ANG MAGNETIC FIELD NG EARTH: PINAGMULAN, KATANGIAN, PAG-ANDAR - PISIKAL - 2025

Ang magnetic field ng Earth ay ang magnetic effect na inilalabas ng Earth at na umaabot mula sa loob nito hanggang daan-daang kilometro sa kalawakan. Ito ay halos kapareho sa ginawa ng isang bar magnet. Ang ideyang ito ay iminungkahi ng siyentipikong Ingles na si William Gilbert noong ika-17 siglo, na napansin din na hindi posible na paghiwalayin ang mga poste ng pang-akit.

Ipinapakita ng Figure 1 ang mga linya ng magnetic field ng Earth. Laging sila ay sarado, dumaan sa interior at magpatuloy sa labas, na bumubuo ng isang uri ng takip.

Larawan 1. Ang magnetic field ng Earth ay kahawig ng isang magnet na bar. Pinagmulan: Wikimedia Commons.

Ang pinagmulan ng magnetic field ng Earth ay isang misteryo pa rin. Ang panlabas na core ng lupa, na gawa sa iron iron, ay hindi makakapag-gawa mismo ng bukid, dahil ang temperatura ay nasisira nito ang magnetic order. Ang hangganan ng temperatura para sa ito ay kilala bilang temperatura ng Curie. Samakatuwid imposible para sa isang malaking masa ng magnetized material na maging responsable para sa bukid.

Sa pagkakaroon ng pinasiyahan ang hypothesis na ito, dapat nating hanapin ang pinagmulan ng bukid sa isa pang kababalaghan: Pag-ikot ng Earth. Ito ay nagiging sanhi ng tinunaw na core na paikutin nang hindi pantay, na lumilikha ng epekto ng dinamo, kung saan ang isang likido ay kusang bumubuo ng isang magnetic field.

Ito ay pinaniniwalaan na ang epekto ng dinamo ay ang sanhi ng magnetism ng mga bagay na pang-astronomya, halimbawa na sa Araw. Ngunit hanggang ngayon hindi alam kung bakit ang isang likido ay may kakayahang kumilos sa ganitong paraan at kung paano ang mga de-koryenteng alon na ginawa ay namamahala upang manatili.

katangian

- Ang magnetic field ng lupa ay ang resulta ng tatlong mga kontribusyon: ang panloob na larangan, ang panlabas na magnetic field at ang magnetic mineral sa crust:

1. Panloob na larangan: ito ay kahawig ng isang magnetic dipole (magnet) na matatagpuan sa gitna ng Daigdig at ang kontribusyon nito ay halos 90%. Nag-iiba ito nang napakabagal sa oras.
2. Panlabas na patlang: nagmula sa aktibidad ng solar sa mga layer ng kapaligiran. Hindi tulad ng dipole at maraming mga pagkakaiba-iba: araw-araw, taun-taon, magnetic na bagyo, at iba pa.
3. Ang mga magnetic na bato sa crust ng lupa, na lumikha din ng kanilang sariling larangan.

- Ang magnetic field ay polarized, na nagtatanghal ng north at southern pole, tulad ng isang magnet na bar.

- Bilang ang mga kabaligtaran na mga pole ay umaakit sa bawat isa, ang karayom ​​ng kumpas, na kung saan ay ang north poste, palaging tumuturo sa paligid ng geographic na hilaga, kung saan ang timog na poste ng magnet ng Earth ay.

- Ang direksyon ng magnetic field ay kinakatawan sa anyo ng mga saradong linya na iniwan ang magnetic timog (hilaga poste ng magnet) at ipasok ang magnetic north (timog na poste ng magnet).

- Sa magnetic hilaga -at sa magnetic timog na rin,, ang patlang ay patayo sa ibabaw ng lupa, habang nasa ekwador, ang patlang ay namumula. (tingnan ang figure 1)

- Ang intensity ng bukid ay mas malaki sa mga poste kaysa sa ekwador.

- Ang axis ng terrestrial dipole (figure 1) at ang axis ng pag-ikot ay hindi nakahanay. Mayroong isang pag-aalis ng 11.2º sa pagitan nila.

Mga elemento ng geomagnetic

Dahil ang magnetic field ay vector, isang sistemang coordinate ng Cartesian XYZ na may isang pinagmulan O ay tumutulong upang maitaguyod ang posisyon nito.

Larawan 2. Mga elemento ng geomagnetic. Pinagmulan: F. Zapata.

Ang kabuuang intensity ng magnetic field o induction ay ang B at ang mga projection o mga bahagi nito ay: H nang pahalang at Z nang patayo. Ang mga ito ay nauugnay sa:

-D, ang anggulo ng magnetic pagtanggi, na nabuo sa pagitan ng H at geographic hilaga (X axis), positibo sa silangan at negatibo sa kanluran.

-Ako, ang magnetic anggulo ng pagkahilig, sa pagitan ng B at H, positibo kung ang B ay nasa ilalim ng pahalang.

