Die Bedeutung des Erdmagnetismus in der Großen Sowjetischen Enzyklopädie, BSE. Vorlesung: Erdmagnetismus und seine Bedeutung Innerer Aufbau und Aufbau der Erde, Erdmagnetismus
Unser Erde- der fünftgrößte der neun Planeten, die auf ihren Bahnen die Sonne, den nächsten Stern, umkreisen. Jede Sekunde legt die Erde etwa 30 km zurück und vollendet innerhalb eines Jahres eine vollständige Umdrehung um die Sonne. Darüber hinaus dreht sich die Erde wie ein Kreisel um ihre Achse und vollführt in 24 Stunden eine vollständige Umdrehung. Die Erde ist keine perfekte Kugel. Sein Durchmesser beträgt am Äquator (der herkömmlichen Linie, die den Globus in die nördliche und südliche Hemisphäre teilt) 12.756 km und an den Polen 12.714 km. Der Erdumfang am Äquator beträgt 40.075 km.
Mond- Der nächste kosmische Nachbar der Erde. Sein Durchmesser ist etwa viermal kleiner als der Erddurchmesser und beträgt 3475 km. Die Gesteine, aus denen der Mond besteht, sind weniger dicht als die auf der Erde, sodass der Mond achtmal weniger wiegt als die Erde.
Die Erde ist der dritte Planet von der Sonne aus gesehen und besteht hauptsächlich aus Gestein.
„Fragebogen“ unseres Planeten oder was wir definitiv über die Erde wissen
Heute wissen wir genau, dass der Planet, auf dem die Menschheit lebt, einen durchschnittlichen Radius von 6371 km hat. In der Äquatorebene ist sie jedoch etwas größer – etwa 6378 km, und die Entfernung vom Erdmittelpunkt zum Pol ist geringer, fast 6357 km.
Die Erdoberfläche beträgt 510 Millionen km2, davon sind 71 % Ozeane und der Rest Land. Vielleicht wäre es richtiger, unseren Planeten Ozean zu nennen, da es auf der Erde viel weniger Land gibt?
Das Volumen des Globus wird durch die Anzahl der Kubikkilometer angegeben, die mit zwölf Nullen endet. Jeder Kubikmeter Material, aus dem die Erde besteht, wiegt im Durchschnitt etwas mehr als 5,5 Tonnen. Wenn es also einem Riesen gelingen würde, den Planeten in gigantische Ausmaße zu bringen, würde er sechseinundzwanzig Nulltonnen „ziehen“!
Die innere Zusammensetzung des Planeten wird von Eisen dominiert – fast 35 %; dann kommt Sauerstoff (ca. 30 %), dann Silizium (15 %) und Magnesium (12 %). Aber das ist im Durchschnitt.
Im Laufe der 4,6 Milliarden Jahre des Bestehens der Erde hat die Schwerkraft schwerere Gesteine tiefer in die Erde getragen, während leichtere Gesteine näher an der Oberfläche zurückblieben. Diese „Sortierung“ wurde auch durch die Hitze des Erdinneren unterstützt – in der Mitte der Erde lag die Temperatur zwischen 5000 und 6000 °C. Daher wurde der Körper des Planeten sowohl in seinen physikalischen Eigenschaften als auch in seiner chemischen Zusammensetzung heterogen. Im Kern liegt der Kern des Planeten; Es ist von einem Mantel umgeben und darüber liegt die Erdkruste.
Der Planet Erde hat seinen eigenen Magnetismus – er ist von einem unsichtbaren Feld magnetischer Kräfte umgeben, die wir nicht spüren, die aber auf Materialien wirken, die Eisen oder andere Metalle enthalten. Sie können das Magnetfeld mit einem Kompass erkennen. Die Kompassnadel ist ein langer, dünner Magnet. In Wechselwirkung mit dem Erdmagnetismus dreht es sich und zeigt nach Norden und Süden.
1. Magnetische Kraftlinien, 2. Erde
Es ist am Nord- und Südmagnetpol am stärksten ausgeprägt. Dort sind die magnetischen Kraftlinien vertikal gerichtet.
Das Magnetfeld der Erde wird wahrscheinlich durch Kräfte angetrieben, die von ihrem äußeren Kern, einer Eisenhülle, die etwa 2.900 km unter der Oberfläche liegt, erzeugt werden. Der Druck in dieser Tiefe ist sehr hoch und die Temperatur übersteigt 4000 °C. Bei dieser Temperatur liegt Eisen in flüssigem Zustand vor. Durch die Rotation der Erde drehen sich Ströme geschmolzenen Eisens wie ein Korkenzieher. Ihre Bewegung erzeugt Elektrizität, die wiederum ein Magnetfeld erzeugt, das den Globus umgibt und uns vor den hochenergetischen Teilchen schützt, mit denen die Sonne die Erde bombardiert. Einige Teilchen werden jedoch von den Magnetpolen angezogen und verursachen Blitze am Nachthimmel – das Polarlicht.
Das Magnetfeld breitet sich in den Weltraum aus und bildet die Magnetosphäre. Hochenergetische Sonnenteilchen, der „Sonnenwind“, bombardieren die Magnetosphäre und lassen sie eine Tropfenform annehmen.
Kolossale Ströme thermischer Energie im Inneren der Erde und die Rotation des Planeten um seine Achse zwingen halbflüssige Steinblöcke dazu, sich spiralförmig zu bewegen. Diese Spiralströme regen elektrische Ströme an, die ein Magnetfeld erzeugen.
Bereits im 19. Jahrhundert wollte ein Wissenschaftler aus England namens Schuster verstehen und erklären, woraus der Magnetismus der Erde besteht. Er nahm an, dass dies durch die Drehung um die eigene Achse verursacht wurde. In Russland widmete der Physiker P. Lebedev diesem Thema große Aufmerksamkeit. Nach seiner Theorie werden Elektronen in Atomen durch den Einfluss von Zentrifugalkräften in Richtung unseres Planeten verschoben. Aus diesem Grund muss die Oberfläche zwangsläufig eine negative Ladung haben, was wiederum zur Entstehung des Magnetismus als solchen führt.
Diese Theorie erwies sich jedoch als unzutreffend. Nach Experimenten mit einem mit hoher Geschwindigkeit rotierenden Rad wurde darin kein Magnetismus festgestellt. Der Forscher Gelbert argumentierte, dass unser Planet vollständig aus Stein magnetischer Natur besteht. Es gab auch Standpunkte, die argumentierten, dass die Erde dank der Sonne magnetisiert wurde. Alle diese Theorien erwiesen sich jedoch nach Durchführung der entsprechenden Studien als völlig unhaltbar.
Theorie des Erdmagnetfeldes
Viele Forscher gingen davon aus, dass der Planet einen flüssigen Kern hatte, der Magnetismus verursachte, und dieser Standpunkt ist in der Wissenschaft immer noch vertreten. Der Forscher Blackett vermutete Mitte des 20. Jahrhunderts, dass das Magnetfeld von Planeten durch ein Gesetz verursacht wird, das der Wissenschaft noch unbekannt ist.
Er entwickelte eine Theorie, die zur Klärung vieler Aspekte der Natur des Magnetismus beitrug. Damals konnten Wissenschaftler genau feststellen, welche Rotationsgeschwindigkeit und welche Magnetfelder unser Planet, die Sonne, sowie der Stern mit dem Code E78 haben.
Wie aus der Physik bekannt ist, hängen beispielsweise die Magnetfelder der Erde und der Sonne in gleicher Weise zusammen wie ihre Drehimpulse. Wissenschaftler haben vermutet, dass es einen Zusammenhang zwischen der Rotation von Himmelskörpern und ihrem Magnetismus gibt. Forscher waren damals der Meinung, dass die Rotation von Körpern zur Entstehung von Magnetismus führt.
Trotz der Experimente der damaligen Wissenschaftler konnten sie diese Frage nicht genau beantworten, und viele wissenschaftliche Experimente, die versuchten, die Natur des Magnetismus zu erklären, brachten nur noch mehr Fragen mit sich. Letztlich verstanden Forscher erst nach der Entwicklung der Physik und Astronomie die Natur dieses mysteriösen Phänomens besser. Es blieben jedoch noch Fragen offen.
Es stellt sich die Frage: Führt die Rotation unseres Planeten zu einer Störung des Magnetfeldes oder führt der Magnetismus dazu, dass sich der Planet dreht? Vielleicht dreht sich unser Planet ständig um seine Achse, weil er ein riesiger Magnet ist, der sich in einem Strom hoch geladener Teilchen befindet.
Magnetismus und der Kern des Planeten
Dank neuer Erkenntnisse auf dem Gebiet der Physik konnte der offensichtliche Zusammenhang zwischen dem Planetenkern und dem Magnetismus nachgewiesen werden. Untersuchungen von Wissenschaftlern haben gezeigt, dass beispielsweise unser Satellit, der Mond, kein eigenes Magnetfeld hat, und dank Messungen von Raumfahrzeugen konnte genau festgestellt werden, dass er über dieses Feld nicht verfügt. Interessante Daten wurden von Wissenschaftlern entdeckt, als sie die Strömungen des Planeten in der Arktis und Antarktis untersuchten. Es wurde festgestellt, dass es eine sehr hohe Aktivität elektrischer Ströme gibt, die um ein Vielfaches höher ist als ihre Intensität in normalen Breiten. Dies deutet darauf hin, dass Elektronen in großen Mengen durch die magnetischen Polzonen, die sich in den Polkappen befinden, auf den Planeten gelangen.
Wenn die Aktivität der Sonne stark zunimmt, nehmen auch die elektrischen Ströme unseres Planeten zu. Derzeit gehen Wissenschaftler davon aus, dass elektrische Ströme auf dem Planeten durch den Massenfluss im Erdkern und den ständigen Zustrom von Elektronen aus dem Weltraum verursacht werden. Neue Forschungen werden sicherlich weiterhin die Natur des Erdmagnetismus klären und wir werden noch viele interessante Fakten über dieses Phänomen erfahren.
Es gibt zwei verschiedene Arten von Magneten. Bei einigen handelt es sich um sogenannte Permanentmagnete, die aus „hartmagnetischen“ Materialien hergestellt werden. Ihre magnetischen Eigenschaften hängen nicht mit der Verwendung externer Quellen oder Ströme zusammen. Eine andere Art sind die sogenannten Elektromagnete mit einem Kern aus „weichmagnetischem“ Eisen. Die von ihnen erzeugten Magnetfelder entstehen hauptsächlich dadurch, dass ein elektrischer Strom durch den den Kern umgebenden Wickeldraht fließt.
Magnetpole und Magnetfeld.
Die magnetischen Eigenschaften eines Stabmagneten machen sich am deutlichsten in der Nähe seiner Enden bemerkbar. Wenn ein solcher Magnet am Mittelteil so aufgehängt wird, dass er sich in einer horizontalen Ebene frei drehen kann, dann nimmt er eine Position ein, die ungefähr der Richtung von Norden nach Süden entspricht. Das Ende des Stabes, das nach Norden zeigt, wird Nordpol genannt, das gegenüberliegende Ende heißt Südpol. Entgegengesetzte Pole zweier Magnete ziehen sich gegenseitig an und gleiche Pole stoßen sich gegenseitig ab.
