Теория магнитного поля и интересные факты о магнитном поле земли. Интересное о магнитах
Давайте вместе разбираться в том, что такое магнитное поле. Ведь многие люди живут в этом поле всю жизнь и даже не задумываются о нем. Пора это исправить!
Магнитное поле
Магнитное поле – особый вид материи. Оно проявляется в действии на движущиеся электрические заряды и тела, которые обладают собственным магнитным моментом (постоянные магниты).
Важно: на неподвижные заряды магнитное поле не действует! Создается магнитное поле также движущимися электрическими зарядами, либо изменяющимся во времени электрическим полем, либо магнитными моментами электронов в атомах. То есть любой провод, по которому течет ток, становится также и магнитом!
Тело, обладающее собственным магнитным полем.
У магнита есть полюса, называемые северным и южным. Обозначения "северный" и "южный" даны лишь для удобства (как "плюс" и "минус" в электричестве).
Магнитное поле изображается посредством силовых магнитных линий . Силовые линии непрерывны и замкнуты, а их направление всегда совпадает с направлением действия сил поля. Если вокруг постоянного магнита рассыпать металлическую стружку, частицы металла покажут наглядную картину силовых линий магнитного поля, выходящих из северного и входящих в южный полюс. Графическая характеристика магнитного поля - силовые линии.
Характеристики магнитного поля
Основными характеристиками магнитного поля являются магнитная индукция , магнитный поток и магнитная проницаемость . Но давайте обо всем по порядку.
Сразу отметим, что все единицы измерения приводятся в системе СИ .
Магнитная индукция B – векторная физическая величина, являющаяся основной силовой характеристикой магнитного поля. Обозначается буквой B . Единица измерения магнитной индукции – Тесла (Тл ).
Магнитная индукция показывает, насколько сильно поле, определяя силу, с которой оно действует на заряд. Данная сила называется силой Лоренца .
Здесь q - заряд, v - его скорость в магнитном поле, B - индукция, F - сила Лоренца, с которой поле действует на заряд.
Ф – физическая величина, равная произведению магнитной индукции на площадь контура и косинус между вектором индукции и нормалью к плоскости контура, через который проходит поток. Магнитный поток - скалярная характеристика магнитного поля.
Можно сказать, что магнитный поток характеризует количество линий магнитной индукции, пронизывающих единицу площади. Магнитный поток измеряется в Веберах (Вб) .
Магнитная проницаемость – коэффициент, определяющий магнитные свойства среды. Одним из параметров, от которых зависит магнитная индукция поля, является магнитная проницаемость.
Наша планета на протяжении нескольких миллиардов лет является огромным магнитом. Индукция магнитного поля Земли изменяется в зависимости от координат. На экваторе она равна примерно 3,1 на 10 в минус пятой степени Тесла. К тому же существуют магнитные аномалии, где значение и направление поля существенно отличаются от соседних областей. Одни из самых крупных магнитных аномалий на планете - Курская и Бразильская магнитные аномалии .
Происхождение магнитного поля Земли до сих пор остается загадкой для ученых. Предполагается, что источником поля является жидкое металлическое ядро Земли. Ядро движется, значит, движется расплавленный железо-никелевый сплав, а движение заряженных частиц – это и есть электрический ток, порождающий магнитное поле. Проблема в том, что эта теория (геодинамо ) не объясняет того, как поле сохраняется устойчивым.
Земля – огромный магнитный диполь. Магнитные полюса не совпадают с географическими, хотя и находятся в непосредственной близости. Более того, магнитные полюса Земли движутся. Их смещение регистрируется с 1885 года. Например, за последние сто лет магнитный полюс в Южном полушарии сместился почти на 900 километров и сейчас находится в Южном океане. Полюс арктического полушария движется через Северный Ледовитый океан к Восточно-Сибирской магнитной аномалии, скорость его передвижения (по данным 2004 года) составила около 60 километров в год. Сейчас наблюдается ускорение движения полюсов - в среднем скорость растет на 3 километра в год.
Каково значение магнитного поля Земли для нас? В первую очередь магнитное поле Земли защищает планету от космических лучей и солнечного ветра. Заряженные частицы из далекого космоса не падают прямо на землю, а отклоняются гигантским магнитом и движутся вдоль его силовых линий. Таким образом, все живое оказывается защищенным от пагубной радиации.
За историю Земли происходило несколько инверсий (смен) магнитных полюсов. Инверсия полюсов – это когда они меняются местами. Последний раз это явление произошло около 800 тысяч лет назад, а всего геомагнитных инверсий в истории Земли было более 400. Некоторые ученые полагают, что с учетом наблюдающегося ускорения движения магнитных полюсов следующей инверсии полюсов следует ожидать в ближайшие пару тысяч лет.
