различна, тъй като от шестте електрона, разположени в третата подобвивка, пет електрона имат спинове, насочени в една посока, а само шестият в другата. В резултат остават четири некомпенсирани спина, което определя магнитните свойства на железния атом. (Във външния н-обвивката има само два валентни електрона, които не допринасят за магнетизма на железния атом.) Магнетизмът на други феромагнетици, като никел и кобалт, се обяснява по подобен начин. Тъй като съседните атоми в желязна проба силно взаимодействат помежду си и техните електрони са частично колективизирани, това обяснение трябва да се разглежда само като визуална, но много опростена диаграма на реалната ситуация.

Теорията за атомния магнетизъм, основана на отчитане на въртенето на електрона, се подкрепя от два интересни жиромагнитни експеримента, единият от които е извършен от А. Айнщайн и В. де Хаас, а другият от С. Барнет. В първия от тези експерименти цилиндър от феромагнитен материал беше окачен, както е показано на фиг. 9. Ако токът преминава през намотката, цилиндърът се върти около оста си. Когато посоката на тока (и следователно на магнитното поле) се промени, той се обръща в обратна посока. И в двата случая въртенето на цилиндъра се дължи на подреждането на електронните завъртания. В експеримента на Барнет, напротив, окачен цилиндър, рязко приведен в състояние на въртене, се магнетизира в отсъствието на магнитно поле. Този ефект се обяснява с факта, че при въртене на магнита се създава жироскопичен момент, който се стреми да завърти спиновите моменти по посока на собствената си ос на въртене.

За по-пълно обяснение на природата и произхода на силите с малък обсег, които подреждат съседните атомни магнити и противодействат на разстройващото влияние на топлинното движение, трябва да се обърнем към квантовата механика. Квантово механично обяснение на природата на тези сили е предложено през 1928 г. от В. Хайзенберг, който постулира съществуването на обменни взаимодействия между съседни атоми. По-късно G. Bethe и J. Slater показаха, че обменните сили нарастват значително с намаляване на разстоянието между атомите, но при достигане на определено минимално междуатомно разстояние те спадат до нула.

МАГНИТНИ СВОЙСТВА НА ВЕЩЕСТВОТО

Едно от първите обширни и систематични изследвания на магнитните свойства на материята е предприето от П. Кюри. Той установява, че според магнитните си свойства всички вещества могат да бъдат разделени на три класа. Първата категория включва вещества с изразени магнитни свойства, подобни на свойствата на желязото. Такива вещества се наричат ​​феромагнитни; тяхното магнитно поле се забелязва на значителни разстояния ( см. по-висок). Вторият клас включва вещества, наречени парамагнитни; Техните магнитни свойства като цяло са подобни на тези на феромагнитните материали, но много по-слаби. Например силата на привличане към полюсите на мощен електромагнит може да изтръгне железен чук от ръцете ви и за да откриете привличането на парамагнитно вещество към същия магнит, обикновено се нуждаете от много чувствителни аналитични везни. Последният, трети клас включва така наречените диамагнитни вещества. Те се отблъскват от електромагнит, т.е. силата, действаща върху диамагнитните материали, е насочена противоположно на тази, действаща върху феро- и парамагнитните материали.

Измерване на магнитни свойства.

Когато изучаваме магнитните свойства, два вида измервания са най-важни. Първият от тях е измерване на силата, действаща върху образец в близост до магнит; Така се определя намагнитването на пробата. Вторият включва измервания на "резонансни" честоти, свързани с намагнитването на материята. Атомите са малки "жироскопи" и прецесират в магнитно поле (като обикновен връх под въздействието на въртящия момент, създаден от гравитацията) с честота, която може да бъде измерена. В допълнение, върху свободните заредени частици, движещи се под прав ъгъл спрямо линиите на магнитната индукция, действа сила, както и електронният ток в проводник. Той кара частицата да се движи по кръгова орбита, чийто радиус е даден от

Р = мв/eB,

Където м– маса на частиците, v– неговата скорост, де неговият заряд и б– индукция на магнитно поле. Честотата на такова кръгово движение е

Където fизмерено в херци, д– във висулки, м– в килограми, б- в Tesla. Тази честота характеризира движението на заредени частици в вещество, намиращо се в магнитно поле. И двата типа движение (прецесия и движение по кръгови орбити) могат да бъдат възбудени от редуващи се полета с резонансни честоти, равни на „естествените“ честоти, характерни за даден материал. В първия случай резонансът се нарича магнитен, а във втория - циклотронен (поради сходството му с цикличното движение на субатомна частица в циклотрон).

Говорейки за магнитните свойства на атомите, е необходимо да се обърне специално внимание на техния ъглов момент. Магнитното поле действа върху въртящия се атомен дипол, като се стреми да го завърти и постави успоредно на полето. Вместо това, атомът започва да прецесира около посоката на полето (фиг. 10) с честота, зависеща от диполния момент и силата на приложеното поле.

Атомната прецесия не може да се наблюдава директно, тъй като всички атоми в проба прецесират в различна фаза. Ако приложим малко променливо поле, насочено перпендикулярно на постоянното нареждащо поле, тогава се установява определено фазово съотношение между прецесиращите атоми и техният общ магнитен момент започва да прецесира с честота, равна на честотата на прецесия на отделните магнитни моменти. Важна е ъгловата скорост на прецесията. По правило тази стойност е от порядъка на 10 10 Hz/T за намагнитване, свързано с електрони, и от порядъка на 10 7 Hz/T за намагнитване, свързано с положителни заряди в ядрата на атомите.