Wenn ein Stab aus nicht magnetisiertem Eisen in die Nähe eines der Pole eines Magneten gebracht wird, wird dieser vorübergehend magnetisiert. In diesem Fall hat der Pol des magnetisierten Stabes, der dem Pol des Magneten am nächsten liegt, einen entgegengesetzten Namen und der am weitesten entfernte Pol hat denselben Namen. Die Anziehungskraft zwischen dem Pol des Magneten und dem dadurch im Stab induzierten Gegenpol erklärt die Wirkung des Magneten. Einige Materialien (z. B. Stahl) werden selbst zu schwachen Permanentmagneten, wenn sie sich in der Nähe eines Permanentmagneten oder Elektromagneten befinden. Ein Stahlstab kann magnetisiert werden, indem einfach das Ende eines Stabpermanentmagneten an seinem Ende entlanggeführt wird.
Ein Magnet zieht also andere Magnete und Gegenstände aus magnetischen Materialien an, ohne mit ihnen in Kontakt zu kommen. Diese Fernwirkung wird durch die Existenz eines Magnetfeldes im Raum um den Magneten erklärt. Eine Vorstellung von der Intensität und Richtung dieses Magnetfelds kann man erhalten, indem man Eisenspäne auf eine auf einem Magneten angebrachte Papp- oder Glasplatte gießt. Das Sägemehl wird sich in Ketten in Richtung des Feldes aufreihen und die Dichte der Sägemehllinien wird der Intensität dieses Feldes entsprechen. (Sie sind an den Enden des Magneten am dicksten, wo die Intensität des Magnetfelds am größten ist.)
M. Faraday (1791–1867) führte das Konzept geschlossener Induktionslinien für Magnete ein. Die Induktionslinien erstrecken sich vom Nordpol des Magneten in den umgebenden Raum, treten am Südpol in den Magneten ein und verlaufen im Inneren des Magnetmaterials vom Südpol zurück zum Norden, wobei sie eine geschlossene Schleife bilden. Die Gesamtzahl der von einem Magneten ausgehenden Induktionslinien wird als magnetischer Fluss bezeichnet. Magnetische Flussdichte oder magnetische Induktion ( IN), ist gleich der Anzahl der Induktionslinien, die entlang der Normalen durch eine Elementarfläche von Einheitsgröße verlaufen.
Die magnetische Induktion bestimmt die Kraft, mit der ein Magnetfeld auf einen darin befindlichen stromdurchflossenen Leiter einwirkt. Wenn der Leiter, durch den der Strom fließt ICH, senkrecht zu den Induktionslinien steht, dann ist nach dem Ampereschen Gesetz die Kraft F, das auf den Leiter einwirkt, steht sowohl zum Feld als auch zum Leiter senkrecht und ist proportional zur magnetischen Induktion, Stromstärke und Länge des Leiters. Also für magnetische Induktion B Sie können einen Ausdruck schreiben
Wo F– Kraft in Newton, ICH– Strom in Ampere, l– Länge in Metern. Die Maßeinheit für die magnetische Induktion ist Tesla (T).
Galvanometer.
Ein Galvanometer ist ein empfindliches Instrument zur Messung schwacher Ströme. Ein Galvanometer nutzt das Drehmoment, das durch die Wechselwirkung eines hufeisenförmigen Permanentmagneten mit einer kleinen stromdurchflossenen Spule (einem schwachen Elektromagneten) erzeugt wird, die im Spalt zwischen den Polen des Magneten hängt. Das Drehmoment und damit die Auslenkung der Spule ist proportional zum Strom und zur gesamten magnetischen Induktion im Luftspalt, sodass der Maßstab des Geräts bei kleinen Auslenkungen der Spule nahezu linear ist.
Magnetisierungskraft und magnetische Feldstärke.
Als nächstes sollten wir eine weitere Größe einführen, die die magnetische Wirkung des elektrischen Stroms charakterisiert. Angenommen, Strom fließt durch den Draht einer langen Spule, in deren Inneren sich ein magnetisierbares Material befindet. Die Magnetisierungskraft ist das Produkt aus dem elektrischen Strom in der Spule und der Anzahl ihrer Windungen (diese Kraft wird in Ampere gemessen, da die Anzahl der Windungen eine dimensionslose Größe ist). Magnetische Feldstärke N gleich der Magnetisierungskraft pro Längeneinheit der Spule. Also der Wert N gemessen in Ampere pro Meter; Es bestimmt die Magnetisierung, die das Material in der Spule erhält.
Im Vakuum magnetische Induktion B proportional zur magnetischen Feldstärke N:
Wo M 0 – sog magnetische Konstante mit einem universellen Wert von 4 P H 10 –7 H/m. In vielen Materialien der Wert B ungefähr proportional N. Bei ferromagnetischen Materialien ist jedoch das Verhältnis zwischen B Und N etwas komplizierter (wie weiter unten besprochen wird).
In Abb. 1 zeigt einen einfachen Elektromagneten zum Greifen von Lasten. Die Energiequelle ist eine Gleichstrombatterie. Die Abbildung zeigt auch die Feldlinien des Elektromagneten, die mit der üblichen Methode der Eisenspäne erfasst werden können.
Große Elektromagnete mit Eisenkernen und sehr vielen Amperewindungen, die im Dauerbetrieb arbeiten, haben eine große Magnetisierungskraft. Sie erzeugen im Spalt zwischen den Polen eine magnetische Induktion von bis zu 6 Tesla; Diese Induktion wird nur durch mechanische Belastung, Erwärmung der Spulen und magnetische Sättigung des Kerns begrenzt. Eine Reihe riesiger wassergekühlter Elektromagnete (ohne Kern) sowie Anlagen zur Erzeugung gepulster Magnetfelder wurden von P. L. Kapitsa (1894–1984) in Cambridge und am Institut für Physikalische Probleme der Akademie der Wissenschaften der UdSSR entworfen F. Bitter (1902–1967) am Massachusetts Institute of Technology. Mit solchen Magneten konnte eine Induktion von bis zu 50 Tesla erreicht werden. Am Losalamos National Laboratory wurde ein relativ kleiner Elektromagnet entwickelt, der Felder von bis zu 6,2 Tesla erzeugt, 15 kW elektrische Leistung verbraucht und mit flüssigem Wasserstoff gekühlt wird. Ähnliche Felder werden bei kryogenen Temperaturen erhalten.
Magnetische Permeabilität und ihre Rolle im Magnetismus.
Magnetische Permeabilität M ist eine Größe, die die magnetischen Eigenschaften eines Materials charakterisiert. Die ferromagnetischen Metalle Fe, Ni, Co und ihre Legierungen haben sehr hohe maximale Permeabilitäten – von 5000 (für Fe) bis 800.000 (für Supermalloy). In solchen Materialien treten relativ geringe Feldstärken auf H Es treten große Induktionen auf B, aber die Beziehung zwischen diesen Größen ist im Allgemeinen aufgrund der Sättigungs- und Hysteresephänomene, die weiter unten diskutiert werden, nichtlinear. Ferromagnetische Materialien werden von Magneten stark angezogen. Sie verlieren ihre magnetischen Eigenschaften bei Temperaturen über dem Curie-Punkt (770 °C für Fe, 358 °C für Ni, 1120 °C für Co) und verhalten sich wie Paramagnete, für die Induktion erforderlich ist B bis zu sehr hohen Spannungswerten H ist proportional dazu – genauso wie im Vakuum. Viele Elemente und Verbindungen sind bei allen Temperaturen paramagnetisch. Paramagnetische Stoffe zeichnen sich dadurch aus, dass sie in einem äußeren Magnetfeld magnetisiert werden; Wird dieses Feld ausgeschaltet, kehren die paramagnetischen Substanzen in einen nichtmagnetisierten Zustand zurück. Die Magnetisierung in Ferromagneten bleibt auch dann erhalten, wenn das äußere Feld ausgeschaltet wird.
In Abb. Abbildung 2 zeigt eine typische Hystereseschleife für ein hartmagnetisches (mit großen Verlusten) ferromagnetisches Material. Es charakterisiert die mehrdeutige Abhängigkeit der Magnetisierung eines magnetisch geordneten Materials von der Stärke des magnetisierenden Feldes. Mit zunehmender magnetischer Feldstärke vom Anfangspunkt (Nullpunkt) 1 ) Die Magnetisierung erfolgt entlang der gestrichelten Linie 1 –2 , und der Wert Mändert sich erheblich, wenn die Magnetisierung der Probe zunimmt. Am Punkt 2 Sättigung erreicht ist, d.h. bei weiterer Spannungserhöhung nimmt die Magnetisierung nicht mehr zu. Wenn wir nun den Wert schrittweise verringern H auf Null, dann die Kurve B(H) folgt nicht mehr demselben Weg, sondern verläuft durch den Punkt 3 , wodurch sozusagen eine „Erinnerung“ an das Material über die „Vergangenheit“ enthüllt wird, daher der Name „Hysterese“. Es ist offensichtlich, dass in diesem Fall ein Teil der Restmagnetisierung erhalten bleibt (Segment 1 –3 ). Nach Änderung der Richtung des Magnetisierungsfeldes in die entgegengesetzte Richtung entsteht die Kurve IN (N) passiert den Punkt 4 , und das Segment ( 1 )–(4 ) entspricht der Koerzitivkraft, die eine Entmagnetisierung verhindert. Weitere Wertsteigerung (- H) bringt die Hysteresekurve in den dritten Quadranten – den Abschnitt 4 –5 . Die anschließende Wertminderung (- H) auf Null und dann steigende positive Werte H führt zum Schließen der Hystereseschleife durch die Punkte 6 , 7 Und 2 .
Hartmagnetische Materialien zeichnen sich durch eine breite Hystereseschleife aus, die einen erheblichen Bereich im Diagramm abdeckt und daher großen Werten der remanenten Magnetisierung (magnetische Induktion) und Koerzitivkraft entspricht. Eine schmale Hystereseschleife (Abb. 3) ist charakteristisch für weichmagnetische Materialien wie Weichstahl und Speziallegierungen mit hoher magnetischer Permeabilität. Solche Legierungen wurden mit dem Ziel entwickelt, die durch Hysterese verursachten Energieverluste zu reduzieren. Die meisten dieser Speziallegierungen haben wie Ferrite einen hohen elektrischen Widerstand, wodurch nicht nur magnetische Verluste, sondern auch elektrische Verluste durch Wirbelströme reduziert werden.
