معنای مغناطیس زمینی در دایره المعارف بزرگ شوروی، BSE. سخنرانی: مغناطیس زمینی و اهمیت آن ساختار داخلی و ترکیب زمین، مغناطیس زمینی
ما زمین- پنجمین سیاره بزرگ در میان نه سیاره ای که در مدارشان به دور خورشید، نزدیکترین ستاره، می چرخند. زمین در هر ثانیه حدود 30 کیلومتر را طی می کند و در عرض یک سال یک دور کامل به دور خورشید می چرخد. علاوه بر این، زمین مانند یک بالا بر محور خود می‌چرخد و در عرض 24 ساعت یک چرخش کامل انجام می‌دهد. زمین یک کره کامل نیست. قطر آن در خط استوا 12756 کیلومتر و در قطب 12714 کیلومتر است. محیط زمین در خط استوا 40075 کیلومتر است.
ماه- نزدیکترین همسایه کیهانی زمین. قطر آن تقریباً چهار برابر کوچکتر از قطر زمین و برابر با 3475 کیلومتر است. سنگ هایی که ماه را تشکیل می دهند، چگالی کمتری نسبت به سنگ های روی زمین دارند، بنابراین وزن ماه 8 برابر کمتر از زمین است.
زمین سومین سیاره از خورشید است و عمدتاً از سنگ های سنگی تشکیل شده است.
"پرسشنامه" سیاره ما، یا آنچه ما قطعا در مورد زمین می دانیم
امروزه ما کاملاً در مورد سیاره ای که بشر در آن زندگی می کند می دانیم که شعاع متوسط آن 6371 کیلومتر است. با این حال، در صفحه استوا کمی بزرگتر است - حدود 6378 کیلومتر، و فاصله از مرکز زمین تا قطب کمتر است، تقریبا 6357 کیلومتر.
سطح زمین 510 میلیون کیلومتر مربع است که 71 درصد آن اقیانوس و بقیه خشکی است. شاید درست تر باشد که سیاره خود را اقیانوس بنامیم، زیرا زمین بسیار کمتری روی زمین وجود دارد؟
حجم کره زمین با تعداد کیلومتر مکعبی که با دوازده صفر به پایان می رسد نشان داده می شود. هر متر مکعب از مواد تشکیل دهنده زمین به طور متوسط کمی بیش از 5.5 تن وزن دارد، بنابراین، اگر یک غول موفق شود این سیاره را در مقیاسی غول پیکر قرار دهد، شش و بیست و یک تن صفر را "کشش" می کند!
ترکیب داخلی سیاره تحت سلطه آهن است - تقریباً 35٪. سپس اکسیژن (حدود 30٪)، سپس سیلیکون (15٪) و منیزیم (12٪) می آید. اما این به طور متوسط است.
در طول 4.6 میلیارد سال از وجود زمین، گرانش سنگ‌های سنگین‌تر را به عمق زمین برده، در حالی که سنگ‌های سبک‌تر را به سطح نزدیک‌تر کرده است. این "مرتب‌سازی" با گرمای فضای داخلی زمین نیز کمک کرد - در وسط زمین دما از 5000 تا 6000 درجه سانتیگراد متغیر بود. بنابراین، بدن سیاره هم از نظر خواص فیزیکی و هم از نظر ترکیب شیمیایی ناهمگن شد. در هسته، هسته سیاره است. آن را یک گوشته احاطه کرده است، و در بالای همه چیز پوسته زمین است.
سیاره زمین دارای خاصیت مغناطیسی خاص خود است - توسط میدان نامرئی نیروهای مغناطیسی احاطه شده است که ما آن را احساس نمی کنیم، اما بر مواد حاوی آهن یا برخی فلزات دیگر تأثیر می گذارد. شما می توانید میدان مغناطیسی را با استفاده از قطب نما تشخیص دهید. سوزن قطب نما یک آهنربای نازک بلند است. در تعامل با مغناطیس زمین، می چرخد و به سمت شمال و جنوب می رود.
1. خطوط مغناطیسی نیرو، 2. زمین
بیشتر در قطب های مغناطیسی شمال و جنوب آشکار می شود. در آنجا خطوط مغناطیسی نیرو به صورت عمودی هدایت می شوند.
میدان مغناطیسی زمین احتمالاً توسط نیروهای ایجاد شده توسط هسته بیرونی آن، یک پوسته آهنی که حدود 2900 کیلومتر زیر سطح قرار دارد، هدایت می شود. فشار در چنین عمقی بسیار زیاد است و دما بیش از 4000 درجه سانتیگراد است. در این دما، آهن در حالت مایع است. به دلیل چرخش زمین، جریان های آهن مذاب مانند پیچ در پیچ پیچ خورده، حرکت آنها باعث تولید الکتریسیته می شود که به نوبه خود میدان مغناطیسی ایجاد می کند که کره زمین را احاطه کرده و ما را در برابر تشعشعات ذرات پر انرژی که خورشید زمین را با آنها بمباران می کند، محافظت می کند. با این حال، برخی از ذرات به سمت قطب های مغناطیسی جذب می شوند و باعث ایجاد فلش در آسمان شب - شفق قطبی می شوند.
میدان مغناطیسی به فضای بیرونی گسترش می یابد و مگنتوسفر را تشکیل می دهد. ذرات پرانرژی خورشیدی، "باد خورشیدی"، مگنتوسفر را بمباران می کنند و باعث می شوند که شکل اشک به خود بگیرد.
جریان های عظیم انرژی حرارتی در داخل زمین و چرخش سیاره حول محور آن، بلوک های سنگی نیمه مایع را مجبور می کند تا به صورت مارپیچی حرکت کنند. این جریان های مارپیچی جریان های الکتریکی را تحریک می کنند که یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند.
در قرن نوزدهم، دانشمندی از انگلستان به نام شوستر می خواست بفهمد و توضیح دهد که مغناطیس زمین از چه چیزی تشکیل شده است. او فرض کرد که این به دلیل چرخش آن حول محور خود ایجاد شده است. در روسیه، فیزیکدان P. Lebedev توجه زیادی به این موضوع داشت. طبق نظریه او، به دلیل تأثیر نیروهای گریز از مرکز، الکترون های اتم ها به سمت سیاره ما جابه جا می شوند. به همین دلیل، سطح باید لزوماً دارای بار منفی باشد و این به نوبه خود منجر به ظهور مغناطیس به عنوان چنین می شود.
اما معلوم شد که این نظریه نادرست است. پس از انجام آزمایش هایی با چرخی که با سرعت بالا می چرخد، هیچ مغناطیسی در آن یافت نشد. محقق گلبرت استدلال کرد که سیاره ما کاملاً از سنگی با ماهیت مغناطیسی ساخته شده است. همچنین دیدگاه هایی وجود داشت که استدلال می کردند که زمین به لطف خورشید مغناطیسی شده است. با این حال، همه این تئوری ها پس از انجام مطالعات مربوطه، غیرقابل ماندگاری کامل خود را نشان دادند.
نظریه میدان مغناطیسی زمین
بسیاری از محققان تصور می کردند که این سیاره دارای یک هسته مایع است که باعث مغناطیس می شود و این دیدگاه هنوز در علم وجود دارد. محقق بلکت در اواسط قرن بیستم پیشنهاد کرد که میدان مغناطیسی سیارات ناشی از قوانینی است که هنوز برای علم ناشناخته است.
او نظریه ای را توسعه داد که به روشن شدن بسیاری از جنبه های ماهیت مغناطیس کمک کرد. در آن زمان بود که دانشمندان توانستند دقیقاً تعیین کنند که سیاره ما، خورشید، و همچنین ستاره کد E78 چه سرعت چرخشی و چه میدان های مغناطیسی دارند.
همانطور که از فیزیک مشخص است، برای مثال، میدان های مغناطیسی زمین و خورشید مانند گشتاور زاویه ای آنها به هم مرتبط هستند. دانشمندان پیشنهاد کرده اند که بین چرخش اجرام آسمانی و مغناطیس آنها ارتباط وجود دارد. در آن زمان، محققان بر این عقیده بودند که چرخش اجسام منجر به پیدایش مغناطیس می شود.
با وجود آزمایش‌های دانشمندان آن زمان، آنها قادر به پاسخ دقیق به این سؤال نبودند و بسیاری از آزمایش‌های علمی که سعی در توضیح ماهیت مغناطیس داشتند، فقط سؤالات بیشتری را اضافه کردند. در نهایت، تنها پس از توسعه فیزیک و نجوم، محققان ماهیت این پدیده مرموز را بهتر درک کردند. با این حال، سوالات همچنان باقی بود.
این سوال مطرح می شود: آیا چرخش سیاره ما باعث اختلال در میدان مغناطیسی می شود یا مغناطیس باعث چرخش سیاره می شود؟ شاید سیاره ما همیشه حول محور خود می‌چرخد، زیرا یک آهنربای غول‌پیکر است که در جریانی از ذرات بسیار باردار قرار دارد.
مغناطیس و هسته سیاره
به لطف دانش جدید در زمینه فیزیک، امکان اثبات ارتباط آشکار بین هسته سیاره و مغناطیس وجود داشت. تحقیقات دانشمندان نشان داده است که به عنوان مثال، ماهواره ما، ماه، میدان مغناطیسی خاص خود را ندارد و به لطف اندازه گیری های انجام شده از فضاپیما، می توان به طور دقیق مشخص کرد که این میدان را ندارد. داده های جالبی توسط دانشمندان هنگام مطالعه جریان های این سیاره در قطب شمال و قطب جنوب کشف شد. مشخص شد که فعالیت بسیار بالایی از جریان های الکتریکی وجود دارد که چندین برابر بیشتر از شدت آنها در عرض های جغرافیایی معمولی است. این نشان می دهد که الکترون ها در مقادیر زیادی از طریق مناطق قطب مغناطیسی که در کلاهک های قطبی قرار دارند وارد سیاره می شوند.
هنگامی که فعالیت خورشید به شدت افزایش می یابد، جریان های الکتریکی سیاره ما نیز افزایش می یابد. در حال حاضر، دانشمندان بر این باورند که جریان های الکتریکی در این سیاره ناشی از جریان جرم هسته زمین و هجوم مداوم الکترون ها از فضای بیرونی است. مطمئناً تحقیقات جدید برای روشن شدن ماهیت مغناطیس زمین ادامه خواهد داشت و ما همچنان حقایق جالب زیادی در مورد این پدیده خواهیم آموخت.
دو نوع مختلف آهنربا وجود دارد. برخی از آنها به اصطلاح آهنرباهای دائمی هستند که از مواد "مغناطیسی سخت" ساخته شده اند. خواص مغناطیسی آنها به استفاده از منابع یا جریان خارجی مربوط نمی شود. نوع دیگر شامل آهنرباهای الکترومغناطیس با هسته ساخته شده از آهن "نرم مغناطیسی" است. میدان های مغناطیسی که آنها ایجاد می کنند عمدتاً به این دلیل است که یک جریان الکتریکی از سیم سیم پیچی اطراف هسته عبور می کند.
قطب های مغناطیسی و میدان مغناطیسی
خواص مغناطیسی یک آهنربای میله ای در نزدیکی انتهای آن قابل توجه است. اگر چنین آهنربایی در قسمت میانی آویزان شود تا بتواند آزادانه در یک صفحه افقی بچرخد، آنگاه موقعیتی تقریباً مطابق با جهت شمال به جنوب خواهد گرفت. انتهای میله که به سمت شمال است را قطب شمال و به انتهای آن قطب جنوب می گویند. قطب های مخالف دو آهنربا یکدیگر را جذب می کنند و مانند قطب ها یکدیگر را دفع می کنند.