Схематична диаграма на настройка за наблюдение на ядрено-магнитен резонанс (NMR) е показана на фиг. 11. Изследваното вещество се въвежда в еднородно постоянно поле между полюсите. Ако след това се възбуди радиочестотно поле с помощта на малка намотка, обграждаща епруветката, може да се постигне резонанс при специфична честота, равна на честотата на прецесия на всички ядрени „жироскопи“ в пробата. Измерванията са подобни на настройването на радиоприемник на честотата на определена станция.

Методите на магнитния резонанс позволяват да се изследват не само магнитните свойства на конкретни атоми и ядра, но и свойствата на тяхната среда. Факт е, че магнитните полета в твърдите тела и молекулите са нехомогенни, тъй като са изкривени от атомни заряди, а детайлите на експерименталната резонансна крива се определят от локалното поле в областта, където се намира прецесиращото ядро. Това дава възможност да се изследват структурните характеристики на определена проба с помощта на резонансни методи.

Изчисляване на магнитни свойства.

Магнитната индукция на полето на Земята е 0,5 x 10 –4 Tesla, докато полето между полюсите на силен електромагнит е около 2 Tesla или повече.

Магнитното поле, създадено от всяка конфигурация на токове, може да се изчисли с помощта на формулата на Biot-Savart-Laplace за магнитната индукция на полето, създадено от токов елемент. Изчисляването на полето, създадено от вериги с различни форми и цилиндрични намотки, в много случаи е много сложно. По-долу има формули за редица прости случаи. Магнитна индукция (в тесла) на полето, създадено от дълъг прав проводник, по който протича ток аз

Полето на магнетизиран железен прът е подобно на външното поле на дълъг соленоид, като броят на ампер-оборотите на единица дължина съответства на тока в атомите на повърхността на магнетизирания прът, тъй като токовете вътре в пръта се компенсират една друга (фиг. 12). С името на Ампер такъв повърхностен ток се нарича Ампер. Сила на магнитното поле H a, създаден от тока на Ампер, е равен на магнитния момент на единица обем на пръта М.

Ако в соленоида се постави железен прът, тогава в допълнение към факта, че соленоидният ток създава магнитно поле з, подреждането на атомните диполи в материала на магнетизирания прът създава намагнитване М. В този случай общият магнитен поток се определя от сумата на реалния и амперния ток, така че б = м 0(з + H a), или б = м 0(Н+М). Поведение М/зНаречен магнитна чувствителност и се обозначава с гръцката буква ° С; ° С– безразмерна величина, характеризираща способността на материала да се магнетизира в магнитно поле.

величина б/з, която характеризира магнитните свойства на материала, се нарича магнитна проницаемост и се означава с m a, и m a = м 0м, Където m a- абсолютна и м– относителна пропускливост,

При феромагнитните вещества количеството ° Сможе да има много големи стойности – до 10 4 е 10 6 . величина ° СПарамагнитните материали имат малко повече от нула, а диамагнитните материали имат малко по-малко. Само във вакуум и в много слаби магнитудни полета ° СИ мса постоянни и независими от външното поле. Индукционна зависимост бот зобикновено е нелинейна, а нейните графики, т.нар. кривите на намагнитване за различни материали и дори при различни температури могат да се различават значително (примери за такива криви са показани на фиг. 2 и 3).

Магнитните свойства на материята са много сложни и тяхното дълбоко разбиране изисква внимателен анализ на структурата на атомите, техните взаимодействия в молекулите, техните сблъсъци в газове и взаимното им влияние в твърди вещества и течности; Магнитните свойства на течностите все още са най-малко проучени.

ЗЕМЕН МАГНЕТИЗЪМ, отдел по геофизика, който изучава земното магнитно поле. Нека силата на магнитното поле в дадена точка е представена от вектора F (фиг. 1). Вертикалната равнина, съдържаща този вектор, се нарича равнина на магнитния меридиан. Ъгълът D между равнините на географския и магнитния меридиан се нарича деклинация. Има източни и западни деклинации. Обичайно е източните деклинации да се отбелязват със знак плюс, а западните - със знак минус. Ъгълът I, образуван от вектора F с равнината на хоризонта, се нарича наклон. Проекцията H на вектора F върху хоризонталната равнина се нарича хоризонтална компонента, а проекцията Z върху вертикалната права се нарича вертикална компонента.

Основните инструменти за измерване на елементите на земния магнетизъм в момента са магнитният теодолит и различни системи от инклинатори. Целта на магнитния теодолит е да измерва хоризонталния компонент на магнитното поле и деклинацията. Хоризонтално разположен магнит, способен да се върти около вертикална ос, е инсталиран под въздействието на земното магнитно поле с оста в равнината на магнитния меридиан. Ако бъде изведен от това равновесно положение и след това оставен на себе си, той ще започне да се колебае около равнината на магнитния меридиан с период T, определен по формулата:

където K е инерционният момент на трептящата система (магнит и рамка), а M е магнитният момент на магнита. След като се определи стойността на K от специални наблюдения, е възможно да се намери стойността на продукта MN от наблюдавания период T. След това се поставя магнит, чийто период на трептене се определя, на известно разстояние от друг, спомагателен магнит, който също има способността да се върти около вертикална ос, като първият магнит се ориентира така, че центърът на втория магнит е върху продължението на магнитната ос на първата. В този случай, освен H, спомагателният магнит ще бъде засегнат и от магнитното поле M, което може. намира се по формулата:

където B е разстоянието между центровете на двата магнита, a, b,... са някои константи. Магнитът ще напусне равнината на магнитния меридиан и ще се насочи към резултантната на тези две сили. Без да променяте относителното разположение на частите на инсталацията, намерете такова положение на отклоняващия магнит, при което посоченият резултат ще бъде перпендикулярен на него (фиг. 2). Чрез измерване на ъгъла на отклонение v за този случай е възможно да се намери стойността на съотношението от връзката sin v = f / H. От получените стойности на MH и H / M се определя хоризонталният компонент H. В теорията на земния магнетизъм е обичайна единица, обозначена със символа γ, равна на 0,00001 гауса. Магнитният теодолит може да се използва като деклинатор и устройство за измерване на деклинация. Чрез изравняване на зрителната равнина с посоката на магнитната ос на магнит, окачен на нишка, тя се привежда в съвпадение с равнината на магнитния меридиан. За да се получи отчитане на кръга, съответстващ на насочване на мерника към географския север, е достатъчно да се посочи обект, чийто истински азимут е известен. Разликата в показанията на географския и магнитния меридиан дава стойността на деклинацията.

Инклинатор - устройство за измерване на I. Съвременната магнитометрия има два вида устройства за измерване на наклона - стрелкови и индукционни инклинатори. Първото устройство има магнитна стрелка, въртяща се около хоризонтална ос, поставена в центъра на вертикален крайник. Равнината на движение на стрелката е подравнена с равнината на магнитния меридиан; в този случай, при идеални условия, магнитната ос на стрелката в равновесно положение ще съвпадне с посоката на магнитното напрежение в дадена точка, а ъгълът между посоката на магнитната ос на стрелката и хоризонталната линия ще дайте стойност I. Дизайнът на индукционния инклинатор се основава на ( земен индуктор) основава се явлението индукция в проводник, движещ се в магнитно поле. Съществена характеристика на устройството е намотката, която се върти около един от диаметрите си. Когато такава намотка се върти в земното магнитно поле, в нея не се появява ЕМП само ако оста на въртене съвпада с посоката на полето. Това положение на оста, маркирано от липсата на ток в галванометъра, към който е затворена бобината, се измерва на вертикален кръг. Ъгълът между посоката на оста на въртене на намотката и хоризонта ще бъде ъгълът на наклона.

Устройствата, споменати по-горе, в момента са най-често срещаните. Специално трябва да се спомене магнитният теодолит Ogloblinsky, който определя стойността на H / M чрез метода на H компенсация от магнитното поле, за което се определя периодът на трептене.

Напоследък т.нар електрически методи за измерване на H, при които отклоненията се произвеждат не от отклоняващ магнит, а от магнитното поле на намотки. За да се постигне точността, изисквана от магнитните измервания (0,2-0,02% от пълното напрежение), работният ток се сравнява с тока от нормалните елементи (компенсация с помощта на метода на потенциометъра).

Измерванията, направени в различни точки на земната повърхност, показват, че магнитното поле варира от точка до точка. В тези промени могат да се забележат някои закономерности, чиято природа се разбира най-добре от разглеждането на т.нар. магнитни карти (фиг. 3 и 4).

Ако начертаете линии на топографска основа, свързващи точки с равни стойности на всеки елемент от земния магнетизъм, тогава такава карта ще представи ясна картина на разпределението на този елемент на земята. Съответстващи на различните елементи на земния магнетизъм има карти с различни системи от изолинии. Тези изолинии имат специални имена в зависимост от това какъв елемент представляват. Така линиите, свързващи точки с равни наклони, се наричат ​​изогони (линията на нулеви наклони се нарича агонична линия), линиите с равни наклони са изоклини, а линиите с равни напрежения са изодини. Има изодинамика на хоризонталната, вертикалната компонента и т.н. Ако построите такива карти за цялата повърхност на земното кълбо, ще забележите върху тях следните характеристики. В екваториалните райони се наблюдават най-високите стойности на хоризонталната сила (до 0,39 гауса); към полюсите хоризонталната компонента намалява. Обратният характер на промените се наблюдава при вертикалния компонент. Извиква се линията на нулевите стойности на вертикалния компонент магнитен екватор. Точките с нулеви стойности на хоризонталната сила се наричат магнитни полюсиземя. Те не съвпадат с географските координати и имат следните координати: северен магнитен полюс - 70,5° с.ш. w. и 96,0° з.д. д. (1922), южен магнитен полюс - 71,2° ю. w. и 151,0° и. д. г. (1912). Всички изогони се пресичат на магнитните полюси на земята.