Magnetische Materialien mit hoher Permeabilität werden durch Glühen hergestellt, das durch Halten bei einer Temperatur von etwa 1000 °C und anschließendes Tempern (allmähliches Abkühlen) auf Raumtemperatur erfolgt. In diesem Fall sind eine mechanische und thermische Vorbehandlung sowie die Abwesenheit von Verunreinigungen in der Probe sehr wichtig. Für Transformatorkerne zu Beginn des 20. Jahrhunderts. Siliziumstähle wurden entwickelt, der Wert M die mit zunehmendem Siliziumgehalt zunahm. Zwischen 1915 und 1920 tauchten Permalloys (Legierungen aus Ni und Fe) mit einer charakteristischen schmalen und nahezu rechteckigen Hystereseschleife auf. Besonders hohe magnetische Permeabilitätswerte M bei kleinen Werten H Die Legierungen unterscheiden sich in Hypernic (50 % Ni, 50 % Fe) und Mu-Metall (75 % Ni, 18 % Fe, 5 % Cu, 2 % Cr), während in Perminvar (45 % Ni, 30 % Fe, 25 % Co) Wert M praktisch konstant über einen weiten Bereich von Feldstärkeänderungen. Unter den modernen magnetischen Materialien ist Supermalloy zu erwähnen, eine Legierung mit der höchsten magnetischen Permeabilität (sie enthält 79 % Ni, 15 % Fe und 5 % Mo).
Theorien des Magnetismus.
Die Vermutung, dass magnetische Phänomene letztendlich auf elektrische Phänomene reduziert werden, kam erstmals 1825 von Ampere auf, als er die Idee von geschlossenen inneren Mikroströmen zum Ausdruck brachte, die in jedem Atom eines Magneten zirkulieren. Ohne jegliche experimentelle Bestätigung des Vorhandenseins solcher Ströme in der Materie (das Elektron wurde erst 1897 von J. Thomson entdeckt und die Struktur des Atoms wurde 1913 von Rutherford und Bohr beschrieben) „verblasste“ diese Theorie .“ Im Jahr 1852 schlug W. Weber vor, dass jedes Atom einer magnetischen Substanz ein winziger Magnet oder magnetischer Dipol sei, so dass eine vollständige Magnetisierung einer Substanz erreicht wird, wenn alle einzelnen Atommagnete in einer bestimmten Reihenfolge ausgerichtet sind (Abb. 4, B). Weber glaubte, dass molekulare oder atomare „Reibung“ dazu beiträgt, dass diese Elementarmagnete trotz des störenden Einflusses thermischer Schwingungen ihre Ordnung aufrechterhalten. Seine Theorie konnte die Magnetisierung von Körpern bei Kontakt mit einem Magneten sowie deren Entmagnetisierung bei Aufprall oder Erwärmung erklären; Schließlich wurde auch die „Reproduktion“ von Magneten beim Zerschneiden einer magnetisierten Nadel oder eines Magnetstabs erläutert. Und doch erklärte diese Theorie weder den Ursprung der Elementarmagnete selbst noch die Phänomene der Sättigung und Hysterese. Webers Theorie wurde 1890 von J. Ewing verbessert, der seine Hypothese der Atomreibung durch die Idee interatomarer Begrenzungskräfte ersetzte, die dazu beitragen, die Ordnung der Elementardipole aufrechtzuerhalten, aus denen ein Permanentmagnet besteht.
Der einst von Ampere vorgeschlagene Ansatz für das Problem erhielt 1905 ein zweites Leben, als P. Langevin das Verhalten paramagnetischer Materialien erklärte, indem er jedem Atom einen internen unkompensierten Elektronenstrom zuschrieb. Laut Langevin sind es diese Ströme, die winzige Magnete bilden, die zufällig ausgerichtet sind, wenn kein äußeres Feld vorhanden ist, aber eine geordnete Ausrichtung annehmen, wenn sie angelegt werden. In diesem Fall entspricht die Annäherung an die vollständige Ordnung der Sättigung der Magnetisierung. Darüber hinaus führte Langevin das Konzept eines magnetischen Moments ein, das für einen einzelnen Atommagneten gleich dem Produkt aus der „magnetischen Ladung“ eines Pols und dem Abstand zwischen den Polen ist. Somit ist der schwache Magnetismus paramagnetischer Materialien auf das gesamte magnetische Moment zurückzuführen, das durch unkompensierte Elektronenströme erzeugt wird.
Im Jahr 1907 führte P. Weiss das Konzept der „Domäne“ ein, das zu einem wichtigen Beitrag zur modernen Theorie des Magnetismus wurde. Weiss stellte sich Domänen als kleine „Kolonien“ von Atomen vor, in denen die magnetischen Momente aller Atome aus irgendeinem Grund gezwungen sind, die gleiche Ausrichtung beizubehalten, sodass jede Domäne bis zur Sättigung magnetisiert ist. Eine separate Domäne kann lineare Abmessungen in der Größenordnung von 0,01 mm und dementsprechend ein Volumen in der Größenordnung von 10–6 mm 3 haben. Die Domänen werden durch sogenannte Bloch-Wände getrennt, deren Dicke 1000 Atomgrößen nicht überschreitet. Die „Wand“ und zwei entgegengesetzt ausgerichtete Domänen sind in Abb. schematisch dargestellt. 5. Solche Wände stellen „Übergangsschichten“ dar, in denen sich die Richtung der Domänenmagnetisierung ändert.
Im allgemeinen Fall lassen sich auf der Anfangsmagnetisierungskurve drei Abschnitte unterscheiden (Abb. 6). Im ersten Abschnitt bewegt sich die Wand unter dem Einfluss eines äußeren Feldes durch die Dicke der Substanz, bis sie auf einen Defekt im Kristallgitter trifft, der sie stoppt. Durch Erhöhen der Feldstärke können Sie die Wand dazu zwingen, sich weiter durch den mittleren Abschnitt zwischen den gestrichelten Linien zu bewegen. Wird die Feldstärke danach wieder auf Null reduziert, kehren die Wände nicht mehr in ihre ursprüngliche Position zurück, die Probe bleibt also teilweise magnetisiert. Dies erklärt die Hysterese des Magneten. Im letzten Abschnitt der Kurve endet der Prozess mit der Sättigung der Magnetisierung der Probe aufgrund der Ordnung der Magnetisierung innerhalb der letzten ungeordneten Domänen. Dieser Vorgang ist nahezu vollständig reversibel. Magnetische Härte weisen jene Materialien auf, deren Atomgitter viele Defekte enthält, die die Bewegung der Wände zwischen Domänen behindern. Dies kann durch mechanische und thermische Behandlung erreicht werden, beispielsweise durch Komprimieren und anschließendes Sintern des pulverförmigen Materials. Bei Alnico-Legierungen und ihren Analoga wird das gleiche Ergebnis durch die Verschmelzung von Metallen zu einer komplexen Struktur erreicht.
Neben paramagnetischen und ferromagnetischen Materialien gibt es Materialien mit sogenannten antiferromagnetischen und ferrimagnetischen Eigenschaften. Der Unterschied zwischen diesen Arten von Magnetismus wird in Abb. erläutert. 7. Basierend auf dem Konzept der Domänen kann Paramagnetismus als ein Phänomen betrachtet werden, das durch das Vorhandensein kleiner Gruppen magnetischer Dipole im Material verursacht wird, bei denen einzelne Dipole sehr schwach (oder überhaupt nicht) miteinander interagieren und daher Nehmen Sie in Abwesenheit eines externen Feldes nur zufällige Orientierungen an (Abb. 7, A). In ferromagnetischen Materialien gibt es innerhalb jeder Domäne eine starke Wechselwirkung zwischen einzelnen Dipolen, die zu ihrer geordneten parallelen Ausrichtung führt (Abb. 7, B). In antiferromagnetischen Materialien hingegen führt die Wechselwirkung zwischen einzelnen Dipolen zu deren antiparalleler geordneter Ausrichtung, sodass das gesamte magnetische Moment jeder Domäne Null ist (Abb. 7, V). Schließlich gibt es in ferrimagnetischen Materialien (z. B. Ferriten) sowohl parallele als auch antiparallele Ordnung (Abb. 7, G), was zu einem schwachen Magnetismus führt.
Es gibt zwei überzeugende experimentelle Bestätigungen für die Existenz von Domänen. Der erste davon ist der sogenannte Barkhausen-Effekt, der zweite die Methode der Pulverfiguren. Im Jahr 1919 stellte G. Barkhausen fest, dass sich die Magnetisierung einer Probe aus ferromagnetischem Material in kleinen diskreten Abschnitten ändert, wenn ein externes Feld angelegt wird. Aus Sicht der Domänentheorie ist dies nichts anderes als ein abruptes Vorrücken der Interdomänenwand, das auf seinem Weg auf einzelne Defekte trifft, die es verzögern. Dieser Effekt wird üblicherweise mithilfe einer Spule erfasst, in der ein ferromagnetischer Stab oder Draht angebracht ist. Wenn Sie einen starken Magneten abwechselnd auf die Probe zu und von dieser weg bewegen, wird die Probe magnetisiert und erneut magnetisiert. Abrupte Änderungen der Magnetisierung der Probe verändern den magnetischen Fluss durch die Spule und es wird in ihr ein Induktionsstrom angeregt. Die in der Spule erzeugte Spannung wird verstärkt und dem Eingang eines akustischen Kopfhörers zugeführt. Über Kopfhörer zu hörende Klickgeräusche deuten auf eine abrupte Änderung der Magnetisierung hin.
Um die Domänenstruktur eines Magneten mithilfe der Pulverfigurenmethode zu identifizieren, wird ein Tropfen einer kolloidalen Suspension aus ferromagnetischem Pulver (normalerweise Fe 3 O 4) auf eine gut polierte Oberfläche eines magnetisierten Materials aufgetragen. Pulverpartikel setzen sich hauptsächlich an Orten maximaler Inhomogenität des Magnetfelds ab – an den Grenzen von Domänen. Diese Struktur kann unter einem Mikroskop untersucht werden. Es wurde auch eine Methode vorgeschlagen, die auf dem Durchgang polarisierten Lichts durch ein transparentes ferromagnetisches Material basiert.
Die ursprüngliche Theorie des Magnetismus von Weiss hat in ihren Grundzügen bis heute ihre Bedeutung behalten, erhielt jedoch eine aktualisierte Interpretation, die auf der Idee unkompensierter Elektronenspins als bestimmendem Faktor für den atomaren Magnetismus basiert. Die Hypothese über die Existenz eines Eigenimpulses eines Elektrons wurde 1926 von S. Goudsmit und J. Uhlenbeck aufgestellt, und heute gelten Elektronen als Spinträger als „Elementarmagnete“.
Um dieses Konzept zu erklären, betrachten Sie (Abb. 8) ein freies Eisenatom, ein typisches ferromagnetisches Material. Seine zwei Schalen ( K Und L), sind diejenigen, die dem Kern am nächsten liegen, mit Elektronen gefüllt, wobei der erste von ihnen zwei und der zweite acht Elektronen enthält. IN K-Schale, der Spin eines der Elektronen ist positiv und der andere ist negativ. IN L In der Schale (genauer gesagt in ihren beiden Unterschalen) haben vier der acht Elektronen positive Spins und die anderen vier negative Spins. In beiden Fällen kompensieren sich die Elektronenspins innerhalb einer Schale vollständig, so dass das gesamte magnetische Moment Null ist. IN M-Schale ist die Situation anders, da von den sechs Elektronen, die sich in der dritten Unterschale befinden, fünf Elektronen Spins haben, die in die eine Richtung gerichtet sind, und nur das sechste in die andere. Dadurch bleiben vier unkompensierte Spins übrig, die die magnetischen Eigenschaften des Eisenatoms bestimmen. (Im Äußeren N(Die Schale hat nur zwei Valenzelektronen, die nicht zum Magnetismus des Eisenatoms beitragen.) Der Magnetismus anderer Ferromagnete wie Nickel und Kobalt wird auf ähnliche Weise erklärt. Da benachbarte Atome in einer Eisenprobe stark miteinander interagieren und ihre Elektronen teilweise kollektiviert sind, sollte diese Erklärung nur als visuelle, aber sehr vereinfachte Darstellung der realen Situation betrachtet werden.