К счастью, в нашем веке смены полюсов пока не ожидается. А значит, можно думать о приятном и наслаждаться жизнью в старом добром постоянном поле Земли, рассмотрев основные свойства и характеристики магнитного поля. А чтобы Вы могли это делать, существуют наши авторы, которым можно с уверенностью в успехе поручить часть учебных хлопот! и другие типы работ вы можете заказать по ссылке.
Земля — единственная из известных нам планет, которую с уверенностью можно назвать населенной. На сегодняшний день это определяющий момент, отличающий наш космический дом от схожих объектов. Однако интересные факты о Земле с него только начинаются. Несмотря на то что ответы на многие тайны планеты находятся буквально под ногами и над головой, ученые очень многое еще не могут объяснить. С другой стороны, среди накопленных сведений встречаются порой более удивительные факты, чем иные события дальнего космоса.
Дела давно минувших дней
Для далеких прародителей любого народа все на Земле были свидетельствами присутствия сверхъестественной силы: богов, духов, фей и колдуний. Однако и в самую удаленную от нас по времени эпоху обнаруживались пытливые умы, которые стремились иначе объяснить происходящее. Они находили закономерности, учились предугадывать те или иные явления, создавали теории об устройстве мира. Миф о Земле, покоящейся на спинах огромных животных, который возник в процессе подобных попыток понять окружающую природу, необыкновенно живуч. Он до сих пор встречается, например, у индейцев. Согласно их модели мироздания, Земля покоится на спине черепахи и вздрагивает каждый раз, когда она делает шаг.
Дрожь земли
Ученых, конечно, такое объяснение землетрясений не удовлетворяет. Сегодня практически каждый знает, что причина этого явления — движение и столкновение тектонических плит. Однако с землетрясениями связано и множество фактов, не известных большинству, причем некоторые из них до сих пор остаются необъяснимыми.
Интересные факты о Земле включают, например, такую статистику:
- ежегодно по всему миру происходит около 500 тысяч землетрясений, причем каждый день их число достигает 8 тысяч, но большинство их неощутимы;
- заметные для человека происходят примерно 55 тысяч раз в год;
- землетрясения, приносящие разрушения и обладающие магнитудой от 5 до 8,9 балла, случаются не чаще 1000 раз в год;
- наиболее катастрофические по своим последствиям, к счастью, очень редки — примерно раз в 20 лет.
Интересно, что полное исчезновение землетрясений, а также вулканической деятельности будет означать прекращение тектонической активности. Такое возможно после завершения всех процессов, что протекают в недрах. Как это ни странно, подобное для человека очень нежелательно, поскольку является признаком окончания дифференциации недр, а значит, и потерей Землей основного источника энергии, «подогревающего» ее. Можно сказать, что землетрясения — признак жизни планеты.
Странные вспышки
Есть и совсем необычные факты о Земле, связанные с сотрясением тверди. По свидетельствам многих очевидцев, подобные явления сопровождаются не только разрушениями и толчками, но и яркими вспышками. Физик из Италии Кристиано Феруга собрал большое количество упоминаний о таких явлениях, охватив множество источников вплоть до 2000 года Однако ученые обратили внимание на эти свидетельства только после обнародования фотографий, заснятых во время землетрясения в 1966 году в Японии.
Сегодня уже существует множество подобных снимков. Порой довольно трудно понять, подделка это или нет. Однако объяснения явлению по-прежнему не найдено.
Суперконтинент
Причина извержения вулканов, землетрясений, а также горообразования лежит в движениях тектонических плит. Оно же приводит к тому, что ученые называют дрейфом континентов. Благодаря этому процессу интересные факты о Земле дополняются сведениями о существовании в далеком прошлом нескольких суперконтинентов, которые распадались и через время «собирались» вновь, но в несколько иной конфигурации. Последний из них назван Пангеей. Однако самое интересное о Земле в этом ракурсе — это то, что процесс продолжается и в настоящее время. каждый год преодолевают расстояние в несколько сантиметров, то есть в будущем, примерно через 250 млн лет, образуется новый единый континент.
Перемещающиеся камни
Чего не объясняет движение тектонических плит, так это изменения положения странных камней в знаменитой долине Смерти в Калифорнии. Они находятся на поверхности высохшего озера и оставляют четкие следы, медленно передвигаясь по ней. Многочисленные исследования и наблюдения дали небольшие результаты — ученые по-прежнему не в силах объяснить Известно лишь, что за 7 лет они преодолевают примерно 200 м, но никто никогда не видел, как они перемещаются. Наибольшая «активность» камней приходится на зимний период.