اگر یک میله آهن غیر مغناطیسی به یکی از قطب های آهنربا نزدیک شود، دومی به طور موقت مغناطیسی می شود. در این صورت، قطب میله مغناطیسی که نزدیک به قطب آهنربا است، از نظر نام مخالف خواهد بود، و قطب دور همان نام را خواهد داشت. جاذبه بین قطب آهنربا و قطب مخالف القا شده توسط آن در میله، عمل آهنربا را توضیح می دهد. برخی از مواد (مانند فولاد) پس از قرار گرفتن در نزدیکی آهنربای دائمی یا الکترومغناطیس، خود به آهنربای دائمی ضعیف تبدیل می شوند. یک میله فولادی را می توان با عبور دادن انتهای آهنربای دائمی میله ای در امتداد انتهای آن مغناطیسی کرد.
بنابراین، آهنربا سایر آهنرباها و اجسام ساخته شده از مواد مغناطیسی را بدون تماس با آنها جذب می کند. این عمل در فاصله با وجود میدان مغناطیسی در فضای اطراف آهنربا توضیح داده می شود. مقداری از شدت و جهت این میدان مغناطیسی را می توان با ریختن براده های آهن بر روی یک ورق مقوا یا شیشه ای که روی آهنربا قرار داده شده است به دست آورد. خاک اره به صورت زنجیره ای در جهت مزرعه قرار می گیرد و تراکم خطوط خاک اره با شدت این میدان مطابقت دارد. (در انتهای آهنربا، جایی که شدت میدان مغناطیسی بیشتر است، ضخیم‌ترین آنهاست.)
M. Faraday (1791-1867) مفهوم خطوط القایی بسته برای آهنرباها را معرفی کرد. خطوط القایی از آهن ربا در قطب شمال به فضای اطراف امتداد می یابد، در قطب جنوب وارد آهنربا می شود و از قطب جنوب به داخل ماده آهنربا برگشته به شمال عبور می کند و یک حلقه بسته را تشکیل می دهد. به تعداد کل خطوط القایی که از آهنربا بیرون می آیند، شار مغناطیسی می گویند. چگالی شار مغناطیسی یا القای مغناطیسی ( که در) برابر است با تعداد خطوط القایی که در امتداد نرمال از یک ناحیه ابتدایی با اندازه واحد عبور می کنند.
القای مغناطیسی نیرویی را تعیین می کند که میدان مغناطیسی بر روی هادی حامل جریان واقع در آن اثر می گذارد. اگر هادی که جریان از آن عبور می کند من، عمود بر خطوط القایی قرار دارد، سپس طبق قانون آمپر نیرو افبر روی رسانا، هم بر میدان و هم بر هادی عمود است و با القای مغناطیسی، قدرت جریان و طول هادی متناسب است. بنابراین، برای القای مغناطیسی بمی توانید یک عبارت بنویسید
جایی که اف- نیرو بر حسب نیوتن، من– جریان بر حسب آمپر ل- طول بر حسب متر واحد اندازه گیری القای مغناطیسی تسلا (T) است.
گالوانومتر.
گالوانومتر ابزاری حساس برای اندازه گیری جریان های ضعیف است. یک گالوانومتر از گشتاور تولید شده از برهمکنش یک آهنربای دائمی نعل اسبی با یک سیم پیچ کوچک حامل جریان (یک آهنربای الکتریکی ضعیف) که در شکاف بین قطب های آهنربا معلق است استفاده می کند. گشتاور و در نتیجه انحراف سیم پیچ، متناسب با جریان و کل القای مغناطیسی در شکاف هوا است، به طوری که مقیاس دستگاه برای انحرافات کوچک سیم پیچ تقریباً خطی است.
نیروی مغناطیسی و قدرت میدان مغناطیسی.
در مرحله بعد، ما باید کمیت دیگری را معرفی کنیم که اثر مغناطیسی جریان الکتریکی را مشخص می کند. فرض کنید جریان از سیم سیم پیچ بلندی عبور می کند که داخل آن ماده ای قابل مغناطیسی وجود دارد. نیروی مغناطیسی حاصل ضرب جریان الکتریکی در سیم پیچ و تعداد دورهای آن است (این نیرو با آمپر اندازه گیری می شود، زیرا تعداد چرخش ها کمیتی بدون بعد است). قدرت میدان مغناطیسی نبرابر با نیروی مغناطیسی در واحد طول سیم پیچ است. بنابراین، ارزش نبر حسب آمپر بر متر اندازه گیری می شود. مغناطش به دست آمده توسط مواد داخل سیم پیچ را تعیین می کند.
در یک القای مغناطیسی خلاء بمتناسب با شدت میدان مغناطیسی ن:
جایی که متر 0 – به اصطلاح ثابت مغناطیسی با مقدار جهانی 4 پ H 10 –7 H/m. در بسیاری از مواد ارزش بتقریباً متناسب ن. با این حال، در مواد فرومغناطیسی نسبت بین بو نتا حدودی پیچیده تر است (همانطور که در زیر مورد بحث قرار خواهد گرفت).
در شکل 1 یک آهنربای الکتریکی ساده را نشان می دهد که برای گرفتن بارها طراحی شده است. منبع انرژی یک باتری DC است. شکل همچنین خطوط میدان آهنربای الکتریکی را نشان می دهد که با روش معمول براده های آهن قابل تشخیص است.
الکترومغناطیس های بزرگ با هسته های آهنی و تعداد بسیار زیادی پیچ های آمپر که در حالت پیوسته کار می کنند، نیروی مغناطیسی زیادی دارند. آنها یک القای مغناطیسی تا 6 تسلا در شکاف بین قطب ها ایجاد می کنند. این القاء تنها با استرس مکانیکی، گرم شدن سیم پیچ ها و اشباع مغناطیسی هسته محدود می شود. تعدادی از آهنرباهای غول پیکر الکترومغناطیس خنک شده با آب (بدون هسته)، و همچنین تاسیسات برای ایجاد میدان های مغناطیسی پالسی، توسط پی. F. Bitter (1902-1967) در موسسه فناوری ماساچوست. با چنین آهنربایی می توان به القایی تا 50 تسلا دست یافت. یک آهنربای الکتریکی نسبتاً کوچک که میدان‌هایی تا 6.2 تسلا تولید می‌کند، 15 کیلووات انرژی الکتریکی مصرف می‌کند و توسط هیدروژن مایع خنک می‌شود، در آزمایشگاه ملی لوسالاموس ساخته شد. میدان های مشابه در دماهای برودتی به دست می آیند.
نفوذپذیری مغناطیسی و نقش آن در مغناطیس
نفوذپذیری مغناطیسی مترکمیتی است که خواص مغناطیسی یک ماده را مشخص می کند. فلزات فرومغناطیسی Fe، Ni، Co و آلیاژهای آنها حداکثر نفوذپذیری بسیار بالایی دارند - از 5000 (برای آهن) تا 800000 (برای سوپرمالوی). در چنین موادی با قدرت میدان نسبتاً کم اچالقاء بزرگ رخ می دهد ب، اما رابطه بین این کمیت ها به طور کلی به دلیل پدیده های اشباع و هیسترزیس غیرخطی است که در زیر به آنها پرداخته می شود. مواد فرومغناطیسی به شدت توسط آهنربا جذب می شوند. آنها خواص مغناطیسی خود را در دمای بالاتر از نقطه کوری از دست می دهند (770 درجه سانتیگراد برای آهن، 358 درجه سانتیگراد برای نیکل، 1120 درجه سانتیگراد برای Co) و مانند پارامغناطیس رفتار می کنند که برای آن القا می شود. بتا مقادیر کشش بسیار بالا اچمتناسب با آن است - دقیقاً همان چیزی است که در خلاء است. بسیاری از عناصر و ترکیبات در تمام دماها پارامغناطیس هستند. مشخصه مواد پارامغناطیس این است که در یک میدان مغناطیسی خارجی مغناطیسی می شوند. اگر این میدان خاموش شود، مواد پارامغناطیس به حالت غیر مغناطیسی باز می گردند. مغناطیس در فرومغناطیس ها حتی پس از خاموش شدن میدان خارجی نیز حفظ می شود.
در شکل شکل 2 یک حلقه هیسترزیس معمولی را برای یک ماده فرومغناطیسی سخت (با تلفات زیاد) نشان می دهد. این وابستگی مبهم مغناطش کردن یک ماده مغناطیسی مرتب شده را به قدرت میدان مغناطیسی مشخص می کند. با افزایش قدرت میدان مغناطیسی از نقطه اولیه (صفر) 1 ) مغناطش در امتداد خط چین رخ می دهد 1 –2 ، و ارزش متربا افزایش مغناطیسی نمونه به طور قابل توجهی تغییر می کند. در نقطه 2 اشباع حاصل می شود، یعنی. با افزایش بیشتر ولتاژ، مغناطش دیگر افزایش نمی یابد. اگر اکنون به تدریج مقدار را کاهش دهیم اچبه صفر، سپس منحنی ب(اچ) دیگر همان مسیر را دنبال نمی کند، بلکه از نقطه عبور می کند 3 ، همانطور که بود، یک "خاطره" از مطالب مربوط به "تاریخ گذشته" را آشکار می کند، از این رو به آن "هیسترزیس" می گویند. بدیهی است که در این حالت مقداری مغناطیس باقی مانده حفظ می شود (قطع 1 –3 ). پس از تغییر جهت میدان مغناطیسی به جهت مخالف، منحنی که در (ن) از نکته عبور می کند 4 و بخش ( 1 )–(4 ) مربوط به نیروی اجباری است که از مغناطیس زدایی جلوگیری می کند. افزایش بیشتر مقادیر (- اچ) منحنی هیسترزیس را به ربع سوم - بخش می آورد 4 –5 . کاهش بعدی ارزش (- اچ) به صفر و سپس افزایش مقادیر مثبت اچمنجر به بسته شدن حلقه هیسترزیس از طریق نقاط خواهد شد 6 , 7 و 2 .
مواد مغناطیسی سخت با یک حلقه پسماند گسترده مشخص می شوند، که منطقه قابل توجهی را در نمودار پوشش می دهد و بنابراین مربوط به مقادیر زیادی مغناطیس باقیمانده (القاء مغناطیسی) و نیروی اجباری است. یک حلقه پسماند باریک (شکل 3) مشخصه مواد مغناطیسی نرم، مانند فولاد ملایم و آلیاژهای خاص با نفوذپذیری مغناطیسی بالا است. چنین آلیاژهایی با هدف کاهش تلفات انرژی ناشی از هیسترزیس ایجاد شدند. اکثر این آلیاژهای خاص مانند فریت ها دارای مقاومت الکتریکی بالایی هستند که نه تنها تلفات مغناطیسی، بلکه تلفات الکتریکی ناشی از جریان های گردابی را نیز کاهش می دهد.