Подробно изследване на земното магнитно поле разкрива, че изолиниите не са толкова гладки, колкото предполага общата картина. На всяка такава крива има кривини, които нарушават плавния й ход. В някои области тези кривини достигат толкова големи стойности, че тази област трябва да бъде изолирана магнитно от общата картина. Такива области се наричат ​​аномални и в тях могат да се наблюдават стойности на магнитни елементи, които са многократно по-високи от нормалното поле. Проучване магнитни аномалии изясни тясната им връзка с геоложкия строеж на горните части на земната кора, гл. обр. във връзка със съдържанието на магнитни минерали в тях и породи специален клон на магнитометрията, който има приложно значение и има за цел да приложи магнитометрията и измерванията за проучване на минното дело. Такива аномални зони, които вече имат голямо промишлено значение, се намират в Урал, Курска област, Кривой Рог, Швеция, Финландия и други места. За изследване на магнитното поле на такива зони е разработено специално оборудване (магнитометър Tyberg-Thalen, локални калвариометри и др.), което позволява бързо получаване на необходимите резултати от измерванията. Изследването на земното магнитно поле във всяка една точка разкрива факта на промени в това поле с течение на времето. Подробното изследване на тези времеви вариации в елементите на земния магнетизъм доведе до установяването на връзката им с живота на земното кълбо като цяло. Вариациите отразяват въртенето на земята около нейната ос, движението на земята спрямо слънцето и цяла поредица от космически явления. Изследването на вариациите се извършва от специални магнитни обсерватории, оборудвани освен с прецизни инструменти за измерване на елементи на земното магнитно поле, със специални инсталации за непрекъснато регистриране на временни промени в магнитните елементи. Такива устройства се наричат ​​вариометри или магнитографи и обикновено се използват за записване на вариации на D, H и Z. Устройство за записване на вариации на деклинацията (вариометър D или унифилар) има магнит с огледало, прикрепено към него, висящо свободно на тънка нишка. Промените в деклинацията, които се състоят в завъртане на равнината на магнитния меридиан, карат магнита, окачен по този начин, да се върти. Лъч, хвърлен от специален осветител, отразен от магнитно огледало, създава движещо се светлинно петно, което оставя следа под формата на крива върху фоточувствителна хартия, навита върху въртящ се барабан или спусната вертикално. Линия, начертана от лъч, отразен от неподвижно огледало, и времеви щампи позволяват използването на получената магнитограма за намиране на промяната в D за всеки момент от времето. Ако завъртите конеца, завъртайки горната точка на закрепването му, магнитът ще излезе от равнината на магнитния меридиан; като го затегнете правилно, можете да го поставите в позиция, перпендикулярна на оригиналната. В новото равновесно положение магнитът ще се въздейства, от една страна, от N, а от друга, от момента на усуканата нишка. Всяка промяна в хоризонталния компонент ще доведе до промяна в равновесното положение на магнита и такова устройство ще забележи промени в хоризонталния компонент (вариометър H или бифиларен, ако магнитът е окачен на две успоредни нишки). Тези вариации се записват по същия начин, както се записват промените в деклинацията. И накрая, третото устройство, което служи за записване на промените във вертикалния компонент (везна на Лойд, вариометър Z), има магнит, който осцилира, подобно на везната, около хоризонтална ос. Чрез правилно преместване на центъра на тежестта с помощта на подвижна тежест, магнитът на това устройство се довежда до позиция, близка до хоризонталната, и обикновено се монтира така, че равнината на движение на магнита да е насочена перпендикулярно на равнината на магнитния меридиан. В този случай равновесното положение на магнита се определя от действието на Z и теглото на системата. Промяна в първата стойност ще доведе до известен наклон на магнита, пропорционален на промяната във вертикалния компонент. Тези промени в наклона се записват, подобно на предишния, фотографски и предоставят материал за преценка относно вариациите във вертикалния компонент.

Ако подложите на анализ записаните от магнитографи (магнитограми) криви, върху тях можете да откриете редица особености, от които най-напред ще ви грабне вниманието ясно изразеното денонощно изменение. Положението на максимумите и минимумите на дневния цикъл, както и техните стойности, варират в малки граници от ден на ден и следователно, за да се характеризира дневният цикъл, се съставят някои средни криви за определен интервал от време. На фиг. Фигура 5 показва кривите на промените в D, H и Z за обсерваторията в Слуцк за септември 1927 г., на които ясно се вижда дневната вариация на елементите.

Най-нагледният начин за изобразяване на вариациите е т.нар. векторна диаграма, представляваща движението на края на вектора F във времето. Две проекции на векторната диаграма върху равнините yz и xy са дадени на фиг. 6. От тази фиг. Може да се види как времето на годината се отразява в характера на дневния цикъл: през зимните месеци колебанията на магнитните елементи са много по-малки, отколкото през летните месеци.

В допълнение към вариациите, дължащи се на дневния цикъл, понякога се забелязват резки промени на магнитограмите, често достигащи много големи стойности. Такива внезапни промени в магнитните елементи са придружени от редица други явления, като: полярно сияние в арктическите райони, поява на индуцирани токове в телеграфните и телефонните линии и др., и се наричат. магнитни бури. Има фундаментална разлика между вариациите, дължащи се на нормалния ход, и тези, причинени от бури. Докато нормалните промени се случват за всяка точка на наблюдение в местно време, вариациите, причинени от бури, се случват едновременно за цялото земно кълбо. Това обстоятелство показва различния характер на вариациите на двата вида.

Желанието да се обясни разпределението на елементите на земния магнетизъм, наблюдавани на повърхността на земята, доведе Гаус до изграждането на математическа теория на геомагнетизма. Изследването на елементите на земния магнетизъм още от първите геомагнитни измервания е открило съществуването на т.нар. светския ход на елементите и по-нататъшното развитие на теорията на Гаус включваше, наред с други задачи, вземането под внимание на тези светски вариации. В резултат на работата на Питърсън, Ноймайер и други изследователи сега има формула за потенциала, която взема предвид този светски курс.