Чудеса совсем рядом
В Колпнянском также встречаются необычные камни. Они периодически начинают расти, подобно всходам семян. Некоторые местные жители относятся к валунам как к святыне. Считается, что прикосновение к ним дарует силу и здоровье.
Магнитное поле Земли: интересные факты
Если посмотреть на фото камней из долины Смерти, может показаться, что их что-то притягивает. Поневоле вспоминается, что наша планета представляет собой своеобразный огромный магнит. Интересно, что возникновение магнитного поля Земли также относится к разряду фактов без однозначного научного объяснения. Основная гипотеза гласит, что оно порождается жидкой частью ядра, состоящего из сплавов железа и никеля. Однако не все факты такая гипотеза может объяснить.
Исследователи установили, что остывающая лава может рассказать о направлении и силе магнитного поля. Были изучены её образцы разного времени. Оказалось, что сила поля в некоторые периоды истории планеты значительно уменьшалась. Этот факт, а также зависимость поля от объясняется другой гипотезой происхождения магнетизма планеты. Согласно ей, основную роль в процессе играет водно-воздушный океан. Вода, испаряясь, электризуется и получает положительный заряд. В земле при этом скапливаются отрицательные ионы. Благодаря вращению планеты образуется поток заряженных частиц, то есть фактически ток. А, как известно из школьного курса физики, где электрический ток, там и магнитное поле.
Дело рук человеческих
Многие невероятные факты о Земле своим появлением обязаны людям. К сожалению, довольно часто они имеют негативную окраску. В истории также известны случаи, когда решение небольшой группы людей приводило к довольно сильным изменениям ландшафта. Впечатляющий пример подобного — Врата Ада в Туркменистане. Это глубокий провал, в котором бушует пламя. Примерно 35 лет назад здесь проводилась разработка газа. В процессе добычи площадка, на которой расположился лагерь геологов, обрушилась в глубокую пещеру. Спускаться за вещами желающих не нашлось, поскольку вся образовавшаяся дыра была заполнена природным газом. Его подожгли. Он горит до сих пор, и неизвестно, когда это рукотворное чудо перестанет радовать и пугать местных жителей.
Интересные факты о Земле можно перечислять бесконечно. С развитием науки появляется объяснение все большего числа мистических явлений и просто странных природных процессов. В то же время исследования делают свой вклад в копилку любопытной информации: каждый год ученые обнаруживают что-то новое, о существовании чего и не догадывались.
Ирина Якутенко
В последние дни на научных информационных сайтах появилось большое количество новостей, посвященных магнитному полю Земли. Например, новость о том, что в последнее время оно существенно изменяется, или о том, что магнитное поле способствует утечке кислорода из земной атмосферы и даже про то, что вдоль линий магнитного поля ориентируются коровы на пастбищах. Что представляет собой магнитное поле и насколько важны все перечисленные новости?
Магнитное поле Земли – это область вокруг нашей планеты, где действуют магнитные силы. Вопрос о происхождении магнитного поля до сих пор окончательно не решен. Однако большинство исследователей сходятся в том, что наличием магнитного поля Земля хотя бы отчасти обязана своему ядру. Земное ядро состоит из твердой внутренней и жидкой наружной частей. Вращение Земли создает в жидком ядре постоянные течения. Как читатель может помнить из уроков физики, движение электрических зарядов приводит к появлению вокруг них магнитного поля.
Одна из самых распространенных теорий, объясняющих природу поля, - теория динамо-эффекта - предполагает, что конвективные или турбулентные движения проводящей жидкости в ядре способствуют самовозбуждению и поддержанию поля в стационарном состоянии.
Землю можно рассматривать как магнитный диполь. Его южный полюс находится на географическом Северном полюсе, а северный, соответственно, на Южном. На самом деле, географический и магнитный полюса Земли не совпадают не только по "направлению". Ось магнитного поля наклонена по отношению к оси вращения Земли на 11, 6 градуса. Из-за того что разница не очень существенная, мы можем пользоваться компасом. Его стрелка точно указывает на южный магнитный полюс Земли и почти точно на Северный географический. Если бы компас был изобретен 720 тысяч лет назад, то он бы указывал и на географический и на магнитный северный полюс. Но об этом чуть ниже.
Магнитное поле защищает жителей Земли и искусственные спутники от губительного воздействия космических частиц. К таким частицам относятся, например, ионизированные (заряженные) частицы солнечного ветра. Магнитное поле изменяет траекторию их движения, направляя частицы вдоль линий поля. Необходимость наличия магнитного поля для существования жизни сужает круг потенциально обитаемых планет (если мы исходим из предположения, что гипотетически возможные формы жизни похожи на земных обитателей).