مواد مغناطیسی با نفوذپذیری بالا با بازپخت تولید می شوند که با نگهداری در دمای حدود 1000 درجه سانتیگراد انجام می شود و به دنبال آن تلطیف (سرد شدن تدریجی) تا دمای اتاق انجام می شود. در این مورد، عملیات مکانیکی و حرارتی اولیه و همچنین عدم وجود ناخالصی در نمونه بسیار مهم است. برای هسته های ترانسفورماتور در آغاز قرن بیستم. فولادهای سیلیکونی توسعه یافتند، ارزش مترکه با افزایش محتوای سیلیکون افزایش یافت. بین سال‌های 1915 و 1920، آلیاژهای پرمالی (آلیاژهای نیکل و آهن) با یک حلقه پسماند باریک و تقریباً مستطیلی شکل ظاهر شدند. به ویژه مقادیر نفوذپذیری مغناطیسی بالا متردر مقادیر کوچک اچآلیاژها در هایپرنیک (50٪ نیکل، 50٪ آهن) و موفلز (75٪ نیکل، 18٪ آهن، 5٪ مس، 2٪ کروم)، در حالی که در پرمینوار (45٪ Ni، 30٪ آهن، 25٪) متفاوت هستند. شرکت) ارزش مترعملاً در طیف وسیعی از تغییرات در قدرت میدان ثابت است. در میان مواد مغناطیسی مدرن، باید به سوپرمالوی اشاره کرد، آلیاژی با بالاترین نفوذپذیری مغناطیسی (حاوی 79٪ نیکل، 15٪ آهن و 5٪ مو).
نظریه های مغناطیس
برای اولین بار، این حدس که پدیده های مغناطیسی در نهایت به پدیده های الکتریکی تقلیل می یابند، از آمپر در سال 1825 به وجود آمد، زمانی که او ایده ریزجریان های داخلی بسته در گردش در هر اتم آهنربا را بیان کرد. با این حال، بدون هیچ گونه تایید تجربی وجود چنین جریان هایی در ماده (الکترون توسط جی. تامسون تنها در سال 1897 کشف شد، و توصیف ساختار اتم توسط رادرفورد و بور در سال 1913 ارائه شد)، این نظریه «محو شد. " در سال 1852، دبلیو وبر پیشنهاد کرد که هر اتم یک ماده مغناطیسی یک آهنربای کوچک یا دوقطبی مغناطیسی است، به طوری که مغناطیسی کامل یک ماده زمانی حاصل می شود که تمام آهنرباهای اتمی منفرد در یک نظم خاص قرار گیرند (شکل 4، ب). وبر معتقد بود که "اصطکاک" مولکولی یا اتمی به این آهن رباهای ابتدایی کمک می کند تا نظم خود را با وجود تأثیر مخرب ارتعاشات حرارتی حفظ کنند. نظریه او قادر به توضیح مغناطیس شدن اجسام در تماس با آهنربا و همچنین مغناطیس زدایی آنها در اثر ضربه یا حرارت بود. در نهایت، "تولید" آهنرباها هنگام برش سوزن مغناطیسی یا میله مغناطیسی به قطعات نیز توضیح داده شد. و با این حال این نظریه نه منشأ خود آهنرباهای ابتدایی و نه پدیده های اشباع و پسماند را توضیح نمی دهد. نظریه وبر در سال 1890 توسط J. Ewing بهبود یافت، او فرضیه خود را در مورد اصطکاک اتمی با ایده نیروهای محدود کننده بین اتمی جایگزین کرد که به حفظ نظم دوقطبی های ابتدایی که آهنربای دائمی را تشکیل می دهند کمک می کند.
رویکردی به این مسئله که زمانی توسط آمپر پیشنهاد شد، در سال 1905 حیات دوم یافت، زمانی که P. Langevin رفتار مواد پارامغناطیس را با نسبت دادن به هر اتم یک جریان الکترونی جبران نشده داخلی توضیح داد. به گفته لانگوین، این جریان‌ها هستند که آهنرباهای کوچکی را تشکیل می‌دهند که وقتی میدان خارجی وجود ندارد به‌طور تصادفی جهت‌گیری می‌کنند، اما زمانی که اعمال می‌شود، جهت گیری منظمی پیدا می‌کنند. در این مورد، رویکرد به نظم کامل با اشباع مغناطیسی مطابقت دارد. علاوه بر این، لانگوین مفهوم گشتاور مغناطیسی را معرفی کرد که برای یک آهنربای اتمی منفرد برابر با حاصلضرب "بار مغناطیسی" یک قطب و فاصله بین قطب ها است. بنابراین، مغناطیس ضعیف مواد پارامغناطیس به دلیل کل گشتاور مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان های الکترونی جبران نشده است.
در سال 1907، P. Weiss مفهوم "دامنه" را معرفی کرد که کمک مهمی به نظریه مدرن مغناطیس شد. وایس حوزه‌ها را به‌عنوان «مستعمرات» کوچکی از اتم‌ها تصور می‌کرد که درون آنها، گشتاورهای مغناطیسی همه اتم‌ها، به دلایلی، مجبور به حفظ جهت یکسانی هستند، به طوری که هر حوزه تا حد اشباع مغناطیسی می‌شود. یک دامنه جداگانه می‌تواند ابعاد خطی در حد 0.01 میلی‌متر و بر این اساس، حجمی از مرتبه 10-6 میلی‌متر مکعب داشته باشد. دامنه ها توسط دیوارهای به اصطلاح بلوخ از هم جدا می شوند که ضخامت آنها از 1000 اندازه اتمی تجاوز نمی کند. "دیوار" و دو حوزه مخالف به صورت شماتیک در شکل نشان داده شده است. 5. چنین دیوارهایی نشان دهنده "لایه های انتقال" هستند که در آن جهت مغناطش دامنه تغییر می کند.
در حالت کلی، سه بخش را می توان در منحنی مغناطیسی اولیه تشخیص داد (شکل 6). در قسمت اولیه، دیوار تحت تأثیر میدان خارجی در ضخامت ماده حرکت می کند تا جایی که با نقصی در شبکه کریستالی مواجه می شود که آن را متوقف می کند. با افزایش قدرت میدان، می توانید دیوار را مجبور به حرکت بیشتر، از طریق بخش میانی بین خطوط چین کنید. اگر پس از این دوباره قدرت میدان به صفر کاهش یابد، دیوارها دیگر به موقعیت اولیه خود باز نمی گردند، بنابراین نمونه تا حدی مغناطیسی باقی می ماند. این هیسترزیس آهنربا را توضیح می دهد. در بخش پایانی منحنی، فرآیند با اشباع مغناطیسی نمونه به دلیل نظم مغناطیسی در داخل آخرین حوزه های بی نظم، به پایان می رسد. این فرآیند تقریباً کاملاً برگشت پذیر است. سختی مغناطیسی توسط آن دسته از مواد به نمایش گذاشته می شود که شبکه اتمی آنها دارای عیوب بسیاری است که مانع حرکت دیوارهای بین دامنه می شود. این را می توان با عملیات مکانیکی و حرارتی، به عنوان مثال با فشرده سازی و تف جوشی بعدی مواد پودری، به دست آورد. در آلیاژهای آلنیکو و آنالوگهای آنها، همین نتیجه با ذوب فلزات در یک ساختار پیچیده حاصل می شود.
علاوه بر مواد پارامغناطیس و فرومغناطیسی، موادی وجود دارند که به اصطلاح دارای خواص ضد فرومغناطیسی و فرومغناطیسی هستند. تفاوت بین این نوع مغناطیس در شکل 1 توضیح داده شده است. 7. بر اساس مفهوم حوزه ها، پارامغناطیس را می توان پدیده ای ناشی از وجود گروه های کوچک دوقطبی مغناطیسی در مواد دانست که در آن دوقطبی های منفرد بسیار ضعیف با یکدیگر برهم کنش دارند (یا اصلاً برهم کنش ندارند) و بنابراین ، در غیاب میدان خارجی، فقط جهت گیری های تصادفی را بگیرید (شکل 7، آ). در مواد فرومغناطیسی، در هر حوزه، یک برهمکنش قوی بین دوقطبی های منفرد وجود دارد که منجر به هم ترازی موازی مرتب آنها می شود (شکل 7، ب). در مواد ضد فرومغناطیسی، برعکس، برهمکنش بین دوقطبی های منفرد منجر به هم ترازی منظم ضد موازی آنها می شود، به طوری که گشتاور مغناطیسی کل هر حوزه صفر است (شکل 7، V). در نهایت، در مواد فرومغناطیسی (به عنوان مثال، فریت ها) هم ترتیب موازی و هم ضد موازی وجود دارد (شکل 7، جی) منجر به مغناطیس ضعیف می شود.
دو تایید تجربی قانع کننده در مورد وجود دامنه ها وجود دارد. اولی آنها به اصطلاح اثر برخاوزن است، دومی روش فیگورهای پودری است. در سال 1919، G. Barkhausen ثابت کرد که وقتی یک میدان خارجی به نمونه‌ای از مواد فرومغناطیسی اعمال می‌شود، مغناطش آن در بخش‌های گسسته کوچک تغییر می‌کند. از نقطه نظر تئوری دامنه، این چیزی نیست جز یک پیشروی ناگهانی دیوار بین دامنه‌ای که در مسیر خود با نقص‌های فردی مواجه می‌شود که آن را به تأخیر می‌اندازد. این اثر معمولاً با استفاده از سیم پیچی که در آن میله یا سیم فرومغناطیسی قرار می گیرد، تشخیص داده می شود. اگر به طور متناوب یک آهنربای قوی را به سمت نمونه ببرید و از آن دور کنید، نمونه مغناطیسی و دوباره مغناطیس می شود. تغییرات ناگهانی در مغناطیسی نمونه، شار مغناطیسی را از طریق سیم پیچ تغییر می دهد و یک جریان القایی در آن برانگیخته می شود. ولتاژ تولید شده در سیم پیچ تقویت شده و به ورودی یک جفت هدفون آکوستیک تغذیه می شود. کلیک هایی که از طریق هدفون شنیده می شود نشان دهنده تغییر ناگهانی در مغناطیسی است.
برای شناسایی ساختار دامنه آهنربا با استفاده از روش شکل پودری، یک قطره از یک سوسپانسیون کلوئیدی پودر فرومغناطیسی (معمولا Fe 3 O 4) به یک سطح خوب صیقلی شده از یک ماده مغناطیسی زده می شود. ذرات پودر عمدتاً در مکان های حداکثر ناهمگنی میدان مغناطیسی - در مرزهای دامنه ها - می نشینند. این ساختار را می توان زیر میکروسکوپ بررسی کرد. روشی مبتنی بر عبور نور پلاریزه از یک ماده فرومغناطیسی شفاف نیز پیشنهاد شده است.
نظریه اصلی مغناطیس وایس در ویژگی های اصلی خود اهمیت خود را تا به امروز حفظ کرده است، با این حال، تفسیر به روز شده ای بر اساس ایده اسپین های الکترون جبران نشده به عنوان عامل تعیین کننده مغناطیس اتمی دریافت کرده است. فرضیه وجود تکانه خود یک الکترون در سال 1926 توسط S. Goudsmit و J. Uhlenbeck مطرح شد و در حال حاضر این الکترون ها به عنوان حامل اسپین هستند که "آهنربای اولیه" در نظر گرفته می شوند.