Ang karayom ​​ng kumpas ay nakatuon sa direksyon ng H, ang pahalang na bahagi ng patlang. Ang eroplano na tinutukoy ng B at H ay tinatawag na magnetic meridian, habang ang ZX ay ang geographic meridian.

Ang magnetic field vector ay ganap na tinukoy kung ang tatlo sa mga sumusunod na dami ay kilala, na tinatawag na mga elemento ng geomagnetic: B , H, D, I, X, Y, Z.

Pag-andar

Narito ang ilan sa mga pinakamahalagang pag-andar ng magnetic field ng Earth:

-Ginagamit ito ng mga tao upang i-orient ang kanilang mga sarili sa pamamagitan ng kumpas sa daan-daang taon.

-Nagpapakita ng isang proteksiyon na pag-andar ng planeta, sa pamamagitan ng pagpapalakas nito at pag-iwas sa mga sisingilin na mga particle na patuloy na nagpapalabas ng araw.

-Kahit na ang magnetic field ng Earth (30 - 60 micro Tesla) ay mahina kumpara sa mga nasa laboratoryo, sapat na ito na ginagamit ng ilang mga hayop upang i-orient ang kanilang sarili. Gayundin ang mga ibon ng migratory, homing pigeons, balyena at ilang mga paaralan ng mga isda.

-Magnetometry o pagsukat ng magnetic field ay ginagamit para sa pag-asam ng mga mapagkukunan ng mineral.

Hilagang ilaw at timog

Kilala sila bilang ang hilaga o timog na ilaw, ayon sa pagkakabanggit. Lumilitaw ang mga ito sa mga latitude malapit sa mga poste, kung saan ang magnetic field ay halos patayo sa ibabaw ng Earth at mas matindi kaysa sa ekwador.

Larawan 3. Hilagang ilaw sa Alaska. Pinagmulan: Wikimedia Commons.

Mayroon silang pinagmulan sa malaking halaga ng sisingilin na mga particle na patuloy na ipinapadala ng Linggo. Ang mga na-trap sa bukid ay karaniwang naaanod patungo sa mga poste dahil sa mas mataas na intensity. Doon nila sinasamantala upang ma-ionize ang atmospera at sa proseso na nakikita ang ilaw ay pinalalabas.

Ang mga hilagang ilaw ay makikita sa Alaska, Canada, at hilagang Europa, dahil sa kalapitan ng magnetic poste. Ngunit dahil sa paglipat ng mga ito, posible na sa paglipas ng panahon ay mas nakikita sila patungo sa hilaga ng Russia.

Tila hindi ito ang kaso sa ngayon, bagaman, dahil ang mga auroras ay hindi eksaktong sumunod sa mali-mali na magnetic hilaga.

Magnetic Declination at Navigation

Para sa nabigasyon, lalo na sa napakatagal na biyahe, napakahalaga na malaman ang magnetic na pagtanggi, upang makagawa ng kinakailangang pagwawasto at hanapin ang tunay na hilaga.

Ito ay nakamit sa pamamagitan ng mga mapa na nagpapahiwatig ng mga linya ng pantay na pagtanggi (isogonal), dahil ang pagtanggi ay nag-iiba nang malaki ayon sa lokasyon ng heograpiya. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang magnetic field ay nakakaranas ng mga lokal na pagkakaiba-iba.

Ang mga malalaking numero na ipininta sa mga runway ay ang mga direksyon sa antas na nauugnay sa magnetic hilaga, na hinati ng 10 at bilugan.

Ang mga hilaga guys

Tulad ng nakalilito sa tila ito ay may, maraming mga uri ng hilaga, na tinukoy ng ilang partikular na pamantayan. Sa gayon, mahahanap natin:

Magnetic North ay ang punto sa Earth kung saan ang magnetic field ay patayo sa ibabaw. Doon ang mga puntos ng kumpas, at sa pamamagitan ng paraan, hindi ito antipodal (diametrically kabaligtaran) na may magnetic timog.

Ang Geomagnetic North , ay ang lugar kung saan ang axis ng magnetic dipole ay tumataas sa ibabaw (tingnan ang figure 1). Dahil ang magnetic field ng Earth ay medyo mas kumplikado kaysa sa larangan ng dipole, ang puntong ito ay hindi eksaktong magkakasabay sa magnetic north.

Heograpiya hilaga , ang axis ng pag-ikot ng lupa ay dumadaan doon.

Hilaga ng Lambert o ng grid , ay ang punto kung saan ang mga meridian ng mga mapa ay nakikipag-ugnay. Hindi ito eksaktong nag-tutugma sa totoo o geographic na hilaga, dahil ang spherical na ibabaw ng Earth ay magulong kapag inaasahang papunta sa isang eroplano.

Larawan 4. Iba't ibang mga hilaga at ang kanilang lokasyon. Pinagmulan: Wikimedia Commons. Cavit

Pagbabago ng magnetic field

Mayroong isang kamangha-manghang katotohanan: ang mga magnetic pole ay maaaring magbago ng posisyon sa kurso ng ilang libong taon, at kasalukuyang nangyayari ito. Sa katunayan, kilala ito na nangyari 171 beses bago, sa huling 17 milyong taon.