Die auf der Berücksichtigung des Elektronenspins basierende Theorie des Atommagnetismus wird durch zwei interessante gyromagnetische Experimente gestützt, von denen eines von A. Einstein und W. de Haas und das andere von S. Barnett durchgeführt wurde. Im ersten dieser Experimente wurde ein Zylinder aus ferromagnetischem Material aufgehängt, wie in Abb. 9. Fließt Strom durch den Wickeldraht, dreht sich der Zylinder um seine Achse. Wenn sich die Richtung des Stroms (und damit des Magnetfelds) ändert, dreht er sich in die entgegengesetzte Richtung. In beiden Fällen ist die Drehung des Zylinders auf die Anordnung der Elektronenspins zurückzuführen. Im Barnett-Experiment hingegen wird ein schwebender Zylinder, der plötzlich in einen Rotationszustand versetzt wird, in Abwesenheit eines Magnetfelds magnetisiert. Dieser Effekt erklärt sich dadurch, dass bei der Drehung des Magneten ein Kreiselmoment entsteht, das dazu neigt, die Spinmomente in Richtung seiner eigenen Drehachse zu drehen.
Für eine umfassendere Erklärung der Natur und des Ursprungs von Kräften mit kurzer Reichweite, die benachbarte Atommagnete ordnen und dem ungeordneten Einfluss thermischer Bewegung entgegenwirken, sollte man sich der Quantenmechanik zuwenden. Eine quantenmechanische Erklärung der Natur dieser Kräfte wurde 1928 von W. Heisenberg vorgeschlagen, der die Existenz von Austauschwechselwirkungen zwischen benachbarten Atomen postulierte. Später zeigten G. Bethe und J. Slater, dass die Austauschkräfte mit abnehmendem Abstand zwischen Atomen deutlich zunehmen, bei Erreichen eines bestimmten minimalen interatomaren Abstands jedoch auf Null sinken.
MAGNETISCHE EIGENSCHAFTEN DES STOFFES
Eine der ersten umfassenden und systematischen Untersuchungen der magnetischen Eigenschaften von Materie wurde von P. Curie durchgeführt. Er stellte fest, dass alle Stoffe aufgrund ihrer magnetischen Eigenschaften in drei Klassen eingeteilt werden können. Zur ersten Kategorie gehören Stoffe mit ausgeprägten magnetischen Eigenschaften, ähnlich den Eigenschaften von Eisen. Solche Stoffe nennt man ferromagnetisch; Ihr Magnetfeld ist in beträchtlichen Entfernungen wahrnehmbar ( cm. höher). Die zweite Klasse umfasst Substanzen, die als paramagnetisch bezeichnet werden. Ihre magnetischen Eigenschaften ähneln im Allgemeinen denen ferromagnetischer Materialien, sind jedoch deutlich schwächer. Beispielsweise kann die Anziehungskraft der Pole eines starken Elektromagneten einen Eisenhammer aus Ihren Händen reißen, und um die Anziehungskraft einer paramagnetischen Substanz auf denselben Magneten festzustellen, benötigen Sie normalerweise sehr empfindliche Analysenwaagen. Zur letzten, dritten Klasse gehören die sogenannten diamagnetischen Stoffe. Sie werden durch einen Elektromagneten abgestoßen, d.h. Die Kraft, die auf diamagnetische Materialien wirkt, ist entgegengesetzt zu der Kraft, die auf ferro- und paramagnetische Materialien wirkt.
Messung magnetischer Eigenschaften.
Bei der Untersuchung magnetischer Eigenschaften sind zwei Arten von Messungen am wichtigsten. Die erste davon ist die Messung der Kraft, die auf eine Probe in der Nähe eines Magneten wirkt; So wird die Magnetisierung der Probe bestimmt. Die zweite umfasst Messungen von „Resonanzfrequenzen“, die mit der Magnetisierung von Materie verbunden sind. Atome sind winzige „Kreisel“ und präzedieren in einem Magnetfeld (wie ein normaler Kreisel unter dem Einfluss des durch die Schwerkraft erzeugten Drehmoments) mit einer Frequenz, die gemessen werden kann. Darüber hinaus wirkt auf freie geladene Teilchen, die sich im rechten Winkel zu den magnetischen Induktionslinien bewegen, eine Kraft, genau wie der Elektronenstrom in einem Leiter. Dadurch bewegt sich das Teilchen auf einer Kreisbahn, deren Radius gegeben ist durch
R = mv/eB,
Wo M– Teilchenmasse, v– seine Geschwindigkeit, e ist seine Ladung, und B– Magnetfeldinduktion. Die Frequenz einer solchen Kreisbewegung beträgt
Wo F gemessen in Hertz, e– in Anhängern, M– in Kilogramm, B- bei Tesla. Diese Frequenz charakterisiert die Bewegung geladener Teilchen in einer Substanz, die sich in einem Magnetfeld befindet. Beide Bewegungsarten (Präzession und Bewegung entlang kreisförmiger Bahnen) können durch Wechselfelder mit Resonanzfrequenzen angeregt werden, die den für ein bestimmtes Material charakteristischen „natürlichen“ Frequenzen entsprechen. Im ersten Fall wird die Resonanz als magnetisch und im zweiten als Zyklotron bezeichnet (aufgrund ihrer Ähnlichkeit mit der zyklischen Bewegung eines subatomaren Teilchens in einem Zyklotron).
Wenn man über die magnetischen Eigenschaften von Atomen spricht, muss man besonders auf ihren Drehimpuls achten. Das Magnetfeld wirkt auf den rotierenden Atomdipol und neigt dazu, ihn zu drehen und parallel zum Feld zu platzieren. Stattdessen beginnt das Atom mit einer Frequenz, die vom Dipolmoment und der Stärke des angelegten Feldes abhängt, um die Richtung des Feldes zu präzedieren (Abb. 10).
Die Atompräzession ist nicht direkt beobachtbar, da alle Atome in einer Probe in einer anderen Phase präzedieren. Wenn wir ein kleines Wechselfeld anlegen, das senkrecht zum konstanten Ordnungsfeld gerichtet ist, stellt sich eine bestimmte Phasenbeziehung zwischen den präzedierenden Atomen ein und ihr gesamtes magnetisches Moment beginnt mit einer Frequenz zu präzedieren, die der Präzessionsfrequenz einzelner magnetischer Momente entspricht. Die Winkelgeschwindigkeit der Präzession ist wichtig. In der Regel liegt dieser Wert für die mit Elektronen verbundene Magnetisierung in der Größenordnung von 10 10 Hz/T und für die mit positiven Ladungen in den Atomkernen verbundene Magnetisierung in der Größenordnung von 10 7 Hz/T.
Ein schematisches Diagramm eines Aufbaus zur Beobachtung der Kernspinresonanz (NMR) ist in Abb. dargestellt. 11. Der zu untersuchende Stoff wird in ein gleichmäßiges Konstantfeld zwischen den Polen eingebracht. Wird dann mithilfe einer kleinen Spule, die das Reagenzglas umgibt, ein Hochfrequenzfeld angeregt, kann eine Resonanz bei einer bestimmten Frequenz erreicht werden, die der Präzessionsfrequenz aller Kernkreisel in der Probe entspricht. Die Messungen ähneln der Abstimmung eines Radioempfängers auf die Frequenz eines bestimmten Senders.
Magnetresonanzmethoden ermöglichen es, nicht nur die magnetischen Eigenschaften bestimmter Atome und Kerne, sondern auch die Eigenschaften ihrer Umgebung zu untersuchen. Tatsache ist, dass Magnetfelder in Festkörpern und Molekülen inhomogen sind, da sie durch Atomladungen verzerrt werden und die Details der experimentellen Resonanzkurve durch das lokale Feld in der Region bestimmt werden, in der sich der präzedierende Kern befindet. Dadurch ist es möglich, die Strukturmerkmale einer bestimmten Probe mithilfe von Resonanzmethoden zu untersuchen.
Berechnung magnetischer Eigenschaften.
Die magnetische Induktion des Erdfeldes beträgt 0,5 x 10 –4 Tesla, während das Feld zwischen den Polen eines starken Elektromagneten etwa 2 Tesla oder mehr beträgt.
Das von jeder Stromkonfiguration erzeugte Magnetfeld kann mithilfe der Biot-Savart-Laplace-Formel für die magnetische Induktion des von einem Stromelement erzeugten Feldes berechnet werden. Die Berechnung des Feldes, das von Schaltkreisen unterschiedlicher Form und zylindrischen Spulen erzeugt wird, ist in vielen Fällen sehr komplex. Nachfolgend finden Sie Formeln für eine Reihe einfacher Fälle. Magnetische Induktion (in Tesla) des Feldes, das von einem langen, geraden, stromführenden Draht erzeugt wird ICH
Das Feld eines magnetisierten Eisenstabs ähnelt dem äußeren Feld eines langen Elektromagneten, wobei die Anzahl der Amperewindungen pro Längeneinheit dem Strom in den Atomen auf der Oberfläche des magnetisierten Stabs entspricht, da sich die Ströme im Inneren des Stabs aufheben zueinander (Abb. 12). Unter dem Namen Ampere wird ein solcher Oberflächenstrom Ampere genannt. Magnetische Feldstärke H a, erzeugt durch den Ampere-Strom, ist gleich dem magnetischen Moment pro Volumeneinheit des Stabes M.
Wenn ein Eisenstab in die Magnetspule eingeführt wird, erzeugt der Magnetstrom zusätzlich ein Magnetfeld H, die Anordnung der Atomdipole im magnetisierten Stabmaterial erzeugt Magnetisierung M. In diesem Fall wird der gesamte magnetische Fluss durch die Summe der Wirk- und Ampereströme bestimmt, so dass B = M 0(H + H a), oder B = M 0(H+M). Attitüde M/H angerufen magnetische Suszeptibilität und wird mit dem griechischen Buchstaben bezeichnet C; C– dimensionslose Größe, die die Fähigkeit eines Materials charakterisiert, in einem Magnetfeld magnetisiert zu werden.
Größe B/H, das die magnetischen Eigenschaften eines Materials charakterisiert, wird magnetische Permeabilität genannt und mit bezeichnet m a, Und m a = M 0M, Wo m a- absolut, und M– relative Durchlässigkeit,
Bei ferromagnetischen Stoffen die Menge C kann sehr große Werte haben – bis zu 10 4 е 10 6 . Größe C Paramagnetische Materialien haben etwas mehr als Null und diamagnetische Materialien etwas weniger. Nur im Vakuum und in sehr schwachen Größenfeldern C Und M sind konstant und unabhängig vom äußeren Feld. Induktionsabhängigkeit B aus H ist normalerweise nichtlinear, und seine Graphen, die sogenannten. Magnetisierungskurven für verschiedene Materialien und sogar bei unterschiedlichen Temperaturen können sich erheblich unterscheiden (Beispiele für solche Kurven sind in Abb. 2 und 3 dargestellt).