برای توضیح این مفهوم، (شکل 8) یک اتم آزاد آهن، یک ماده فرومغناطیسی معمولی را در نظر بگیرید. دو پوسته آن ( کو Lنزدیکترین آنها به هسته با الکترون پر می شوند که اولی شامل دو و دومی حاوی هشت الکترون است. که در کپوسته، اسپین یکی از الکترون ها مثبت و دیگری منفی است. که در Lپوسته (به طور دقیق تر، در دو لایه فرعی آن)، چهار الکترون از هشت الکترون دارای اسپین مثبت و چهار الکترون دیگر دارای اسپین منفی هستند. در هر دو مورد، اسپین های الکترون در یک پوسته کاملاً جبران می شود، به طوری که گشتاور مغناطیسی کل صفر می شود. که در م-شل، وضعیت متفاوت است، زیرا از شش الکترون واقع در لایه فرعی سوم، پنج الکترون در یک جهت و فقط الکترون ششم در سمت دیگر اسپین دارند. در نتیجه، چهار اسپین جبران نشده باقی می ماند که خواص مغناطیسی اتم آهن را تعیین می کند. (در قسمت خارجی ن-شل فقط دو الکترون ظرفیت دارد که در مغناطیس اتم آهن نقشی ندارند. از آنجایی که اتم های همسایه در یک نمونه آهن به شدت با یکدیگر برهمکنش می کنند و الکترون های آنها تا حدی جمع آوری شده اند، این توضیح را باید فقط به عنوان یک نمودار بصری، اما بسیار ساده شده از وضعیت واقعی در نظر گرفت.
تئوری مغناطیس اتمی، بر اساس در نظر گرفتن اسپین الکترون، توسط دو آزمایش ژیرو مغناطیسی جالب پشتیبانی می شود که یکی از آنها توسط A. Einstein و W. de Haas و دیگری توسط S. Barnett انجام شده است. در اولین آزمایش، یک استوانه از مواد فرومغناطیسی معلق شد، همانطور که در شکل نشان داده شده است. 9. در صورت عبور جریان از سیم سیم پیچ، سیلندر حول محور خود می چرخد. هنگامی که جهت جریان (و در نتیجه میدان مغناطیسی) تغییر می کند، در جهت مخالف می چرخد. در هر دو مورد، چرخش استوانه به دلیل ترتیب اسپین های الکترون است. برعکس، در آزمایش بارنت، یک استوانه معلق که به شدت در حالت چرخش قرار می گیرد، در غیاب میدان مغناطیسی مغناطیسی می شود. این اثر با این واقعیت توضیح داده می شود که وقتی آهنربا می چرخد، یک گشتاور ژیروسکوپی ایجاد می شود که تمایل دارد ممان های اسپین را در جهت محور چرخش خود بچرخاند.
برای توضیح کامل‌تر ماهیت و منشأ نیروهای کوتاه‌برد که به آهنرباهای اتمی همسایه نظم می‌دهند و با تأثیر اختلال حرکت حرارتی مقابله می‌کنند، باید به مکانیک کوانتومی روی آورد. توضیح مکانیک کوانتومی ماهیت این نیروها در سال 1928 توسط دبلیو. هایزنبرگ پیشنهاد شد که وجود برهمکنش های تبادلی بین اتم های همسایه را فرض کرد. بعدها، G. Bethe و J. Slater نشان دادند که نیروهای مبادله با کاهش فاصله بین اتم ها به طور قابل توجهی افزایش می یابد، اما با رسیدن به حداقل فاصله بین اتمی معین، آنها به صفر می رسند.
خواص مغناطیسی مواد
یکی از اولین مطالعات گسترده و سیستماتیک در مورد خواص مغناطیسی ماده توسط پی کوری انجام شد. او ثابت کرد که با توجه به خواص مغناطیسی آنها، همه مواد را می توان به سه دسته تقسیم کرد. دسته اول شامل موادی با خواص مغناطیسی بارز، مشابه خواص آهن است. چنین موادی فرومغناطیسی نامیده می شوند. میدان مغناطیسی آنها در فواصل قابل توجه قابل توجه است ( سانتی متر. بالاتر). دسته دوم شامل موادی به نام پارامغناطیس است. خواص مغناطیسی آنها به طور کلی شبیه به مواد فرومغناطیسی است، اما بسیار ضعیف تر. به عنوان مثال، نیروی جاذبه به قطب های یک آهنربای الکتریکی قدرتمند می تواند یک چکش آهنی را از دستان شما جدا کند و برای تشخیص جاذبه یک ماده پارامغناطیس به همان آهنربا، معمولاً به ترازوی تحلیلی بسیار حساسی نیاز دارید. آخرین طبقه سوم شامل مواد به اصطلاح دیامغناطیس می شود. آنها توسط یک آهنربای الکتریکی دفع می شوند، یعنی. نیرویی که بر مواد دیامغناطیس وارد می شود بر خلاف نیروی وارد بر مواد فرو و پارامغناطیس است.
اندازه گیری خواص مغناطیسی
هنگام مطالعه خواص مغناطیسی، دو نوع اندازه گیری بسیار مهم است. اولین مورد از آنها اندازه گیری نیروی وارد بر نمونه نزدیک آهنربا است. به این ترتیب مغناطیس شدن نمونه تعیین می شود. دومی شامل اندازه گیری فرکانس های "رزونانسی" مرتبط با مغناطش شدن ماده است. اتم‌ها «ژیروس‌های» کوچکی هستند و در یک میدان مغناطیسی پیشروی دارند (مانند یک بالای معمولی تحت تأثیر گشتاور ایجاد شده توسط گرانش) در فرکانس قابل اندازه‌گیری. علاوه بر این، یک نیرو بر روی ذرات باردار آزاد که در زوایای قائم با خطوط القای مغناطیسی حرکت می کنند، درست مانند جریان الکترونی در یک رسانا عمل می کند. باعث حرکت ذره در مدار دایره‌ای می‌شود که شعاع آن توسط
آر = mv/eB,
جایی که متر- جرم ذرات، v- سرعت آن، هشارژ آن است و ب- القای میدان مغناطیسی فرکانس چنین حرکت دایره ای است
جایی که fاندازه گیری شده در هرتز، ه– در آویزها، متر- بر حسب کیلوگرم ب- در تسلا این فرکانس حرکت ذرات باردار در یک ماده واقع در میدان مغناطیسی را مشخص می کند. هر دو نوع حرکت (پیشرفت و حرکت در امتداد مدارهای دایره‌ای) می‌توانند با میدان‌های متناوب با فرکانس‌های تشدید برابر با فرکانس‌های "طبیعی" مشخصه یک ماده معین تحریک شوند. در مورد اول، تشدید مغناطیسی نامیده می شود، و در دوم - سیکلوترون (به دلیل شباهت آن با حرکت چرخه ای یک ذره زیر اتمی در یک سیکلوترون).
در مورد خواص مغناطیسی اتم ها، لازم است به تکانه زاویه ای آنها توجه ویژه ای شود. میدان مغناطیسی روی دوقطبی اتمی در حال چرخش عمل می کند و تمایل دارد آن را بچرخاند و موازی با میدان قرار دهد. در عوض، اتم شروع به پیشروی در اطراف جهت میدان (شکل 10) با فرکانس بسته به گشتاور دوقطبی و قدرت میدان اعمالی می کند.
تقدم اتمی به طور مستقیم قابل مشاهده نیست زیرا همه اتم ها در یک نمونه در فاز متفاوتی حرکت می کنند. اگر میدان متناوب کوچکی را عمود بر میدان نظم ثابت اعمال کنیم، آنگاه یک رابطه فاز مشخص بین اتم‌های پیش‌فرض برقرار می‌شود و گشتاور مغناطیسی کل آنها با فرکانس برابر با فرکانس تقدم گشتاورهای مغناطیسی منفرد شروع به پیشروی می‌کند. سرعت زاویه ای تقدیم مهم است. به عنوان یک قاعده، این مقدار برای مغناطش مرتبط با الکترون ها از مرتبه 10 10 هرتز / T و برای مغناطش همراه با بارهای مثبت در هسته اتم ها از مرتبه 10 7 هرتز / T است.
یک نمودار شماتیک از یک تنظیم برای مشاهده رزونانس مغناطیسی هسته ای (NMR) در شکل نشان داده شده است. 11. ماده مورد مطالعه به یک میدان ثابت یکنواخت بین قطب ها وارد می شود. اگر یک میدان فرکانس رادیویی با استفاده از یک سیم پیچ کوچک در اطراف لوله آزمایش برانگیخته شود، می توان رزونانسی در فرکانس خاصی برابر با فرکانس تقدیمی تمام "ژیروس های" هسته ای در نمونه بدست آورد. اندازه گیری ها مشابه تنظیم یک گیرنده رادیویی با فرکانس یک ایستگاه خاص است.
روش‌های تشدید مغناطیسی این امکان را فراهم می‌آورد که نه تنها خواص مغناطیسی اتم‌ها و هسته‌های خاص، بلکه ویژگی‌های محیط آنها را نیز بررسی کنیم. واقعیت این است که میدان‌های مغناطیسی در جامدات و مولکول‌ها ناهمگن هستند، زیرا توسط بارهای اتمی تحریف می‌شوند و جزئیات منحنی تشدید آزمایشی توسط میدان محلی در ناحیه‌ای که هسته پیش‌فرض قرار دارد تعیین می‌شود. این امر امکان مطالعه ویژگی های ساختاری یک نمونه خاص را با استفاده از روش های رزونانس می دهد.
محاسبه خواص مغناطیسی
القای مغناطیسی میدان زمین 0.5 x 10-4 تسلا است، در حالی که میدان بین قطب های یک آهنربای الکتریکی قوی حدود 2 تسلا یا بیشتر است.
میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط هر پیکربندی جریان را می توان با استفاده از فرمول Biot-Savart-Laplace برای القای مغناطیسی میدان ایجاد شده توسط یک عنصر جریان محاسبه کرد. محاسبه میدان ایجاد شده توسط مدارهایی با اشکال مختلف و سیم پیچ های استوانه ای در بسیاری از موارد بسیار پیچیده است. در زیر فرمول هایی برای تعدادی از موارد ساده آورده شده است. القای مغناطیسی (در تسلا) میدان ایجاد شده توسط یک سیم بلند مستقیم حامل جریان من
میدان یک میله آهنی مغناطیسی شده مشابه میدان خارجی یک شیر برقی بلند است که تعداد دورهای آمپر در واحد طول مربوط به جریان اتم های سطح میله مغناطیسی شده است، زیرا جریان های داخل میله خنثی می شوند. یکدیگر (شکل 12). با نام آمپر، چنین جریان سطحی را آمپر می نامند. قدرت میدان مغناطیسی H a، که توسط جریان آمپر ایجاد می شود، برابر با گشتاور مغناطیسی در واحد حجم میله است م.
اگر یک میله آهنی به شیر برقی وارد شود، علاوه بر این که جریان برقی یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند. اچ، ترتیب دوقطبی های اتمی در مواد میله مغناطیسی شده باعث ایجاد مغناطیس می شود م. در این حالت، شار مغناطیسی کل با مجموع جریان های واقعی و آمپر تعیین می شود، به طوری که ب = متر 0(اچ + H a)، یا ب = متر 0(H+M). نگرش م/اچتماس گرفت حساسیت مغناطیسی و با حرف یونانی نشان داده می شود ج; ج- کمیت بی بعد که توانایی یک ماده برای مغناطیسی شدن در میدان مغناطیسی را مشخص می کند.