Сред хипотезите, предложени за обяснение на дневния и годишен цикъл на геомагнитните елементи, трябва да отбележим хипотезата, предложена от Балфур-Стюарт и развита от Шустер. Според тези изследователи във високоелектропроводими слоеве на атмосферата под топлинното действие на слънчевите лъчи възникват движения на газови маси. Магнитното поле на Земята индуцира електрически токове в тези движещи се проводящи маси, чието магнитно поле се проявява под формата на дневни вариации. Тази теория добре обяснява намаляването на амплитудата на вариациите през зимните месеци и изяснява преобладаващата роля на местното време. Що се отнася до магнитните бури, последните изследвания показват тясната им връзка със слънчевата активност. Изясняването на тази връзка доведе до следната общоприета в момента теория за магнитните смущения. В моментите на най-интензивната си активност Слънцето излъчва потоци от електрически заредени частици (например електрони). Такъв поток, навлизайки в горните слоеве на атмосферата, я йонизира и създава възможност за протичане на интензивни електрически токове, чието магнитно поле е смущението, което наричаме магнитни бури. Това обяснение на природата на магнитните бури се съгласува добре с резултатите от теорията за полярните сияния, разработена от Stermer.

ЗЕМЕН МАГНЕТИЗЪМ

магнетизъм, геомагнетизъм, магнитно поле на Земята и околоземното пространство; дял от геофизиката, който изучава разпределението в пространството и промените във времето на геомагнитното поле, както и свързаните с него геофизични процеси в Земята и горните слоеве на атмосферата.

Във всяка точка на пространството геомагнитното поле се характеризира с вектор на напрежение T, чиято величина и посока се определят от 3 компонента X, Y, Z (северна, източна и вертикална) в правоъгълна координатна система (фиг. 1). ) или 3 елемента на геомагнитното поле: хоризонталната компонента на напрежението H, магнитната деклинация D (ъгълът между H и равнината на географския меридиан) и магнитната инклинация I (ъгълът между T и равнината на хоризонта).

Земният магнетизъм се причинява от действието на постоянни източници, разположени вътре в Земята и изпитващи само бавни вековни промени (вариации), и външни (променливи) източници, разположени в магнитосферата и йоносферата на Земята. Съответно се прави разлика между основно (основно, ~99%) и променливо (~1%) геомагнитни полета.

Основно (постоянно) геомагнитно поле. За да се изследва пространственото разпределение на основното геомагнитно поле, стойностите на H, D, I, измерени на различни места, се нанасят върху карти (магнитни карти) и точките с еднакви стойности на елементите се свързват с линии. Такива линии се наричат ​​съответно изодинамика, изогони и изоклини. Линията (изоклина) I 0, т.е. магнитният екватор, не съвпада с географския екватор. С увеличаване на географската ширина стойността на I нараства до 90| на магнитните полюси. Общото напрежение T (фиг. 2) от екватора до полюса се увеличава от 33,4 до 55,7 a/m (от 0,42 до 0,70 oe). Координати на северния магнитен полюс през 1970 г.: географска дължина 101,5| ч. д., ширина 75,7| с. ш.; южен магнитен полюс: географска дължина 140.3| V. д., ширина 65,5| Ю. w. С първо приближение сложна картина на разпределението на геомагнитното поле може да бъде представена от полето на дипол (ексцентричен, изместен от центъра на Земята с приблизително 436 km) или хомогенна намагнитизирана топка, чийто магнитен момент е насочена под ъгъл 11,5 | към оста на въртене на Земята. Геомагнитните полюси (полюси на равномерно магнетизирана топка) и магнитните полюси определят съответно система от геомагнитни координати (геомагнитна ширина, геомагнитен меридиан, геомагнитен екватор) и магнитни координати (магнитна ширина, магнитен меридиан). Отклоненията на действителното разпределение на геомагнитното поле от дипола (нормалното) се наричат ​​магнитни аномалии. В зависимост от интензивността и размера на заеманата територия се разграничават глобални аномалии с дълбок произход, например източносибирски, бразилски и др., както и регионални и локални аномалии. Последното може да бъде причинено например от неравномерното разпределение на феромагнитните минерали в земната кора. Влиянието на глобалните аномалии се усеща до височини ~ 0,5 R3 над земната повърхност (R3 е радиусът на Земята). Основното геомагнитно поле има диполен характер до височини ~3 R3.

Той преживява вековни вариации, които не са еднакви по целия свят. В местата с най-интензивна вековна вариация, вариациите достигат 150g годишно (1g10-5e). Налице е също така систематичен дрейф на магнитните аномалии на запад със скорост от около 0,2|на година и промяна в големината и посоката на магнитния момент на Земята със скорост от ~20 g на година. Поради вековни вариации и недостатъчно познаване на геомагнитното поле върху големи територии (океани и полярни региони), съществува необходимост от повторно компилиране на магнитни карти. За тази цел в световен мащаб се извършват магнитни изследвания на сушата, в океаните (на немагнитни кораби), във въздуха (аеромагнитни изследвания) и в космоса (използвайки изкуствени спътници на Земята). За измервания се използват: магнитен компас, магнитен теодолит, магнитни везни, инклинатор, магнитометър, аеромагнитометър и други инструменти. Изучаването на геодезията и съставянето на карти на всички нейни елементи играе важна роля в морската и въздушна навигация, геодезия и геодезия.

Изследването на геомагнитното поле от минали епохи се извършва чрез остатъчната магнетизация на скалите (виж Палеомагнетизъм), а за историческия период - чрез магнетизацията на изпечени глинени продукти (тухли, керамични съдове и др.). Палеомагнитните изследвания показват, че посоката на основното магнитно поле на Земята е била обръщана много пъти в миналото. Последната такава промяна се е случила преди около 0,7 милиона години.