Die magnetischen Eigenschaften der Materie sind sehr komplex und ihr tiefes Verständnis erfordert eine sorgfältige Analyse der Struktur von Atomen, ihrer Wechselwirkungen in Molekülen, ihrer Kollisionen in Gasen und ihrer gegenseitigen Beeinflussung in Festkörpern und Flüssigkeiten; Die magnetischen Eigenschaften von Flüssigkeiten sind noch am wenigsten erforscht.
TERRESTRISCHER MAGNETISMUS, eine Abteilung für Geophysik, die das Erdmagnetfeld untersucht. Die magnetische Feldstärke an einem bestimmten Punkt sei durch den Vektor F dargestellt (Abb. 1). Die vertikale Ebene, die diesen Vektor enthält, wird magnetische Meridianebene genannt. Der Winkel D zwischen den Ebenen des geografischen und magnetischen Meridians wird Deklination genannt. Es gibt östliche und westliche Deklinationen. Es ist üblich, östliche Deklinationen mit einem Pluszeichen und westliche Deklinationen mit einem Minuszeichen zu kennzeichnen. Der Winkel, den der Vektor F mit der Horizontebene bildet, wird Neigung genannt. Die Projektion H des Vektors F auf die horizontale Ebene wird als horizontale Komponente bezeichnet, und die Projektion Z auf die vertikale Linie wird als vertikale Komponente bezeichnet.
Die wichtigsten Instrumente zur Messung der Elemente des Erdmagnetismus sind derzeit der magnetische Theodolit und verschiedene Inklinatorsysteme. Der Zweck eines magnetischen Theodoliten besteht darin, die horizontale Komponente des Magnetfelds und die Deklination zu messen. Ein horizontal angeordneter Magnet, der sich um eine vertikale Achse drehen kann, wird unter dem Einfluss des Erdmagnetfelds installiert, wobei seine Achse in der Ebene des magnetischen Meridians liegt. Wenn es aus dieser Gleichgewichtslage herausgenommen und dann sich selbst überlassen wird, beginnt es um die Ebene des magnetischen Meridians mit einer Periode T zu schwingen, die durch die Formel bestimmt wird:
Dabei ist K das Trägheitsmoment des Schwingsystems (Magnet und Rahmen) und M das magnetische Moment des Magneten. Nachdem der Wert von K aus speziellen Beobachtungen bestimmt wurde, ist es möglich, den Wert des Produkts MN aus dem beobachteten Zeitraum T zu ermitteln. Dann wird ein Magnet, dessen Schwingungsperiode bestimmt ist, in einem bestimmten Abstand zu einem weiteren Hilfsmagneten platziert, der ebenfalls die Fähigkeit besitzt, sich um eine vertikale Achse zu drehen, und der erste Magnet wird so ausgerichtet, dass der Mittelpunkt des zweiten Magneten liegt liegt auf der Fortsetzung der magnetischen Achse des ersten. In diesem Fall wird der Hilfsmagnet zusätzlich zu H auch vom Magnetfeld M beeinflusst, was möglicherweise der Fall ist. gefunden durch die Formel:
Dabei ist B der Abstand zwischen den Mittelpunkten beider Magnete, a, b,... sind einige Konstanten. Der Magnet verlässt die Ebene des magnetischen Meridians und bewegt sich in die Richtung der Resultierenden dieser beiden Kräfte. Finden Sie, ohne die relative Anordnung der Anlagenteile zu ändern, eine solche Position des Ablenkmagneten, bei der die genannte Resultierende senkrecht dazu steht (Abb. 2). 
Durch Messung des Ablenkwinkels v für diesen Fall ist es möglich, den Wert des Verhältnisses aus der Beziehung sin v = f/H zu ermitteln. Aus den erhaltenen Werten von MH und H/M wird die horizontale Komponente H bestimmt. In der Theorie des Erdmagnetismus ist eine Einheit mit dem Symbol γ üblich, die 0,00001 Gauss entspricht. Ein magnetischer Theodolit kann als Deklinator und Gerät zur Messung der Deklination verwendet werden. Durch Ausrichtung der Visierebene auf die Richtung der magnetischen Achse eines an einem Faden aufgehängten Magneten wird diese mit der Ebene des magnetischen Meridians in Übereinstimmung gebracht. Um einen Messwert auf dem Kreis zu erhalten, der der Ausrichtung des Visiergeräts auf den geografischen Norden entspricht, reicht es aus, auf ein Objekt zu zielen, dessen wahrer Azimut bekannt ist. Der Unterschied in den Messwerten der geografischen und magnetischen Meridiane ergibt den Deklinationswert.
Inklinator – ein Gerät zur Messung von I. Die moderne Magnetometrie verfügt über zwei Arten von Geräten zur Messung der Neigung – Zeiger- und Induktionsneigungsgeber. Das erste Gerät verfügt über eine Magnetnadel, die sich um eine horizontale Achse dreht und in der Mitte eines vertikalen Glieds platziert ist. Die Bewegungsebene des Pfeils ist auf die Ebene des magnetischen Meridians ausgerichtet; In diesem Fall fällt unter idealen Bedingungen die magnetische Achse des Pfeils in der Gleichgewichtsposition mit der Richtung der magnetischen Spannung an einem bestimmten Punkt zusammen, und der Winkel zwischen der Richtung der magnetischen Achse des Pfeils und der horizontalen Linie stimmt überein Geben Sie den Wert I an. Die Konstruktion des Induktionsinklinators basiert auf ( Erdinduktor) basiert auf dem Phänomen der Induktion in einem Leiter, der sich in einem Magnetfeld bewegt. Ein wesentliches Merkmal des Geräts ist die Spule, die sich um einen ihrer Durchmesser dreht. Wenn sich eine solche Spule im Erdmagnetfeld dreht, entsteht in ihr nur dann keine EMF, wenn ihre Drehachse mit der Feldrichtung übereinstimmt. Diese Position der Achse, die durch die Abwesenheit von Strom im Galvanometer, an dem die Spule angeschlossen ist, gekennzeichnet ist, wird auf einem vertikalen Kreis gemessen. Der Winkel zwischen der Richtung der Rotationsachse der Spule und dem Horizont ist der Neigungswinkel.
Die oben genannten Geräte sind derzeit am weitesten verbreitet. Besonders hervorzuheben ist der magnetische Theodolit von Ogloblinsky, der den Wert von H/M durch die Methode der H-Kompensation durch das Magnetfeld bestimmt, für das die Schwingungsdauer bestimmt wird.
Kürzlich wurde das sogenannte elektrische Methoden zur Messung von H, bei denen Ablenkungen nicht durch einen Ablenkmagneten, sondern durch das Magnetfeld von Spulen erzeugt werden. Um die für magnetische Messungen erforderliche Genauigkeit zu erreichen (0,2–0,02 % der Vollspannung), wird der Betriebsstrom mit dem Strom normaler Elemente verglichen (Kompensation mit der Potentiometermethode).
Messungen an verschiedenen Punkten der Erdoberfläche zeigen, dass das Magnetfeld von Punkt zu Punkt variiert. In diesen Veränderungen kann man einige Muster erkennen, deren Natur am besten durch die Betrachtung der sogenannten verstanden werden kann. Magnetkarten (Abb. 3 und 4).
Wenn Sie auf topografischer Basis Linien zeichnen, die Punkte gleicher Werte eines beliebigen Elements des Erdmagnetismus verbinden, dann liefert eine solche Karte ein klares Bild der Verteilung dieses Elements auf der Erde. Entsprechend den verschiedenen Elementen des Erdmagnetismus gibt es Karten mit unterschiedlichen Isoliniensystemen. Diese Isolinien haben je nachdem, welches Element sie darstellen, spezielle Namen. Daher werden Linien, die Punkte mit gleicher Deklination verbinden, Isogonen genannt (die Linie mit null Deklinationen wird als agonische Linie bezeichnet), Linien mit gleicher Neigung sind Isoklinen und Linien mit gleichen Spannungen sind Isodynen. Es gibt Isodynamiken der horizontalen, vertikalen Komponenten usw. Wenn Sie solche Karten für die gesamte Erdoberfläche erstellen, werden Sie auf ihnen die folgenden Merkmale bemerken. In den Äquatorregionen werden die höchsten Werte der Horizontalkraft beobachtet (bis zu 0,39 Gauss); Zu den Polen hin nimmt die horizontale Komponente ab. Die umgekehrte Art der Änderungen tritt bei der vertikalen Komponente auf. Die Linie der Nullwerte der vertikalen Komponente wird aufgerufen magnetischer Äquator. Punkte mit horizontalen Kraftwerten von Null werden aufgerufen magnetische Pole Land. Sie stimmen nicht mit geografischen Koordinaten überein und haben die folgenden Koordinaten: magnetischer Nordpol - 70,5° N. w. und 96,0° W. gest. (1922), magnetischer Südpol – 71,2° Süd. w. und 151,0° E. gest. (1912). Alle Isogonen schneiden sich an den Magnetpolen der Erde.