اندازه ب/اچکه مشخص کننده خواص مغناطیسی یک ماده است، نفوذپذیری مغناطیسی نامیده می شود و با نشان داده می شود m a، و m a = متر 0متر، جایی که m a- مطلق، و متر- نفوذپذیری نسبی،
در مواد فرومغناطیسی کمیت جمی تواند مقادیر بسیار بزرگی داشته باشد - تا 10 4 e 10 6. اندازه جمواد پارامغناطیس کمی بیشتر از صفر و مواد دیامغناطیس کمی کمتر دارند. فقط در خلاء و در میدان های قدر بسیار ضعیف جو مترثابت و مستقل از میدان خارجی هستند. وابستگی القایی باز جانب اچمعمولا غیر خطی است و نمودارهای آن به اصطلاح. منحنی های مغناطیسی برای مواد مختلف و حتی در دماهای مختلف می تواند به طور قابل توجهی متفاوت باشد (نمونه هایی از این منحنی ها در شکل 2 و 3 نشان داده شده است).
خواص مغناطیسی ماده بسیار پیچیده است و درک عمیق آنها مستلزم تجزیه و تحلیل دقیق ساختار اتم ها، برهم کنش آنها در مولکول ها، برخورد آنها در گازها و تأثیر متقابل آنها در جامدات و مایعات است. خواص مغناطیسی مایعات هنوز کمتر مورد مطالعه قرار گرفته است.
مغناطیس زمینی، بخش ژئوفیزیک که میدان مغناطیسی زمین را مطالعه می کند. بگذارید قدرت میدان مغناطیسی در یک نقطه معین با بردار F نمایش داده شود (شکل 1). صفحه عمودی حاوی این بردار، صفحه نصف النهار مغناطیسی نامیده می شود. زاویه D بین صفحات نصف النهارهای جغرافیایی و مغناطیسی را میل می گویند. انحرافات شرقی و غربی وجود دارد. مرسوم است که میل های شرقی را با علامت مثبت و میل های غربی را با علامت منفی مشخص می کنند. زاویه ای که من توسط بردار F با صفحه افق ایجاد می کنم، شیب نامیده می شود. برآمدگی H بردار F بر روی صفحه افقی را جزء افقی و طرح Z بر روی خط عمودی را جزء عمودی می نامند.
ابزار اصلی برای اندازه گیری عناصر مغناطیس زمینی در حال حاضر تئودولیت مغناطیسی و سیستم های مختلف شیب دار هستند. هدف از تئودولیت مغناطیسی اندازه گیری مولفه افقی میدان مغناطیسی و انحراف است. یک آهنربای افقی که می تواند حول یک محور عمودی بچرخد، تحت تأثیر میدان مغناطیسی زمین با محور آن در صفحه نصف النهار مغناطیسی نصب شده است. اگر از این موقعیت تعادل خارج شود و سپس به حال خود رها شود، شروع به نوسان در اطراف صفحه نصف النهار مغناطیسی با دوره T تعیین شده توسط فرمول می کند:
که در آن K ممان اینرسی سیستم نوسانی (مگنت و قاب) و M ممان مغناطیسی آهنربا است. با تعیین مقدار K از مشاهدات خاص، می توان مقدار محصول MN را از دوره مشاهده شده T یافت. سپس آهنربایی را که دوره نوسان آن مشخص می شود، در فاصله معینی از آهنربای کمکی دیگری که قابلیت چرخش حول محور عمودی را نیز دارد، قرار می دهند و آهنربای اول را طوری جهت می دهد که مرکز آهنربای دوم در ادامه محور مغناطیسی اول قرار دارد. در این حالت علاوه بر H، آهنربای کمکی نیز تحت تأثیر میدان مغناطیسی M قرار خواهد گرفت که ممکن است. با فرمول پیدا شده است:
جایی که B فاصله بین مرکز هر دو آهنربا است، a، b،... برخی از ثابت ها هستند. آهنربا از صفحه نصف النهار مغناطیسی خارج می شود و در جهت حاصل این دو نیرو قرار می گیرد. بدون تغییر آرایش نسبی قطعات نصب، موقعیتی از آهنربای انحرافی را پیدا کنید که در آن برآیند نامگذاری شده عمود بر آن باشد (شکل 2). 
با اندازه گیری زاویه انحراف v برای این مورد می توان مقدار نسبت را از رابطه sin v = f/H بدست آورد و از مقادیر به دست آمده MH و H/M مولفه افقی H تعیین می شود. در تئوری مغناطیس زمینی، واحدی که با نماد γ نشان داده می شود، برابر با 0.00001 گاوس رایج است. از تئودولیت مغناطیسی می توان به عنوان انحراف دهنده و وسیله ای برای اندازه گیری انحراف استفاده کرد. با تراز کردن صفحه دید با جهت محور مغناطیسی یک آهنربا معلق روی یک نخ، با صفحه نصف النهار مغناطیسی مطابقت می یابد. برای به دست آوردن یک قرائت از دایره مربوط به نشان دادن دستگاه رؤیت به سمت شمال جغرافیایی، کافی است به جسمی اشاره کنیم که آزیموت واقعی آن مشخص است. تفاوت در قرائت نصف النهارهای جغرافیایی و مغناطیسی مقدار انحراف را می دهد.
Inclinator - دستگاهی برای اندازه گیری I. مغناطیس سنجی مدرن دارای دو نوع دستگاه برای اندازه گیری شیب است - مایل های اشاره گر و القایی. اولین وسیله دارای یک سوزن مغناطیسی است که حول یک محور افقی در مرکز یک اندام عمودی قرار گرفته است. صفحه حرکت فلش با صفحه نصف النهار مغناطیسی تراز است. در این حالت، در شرایط ایده آل، محور مغناطیسی فلش در موقعیت تعادل با جهت ولتاژ مغناطیسی در یک نقطه معین منطبق خواهد شد و زاویه بین جهت محور مغناطیسی فلش و خط افقی خواهد بود. مقدار I را بدهید. طراحی شیب‌دار القایی بر اساس ( سلف زمین) پدیده القاء در یک رسانا در حال حرکت در میدان مغناطیسی است. یکی از ویژگی های ضروری دستگاه سیم پیچ است که حول یکی از قطرهای آن می چرخد. هنگامی که چنین سیم پیچی در میدان مغناطیسی زمین می چرخد، تنها در صورتی که محور چرخش آن با جهت میدان منطبق باشد، هیچ EMF در آن ظاهر نمی شود. این موقعیت محور که با عدم وجود جریان در گالوانومتری که سیم پیچ به آن بسته شده مشخص می شود، بر روی یک دایره عمودی اندازه گیری می شود. زاویه بین جهت محور چرخش سیم پیچ و افق زاویه شیب خواهد بود.
دستگاه های ذکر شده در بالا در حال حاضر رایج ترین هستند. باید به تئودولیت مغناطیسی Ogloblinsky اشاره کرد که مقدار H/M را با روش جبران H توسط میدان مغناطیسی تعیین می کند که دوره نوسان برای آن تعیین می شود.
اخیراً به اصطلاح روش های الکتریکی برای اندازه گیری H، که در آن انحرافات نه توسط یک آهنربای منحرف کننده، بلکه توسط میدان مغناطیسی سیم پیچ ها ایجاد می شود. برای دستیابی به دقت مورد نیاز از اندازه گیری های مغناطیسی (0.2-0.02% ولتاژ کامل)، جریان عملیاتی با جریان المان های معمولی مقایسه می شود ( جبران با استفاده از روش پتانسیومتر).
اندازه گیری های انجام شده در نقاط مختلف سطح زمین نشان می دهد که میدان مغناطیسی از نقطه ای به نقطه دیگر متفاوت است. در این تغییرات می توان به الگوهایی توجه کرد که ماهیت آنها به بهترین شکل از در نظر گرفتن مواردی قابل درک است. کارت های مغناطیسی (شکل 3 و 4).
اگر خطوطی را بر اساس توپوگرافی ترسیم کنید که نقاطی با مقادیر مساوی هر عنصر مغناطیس زمینی را به هم متصل می کند، چنین نقشه ای تصویر واضحی از توزیع این عنصر بر روی زمین ارائه می دهد. مطابق با عناصر مختلف مغناطیس زمینی، نقشه هایی با سیستم های مختلف ایزولاین وجود دارد. این ایزولاین ها بسته به اینکه چه عنصری را نشان می دهند، نام های خاصی دارند. بنابراین، خطوط اتصال نقاط با میل مساوی ایزوگون نامیده می شوند (خط انحرافات صفر خط آگونیک نامیده می شود)، خطوط با میل مساوی هم خطوط و خطوط با تنش های مساوی ایزوداین هستند. ایزودینامیک اجزای افقی، عمودی و غیره وجود دارد که اگر چنین نقشه هایی را برای کل سطح کره زمین بسازید، متوجه ویژگی های زیر روی آنها خواهید شد. در مناطق استوایی بیشترین مقادیر نیروی افقی مشاهده می شود (تا 0.39 گاوس). نسبت به قطب ها جزء افقی کاهش می یابد. ماهیت مخالف تغییرات برای مولفه عمودی رخ می دهد. خط مقادیر صفر جزء عمودی نامیده می شود استوای مغناطیسی. نقاطی با مقادیر نیروی افقی صفر نامیده می شوند قطب های مغناطیسیزمین. آنها با مختصات جغرافیایی منطبق نیستند و دارای مختصات زیر هستند: قطب مغناطیسی شمال - 70.5 درجه شمالی. w و 96.0 درجه غربی. d. (1922)، قطب مغناطیسی جنوب - 71.2 درجه جنوبی. w و 151.0 درجه شرقی. d. (1912). همه ایزوگون ها در قطب های مغناطیسی زمین قطع می شوند.