Ang ebidensya ay matatagpuan sa mga bato na umuusbong mula sa isang rift sa gitna ng Karagatang Atlantiko. Sa paglabas nito, ang bato ay pinapalamig at pinapatibay, na itinatakda ang direksyon ng magnetization ng Earth sa sandaling ito, na kung saan ay pinangalagaan.

Ngunit sa ngayon ay walang kasiya-siyang paliwanag kung bakit nangyari ito, at wala rin ang mapagkukunan ng enerhiya na kinakailangan upang baligtarin ang bukid.

Tulad ng naunang tinalakay, ang magnetic hilaga ay kasalukuyang gumagalaw nang mabilis patungo sa Siberia, at ang timog ay gumagalaw din, kahit na mas mabagal.

Ang ilang mga eksperto ay naniniwala na ito ay dahil sa isang mataas na tulin ng daloy ng likidong bakal sa ibaba lamang ng Canada na nagpapahina sa bukid. Maaari din itong maging simula ng isang magnetic na pagbabalik. Ang pinakahuli na nangyari ay 700,000 taon na ang nakalilipas.

Maaaring ang dinamo na nagbibigay sa pagtaas ng magnetism ng Earth sa isang oras, alinman sa kusang o sa pamamagitan ng ilang panlabas na interbensyon, tulad ng diskarte ng isang kometa halimbawa, bagaman walang katibayan ng huli.

Kapag nag-restart ang dinamo, ang mga magnetic pole ay lumipat ng mga lugar. Ngunit maaari rin itong mangyari na ang pag-iikot ay hindi kumpleto, ngunit isang pansamantalang pagkakaiba-iba ng axis ng dipole, na sa wakas ay babalik sa orihinal na posisyon nito.

Eksperimento

Ito ay isinasagawa gamit ang Helmholtz coils: dalawang magkapareho at concentric na pabilog na coil, kung saan ang parehong kasidhian ng mga kasalukuyang pass. Ang magnetic field ng coils ay nakikipag-ugnay sa na ng Earth, na nagbibigay ng isang nagresultang magnetic field.

Larawan 5. Eksperimento upang matukoy ang halaga ng magnetic field ng Earth. Pinagmulan: F. Zapata.

Isang humigit-kumulang pantay na patlang na magnetic ay nilikha sa loob ng coils, na ang kalakhan nito:

-Ako ang tindi ng kasalukuyang

-μ _o ang magnetic pagkamatagusin ng vacuum

-R ang radius ng coils

Proseso

Sa pamamagitan ng isang compass na inilagay sa mga ehe axis ng coil, matukoy ang direksyon ng pang-lupang magnetic field B _T .

-Oriente ang axis ng coils na tirik sa B _T . Kaya larangan B _H nakabuo ng kasalukuyang ay lumipas, ay perpendikular sa B _T . Sa kasong ito:

Larawan 6. Ang nagreresultang patlang ang pipiliin ng karayom ​​ng kumpas. Pinagmulan: F. Zapata.

-B _H ay proporsyonal sa kasalukuyang dumaan sa mga coils, upang ang B _H = kI, kung saan ang k ay isang pare-pareho na nakasalalay sa geometry ng sinabi coils: radius at bilang ng mga liko. Ang isang pagsukat kasalukuyang, maaaring magkaroon ang halaga ng B _H . Kaya na:

Kaya:

-Matatakot na mga alon ay dumaan sa mga coil at ang mga pares (I, tg θ) ay naitala sa isang mesa.

-Ang graph I vs. tg θ. Dahil ang pag-asa ay magkatugma, inaasahan naming makakuha ng isang linya, na ang slope m ay:

-Sa wakas, mula sa tuwid - line magkasya hindi bababa sa squares o visual adjustment, naaayos ito upang matukoy ang halaga ng B _T .

Mga Sanggunian

1. Earth Magnetic Field. Nabawi mula sa: web.ua.es
2. Magneto-hydrodynamics Group ng Unibersidad ng Navarra. Epekto ng Dynamo: kasaysayan. Nabawi mula sa: fisica.unav.es.
3. Kirkpatrick, L. 2007. Physics: Isang Tumingin sa Mundo. Ika-6 na minutong edisyon. Pag-aaral ng Cengage.
4. POT. Magnetic Field ng Earth at ang mga Pagbabago nito sa Oras. Nabawi mula sa: image.gsfc.nasa.gov.
5. Nat Geo. Gumagalaw ang magnetic north pole ng Earth. Nabawi mula sa: ngenespanol.com.
6. Siyentipiko Amerikano. Ang Daigdig ay May Higit Pa sa Isang North Pole. Nabawi mula sa: scientamerican.com.
7. Wikipedia. Geomagnetic poste. Nabawi mula sa: en.wikipedia.org.