Eine detaillierte Untersuchung des Erdmagnetfeldes zeigt, dass die Isolinien bei weitem nicht so glatt sind, wie das Gesamtbild vermuten lässt. Auf jeder dieser Kurven gibt es Krümmungen, die ihren reibungslosen Verlauf stören. Teilweise erreichen diese Krümmungen so große Werte, dass dieser Bereich magnetisch vom Gesamtbild isoliert werden muss. Solche Bereiche werden als anomal bezeichnet, und in ihnen kann man Werte magnetischer Elemente beobachten, die um ein Vielfaches höher sind als das normale Feld. Studie magnetische Anomalien klärte ihren engen Zusammenhang mit der geologischen Struktur der oberen Teile der Erdkruste, Kap. arr. in Bezug auf den Gehalt an magnetischen Mineralien in ihnen und führte zur Entstehung eines speziellen Zweigs der Magnetometrie, der an Bedeutung gewonnen hat und darauf abzielt, Magnetometrie und Messungen auf die Bergbauerkundung anzuwenden. Solche anomalen Gebiete, die bereits von großer industrieller Bedeutung sind, befinden sich im Ural, im Bezirk Kursk, Krivoy Rog, Schweden, Finnland und anderen Orten. Um das Magnetfeld solcher Gebiete zu untersuchen, wurden spezielle Geräte entwickelt (Tyberg-Thalen-Magnetometer, lokale Kalvariometer usw.), die es ermöglichen, schnell die notwendigen Messergebnisse zu erhalten. Die Untersuchung des Erdmagnetfeldes an einem beliebigen Punkt offenbart die Tatsache, dass sich dieses Feld im Laufe der Zeit verändert. Eine detaillierte Untersuchung dieser zeitlichen Schwankungen der Elemente des Erdmagnetismus führte zur Feststellung ihres Zusammenhangs mit dem Leben auf dem Globus als Ganzes. Die Variationen spiegeln die Rotation der Erde um ihre Achse, die Bewegung der Erde im Verhältnis zur Sonne und eine ganze Reihe kosmischer Phänomene wider. Die Untersuchung von Variationen wird von speziellen magnetischen Observatorien durchgeführt, die neben Präzisionsinstrumenten zur Messung von Elementen des Erdmagnetfelds auch mit speziellen Anlagen zur kontinuierlichen Aufzeichnung vorübergehender Änderungen magnetischer Elemente ausgestattet sind. Solche Geräte werden Variometer oder Magnetographen genannt und werden normalerweise zum Aufzeichnen von Abweichungen von D, H und Z verwendet. Ein Gerät zum Aufzeichnen von Abweichungen der Deklination (Variometer D oder Unifilar) verfügt über einen Magneten, an dem ein Spiegel befestigt ist und der frei hängt ein dünner Faden. Deklinationsschwankungen, die in Drehungen der Ebene des magnetischen Meridians bestehen, führen dazu, dass sich der so aufgehängte Magnet dreht. Ein von einem speziellen Illuminator geworfener Strahl, der von einem Magnetspiegel reflektiert wird, erzeugt einen sich bewegenden Lichtpunkt, der auf lichtempfindlichem Papier, das auf eine rotierende Trommel gerollt oder vertikal abgesenkt wird, eine Spur in Form einer Kurve hinterlässt. Eine Linie, die von einem von einem stationären Spiegel reflektierten Strahl gezeichnet wird, und Zeitstempel ermöglichen es, das resultierende Magnetogramm zu verwenden, um die Änderung von D für jeden Zeitpunkt zu ermitteln. Wenn Sie den Faden drehen und dabei den oberen Befestigungspunkt drehen, tritt der Magnet aus der Ebene des magnetischen Meridians heraus; Durch richtiges Anziehen können Sie es in eine Position bringen, die senkrecht zur ursprünglichen Position ist. In der neuen Gleichgewichtslage wird der Magnet einerseits von N und andererseits vom Moment des gedrehten Fadens beaufschlagt. Jede Änderung der horizontalen Komponente führt zu einer Änderung der Gleichgewichtsposition des Magneten, und ein solches Gerät erkennt Änderungen der horizontalen Komponente (Variometer H oder Bifilar, wenn der Magnet an zwei parallelen Fäden aufgehängt ist). Diese Schwankungen werden auf die gleiche Weise aufgezeichnet wie Änderungen der Deklination. Das dritte Gerät schließlich, das der Erfassung von Schwankungen der vertikalen Komponente dient (Lloyd-Waage, Variometer Z), verfügt über einen Magneten, der wie ein Waagebalken um eine horizontale Achse schwingt. Durch die richtige Bewegung des Schwerpunkts mithilfe eines beweglichen Gewichts wird der Magnet dieses Geräts in eine nahezu horizontale Position gebracht und normalerweise so installiert, dass die Bewegungsebene des Magneten senkrecht zur Ebene des magnetischen Meridians ausgerichtet ist. In diesem Fall wird die Gleichgewichtslage des Magneten durch die Wirkung von Z und das Gewicht des Systems bestimmt. Eine Änderung des ersten Werts führt zu einer gewissen Neigung des Magneten, proportional zur Änderung der vertikalen Komponente. Diese Neigungsänderungen werden, wie die vorherige, fotografisch aufgezeichnet und liefern Stoff für Beurteilungen über Variationen in der vertikalen Komponente.
Wenn man die von Magnetographen (Magnetogrammen) aufgezeichneten Kurven einer Analyse unterzieht, kann man auf ihnen eine Reihe von Merkmalen finden, von denen der deutlich ausgeprägte Tagesverlauf als erstes ins Auge fällt. Die Lage der Maxima und Minima des Tageszyklus sowie deren Werte schwanken innerhalb kleiner Grenzen von Tag zu Tag. Um den Tageszyklus zu charakterisieren, werden daher einige Durchschnittskurven für ein bestimmtes Zeitintervall erstellt. In Abb. Abbildung 5 zeigt die Änderungskurven von D, H und Z für das Observatorium in Sluzk für September 1927, auf denen die tägliche Variation der Elemente deutlich zu erkennen ist.
Die anschaulichste Art, Variationen darzustellen, ist die sogenannte. Vektordiagramm, was die Bewegung des Endes des Vektors F über die Zeit darstellt. Zwei Projektionen des Vektordiagramms auf die yz- und xy-Ebene sind in Abb. dargestellt. 6. Aus dieser Abb. Man kann sehen, wie sich die Jahreszeit in der Art des Tageszyklus widerspiegelt: In den Wintermonaten sind die Schwankungen der magnetischen Elemente viel geringer als in den Sommermonaten. 
Zusätzlich zu den tageszeitbedingten Schwankungen sind auf Magnetogrammen manchmal starke Veränderungen zu erkennen, die oft sehr große Werte erreichen. Solche plötzlichen Veränderungen der magnetischen Elemente gehen mit einer Reihe anderer Phänomene einher, wie zum Beispiel: Polarlichter in den arktischen Regionen, dem Auftreten induzierter Ströme in Telegrafen- und Telefonleitungen usw. und werden als „Phänomene“ bezeichnet magnetische Stürme. Es besteht ein grundlegender Unterschied zwischen den Schwankungen aufgrund des normalen Verlaufs und denen, die durch Stürme verursacht werden. Während normale Änderungen für jeden Beobachtungspunkt in der Ortszeit auftreten, treten durch Stürme verursachte Schwankungen gleichzeitig für den gesamten Globus auf. Dieser Umstand weist auf die unterschiedliche Natur der Variationen beider Typen hin.
Der Wunsch, die auf der Erdoberfläche beobachtete Verteilung der Elemente des Erdmagnetismus zu erklären, führte Gauß zur Konstruktion einer mathematischen Theorie des Erdmagnetismus. Die Untersuchung der Elemente des Erdmagnetismus seit den ersten geomagnetischen Messungen hat die Existenz des sogenannten entdeckt. Der säkulare Verlauf der Elemente und die Weiterentwicklung der Gaußschen Theorie umfassten unter anderem die Berücksichtigung dieser säkularen Variationen. Als Ergebnis der Arbeit von Peterson, Neumayer und anderen Forschern gibt es nun eine Formel für das Potenzial, die diesem säkularen Verlauf Rechnung trägt.
Unter den vorgeschlagenen Hypothesen zur Erklärung des täglichen und jährlichen Zyklus geomagnetischer Elemente ist die von Balfour-Stewart vorgeschlagene und von Schuster entwickelte Hypothese zu erwähnen. Diesen Forschern zufolge kommt es in Schichten der Atmosphäre mit hoher elektrischer Leitfähigkeit unter der thermischen Einwirkung von Sonnenstrahlen zu Bewegungen von Gasmassen. Das Erdmagnetfeld induziert in diesen bewegten leitenden Massen elektrische Ströme, deren Magnetfeld sich in Form von täglichen Schwankungen manifestiert. Diese Theorie erklärt gut die Abnahme der Variationsamplitude in den Wintermonaten und verdeutlicht die vorherrschende Rolle der Ortszeit. Neuere Forschungen haben gezeigt, dass magnetische Stürme eng mit der Aktivität der Sonne zusammenhängen. Die Klärung dieses Zusammenhangs führte zu der folgenden derzeit allgemein anerkannten Theorie magnetischer Störungen. In den Momenten ihrer intensivsten Aktivität sendet die Sonne Ströme elektrisch geladener Teilchen (z. B. Elektronen) aus. Ein solcher Fluss, der in die oberen Schichten der Atmosphäre eindringt, ionisiert diese und erzeugt die Möglichkeit des Flusses intensiver elektrischer Ströme, deren Magnetfeld die Störung ist, die wir magnetische Stürme nennen. Diese Erklärung der Natur magnetischer Stürme stimmt gut mit den Ergebnissen der von Stermer entwickelten Theorie der Polarlichter überein.
TERRESTRISCHER MAGNETISMUS
Magnetismus, Geomagnetismus, Magnetfeld der Erde und des erdnahen Raums; ein Zweig der Geophysik, der die Verteilung des Erdmagnetfeldes im Raum und zeitliche Veränderungen sowie damit verbundene geophysikalische Prozesse in der Erde und der oberen Atmosphäre untersucht.
An jedem Punkt im Raum ist das Erdmagnetfeld durch einen Spannungsvektor T gekennzeichnet, dessen Größe und Richtung durch die drei Komponenten X, Y, Z (nördlich, östlich und vertikal) in einem rechtwinkligen Koordinatensystem bestimmt werden (Abb. 1). ) oder 3 Elemente des Erdmagnetfeldes: die horizontale Spannungskomponente H, die magnetische Deklination D (der Winkel zwischen H und der Ebene des geografischen Meridians) und die magnetische Neigung I (der Winkel zwischen T und der Horizontebene).
Der Erdmagnetismus wird durch die Wirkung permanenter Quellen im Inneren der Erde verursacht, die nur langsame säkulare Veränderungen (Variationen) erfahren, sowie durch externe (veränderliche) Quellen in der Magnetosphäre und Ionosphäre der Erde. Dementsprechend wird zwischen dem Haupt- (Haupt-, ~99 %) und dem variablen (~1 %) Erdmagnetfeld unterschieden.
Hauptfeld (konstantes Erdmagnetfeld). Um die räumliche Verteilung des Haupterdmagnetfeldes zu untersuchen, werden die an verschiedenen Orten gemessenen Werte von H, D, I auf Karten (Magnetkarten) aufgetragen und Punkte gleicher Werte der Elemente durch Linien verbunden. Solche Linien werden Isodynamik, Isogone bzw. Isokline genannt. Die Linie (Isokline) I 0, also der magnetische Äquator, fällt nicht mit dem geografischen Äquator zusammen. Mit zunehmender Breite steigt der Wert von I auf 90| an den Magnetpolen. Die Gesamtspannung T (Abb. 2) vom Äquator zum Pol steigt von 33,4 auf 55,7 a/m (von 0,42 auf 0,70 oe). Koordinaten des magnetischen Nordpols im Jahr 1970: Längengrad 101,5| H. t., Breitengrad 75,7| Mit. Sch.; magnetischer Südpol: Längengrad 140,3| V. d., Breitengrad 65,5| Yu. w. In erster Näherung kann ein komplexes Bild der Verteilung des Erdmagnetfeldes durch das Feld eines Dipols (exzentrisch, um etwa 436 km vom Erdmittelpunkt verschoben) oder einer homogen magnetisierten Kugel dargestellt werden, deren magnetisches Moment ist in einem Winkel von 11,5 | ausgerichtet zur Rotationsachse der Erde. Geomagnetische Pole (Pole einer gleichmäßig magnetisierten Kugel) und magnetische Pole definieren jeweils ein System geomagnetischer Koordinaten (geomagnetischer Breitengrad, geomagnetischer Meridian, geomagnetischer Äquator) und magnetischer Koordinaten (magnetischer Breitengrad, magnetischer Meridian). Abweichungen der tatsächlichen Verteilung des Erdmagnetfeldes vom Dipol (Normal) werden als magnetische Anomalien bezeichnet. Abhängig von der Intensität und Größe des besetzten Gebiets werden globale Anomalien tiefen Ursprungs, beispielsweise Ostsibirien, Brasilien usw., sowie regionale und lokale Anomalien unterschieden. Letzteres kann beispielsweise durch die ungleichmäßige Verteilung ferromagnetischer Mineralien in der Erdkruste verursacht werden. Der Einfluss globaler Anomalien ist bis zu Höhen von ~ 0,5 R3 über der Erdoberfläche spürbar (R3 ist der Erdradius). Das Haupterdmagnetfeld hat bis zu Höhen von ~3 R3 Dipolcharakter.