Ученые не исключают, что часть планет земного типа не имеют металлического ядра и, соответственно, лишены магнитного поля. До сих пор считалось, что планеты, состоящие из твердых скальных пород, как и Земля, содержат три основных слоя: твердую кору, вязкую мантию и твердое или расплавленное железное ядро. В недавней работе ученые из Массачусетсткого технологического института предложили сразу два возможных механизма образования "скалистых" планет без ядра. Если теоретические выкладки исследователей подтвердятся наблюдениями, то формулу для расчета вероятности встретить во Вселенной гуманоидов или хотя бы что-то, напоминающее иллюстрации из учебника биологии, придется переписать.
Земляне тоже могут лишиться своей магнитной защиты. Правда, точно сказать, когда это произойдет, геофизики пока не могут. Дело в том, что магнитные полюса Земли непостоянны. Периодически они меняются местами. Не так давно исследователи установили, что Земля "помнит" о смене полюсов. Анализ таких "воспоминаний" показал, что за последние 160 миллионов лет магнитные север и юг менялись местами около 100 раз. Последний раз это событие произошло около 720 тысяч лет назад.
Смена полюсов сопровождается изменением конфигурации магнитного поля. Во время "переходного периода" на Землю проникает существенно больше космических частиц, опасных для живых организмов. Одна из гипотез, объясняющих исчезновение динозавров, утверждает, что гигантские рептилии вымерли именно во время очередной смены полюсов.
Кроме "следов" плановых мероприятий по смене полюсов исследователи заметили в магнитном поле Земли опасные подвижки. Анализ данных о его состоянии за несколько лет показал, что в последние месяцы в нем начали происходить опасные изменения. Настолько резких "движений" поля ученые не регистрировали уже очень давно. Вызывающая беспокойства исследователей зона находится в южной части Атлантического океана. "Толщина" магнитного поля в этом районе не превышает трети от "нормальной". Исследователи давно обратили внимание на эту "прореху" в магнитном поле Земли. Собранные за 150 лет данные показывают, что за этот период поле здесь ослабло на десять процентов.
На данный момент трудно сказать, чем это грозит человечеству. Одним из последствий ослабления напряженности поля может стать увеличение (пусть и незначительное) содержания кислорода в земной атмосфере. Связь между магнитным полем Земли и этим газом была установлена с помощью системы спутников Cluster – проекта Европейского космического агентства. Ученые выяснили, что магнитное поле ускоряет ионы кислорода и "выбрасывает" их в космическое пространство.
Несмотря на то, что магнитное поле нельзя увидеть, обитатели Земли хорошо его чувствуют. Перелетные птицы, например, отыскивают дорогу, ориентируясь именно на него. Существует несколько гипотез, объясняющих, как именно они ощущают поле. Одна из последних предполагает, что птицы воспринимают магнитное поле визуально. Особые белки – криптохромы – в глазах перелетных птиц способны менять свое положение под воздействием магнитного поля. Авторы теории считают, что криптохромы могут выполнять роль компаса.
Кроме птиц магнитное поле Земли вместо GPS используют морские черепахи. И, как показал анализ спутниковых фотографий, представленных в рамках проекта Google Earth, коровы. Изучив фотографии 8510 коров в 308 районах мира, ученые заключили, что эти животные предпочтительно ориентируют свои тела с севера на юг (или с юга на север). Причем "реперными точками" для коров служат не географические, а именно магнитные полюса Земли. Механизм восприятия коровами магнитного поля и причины именно такой реакции на него остаются неясными.
Кроме перечисленных замечательных свойств магнитное поле способствует появлению полярных сияний. Они возникают в результате резких изменений поля, происходящих в удаленных регионах поля.
Магнитное поле не обошли своим вниманием сторонники одной из "теорий заговора" – теории о лунной мистификации. Как уже упоминалось выше, магнитное поле защищает нас от космических частиц. "Собранные" частицы скапливаются в определенных частях поля – так называемых радиационных поясах Ван Алена. Скептики, не верящие в реальность высадок на Луну, считают, что во время пролета сквозь радиационные пояса астронавты получили бы смертельную дозу радиации.
Магнитное поле Земли - удивительное следствие законов физики, защитный щит, ориентир и создатель полярных сияний. Если бы не оно, жизнь на Земле, возможно, выглядела бы совсем иначе. В общем, если бы магнитного поля не было - его необходимо было бы придумать.
Магниты и магнетизм известны человечеству очень давно. Однако и в современном мире удивительные свойства магнитов применяются повсеместно. Из нашего материала вы узнаете несколько любопытных фактов, связанных с постоянными магнитами.