А. Д. Шевнин.

Произход на основното геомагнитно поле. За да се обясни произхода на основното геомагнитно поле, са изложени много различни хипотези, включително хипотезата за съществуването на основен закон на природата, според който всяко въртящо се тяло има магнитен момент. Правени са опити да се обясни основното геомагнитно поле с наличието на феромагнитни материали в земната кора или ядро; движението на електрически заряди, които, участвайки в ежедневното въртене на Земята, създават електрически ток; наличието в ядрото на Земята на течения, причинени от термоелектродвижещата сила на границата на ядрото и мантията и т.н., и накрая, действието на така нареченото хидромагнитно динамо в течното метално ядро ​​на Земята. Съвременните данни за вековни вариации и многократни промени в полярността на геомагнитното поле се обясняват задоволително само с хипотезата за хидромагнитно динамо (HD). Според тази хипотеза в електропроводимото течно ядро ​​на Земята могат да възникнат доста сложни и интензивни движения, водещи до самовъзбуждане на магнитно поле, подобно на това как се генерират ток и магнитно поле в самовъзбуждащо се динамо. Действието на газовия генератор се основава на електромагнитна индукция в движеща се среда, която при движението си пресича силовите линии на магнитното поле.

GD изследванията се основават на магнитохидродинамиката. Ако разгледаме скоростта на движение на материята в течното ядро ​​на Земята като дадена, тогава можем да докажем фундаменталната възможност за генериране на магнитно поле по време на движения от различни видове, както стационарни, така и нестационарни, регулярни и турбулентни. Осредненото магнитно поле в ядрото може да се представи като сума от две компоненти - тороидалното поле B j и полето Bp, чиито полеви линии лежат в меридионалните равнини (фиг. 3). Силовите линии на тороидалното магнитно поле B j са затворени вътре в земното ядро ​​и не излизат навън. Според най-разпространената схема на земния GD, полето Bj е стотици пъти по-силно от полето Bp, проникващо навън от ядрото, което има предимно диполна форма. Нехомогенното въртене на електропроводимия флуид в ядрото на Земята деформира силовите линии на полето Bp и формира от тях силовите линии на полето B (. На свой ред, полето Bp се генерира поради индуктивното взаимодействие на проводяща течност движейки се по сложен начин с полето B j. За да се осигури генерирането на поле Bp от B j, движенията на течността не трябва да бъдат осесиметрични. В противен случай, както показва кинетичната теория на HD, движенията могат да бъдат много разнообразни. движенията на проводящата течност създават по време на процеса на генериране, в допълнение към полето BP, също и други бавно променящи се полета, които, прониквайки от ядрото навън, причиняват вековни вариации на основното геомагнитно поле.

Общата теория на GD, която изучава както генерирането на полето, така и „двигателя“ на земния GD, т.е. произхода на движенията, все още е в начален етап на развитие и в нея много все още е хипотетично. Архимедовите сили, причинени от малки нееднородности в плътността в ядрото, и инерционните сили се изтъкват като причини, предизвикващи движенията.

Първият може да бъде свързан или с отделянето на топлина в сърцевината и термичното разширение на течността (топлинна конвекция), или с хетерогенността на състава на сърцевината поради освобождаването на примеси по нейните граници. Последното може да бъде причинено от ускорение поради прецесията на земната ос. Близостта на геомагнитното поле до полето на дипол с ос, почти успоредна на оста на въртене на Земята, показва тясна връзка между въртенето на Земята и произхода на геомагнитната маса на Земята.Въртенето създава сила на Кориолис, която може да играе значителна роля в геодинамичния механизъм на Земята. Зависимостта на величината на геомагнитното поле от интензивността на движението на материята в земното ядро ​​е сложна и все още не е достатъчно проучена. Според палеомагнитните изследвания величината на геомагнитното поле варира, но средно по порядъка на величината остава непроменена за дълго време - от порядъка на стотици милиони години.

Функционирането на геодинамиката на Земята е свързано с много процеси в ядрото и мантията на Земята, поради което изучаването на основното геомагнитно поле и геодинамиката на Земята е съществена част от целия комплекс от геофизични изследвания на вътрешната структура и развитие на Земята.

С. И. Брагински.

Променливо геомагнитно поле. Измерванията, проведени на сателити и ракети, показват, че взаимодействието на плазмата на слънчевия вятър с геомагнитното поле води до нарушаване на диполната структура на полето на разстояние ~3 Rз от центъра на Земята. Слънчевият вятър локализира геомагнитното поле в ограничен обем от околоземното пространство - земната магнитосфера, докато на границата на магнитосферата динамичното налягане на слънчевия вятър се балансира от налягането на земното магнитно поле. Слънчевият вятър компресира магнитното поле на Земята от дневната страна и пренася линиите на геомагнитното поле на полярните региони към нощната страна, образувайки магнитната опашка на Земята с дължина най-малко 5 милиона km близо до равнината на еклиптиката (виж фигурата в статии Земята и земната магнитосфера). Приблизително диполната област на полето със затворени силови линии (вътрешна магнитосфера) е магнитен капан на заредени частици от близка до Земята плазма (виж радиационните пояси на Земята).