Es unterliegt jahrhundertelangen Variationen, die nicht überall auf der Welt gleich sind. An Orten mit der stärksten säkularen Variation erreichen die Variationen 150g pro Jahr (1g10-5e). Es gibt auch eine systematische Drift magnetischer Anomalien nach Westen mit einer Rate von etwa 0,2 g pro Jahr und eine Änderung der Größe und Richtung des magnetischen Moments der Erde mit einer Rate von etwa 20 g pro Jahr. Aufgrund säkularer Schwankungen und unzureichender Kenntnisse des Erdmagnetfelds über große Gebiete (Ozeane und Polarregionen) besteht die Notwendigkeit, magnetische Karten neu zu erstellen. Zu diesem Zweck werden weltweit magnetische Untersuchungen an Land, in den Ozeanen (auf nichtmagnetischen Schiffen), in der Luft (aeromagnetische Untersuchungen) und im Weltraum (mittels künstlicher Erdsatelliten) durchgeführt. Für Messungen werden verwendet: Magnetkompass, Magnettheodolit, Magnetwaage, Neigungsmesser, Magnetometer, Luftmagnetometer und andere Instrumente. Das Studium der Geodäsie und die Erstellung von Karten aller ihrer Elemente spielt eine wichtige Rolle in der See- und Luftfahrt, Geodäsie und Vermessung.
Die Untersuchung des Erdmagnetfeldes vergangener Epochen erfolgt anhand der Restmagnetisierung von Gesteinen (siehe Paläomagnetismus) und für die historische Periode anhand der Magnetisierung von gebrannten Tonprodukten (Ziegel, Keramikgeschirr usw.). Paläomagnetische Untersuchungen zeigen, dass sich die Richtung des Hauptmagnetfeldes der Erde in der Vergangenheit viele Male umgekehrt hat. Die letzte derartige Veränderung fand vor etwa 0,7 Millionen Jahren statt.
A. D. Shevnin.
Ursprung des wichtigsten Erdmagnetfeldes. Um den Ursprung des grundlegenden Erdmagnetfeldes zu erklären, wurden viele verschiedene Hypothesen aufgestellt, darunter sogar die Hypothese über die Existenz eines grundlegenden Naturgesetzes, nach dem jeder rotierende Körper ein magnetisches Moment besitzt. Es wurden Versuche unternommen, das zugrunde liegende Erdmagnetfeld durch das Vorhandensein ferromagnetischer Materialien in der Erdkruste oder im Erdkern zu erklären; die Bewegung elektrischer Ladungen, die an der täglichen Erdrotation teilnehmen und einen elektrischen Strom erzeugen; das Vorhandensein von Strömen im Erdkern, die durch die thermoelektromotorische Kraft an der Grenze von Kern und Mantel usw. verursacht werden, und schließlich die Wirkung des sogenannten hydromagnetischen Dynamos im flüssigen Metallkern der Erde. Moderne Daten zu säkularen Variationen und mehrfachen Änderungen der Polarität des Erdmagnetfeldes lassen sich nur durch die Hypothese eines hydromagnetischen Dynamos (HD) zufriedenstellend erklären. Nach dieser Hypothese können im elektrisch leitenden flüssigen Kern der Erde recht komplexe und intensive Bewegungen auftreten, die zur Selbsterregung eines Magnetfeldes führen, ähnlich wie Strom und Magnetfeld in einem selbsterregten Dynamo erzeugt werden. Die Wirkungsweise des Gasgenerators basiert auf elektromagnetischer Induktion in einem bewegten Medium, das bei seiner Bewegung die magnetischen Feldlinien kreuzt.
Die GD-Forschung basiert auf der Magnetohydrodynamik. Wenn wir die Bewegungsgeschwindigkeit der Materie im flüssigen Kern der Erde als gegeben betrachten, können wir die grundsätzliche Möglichkeit der Erzeugung eines Magnetfelds bei Bewegungen verschiedener Art, sowohl stationärer als auch instationärer, regelmäßiger und turbulenter, nachweisen. Das gemittelte Magnetfeld im Kern lässt sich als Summe zweier Komponenten darstellen – dem toroidalen Feld B j und dem Feld Bp, deren Feldlinien in den Meridionalebenen liegen (Abb. 3). Die Kraftlinien des toroidalen Magnetfelds B j sind im Erdkern geschlossen und gehen nicht nach außen. Nach dem gebräuchlichsten Schema der terrestrischen GD ist das Feld Bj hunderte Male stärker als das Feld Bp, das vom Kern nach außen dringt, der überwiegend eine Dipolform hat. Die inhomogene Rotation der elektrisch leitenden Flüssigkeit im Erdkern verformt die Feldlinien des Feldes Bp und bildet daraus die Feldlinien des Feldes B (. Das Feld Bp wiederum entsteht durch die induktive Wechselwirkung einer leitenden Flüssigkeit sich auf komplexe Weise mit dem Feld B j bewegen. Um die Erzeugung des Feldes Bp aus B j sicherzustellen, sollten die Bewegungen der Flüssigkeit nicht achsensymmetrisch sein. Andernfalls können die Bewegungen, wie die kinetische Theorie von HD zeigt, sehr unterschiedlich sein. Die Bewegungen der leitenden Flüssigkeit erzeugen während des Erzeugungsprozesses neben dem Feld BP auch andere sich langsam ändernde Felder, die, vom Kern nach außen dringend, säkulare Veränderungen des Haupterdmagnetfeldes verursachen.
Die allgemeine GD-Theorie, die sowohl die Erzeugung des Feldes als auch den „Motor“ des terrestrischen GD, also den Ursprung von Bewegungen, untersucht, befindet sich noch im Anfangsstadium der Entwicklung und vieles darin ist noch hypothetisch. Als Ursachen für Bewegungen werden archimedische Kräfte, die durch kleine Dichteinhomogenitäten im Kern verursacht werden, und Trägheitskräfte genannt.
Ersteres kann entweder mit der Freisetzung von Wärme im Kern und der thermischen Ausdehnung der Flüssigkeit (Wärmekonvektion) oder mit der Heterogenität der Zusammensetzung des Kerns aufgrund der Freisetzung von Verunreinigungen an seinen Grenzen verbunden sein. Letzteres kann durch Beschleunigung aufgrund der Präzession der Erdachse verursacht werden. Die Nähe des Erdmagnetfeldes zum Feld eines Dipols mit einer Achse nahezu parallel zur Erdrotationsachse weist auf einen engen Zusammenhang zwischen der Erdrotation und dem Ursprung der geomagnetischen Masse der Erde hin. Durch die Rotation entsteht eine Corioliskraft, die eine bedeutende Rolle spielen kann im geodynamischen Mechanismus der Erde. Die Abhängigkeit der Stärke des Erdmagnetfeldes von der Intensität der Materiebewegung im Erdkern ist komplex und noch nicht ausreichend untersucht. Laut paläomagnetischen Studien schwankt die Stärke des Erdmagnetfeldes, bleibt aber im Durchschnitt, gemessen an der Größenordnung, über einen langen Zeitraum unverändert – in der Größenordnung von Hunderten von Millionen Jahren.
Das Funktionieren der Geodynamik der Erde ist mit vielen Prozessen im Kern und Mantel der Erde verbunden, daher ist die Untersuchung des Haupterdmagnetfeldes und der Geodynamik der Erde ein wesentlicher Bestandteil des gesamten Komplexes geophysikalischer Untersuchungen der inneren Struktur und Entwicklung der Erde die Erde.
S. I. Braginsky.
Variables Erdmagnetfeld. Messungen an Satelliten und Raketen haben gezeigt, dass die Wechselwirkung des Sonnenwindplasmas mit dem Erdmagnetfeld in einer Entfernung von ~3 Rз vom Erdmittelpunkt zu einer Störung der Dipolstruktur des Feldes führt. Der Sonnenwind lokalisiert das Erdmagnetfeld in einem begrenzten Volumen des erdnahen Raums – der Magnetosphäre der Erde, während an der Grenze der Magnetosphäre der dynamische Druck des Sonnenwinds durch den Druck des Erdmagnetfelds ausgeglichen wird. Der Sonnenwind komprimiert das Erdmagnetfeld auf der Tagseite und trägt die geomagnetischen Feldlinien der Polarregionen auf die Nachtseite und bildet so den magnetischen Schweif der Erde mit einer Länge von mindestens 5 Millionen km in der Nähe der Ekliptikebene (siehe Abbildung in der Abbildung). Artikel Erde und Erdmagnetosphäre). Der ungefähre Dipolbereich des Feldes mit geschlossenen Feldlinien (innere Magnetosphäre) ist eine magnetische Falle geladener Teilchen erdnahen Plasmas (siehe Strahlungsgürtel der Erde).
Der Fluss von Sonnenwindplasma um die Magnetosphäre mit variabler Dichte und Geschwindigkeit geladener Teilchen sowie der Durchbruch von Teilchen in die Magnetosphäre führen zu Änderungen der Intensität elektrischer Stromsysteme in der Magnetosphäre und Ionosphäre der Erde. Aktuelle Systeme wiederum verursachen Schwingungen des Erdmagnetfeldes im erdnahen Raum und auf der Erdoberfläche in einem weiten Frequenzbereich (von 10-5 bis 102 Hz) und Amplituden (von 10-3 bis 10-7). oe). Fotografische Aufzeichnung kontinuierlicher Veränderungen des Erdmagnetfeldes, die in magnetischen Observatorien mit Magnetographen durchgeführt werden. In ruhigen Zeiten werden in niedrigen und mittleren Breiten periodische solar- und mondtägliche magnetische Schwankungen mit Amplituden von 30–70 g bzw. 1–5 g beobachtet. Andere beobachtete unregelmäßige Feldschwingungen unterschiedlicher Form und Amplitude werden als magnetische Störungen bezeichnet, unter denen verschiedene Arten magnetischer Variationen unterschieden werden.
Magnetische Störungen, die die gesamte Erde bedecken und einen (Abb. 4) bis mehrere Tage dauern, werden als globale magnetische Stürme bezeichnet, bei denen die Amplitude einzelner Komponenten 1000 g überschreiten kann. Ein magnetischer Sturm ist eine der Erscheinungsformen starker Störungen der Magnetosphäre, die auftreten, wenn sich die Parameter des Sonnenwinds ändern, insbesondere die Geschwindigkeit seiner Teilchen und die Normalkomponente des interplanetaren Magnetfelds relativ zur Ekliptikebene. Starke Störungen der Magnetosphäre gehen mit dem Auftreten von Polarlichtern, ionosphärischen Störungen, Röntgenstrahlung und niederfrequenter Strahlung in der oberen Erdatmosphäre einher.