مطالعه دقیق میدان مغناطیسی زمین نشان می‌دهد که خطوط منزوی به اندازه تصویر کلی صاف نیستند. روی هر یک از این منحنی ها انحناهایی وجود دارد که مسیر صاف آن را مختل می کند. در برخی مناطق، این انحناها به مقادیر زیادی می رسد که این ناحیه باید به صورت مغناطیسی از تصویر کلی جدا شود. چنین مناطقی غیرعادی نامیده می شوند و در آنها می توان مقادیر عناصر مغناطیسی را مشاهده کرد که چندین برابر بیشتر از میدان طبیعی است. مطالعه ناهنجاری های مغناطیسی ارتباط نزدیک آنها را با ساختار زمین شناسی قسمت های بالایی پوسته زمین روشن کرد، Ch. arr در ارتباط با محتوای کانی های مغناطیسی در آنها، و شاخه خاصی از مغناطیس سنجی را به وجود آورد که از اهمیت کاربردی برخوردار است و هدف آن اعمال مغناطیس سنجی و اندازه گیری در اکتشاف معدن است. چنین مناطق غیرعادی، که در حال حاضر از اهمیت صنعتی زیادی برخوردار هستند، در اورال، ناحیه کورسک، کریوی روگ، سوئد، فنلاند و جاهای دیگر قرار دارند. برای مطالعه میدان مغناطیسی چنین مناطقی، تجهیزات ویژه ای ساخته شده است (مغناطیس سنج Tyberg-Thalen، calvariometers محلی و غیره) که امکان دستیابی سریع به نتایج اندازه گیری لازم را فراهم می کند. مطالعه میدان مغناطیسی زمین در هر نقطه، واقعیت تغییرات این میدان را در طول زمان آشکار می کند. مطالعه دقیق این تغییرات زمانی در عناصر مغناطیس زمینی منجر به برقراری ارتباط آنها با زندگی جهان به عنوان یک کل شد. تغییرات چرخش زمین به دور محور خود، حرکت زمین نسبت به خورشید و یک سری پدیده های کیهانی را منعکس می کند. مطالعه تغییرات توسط رصدخانه های مغناطیسی ویژه، مجهز، علاوه بر ابزار دقیق برای اندازه گیری عناصر میدان مغناطیسی زمین، مجهز به تاسیسات ویژه برای ثبت مداوم تغییرات موقت در عناصر مغناطیسی انجام می شود. چنین دستگاه هایی واریومتر یا مگنتوگراف نامیده می شوند و معمولاً برای ثبت تغییرات D، H و Z استفاده می شوند. دستگاهی برای ثبت تغییرات میل (واریومتر D یا یکنواخت) دارای آهنربایی است که آینه ای به آن متصل است و آزادانه به آن آویزان است. یک نخ نازک تغییرات در انحراف، که شامل چرخش صفحه نصف النهار مغناطیسی است، باعث می شود آهنربا معلق به این طریق بچرخد. پرتوی پرتاب شده از یک روشن کننده مخصوص، که از یک آینه آهنربا منعکس می شود، یک نقطه نوری متحرک ایجاد می کند، که ردی را به شکل منحنی بر روی کاغذ حساس به نور، بر روی یک درام در حال چرخان یا به صورت عمودی پایین می گذارد. خطی که توسط یک پرتو منعکس شده از یک آینه ثابت کشیده می شود و مهرهای زمانی این امکان را فراهم می کند که از مغناطیس به دست آمده برای یافتن تغییر در D برای هر لحظه از زمان استفاده شود. اگر نخ را بچرخانید و نقطه بالایی اتصال آن را بچرخانید، آهنربا از صفحه نصف النهار مغناطیسی خارج می شود. با سفت کردن صحیح آن می توانید آن را در موقعیتی عمود بر حالت اصلی قرار دهید. در موقعیت تعادل جدید، آهنربا از یک طرف توسط N و از طرف دیگر توسط لحظه تابش نخ به کار می‌رود. هر گونه تغییر در جزء افقی باعث تغییر در موقعیت تعادل آهنربا می شود و چنین وسیله ای تغییرات در جزء افقی (واریومتر H یا دو رشته ای، اگر آهنربا روی دو رشته موازی معلق باشد) را مشاهده می کند. این تغییرات به همان روشی ثبت می شوند که تغییرات در انحراف ثبت می شود. در نهایت، دستگاه سوم، که برای ثبت تغییرات در مولفه عمودی (ترازوی لویدز، واریومتر Z) کار می کند، دارای آهنربایی است که مانند یک پرتو تعادل، حول یک محور افقی در نوسان است. با جابجایی مناسب مرکز ثقل با استفاده از وزنه متحرک، آهنربای این دستگاه به موقعیتی نزدیک به افقی می رسد و معمولاً طوری نصب می شود که صفحه حرکت آهنربا عمود بر صفحه نصف النهار مغناطیسی باشد. در این حالت، موقعیت تعادل آهنربا با عمل Z و وزن سیستم تعیین می شود. تغییر در مقدار اول، متناسب با تغییر مولفه عمودی، مقداری شیب آهنربا ایجاد می کند. این تغییرات در شیب، مانند مورد قبلی، به صورت عکاسی ثبت می شود و مطالبی را برای قضاوت در مورد تغییرات در مولفه عمودی فراهم می کند.
اگر منحنی‌های ثبت شده توسط مغناطیس‌نگارها (مگنتوگرام‌ها) را مورد تجزیه و تحلیل قرار دهید، می‌توانید تعدادی ویژگی را روی آنها بیابید، که از بین آنها تغییرات روزانه به وضوح بیان شده اولین چیزی است که توجه شما را جلب می‌کند. موقعیت ماکزیمم و مینیمم چرخه روزانه و همچنین مقادیر آنها در محدوده‌های کوچکی از روز به روز تغییر می‌کند و بنابراین، برای مشخص کردن چرخه روزانه، برخی منحنی‌های میانگین برای یک بازه زمانی معین جمع‌آوری می‌شوند. در شکل شکل 5 منحنی تغییرات D، H و Z را برای رصدخانه Slutsk برای سپتامبر 1927 نشان می دهد، که در آن تغییرات روزانه عناصر به وضوح قابل مشاهده است.
بصری ترین راه برای به تصویر کشیدن تغییرات به اصطلاح است. نمودار برداری، نشان دهنده حرکت انتهای بردار F در طول زمان است. دو طرح از نمودار برداری بر روی صفحات yz و xy در شکل نشان داده شده است. 6. از این شکل. می توان دید که چگونه زمان سال در ماهیت چرخه روزانه منعکس می شود: در ماه های زمستان، نوسانات عناصر مغناطیسی بسیار کمتر از ماه های تابستان است. 
علاوه بر تغییرات ناشی از چرخه روزانه، گاهی اوقات تغییرات شدید در مگنتوگرام ها مشاهده می شود که اغلب به مقادیر بسیار زیادی می رسد. چنین تغییرات ناگهانی در عناصر مغناطیسی با تعدادی پدیده دیگر مانند: نورهای قطبی در نواحی قطبی، ظهور جریان های القایی در خطوط تلگراف و تلفن و غیره همراه است و به آنها می گویند. طوفان های مغناطیسی. تفاوت اساسی بین تغییرات ناشی از سیر طبیعی و تغییرات ناشی از طوفان وجود دارد. در حالی که تغییرات عادی برای هر نقطه مشاهده در زمان محلی رخ می دهد، تغییرات ناشی از طوفان ها به طور همزمان برای کل کره زمین رخ می دهد. این شرایط نشان دهنده ماهیت متفاوت تغییرات هر دو نوع است.
تمایل به توضیح توزیع عناصر مغناطیس زمینی مشاهده شده در سطح زمین، گاوس را به ساخت یک نظریه ریاضی ژئومغناطیس هدایت کرد. مطالعه عناصر مغناطیس زمینی از اولین اندازه گیری های ژئومغناطیسی وجود به اصطلاح را کشف کرده است. سیر سکولار عناصر، و توسعه بیشتر نظریه گاوس، از جمله وظایف دیگر، در نظر گرفتن این تغییرات سکولار بود. در نتیجه کار پترسون، نویمایر و سایر محققان، اکنون فرمولی برای پتانسیل وجود دارد که این دوره سکولار را در نظر می گیرد.
در میان فرضیه هایی که برای توضیح چرخه روزانه و سالانه عناصر ژئومغناطیسی ارائه شده است، باید به فرضیه ای که توسط بالفور-استوارت ارائه شده و توسط شوستر ارائه شده است اشاره کنیم. به گفته این محققان، در لایه‌های رسانای الکتریکی بالا جو، تحت تأثیر حرارتی پرتوهای خورشیدی، حرکات توده‌های گاز رخ می‌دهد. میدان مغناطیسی زمین جریان های الکتریکی را در این توده های رسانای متحرک القا می کند که میدان مغناطیسی آن به صورت تغییرات روزانه خود را نشان می دهد. این نظریه به خوبی کاهش دامنه تغییرات در ماه های زمستان را توضیح می دهد و نقش غالب زمان محلی را روشن می کند. در مورد طوفان های مغناطیسی، تحقیقات اخیر ارتباط نزدیک آنها را با فعالیت خورشید نشان داده است. روشن شدن این ارتباط منجر به نظریه ای که در حال حاضر پذیرفته شده است در مورد اختلالات مغناطیسی زیر است. خورشید در لحظات شدیدترین فعالیت خود، جریان هایی از ذرات باردار الکتریکی (مثلاً الکترون) از خود ساطع می کند. چنین جریانی با ورود به لایه های بالایی جو، آن را یونیزه می کند و امکان جریان جریان های الکتریکی شدید را ایجاد می کند که میدان مغناطیسی آن آشفتگی است که آن را طوفان های مغناطیسی می نامیم. این توضیح از ماهیت طوفان های مغناطیسی به خوبی با نتایج نظریه شفق های قطبی که توسط استرمر ارائه شده است، مطابقت دارد.
مغناطیس زمینی
مغناطیس، ژئومغناطیس، میدان مغناطیسی زمین و فضای نزدیک به زمین؛ شاخه ای از ژئوفیزیک که به بررسی توزیع در فضا و تغییرات زمان میدان ژئومغناطیسی و همچنین فرآیندهای ژئوفیزیک مرتبط در زمین و جو فوقانی می پردازد.
در هر نقطه از فضا، میدان ژئومغناطیسی با یک بردار کششی T مشخص می شود که بزرگی و جهت آن توسط 3 جزء X، Y، Z (شمالی، شرقی و عمودی) در یک سیستم مختصات مستطیلی تعیین می شود (شکل 1). ) یا 3 عنصر میدان ژئومغناطیسی: جزء افقی کشش H، انحراف مغناطیسی D (زاویه بین H و صفحه نصف النهار جغرافیایی) و شیب مغناطیسی I (زاویه بین T و صفحه افق).
مغناطیس زمین در اثر عملکرد منابع دائمی واقع در داخل زمین و تجربه تغییرات آهسته سکولار (تغییرات) و منابع خارجی (متغیر) واقع در مگنتوسفر و یونوسفر زمین ایجاد می شود. بر این اساس، بین میدان های ژئومغناطیسی اصلی (اصلی، ~ 99٪) و متغیر (~1٪) تمایز ایجاد می شود.
میدان ژئومغناطیسی اصلی (ثابت). برای مطالعه توزیع فضایی میدان ژئومغناطیسی اصلی، مقادیر H، D، I اندازه‌گیری شده در مکان‌های مختلف بر روی نقشه‌ها (نقشه‌های مغناطیسی) رسم می‌شود و نقاط با مقادیر مساوی عناصر توسط خطوط به هم متصل می‌شوند. چنین خطوطی به ترتیب ایزودینامیک، ایزوگون و ایزوکلین نامیده می شوند. خط (ایزوکلاین) I 0، یعنی استوای مغناطیسی، با استوای جغرافیایی منطبق نیست. با افزایش عرض جغرافیایی، مقدار I به 90| افزایش می یابد در قطب های مغناطیسی کشش کل T (شکل 2) از استوا به قطب از 33.4 به 55.7 a/m (از 0.42 به 0.70 oe) افزایش می یابد. مختصات قطب مغناطیسی شمال در سال 1970: طول جغرافیایی 101.5| ساعت d.، عرض جغرافیایی 75.7| با. ش. قطب مغناطیسی جنوب: طول جغرافیایی 140.3| V. d.، عرض جغرافیایی 65.5| یو. w برای اولین تقریب، یک تصویر پیچیده از توزیع میدان ژئومغناطیسی را می توان با میدان یک دوقطبی (غیر مرکزی، جابجا شده از مرکز زمین تقریباً 436 کیلومتر) یا یک توپ مغناطیسی همگن، که گشتاور مغناطیسی آن نشان داد. با زاویه 11.5 | هدایت می شود به محور چرخش زمین قطب های ژئومغناطیسی (قطب های یک توپ مغناطیسی یکنواخت) و قطب های مغناطیسی، به ترتیب، سیستم مختصات ژئومغناطیسی (عرض جغرافیایی ژئومغناطیسی، نصف النهار ژئومغناطیسی، استوای ژئومغناطیسی) و مختصات مغناطیسی (عرض جغرافیایی مغناطیسی، نصف النهار مغناطیسی) را تعریف می کنند. انحرافات توزیع واقعی میدان ژئومغناطیسی از دوقطبی (عادی) را ناهنجاری مغناطیسی می نامند. بسته به شدت و اندازه منطقه اشغال شده، ناهنجاری های جهانی با منشاء عمیق، به عنوان مثال، سیبری شرقی، برزیل و غیره و همچنین ناهنجاری های منطقه ای و محلی متمایز می شوند. مورد دوم می تواند به عنوان مثال به دلیل توزیع نابرابر مواد معدنی فرومغناطیسی در پوسته زمین ایجاد شود. تأثیر ناهنجاری های جهانی تا ارتفاع ~ 0.5 R3 بالای سطح زمین احساس می شود (R3 شعاع زمین است). میدان ژئومغناطیسی اصلی دارای یک شخصیت دوقطبی تا ارتفاع ~ 3 R3 است.