Потокът от плазма на слънчевия вятър около магнитосферата с променлива плътност и скорост на заредени частици, както и пробивът на частици в магнитосферата водят до промени в интензитета на системите за електрически ток в магнитосферата и йоносферата на Земята. Съвременните системи от своя страна причиняват колебания на геомагнитното поле в околоземното пространство и на повърхността на Земята в широк диапазон от честоти (от 10-5 до 102 Hz) и амплитуди (от 10-3 до 10-7 oe) Фотографски запис на непрекъснати промени в геомагнитното поле, извършен в магнитни обсерватории с помощта на магнитографи. В тихо време се наблюдават периодични слънчево-денонощни и луно-денонощни магнитни вариации с амплитуди съответно 30-70g и 1-5g в ниските и средните ширини. Други наблюдавани неравномерни колебания на полето с различна форма и амплитуда се наричат ​​магнитни смущения, сред които се разграничават няколко вида магнитни вариации.

Магнитните смущения, които обхващат цялата Земя и продължават от един (фиг. 4) до няколко дни, се наричат ​​глобални магнитни бури, при които амплитудата на отделните компоненти може да надхвърли 1000g. Магнитната буря е едно от проявленията на силни смущения на магнитосферата, които възникват при промяна на параметрите на слънчевия вятър, особено скоростта на неговите частици и нормалния компонент на междупланетното магнитно поле спрямо равнината на еклиптиката. Силните смущения на магнитосферата са придружени от появата в горните слоеве на земната атмосфера на полярни сияния, йоносферни смущения, рентгеново и нискочестотно лъчение.

Практически приложения на магнитните явления Под въздействието на геомагнитното поле магнитната стрелка се намира в равнината на магнитния меридиан. Това явление се използва от древни времена за ориентиране на местността, начертаване на курса на корабите в открито море, в геодезическата и геодезическа практика, във военното дело и др. (виж компас, компас).

Проучването на местните магнитни аномалии позволява да се открият полезни изкопаеми, предимно желязна руда (виж Магнитно изследване), и в комбинация с други геофизични методи за изследване да се определи тяхното местоположение и запаси. Широко разпространение получи магнитотелуричният метод за изследване на недрата на Земята, при който електропроводимостта на вътрешните слоеве на Земята се изчислява от полето на магнитна буря и след това се оценяват съществуващите там налягане и температура.

Един източник на информация за горните слоеве на атмосферата са геомагнитните вариации. Магнитните смущения, свързани например с магнитна буря, възникват няколко часа по-рано, отколкото под нейно влияние настъпват промени в йоносферата, които нарушават радиокомуникациите. Това дава възможност да се правят магнитни прогнози, необходими за осигуряване на непрекъснати радиокомуникации ("радио прогнози за времето"). Геомагнитните данни също служат за прогнозиране на радиационната обстановка в околоземното пространство по време на космически полети.

Постоянността на геомагнитното поле до височини от няколко радиуса на Земята се използва за ориентация и маневриране на космически кораби.

Геомагнитното поле влияе върху живите организми, флората и човека. Например в периоди на магнитни бури се увеличава броят на сърдечно-съдовите заболявания, влошава се състоянието на пациентите с хипертония и др. Изследването на естеството на електромагнитните ефекти върху живите организми е една от новите и обещаващи области на биологията.

А. Д. Шевнин.

Лит .: Яновски Б. М., Земен магнетизъм, т. 1-2, Л., 1963-64; негово, Развитие на работата по геомагнетизма в СССР през годините на съветската власт. „Трудове на Академията на науките на СССР, Физика на Земята“, 1967 г., | 11, стр. 54; Наръчник по променливото магнитно поле на СССР, Л., 1954 г.; Околоземното пространство. Справочни данни, прев. от англ., М., 1966; Настоящето и миналото на магнитното поле на Земята, М., 1965; Брагински S.I., За основите на теорията за хидромагнитното динамо на Земята, "Геомагнетизъм и аерономия", 1967 г., том 7, | 3, стр. 401; Слънчево-земна физика, М., 1968.

Велика съветска енциклопедия, TSB. 2012

Вижте също тълкувания, синоними, значения на думата и какво е ЗЕМЕН МАГНЕТИЗЪМ на руски в речници, енциклопедии и справочници:

• ЗЕМЕН МАГНЕТИЗЪМ
  Астрономическите проблеми на движението на небесните тела в космоса са относително лесни за решаване, главно защото тези тела са много далеч едно от друго...
• ЗЕМЕН МАГНЕТИЗЪМ
  ? Астрономическите проблеми на движението на небесните тела в космоса са относително лесни за решаване, главно защото тези тела са отделени едно от друго...
• ЗЕМЕН МАГНЕТИЗЪМ
  
• ЗЕМЕН МАГНЕТИЗЪМ в съвременния тълковен речник, TSB:
  магнитното поле на Земята, чието съществуване се дължи на действието на постоянни източници, разположени вътре в Земята (виж Хидромагнитно динамо) и създаващи основния компонент на полето ...
• МАГНЕТИЗЪМ,
  Животно. Докато официалната наука го нарича „въображаем” медиатор и напълно отрича реалността му, безброй милиони древни и...
• МАГНЕТИЗЪМ в Индекса на речника на теософските концепции към Тайната доктрина, Теософски речник:
  - Силата е в природата и човека. В първия случай той представлява средата, предизвикваща различни явления на привличане, полярност и т.н. В…
• МАГНЕТИЗЪМ в Големия енциклопедичен речник:
  (от гръцки magnetis - магнит) 1) клон на физиката, който изучава взаимодействието на движещи се електрически заредени частици (тела) или частици (тела) с магнитни ...
• МАГНЕТИЗЪМ във Великата съветска енциклопедия, TSB:
  (от гръцки magnetis - магнит), се проявява в макромащаб като взаимодействие между електрически токове, между токове и магнити (т.е. тела...
• МАГНЕТИЗЪМ в Енциклопедичния речник на Brockhaus и Euphron:
  1) Свойства на магнитите. Най-характерното магнитно явление - привличането на парчета желязо от магнит - е известно от древността. Въпреки това, в…
• МАГНЕТИЗЪМ в съвременния енциклопедичен речник:
  