Почему магнит называется именно так?
Есть две легенды происхождения этого слова. Одна из них достаточно поэтична и повествует о некоем пастухе Магнусе. В повествовании Плиния говорится о том, что этот пастух как-то пас стадо овец в новом месте. Наступив на большой черный камень, он с удивлением понял, что не может оторвать от него ног. Причиной тому стали гвозди, которыми была подбита его обувь.
Вторая легенда говорит о том, что в древние времена люди, жившие в греческой области Магнисии, нашли залежи необычного камня, притягивающего железные предметы. Сначала находку называли «камнем из Магнисии», а после наименование упростилось до магнита.
Под таким названием знали притягивающий железо камень китайцы. Они называли его цы-ши, что можно перевести как «любящий камень» или «камень материнской любви». Такое название появилось из-за того, что магнит притягивает металлические предметы подобно тому, как любящая мать старается приблизить к себе своих детей.
Сохранившиеся источники говорят о том, что еще за несколько веков до Рождества Христова в Китае использовалось некое подобие компаса, представляющее собой ложку из магнита. Что касается европейского региона, то упоминание о первом компасе для путешественников датируются 1300 годом. Автором изобретения является Иоанн Жира.
Как магнитному томографу удается видеть человека изнутри?
Многие знают о том, что в составе человеческого организма преобладает вода. Ее уровень может колебаться от 60% до 80%. Когда на атомы водорода, содержащиеся в воде, воздействует мощный магнит, происходит излучение особых волн. Они характеризуются разными свойствами и позволяют фиксировать изменения, происходящие в организме. Когда человека помещают внутрь магнитного поля, его тело начинает излучать множество разных волн, которые обрабатываются специальной аппаратурой и превращаются в цветное изображение.
Поезда на магнитной подушке
Скоростные поезда на магнитной подушке перемещаются благодаря особой технологии. Вагоны состава размещаются на направляющих, охватывающих рельс. За счет этого, вагоны постоянно находятся над поверхностью рельсов из-за вертикального магнитного поля. В свою очередь, горизонтальное магнитное поле продолжает сохранять центровку. Помимо этого, на рельсах размещаются электромагниты, взаимодействующие с двигателями поезда. Такой подход позволяет обеспечить разгон и торможение.
Сейчас магнитное поле Земли находится под пристальным вниманием каждого, кому интересна астрономия, астрология, астрофизика. К тому же научные информационные сайты в последнее время так и пестрят различными новостями про магнитное поле Земли.
Например, есть новость, которая говорит о том, что магнитное поле Земли в последнее время существенно меняется, либо о том, что благодаря полю происходит утечка кислорода из земной атмосферы. Но мало, кто вообще представляет, что это такое магнитное поле Земли, что оно собой является и насколько оно важно для нас, как для людей, да и для всех живых организмов. По сути, магнитное поле представляет собой специальную область, которая находится вокруг всей нашей планеты, где происходит взаимодействие магнитных сил.
Правда, до сих пор ещё не нашли окончательного решения о происхождении магнитного поля. Существует масса мнений на этот счёт, причём одно противоречит другому, но всё же большая часть исследователей говорит о том, что магнитное поле Земли находится вокруг из-за ядра планеты. Собственно, в земном ядре внутри есть и твёрдая часть, и жидкая часть. Земля вращается и не останавливается, из-за этого в жидкой части ядра всегда происходят течения. Тут уж нужно вспомнить физику школы, когда электрические заряды создают во время своего движения магнитное поле.
Есть очень распространённая теория о том, как же всё-таки это поле появилось. Суть теории заключается в том, что это бы динамо-эффект. То есть, в жидкой части ядра происходят турбулентные движения, которые способствуют поддержанию поля стационарного состояния, при этом же оно само и возбуждается. Магнитное поле Земли определённо очень помогает Земле и всему живому на планете. Ведь различные космические частицы очень негативно влияют на планету Земля, а магнитное поле призвано защищать от этого губительного действия жителей и искусственные спутники планеты.
Эти частицы являются частичками солнечного ветра. Так получилось, что магнитному полю удаётся скорректировать их траекторию движения, изменяя её вдоль линии поля. Но если думать о том, что магнитное поле необходимо для того, чтобы формировалась жизнь на планете, то это существенно влияет на количество таких обитаемых планет. Ведь есть такие планеты, которые вовсе не имеют металлического ядра, а значит, нет у них и магнитного поля. Правда, и земляне могут потерять своего «магнитного защитника». Только пока нет официальных подтверждений, когда именно это может произойти.