تغییرات قرن ها را تجربه می کند که در سراسر جهان یکسان نیست. در مکان هایی که شدیدترین تغییرات سکولار دارند، تغییرات به 150 گرم در سال می رسد (1g10-5e). همچنین یک رانش سیستماتیک از ناهنجاری های مغناطیسی به سمت غرب با نرخی در حدود 0.2|در سال و تغییر در بزرگی و جهت گشتاور مغناطیسی زمین با نرخ 20 گرم در سال وجود دارد. به دلیل تغییرات سکولار و دانش ناکافی از میدان ژئومغناطیسی در مناطق وسیع (اقیانوس ها و مناطق قطبی)، نیاز به تدوین مجدد نقشه های مغناطیسی وجود دارد. برای این منظور، بررسی‌های مغناطیسی در سراسر جهان در خشکی، اقیانوس‌ها (در کشتی‌های غیر مغناطیسی)، هوا (بررسی هوا مغناطیسی) و در فضا (با استفاده از ماهواره‌های مصنوعی زمین) انجام می‌شود. برای اندازه گیری از موارد زیر استفاده می شود: قطب نما مغناطیسی، تئودولیت مغناطیسی، مقیاس مغناطیسی، شیب سنج، مغناطیس سنج، مغناطیس سنج هوایی و سایر ابزارها. مطالعه ژئودزی و تهیه نقشه همه عناصر آن نقش مهمی در ناوبری دریایی و هوایی، ژئودزی و نقشه برداری دارد.
مطالعه میدان ژئومغناطیسی دوران گذشته با مغناطش باقیمانده سنگ ها (به پالئومغناطیس مراجعه کنید) و برای دوره تاریخی - با مغناطیس کردن محصولات رسی پخته (آجر، ظروف سرامیکی و غیره) انجام می شود. مطالعات دیرینه مغناطیسی نشان می دهد که جهت میدان مغناطیسی اصلی زمین در گذشته بارها معکوس شده است. آخرین چنین تغییری حدود 0.7 میلیون سال پیش رخ داد.
A. D. Shevnin.
منشا میدان ژئومغناطیسی اصلی. برای توضیح منشأ میدان ژئومغناطیسی پایه، فرضیه های مختلفی ارائه شده است، از جمله فرضیه وجود قانون اساسی طبیعت که بر اساس آن هر جسم در حال چرخش دارای گشتاور مغناطیسی است. تلاش هایی برای توضیح میدان ژئومغناطیسی زیرین با حضور مواد فرومغناطیسی در پوسته یا هسته زمین انجام شده است. حرکت بارهای الکتریکی، که با شرکت در چرخش روزانه زمین، جریان الکتریکی ایجاد می کند. وجود جریانات در هسته زمین ناشی از نیروی ترموالکترومحرکه در مرز هسته و گوشته و غیره و در نهایت عمل به اصطلاح دینام هیدرومغناطیسی در هسته فلزی مایع زمین. داده های مدرن در مورد تغییرات سکولار و تغییرات متعدد در قطبیت میدان ژئومغناطیسی تنها با فرضیه دینام هیدرومغناطیسی (HD) به طور رضایت بخشی توضیح داده شده است. بر اساس این فرضیه، حرکات بسیار پیچیده و شدیدی می تواند در هسته مایع رسانای الکتریکی زمین رخ دهد که منجر به خود تحریکی یک میدان مغناطیسی می شود، مشابه نحوه تولید جریان و میدان مغناطیسی در یک دینام خود تحریک شده. عمل ژنراتور گاز بر اساس القای الکترومغناطیسی در یک محیط متحرک است که در حرکت خود از خطوط میدان مغناطیسی عبور می کند.
تحقیقات GD بر اساس مگنتوهیدرودینامیک است. اگر سرعت حرکت ماده در هسته مایع زمین را به صورت داده شده در نظر بگیریم، می‌توانیم امکان اساسی ایجاد میدان مغناطیسی را در حین حرکات انواع مختلف، اعم از ساکن و غیر ساکن، منظم و متلاطم اثبات کنیم. میدان مغناطیسی متوسط در هسته را می توان به صورت مجموع دو جزء - میدان حلقوی Bj و میدان Bp، که خطوط میدان آنها در صفحات نصف النهار قرار دارند، نشان داد (شکل 3). خطوط برق میدان مغناطیسی حلقوی B j در داخل هسته زمین بسته شده و به بیرون نمی روند. طبق رایج‌ترین طرح زمینی GD، میدان Bj صدها برابر قوی‌تر از میدان Bp است که از هسته به بیرون نفوذ می‌کند، که شکل عمدتاً دوقطبی دارد. چرخش ناهمگن سیال رسانای الکتریکی در هسته زمین، خطوط میدان میدان Bp را تغییر شکل می دهد و از آنها خطوط میدان میدان B را تشکیل می دهد (. به نوبه خود، میدان Bp به دلیل برهمکنش القایی یک سیال رسانا ایجاد می شود. حرکت به صورت پیچیده با میدان B j. برای اطمینان از تولید میدان Bp از B j، حرکات سیال نباید متقارن محور باشد. در غیر این صورت، همانطور که تئوری جنبشی HD نشان می دهد، حرکات می توانند بسیار متنوع باشند. حرکات سیال رسانا در طول فرآیند تولید، علاوه بر میدان BP، میدان های آهسته تغییر دیگری نیز ایجاد می کند که با نفوذ از هسته به بیرون، باعث تغییرات سکولار میدان ژئومغناطیسی اصلی می شود.
نظریه عمومی GD که هم تولید میدان و هم «موتور» GD زمینی را مطالعه می‌کند، یعنی منشأ حرکات، هنوز در مرحله اولیه توسعه است و هنوز در آن موارد زیادی فرضی است. نیروهای ارشمیدسی ناشی از ناهمگونی های کوچک در چگالی در هسته و نیروهای اینرسی به عنوان دلایل ایجاد حرکات مطرح می شوند.
اولی می تواند با انتشار گرما در هسته و انبساط حرارتی مایع (همرفت حرارتی) یا با ناهمگونی ترکیب هسته به دلیل انتشار ناخالصی ها در مرزهای آن همراه باشد. دومی می تواند ناشی از شتاب ناشی از تقدیم محور زمین باشد. نزدیکی میدان ژئومغناطیسی به میدان یک دوقطبی با محوری تقریباً موازی با محور چرخش زمین نشان دهنده ارتباط نزدیک بین چرخش زمین و منشاء جرم ژئومغناطیسی زمین است.چرخش نیروی کوریولیس ایجاد می کند که می تواند نقش مهمی ایفا کند. در مکانیسم ژئودینامیکی زمین وابستگی قدر میدان ژئومغناطیسی به شدت حرکت ماده در هسته زمین پیچیده است و هنوز به اندازه کافی مورد مطالعه قرار نگرفته است. بر اساس مطالعات دیرینه مغناطیسی، بزرگی میدان ژئومغناطیسی در نوسان است، اما به طور متوسط، از نظر ترتیب قدر، برای مدت طولانی بدون تغییر باقی می ماند - در حدود صدها میلیون سال.
عملکرد ژئودینامیک زمین با فرآیندهای بسیاری در هسته و گوشته زمین مرتبط است، بنابراین مطالعه میدان ژئومغناطیسی اصلی و ژئودینامیک زمین بخشی ضروری از کل مجموعه مطالعات ژئوفیزیکی ساختار داخلی و توسعه زمین است. زمین.
S. I. Braginsky.
میدان ژئومغناطیسی متغیر اندازه‌گیری‌های انجام‌شده بر روی ماهواره‌ها و موشک‌ها نشان داده‌اند که برهمکنش پلاسمای باد خورشیدی با میدان ژئومغناطیسی منجر به اختلال در ساختار دوقطبی میدان در فاصله ~3 Rz از مرکز زمین می‌شود. باد خورشیدی میدان ژئومغناطیسی را در حجم محدودی از فضای نزدیک به زمین - مگنتوسفر زمین - محلی می کند، در حالی که در مرز مگنتوسفر، فشار دینامیکی باد خورشیدی با فشار میدان مغناطیسی زمین متعادل می شود. باد خورشیدی میدان مغناطیسی زمین را در سمت روز فشرده می کند و خطوط میدان ژئومغناطیسی مناطق قطبی را به سمت شب می برد و دم مغناطیسی زمین را با طول حداقل 5 میلیون کیلومتر در نزدیکی صفحه دایره البروج تشکیل می دهد (شکل را ببینید مقاله زمین و مگنتوسفر زمین). ناحیه تقریباً دوقطبی میدان با خطوط میدان بسته (مگنتوسفر داخلی) یک تله مغناطیسی از ذرات باردار پلاسمای نزدیک زمین است (به کمربندهای تابشی زمین مراجعه کنید).
جریان پلاسمای باد خورشیدی در اطراف مگنتوسفر با چگالی و سرعت متغیر ذرات باردار، و همچنین نفوذ ذرات به مگنتوسفر، منجر به تغییر در شدت سیستم‌های جریان الکتریکی در مگنتوسفر و یونوسفر زمین می‌شود. سیستم های فعلی به نوبه خود باعث ایجاد نوسانات میدان ژئومغناطیسی در فضای نزدیک به زمین و سطح زمین در طیف گسترده ای از فرکانس ها (از 10-5 تا 102 هرتز) و دامنه (از 10-3 تا 10-7) می شوند. oe) ثبت عکس از تغییرات پیوسته در میدان ژئومغناطیسی انجام شده در رصدخانه های مغناطیسی با استفاده از مگنتوگرافی. در زمان های آرام، تغییرات مغناطیسی دوره ای خورشیدی-روزانه و قمری-روزانه به ترتیب با دامنه های 30-70 گرم و 1-5 گرم در عرض های جغرافیایی پایین و متوسط مشاهده می شود. سایر نوسانات میدان نامنظم مشاهده شده با اشکال و دامنه های مختلف، اختلالات مغناطیسی نامیده می شوند که در میان آنها انواع مختلفی از تغییرات مغناطیسی متمایز می شوند.
اختلالات مغناطیسی که کل زمین را می پوشاند و از یک (شکل 4) تا چند روز طول می کشد، طوفان های مغناطیسی جهانی نامیده می شوند که در طی آن دامنه تک تک اجزا می تواند از 1000 گرم تجاوز کند. طوفان مغناطیسی یکی از مظاهر اختلالات شدید مگنتوسفر است که با تغییر پارامترهای باد خورشیدی به ویژه سرعت ذرات آن و جزء طبیعی میدان مغناطیسی بین سیاره ای نسبت به صفحه دایره البروج رخ می دهد. اختلالات شدید مگنتوسفر با ظهور شفق های قطبی، اختلالات یونوسفر، اشعه ایکس و تشعشعات با فرکانس پایین در جو فوقانی زمین همراه است.