• МАГНЕТИЗЪМ
  (от гръцки magnetis - магнит, от Magnetis lithos, буквално - камък от Магнезия, древен град в Мала Азия), дял от физиката, ...
• МАГНЕТИЗЪМ в Енциклопедичния речник:
  а, мн. не, м. 1. физ. Набор от магнитни явления. Земен м. 2. физически. Учението за магнитните явления и магнитните свойства...
• МАГНЕТИЗЪМ в Енциклопедичния речник:
  , -а.,м. 1. Набор от явления, свързани с действието на свойствата на магнит (специален). Земя м. 2. прев. Притегателна сила (остаряло). М. нечий ...
• ЗЕМНИ в Енциклопедичния речник:
  , Ох ох. 1. виж земя. 2. Съсредоточен върху живота с неговите реални дела и мисли, далеч от високите идеали. ...
• МАГНЕТИЗЪМ
  МАГНЕТИЗЪМ (от гръцки magn;tis - магнит), дял от физиката, който изучава взаимодействието на електрически движещи се заряди. частици (тела) или частици (тела) с магн. ...
• ЗЕМНИ в Големия руски енциклопедичен речник:
  ЗЕМЕН ЕЛИПСОВ, елипсоид на въртене, макс. близо до фигурата на геоида; нейният размер и позиция в тялото на Земята се определят от градусови измервания, ...
• ЗЕМНИ в Големия руски енциклопедичен речник:
  ЗЕМЕН МАГНЕТИЗЪМ, магнитен поле на Земята, чието съществуване се дължи на действието на пост. източници, разположени вътре в Земята (виж Хидромагнитно динамо) и създаващи ...
• ЗЕМНИ в Големия руски енциклопедичен речник:
  ИНСТИТУТ ЗА ЗЕМНАТА КОРА (IZK) SB RAS, основан през 1957 г. в Иркутск. Проучване структурата на земната кора и процесите в дълбоките зони, ...
• МАГНЕТИЗЪМ в Енциклопедията на Брокхаус и Ефрон:
  1) Свойства на магнитите. Кое е най-характерното магнитно явление? привличане на парчета желязо от магнит? познат от древни времена. Въпреки това, в…
• МАГНЕТИЗЪМ
  магнети"зм, магнети"зма, магнети"зма, магнети"змов, магнети"зму, магнети"зм, магнети"зм, магнети"зма, магнети"змом, магнети"змами, магнети"зме, ...
• ЗЕМНИ в пълната акцентирана парадигма според Зализняк:
  земен, земен, земен, земен, земен, земен, земен, земен, земен, земен, земен, земен, земен, земен, земен, земен, земен, земен, земен, земен, земен, земен, земен, земен, земен, земен, земен, земен, земен, земен, земен, земен, земен...
• ЗЕМНИ в Речника на великоруския език на бизнес комуникацията:
  неманиакален старши мениджър...
• МАГНЕТИЗЪМ в Новия речник на чуждите думи:
  (виж магнит) 1) изучаването на магнитни явления и магнитни свойства на телата; 2) съвкупност от магнитни явления; земен м. - ...
• МАГНЕТИЗЪМ в речника на чуждите изрази:
  [см. magnet] 1. изследване на магнитните явления и магнитните свойства на телата; 2. съвкупност от магнитни явления; земя м. - магнитно поле...
• ЗЕМНИ в Речника на синонимите на Абрамов:
  виж нетраен || край на земната кариера, край на земното съществуване, земното кълбо, долината...
• МАГНЕТИЗЪМ
  геомагнетизъм, хипноза, хипнотизация, хипнотизъм, сила, ...
• ЗЕМНИ в речника на руските синоними:
  долни, долни, местен, световен, земен, подлунен, подслънчев, телесен, земен, ...
• МАГНЕТИЗЪМ
  м. 1) а) Свойството на някои тела - магнити - да привличат или отблъскват други тела от себе си. б) трансфер ...
• ЗЕМНИ в Новия тълковен речник на руския език от Ефремова:
  1. прил. 1) Корелативни по значение. със съществително: Земя (1), свързано с него. 2) Характерен за Земята (1), характерен за нея. ...
• МАГНЕТИЗЪМ в Речника на руския език на Лопатин:
  магнетизъм,...
• ЗЕМНИ в Речника на руския език на Лопатин.
• МАГНЕТИЗЪМ в Пълния правописен речник на руския език:
  магнетизъм...
• ЗЕМНИ в Пълния правописен речник на руския език.
• МАГНЕТИЗЪМ в правописния речник:
  магнетизъм,...
• ЗЕМНИ в Правописния речник.
• МАГНЕТИЗЪМ в Речника на руския език на Ожегов:
  Obs привлекателна сила на М. нечий. думи, погледи. магнетизмът е набор от явления, свързани с действието на свойствата на магнит Спец Земя...