Praktische Anwendungen magnetischer Phänomene. Unter dem Einfluss des Erdmagnetfeldes befindet sich die Magnetnadel in der Ebene des magnetischen Meridians. Dieses Phänomen wird seit der Antike zur Geländeorientierung, zur Kursbestimmung von Schiffen auf hoher See, in der geodätischen und vermessungstechnischen Praxis, in militärischen Angelegenheiten usw. genutzt. (siehe Kompass, Kompass).
Die Untersuchung lokaler magnetischer Anomalien ermöglicht die Erkennung von Mineralien, vor allem Eisenerz (siehe Magnetische Exploration), und in Kombination mit anderen geophysikalischen Explorationsmethoden die Bestimmung ihrer Lage und Reserven. Zur Erkundung des Erdinneren hat sich die magnetotellurische Methode durchgesetzt, bei der aus dem Feld eines magnetischen Sturms die elektrische Leitfähigkeit der inneren Erdschichten berechnet und anschließend der dort herrschende Druck und die Temperatur ermittelt werden.
Eine Informationsquelle über die oberen Schichten der Atmosphäre sind geomagnetische Schwankungen. Magnetische Störungen, die beispielsweise mit einem Magnetsturm einhergehen, treten mehrere Stunden früher auf, als unter seinem Einfluss Veränderungen in der Ionosphäre auftreten, die die Funkkommunikation stören. Dadurch ist es möglich, magnetische Vorhersagen zur Gewährleistung einer unterbrechungsfreien Funkkommunikation („Radiowetter“-Vorhersagen) erforderlich zu machen. Geomagnetische Daten dienen auch dazu, die Strahlungssituation im erdnahen Weltraum bei Raumflügen vorherzusagen.
Die Konstanz des Erdmagnetfeldes bis in Höhen von mehreren Erdradien wird zur Orientierung und Manövrierfähigkeit von Raumfahrzeugen genutzt.
Das Erdmagnetfeld beeinflusst lebende Organismen, Flora und Menschen. Beispielsweise nimmt in Zeiten magnetischer Stürme die Zahl der Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu, der Zustand von Patienten mit Bluthochdruck verschlechtert sich usw. Die Untersuchung der Natur elektromagnetischer Wirkungen auf lebende Organismen ist eines der neuen und vielversprechenden Gebiete der Biologie.
A. D. Shevnin.
Lit.: Yanovsky B. M., Terrestrial magnetism, Bd. 1-2, L., 1963-64; sein, Entwicklung der Arbeiten zum Geomagnetismus in der UdSSR während der Jahre der Sowjetmacht. „Proceedings of the UdSSR Academy of Sciences, Physics of the Earth“, 1967, | 11, S. 54; Handbuch zum magnetischen Wechselfeld der UdSSR, L., 1954; Erdnaher Raum. Referenzdaten, trans. aus Englisch, M., 1966; Die Gegenwart und Vergangenheit des Erdmagnetfeldes, M., 1965; Braginsky S.I., Auf den Grundlagen der Theorie des hydromagnetischen Dynamos der Erde, „Geomagnetism and Aeronomy“, 1967, Bd. 7, | 3, S. 401; Solar-terrestrische Physik, M., 1968.
Große sowjetische Enzyklopädie, TSB. 2012
Siehe auch Interpretationen, Synonyme, Bedeutungen des Wortes und was ERDMAGNETISMUS auf Russisch in Wörterbüchern, Enzyklopädien und Nachschlagewerken ist:
- TERRESTRISCHER MAGNETISMUS
Astronomische Probleme der Bewegung von Himmelskörpern im Weltraum sind relativ einfach zu lösen, vor allem weil diese Körper sehr weit voneinander entfernt sind... - TERRESTRISCHER MAGNETISMUS
? Astronomische Probleme der Bewegung von Himmelskörpern im Weltraum sind relativ einfach zu lösen, vor allem weil diese Körper voneinander getrennt sind... - TERRESTRISCHER MAGNETISMUS
- TERRESTRISCHER MAGNETISMUS im Modern Explanatory Dictionary, TSB:
das Erdmagnetfeld, dessen Existenz auf die Wirkung permanenter Quellen im Inneren der Erde zurückzuführen ist (siehe Hydromagnetischer Dynamo) und die die Hauptkomponente des Feldes bilden ... - MAGNETISMUS,
Tier. Während die offizielle Wissenschaft ihn als „imaginären“ Vermittler bezeichnet und seine Realität völlig leugnet, sind unzählige Millionen alter und... - MAGNETISMUS im Dictionary Index of Theosophical Concepts to the Secret Doctrine, Theosophical Dictionary:
- Stärke liegt in der Natur und im Menschen. Im ersten Fall stellt er das Medium dar, das verschiedene Phänomene der Anziehung, Polarität usw. verursacht. IN … - MAGNETISMUS im großen enzyklopädischen Wörterbuch:
(vom griechischen magnetis – Magnet) 1) ein Zweig der Physik, der die Wechselwirkung bewegter elektrisch geladener Teilchen (Körper) oder Teilchen (Körper) mit magnetischen ... untersucht. - MAGNETISMUS in der Großen Sowjetischen Enzyklopädie, TSB:
(vom griechischen magnetis – Magnet) manifestiert sich auf einer Makroskala als Wechselwirkung zwischen elektrischen Strömen, zwischen Strömen und Magneten (also Körpern...) - MAGNETISMUS im Enzyklopädischen Wörterbuch von Brockhaus und Euphron:
1) Eigenschaften von Magneten. Das charakteristischste magnetische Phänomen – die Anziehung von Eisenstücken durch einen Magneten – ist seit der Antike bekannt. Allerdings in… - MAGNETISMUS im Modern Encyclopedic Dictionary:
- MAGNETISMUS
(vom griechischen magnetis – Magnet, von Magnetis lithos, wörtlich – ein Stein aus Magnesia, einer antiken Stadt in Kleinasien), ein Zweig der Physik, ... - MAGNETISMUS im Enzyklopädischen Wörterbuch:
a, pl. nein, m. 1. körperlich. Eine Reihe magnetischer Phänomene. Terrestrisch m. 2. physisch. Die Lehre von magnetischen Phänomenen und magnetischen Eigenschaften... - MAGNETISMUS im Enzyklopädischen Wörterbuch:
, -Bin. 1. Eine Reihe von Phänomenen, die mit der Wirkung der Eigenschaften eines Magneten (speziell) verbunden sind. Erde m. 2. trans. Anziehungskraft (veraltet). M. jemandes ... - TERRESTRISCH im Enzyklopädischen Wörterbuch:
, oh, oh. 1. Erde sehen. 2. Konzentriert sich auf das Leben mit seinen wahren Taten und Gedanken, fernab hoher Ideale. ... - MAGNETISMUS
MAGNETISMUS (von griechisch magn;tis – Magnet), ein Zweig der Physik, der die Wechselwirkung elektrisch bewegter Ladungen untersucht. Partikel (Körper) oder Partikel (Körper) mit Magnet. ... - TERRESTRISCH im Großen Russischen Enzyklopädischen Wörterbuch:
ERDELLIPSOID, Rotationsellipsoid, max. nah an der Geoidfigur; seine Größe und Position im Erdkörper werden aus Gradmessungen bestimmt, ... - TERRESTRISCH im Großen Russischen Enzyklopädischen Wörterbuch:
ERDMAGNETISMUS, magnetisch Feld der Erde, dessen Existenz auf die Wirkung von Post zurückzuführen ist. Quellen im Inneren der Erde (siehe Hydromagnetischer Dynamo) und erzeugen ... - TERRESTRISCH im Großen Russischen Enzyklopädischen Wörterbuch:
ERDKRUSTINSTITUT (IZK) SB RAS, gegründet 1957 in Irkutsk. Forschung Struktur der Erdkruste und Prozesse in tiefen Zonen, ... - MAGNETISMUS in der Brockhaus- und Efron-Enzyklopädie:
1) Eigenschaften von Magneten. Was ist das charakteristischste magnetische Phänomen? Anziehung von Eisenstücken durch einen Magneten? seit der Antike bekannt. Allerdings in… - MAGNETISMUS
magneti"zm, magneti"zma, magneti"zma, magneti"zmov, magneti"zmu, magneti"zm, magneti"zm, magneti"zma, magneti"zmom, magneti"zmami, magneti"zme, ... - TERRESTRISCH im vollständigen akzentuierten Paradigma nach Zaliznyak:
irdisch, irdisch, irdisch, irdisch, irdisch, irdisch, irdisch, irdisch, irdisch, irdisch, irdisch, irdisch, irdisch, irdisch, irdisch, irdisch, irdisch, irdisch, irdisch, irdisch, ... - TERRESTRISCH im Wörterbuch der großen russischen Sprache der Geschäftskommunikation:
nicht-manischer leitender Manager... - MAGNETISMUS im Neuen Fremdwörterbuch:
(siehe Magnet) 1) das Studium magnetischer Phänomene und magnetischer Eigenschaften von Körpern; 2) eine Reihe magnetischer Phänomene; irdisches m. - ... - MAGNETISMUS im Wörterbuch der ausländischen Ausdrücke:
[cm. Magnet] 1. das Studium magnetischer Phänomene und magnetischer Eigenschaften von Körpern; 2. eine Reihe magnetischer Phänomene; Erde m. - Magnetfeld... - TERRESTRISCH in Abramovs Synonymwörterbuch:
siehe verderblich || Beende die irdische Karriere, beende die irdische Existenz, den Globus, das Tal ... - MAGNETISMUS
Geomagnetismus, Hypnose, Hypnotisierung, Hypnose, Kraft, ... - TERRESTRISCH im russischen Synonymwörterbuch:
dolny, dolny, lokal, weltlich, irdisch, sublunar, subsolar, körperlich, tellurisch, ... - MAGNETISMUS
m. 1) a) Die Eigenschaft einiger Körper – Magnete –, andere Körper anzuziehen oder von sich abzustoßen. b) übertragen ... - TERRESTRISCH im neuen erklärenden Wörterbuch der russischen Sprache von Efremova:
1. Adj. 1) Korrelativ in der Bedeutung. mit Substantiv: Erde (1), damit verbunden. 2) Eigentümlich für die Erde (1), charakteristisch für sie. ... - MAGNETISMUS in Lopatins Wörterbuch der russischen Sprache:
Magnetismus, ... - TERRESTRISCH in Lopatins Wörterbuch der russischen Sprache.
- MAGNETISMUS im vollständigen Rechtschreibwörterbuch der russischen Sprache:
Magnetismus... - TERRESTRISCH im vollständigen Rechtschreibwörterbuch der russischen Sprache.
- MAGNETISMUS im Rechtschreibwörterbuch:
Magnetismus, ... - TERRESTRISCH im Rechtschreibwörterbuch.
- MAGNETISMUS in Ozhegovs Wörterbuch der russischen Sprache:
Obs Anziehungskraft von M. jemandes. Worte, Blicke. Magnetismus ist eine Reihe von Phänomenen, die mit der Wirkung der Eigenschaften eines Magneten verbunden sind Spec Erde...