کاربردهای عملی پدیده های مغناطیسی: سوزن مغناطیسی تحت تأثیر میدان ژئومغناطیسی در صفحه نصف النهار مغناطیسی قرار می گیرد. این پدیده از زمان های قدیم برای جهت یابی زمین، ترسیم مسیر کشتی ها در دریاهای آزاد، در عمل ژئودتیک و نقشه برداری، در امور نظامی و غیره استفاده می شده است. (به قطب نما، قطب نما مراجعه کنید).
مطالعه ناهنجاری های مغناطیسی محلی تشخیص مواد معدنی، در درجه اول سنگ آهن (به اکتشاف مغناطیسی) و در ترکیب با سایر روش های اکتشاف ژئوفیزیکی، تعیین مکان و ذخایر آنها را ممکن می سازد. روش مغناطیسی تلوریک کاوش درون زمین رایج شده است که در آن رسانایی الکتریکی لایه‌های درونی زمین از میدان یک طوفان مغناطیسی محاسبه می‌شود و سپس فشار و دمای موجود در آنجا ارزیابی می‌شود.
یکی از منابع اطلاعاتی در مورد لایه های بالایی جو، تغییرات ژئومغناطیسی است. اختلالات مغناطیسی، به عنوان مثال، با یک طوفان مغناطیسی، چندین ساعت زودتر از زمانی که تحت تأثیر آن، تغییراتی در یونوسفر رخ می دهد که ارتباطات رادیویی را مختل می کند، رخ می دهد. این امر امکان پیش بینی های مغناطیسی را برای اطمینان از ارتباطات بی وقفه رادیویی (پیش بینی های "آب و هوای رادیویی") ضروری می کند. داده‌های ژئومغناطیسی همچنین برای پیش‌بینی وضعیت تشعشع در فضای نزدیک به زمین در طول پروازهای فضایی مفید است.
ثبات میدان ژئومغناطیسی تا ارتفاع چند شعاع زمین برای جهت گیری و مانور فضاپیما استفاده می شود.
میدان ژئومغناطیسی بر موجودات زنده، فلور و انسان تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، در دوره های طوفان های مغناطیسی، تعداد بیماری های قلبی عروقی افزایش می یابد، وضعیت بیماران مبتلا به فشار خون بدتر می شود و غیره. مطالعه ماهیت اثرات الکترومغناطیسی بر موجودات زنده یکی از حوزه های جدید و امیدوارکننده زیست شناسی است.
A. D. Shevnin.
متن: Yanovsky B. M., Terrestrial magnetism, جلد 1-2, L., 1963-64; او، توسعه کار بر روی ژئومغناطیس در اتحاد جماهیر شوروی در طول سال های قدرت شوروی. "مجموعه مقالات آکادمی علوم اتحاد جماهیر شوروی، فیزیک زمین"، 1967، | 11، ص. 54; کتاب راهنمای میدان مغناطیسی متناوب اتحاد جماهیر شوروی، L.، 1954; فضای نزدیک به زمین داده های مرجع، ترانس. از انگلیسی، M., 1966; حال و گذشته میدان مغناطیسی زمین، م.، 1965; Braginsky S.I., On theory of theory of the Earth's Hydromagnetic Dynamo, "Geomagnetism and Aeronomy"، 1967، جلد 7، | 3، ص. 401; فیزیک خورشیدی-زمینی، M.، 1968.
دایره المعارف بزرگ شوروی، TSB. 2012
همچنین به تفاسیر، مترادف ها، معانی کلمه و آنچه که EARTH MAGNETISM به زبان روسی است در لغت نامه ها، دایره المعارف ها و کتاب های مرجع مراجعه کنید:
- مغناطیس زمینی
حل مشکلات نجومی حرکت اجرام آسمانی در فضا نسبتاً آسان است، عمدتاً به این دلیل که این اجرام از یکدیگر بسیار دور هستند ... - مغناطیس زمینی
? حل مشکلات نجومی حرکت اجرام آسمانی در فضا نسبتاً آسان است، عمدتاً به دلیل جدا شدن این اجرام از یکدیگر ... - مغناطیس زمینی
- مغناطیس زمینی در فرهنگ لغت توضیحی مدرن، TSB:
میدان مغناطیسی زمین که وجود آن به دلیل عملکرد منابع دائمی واقع در داخل زمین (نگاه کنید به دینام هیدرومغناطیسی) و ایجاد جزء اصلی میدان ... - مغناطیس،
حیوان. در حالی که علم رسمی او را یک واسطه "خیالی" می نامد و واقعیت او را کاملاً انکار می کند، میلیون ها بی شمار باستانی و ... - مغناطیس در فهرست فرهنگ مفاهیم تئوسوفی به آموزه های مخفی، فرهنگ لغت تئوسوفی:
- قوت در طبیعت و انسان است. در مورد اول، او رسانه ای را نشان می دهد که باعث پدیده های مختلف جاذبه، قطبیت و غیره می شود. که در … - مغناطیس در فرهنگ لغت دانشنامه بزرگ:
(از یونانی مگنتیس - آهنربا) 1) شاخه ای از فیزیک که برهمکنش ذرات باردار الکتریکی متحرک (جسم) یا ذرات (جسم) با مغناطیسی را مطالعه می کند. - مغناطیس در دایره المعارف بزرگ شوروی، TSB:
(از مغناطیس یونانی - آهنربا)، خود را در مقیاس کلان به عنوان برهمکنش بین جریان های الکتریکی، بین جریان ها و آهنرباها (یعنی اجسام ...) نشان می دهد. - مغناطیس در فرهنگ لغت دایره المعارف بروکهاوس و یوفرون:
1) خواص آهنربا. مشخصه ترین پدیده مغناطیسی - جذب قطعات آهن توسط آهنربا - از زمان های قدیم شناخته شده است. با این حال، در… - مغناطیس در فرهنگ لغت دایره المعارف مدرن:
- مغناطیس
(از یونانی مگنتیس - آهنربا، از Magnetis lithos، به معنای واقعی کلمه - سنگی از مگنزیا، شهری باستانی در آسیای صغیر)، شاخه ای از فیزیک، ... - مغناطیس در فرهنگ لغت دایره المعارف:
a, pl. نه، m. 1. فیزیکی. مجموعه ای از پدیده های مغناطیسی. زمینی م 2. فیزیکی. دکترین پدیده های مغناطیسی و خواص مغناطیسی ... - مغناطیس در فرهنگ لغت دایره المعارف:
، -صبح. 1. مجموعه ای از پدیده های مرتبط با عمل خواص آهنربا (خاص). زمین m. 2. ترانس. نیروی جاذبه (منسوخ). م. کسی ... - زمینی در فرهنگ لغت دایره المعارف:
، اوه ، اوه 1. زمین را ببینید. 2. تمرکز بر زندگی با اعمال و افکار واقعی آن به دور از آرمان های والا. ... - مغناطیس
مگنتیسم (از یونانی magn;tis - آهنربا)، شاخه ای از فیزیک که برهمکنش بارهای الکتریکی متحرک را مطالعه می کند. ذرات (جسم) یا ذرات (جسم) با مغناطیسی. ... - زمینی در فرهنگ لغت دانشنامه بزرگ روسی:
بیضی زمین، بیضی انقلاب، حداکثر. نزدیک به شکل ژئوئید؛ اندازه و موقعیت آن در بدنه زمین با اندازه گیری درجه تعیین می شود، ... - زمینی در فرهنگ لغت دانشنامه بزرگ روسی:
مغناطیس زمین، مغناطیسی میدان زمین که وجود آن به دلیل عمل پست است. منابع واقع در داخل زمین (نگاه کنید به دینام هیدرومغناطیسی) و ایجاد ... - زمینی در فرهنگ لغت دانشنامه بزرگ روسی:
موسسه پوسته زمین (IZK) SB RAS، در سال 1957 در ایرکوتسک تاسیس شد. پژوهش ساختار پوسته زمین و فرآیندهای موجود در مناطق عمیق، ... - مغناطیس در دایره المعارف بروکهاوس و افرون:
1) خواص آهنربا. بارزترین پدیده مغناطیسی چیست؟ جذب قطعات آهن توسط آهنربا؟ از زمان های قدیم شناخته شده است. با این حال، در… - مغناطیس
مگنتی"زم، مگنتی"زما، مگنتی"زما، مگنتی"زمو، مگنتی"زمو، مگنتی"زم، مگنتی"زم، مگنتی"زما، مگنتی"زمم، مگنتی"زمامی، مگنتی"زم، ... - زمینی در پارادایم لهجه ای کامل طبق زالیزنیاک:
زمینی، زمینی، زمینی، زمینی، زمینی، زمینی، زمینی، زمینی، زمینی، زمینی، زمینی، زمینی، زمینی، زمینی، زمینی، زمینی، زمینی، ... - زمینی در فرهنگ لغت زبان بزرگ روسی ارتباطات تجاری:
مدیر ارشد غیر شیدایی ... - مغناطیس در فرهنگ لغات جدید واژگان خارجی:
(نگاه کنید به آهنربا) 1) مطالعه پدیده های مغناطیسی و خواص مغناطیسی اجسام. 2) مجموعه ای از پدیده های مغناطیسی؛ متر زمینی - ... - مغناطیس در فرهنگ لغت عبارات خارجی:
[سانتی متر. magnet] 1. مطالعه پدیده های مغناطیسی و خواص مغناطیسی اجسام. 2. مجموعه ای از پدیده های مغناطیسی; زمین متر - میدان مغناطیسی ... - زمینی در فرهنگ لغت مترادف آبراموف:
فاسد شدنی || پایان دادن به شغل زمینی، پایان دادن به وجود زمینی، جهان، دره... - مغناطیس
ژئومغناطیس، هیپنوتیزم، هیپنوتیزم، هیپنوتیزم، زور، ... - زمینی در فرهنگ لغت مترادف روسی:
dolny، dolny، محلی، دنیوی، زمینی، زیر قمری، زیر خورشیدی، بدنی، تلوریک، ... - مغناطیس
م 1) الف) خاصیت بعضی از اجسام - آهن ربا - برای جذب یا دفع اجسام دیگر از خود. ب) انتقال ... - زمینی در فرهنگ لغت توضیحی جدید زبان روسی توسط Efremova:
1. صفت 1) همبستگی در معنا. با اسم: زمین (1)، مرتبط با آن. 2) مختص به زمین (1)، مشخصه آن. ... - مغناطیس در فرهنگ لغت زبان روسی لوپاتین:
مغناطیس، ... - زمینی در فرهنگ لغت زبان روسی لوپاتین.
- مغناطیس در فرهنگ لغت املای کامل زبان روسی:
مغناطیس... - زمینی در فرهنگ لغت املای کامل زبان روسی.
- مغناطیس در فرهنگ لغت املا:
مغناطیس، ... - زمینی در فرهنگ لغت املا.
- مغناطیس در فرهنگ لغت زبان روسی اوژگوف:
مشاهده قدرت جذب م. کسی. کلمات، نگاه ها مغناطیس مجموعه ای از پدیده های مرتبط با عملکرد خواص یک آهنربا Spec Earth ...
