В каком случае стрелки компаса затухают быстрее: № 908. Почему колебания стрелки компаса быстрее затухают, если корпус прибора латунный, и медленнее, если корпус прибора пластмассовый?

Задание №24 ОГЭ по физике • СПАДИЛО

---

---

Задание №24 ОГЭ по физике является качественным вопросом, т.е. вопросом, для получения ответа на который необходимы не расчетные формулы, а словесный анализ физ.процессов, описанных в нем. Никаких вычислений в задании производить не требуется. Нужно здесь: 1) сформулировать четкий и однозначный (и насколько это возможно, краткий) ответ и 2) дать развернутое пояснение к ответу, минимально достаточное для того, чтобы не возникло сомнений в его аргументированности.

Вероятная тематика задания – механика (в частности, статика или гидродинамика), термодинамика, электродинамика.

---

Разбор типовых вариантов заданий №24 ОГЭ по физике

---

Демонстрационный вариант 2018

[su_note note_color=”#defae6″]

В каком случае колебания стрелки компаса затухают быстрее: в случае, когда корпус компаса изготовлен из меди, или из пластмассы? Ответ поясните.

[/su_note]

Алгоритм решения:

1. Даем ответ на вопрос задания. Пункты ниже – пояснения к ответу.
2. Определяем процессы, происходящие в компасе.
3. Проецируем описанные процессы на ситуацию, когда корпус компаса изготовлен из меди.
4. Производим аналогичный анализ для компаса с корпусом из пластмассы.

Решение:

1. Ответ: затухание происходит быстрее, если корпус компаса выполнен из меди.
2. Основа ответа находится в границах понятия электромагнитной индукции. А именно: в проводящем контуре при колебаниях магн.стрелки возникает индукционный ток. Возникшее магн.поле индукционного тока взаимодействует с магн.стрелкой. При этом работает правило Ленца, которое заключается в том, что направление этого индукционного тока направлено так, чтобы как можно скорее загасить возникшие колебания стрелки.
3. Медный корпус является проводящим контуром. И это означает, что когда стрелка компаса колеблется, то в самом корпусе (в меди) возникает индукционный ток, способствующий замедлению колебаний стрелки.
4. В пластмассовом корпусе тока не возникает. Колебания в корпусе, которые вызовет колебания стрелки, будут постепенно затухать, однако препятствий в виде индукционного тока или чего-либо еще в данном случае нет.

---

Первый вариант (Камзеева, № 5)

[su_note note_color=”#defae6″]

Под гайку подкладывают широкое металлическое кольцо (шайбу). Изменится ли при этом (и если изменится, то как) сила давления на деталь, скрепляемую болтом? Ответ поясните.

[/su_note]

Алгоритм решения:

1. Даем ответ на вопрос.
2. Делаем разъяснение о том, почему был дан именно такой ответ.

Решение:

1. Сила давления гайки на деталь, которую скрепляет болт, не изменится.
2. Сила давления гайки на деталь в данном случае зависит от массы гайки и от того, насколько сильно ее прижимают к детали. Введение шайбы изменит только площадь, на которую осуществляется давление со стороны гайки. В данной ситуации площадь увеличится, а потому давление уменьшится. Поэтому здесь можно говорить об изменении давления гайки (которое от площади, на которую это давление оказывается, зависит), но не силы давления.

---

Второй вариант (Камзеева, № 7)

[su_note note_color=”#defae6″]

В две одинаковые чашки налили одинаково горячий кофе: в первой чашке – кофе черный, во второй – кофе со сливками высокой жирности. В какой из чашек кофе будет остывать быстрее? Ответ поясните.

[/su_note]

Алгоритм решения:

1. Записываем правильный ответ.
2. Записываем разъяснение, доказывающее объективность выбора данного ответа.

Решение:

1. Ответ: быстрее остынет кофе в 1-й чашке, т.е. черный кофе (без сливок).
2. Известно, что жирная среда препятствует испарению влаги. При этом, поскольку жирная масса более легкая по сравнению с массой кофе, то жир, содержащийся в сливках, будет скапливаться сверху, на поверхности кофе, препятствуя испарению молекул кофейной жидкости. Между тем, черный кофе в 1-й чашке такого препятствия не имеет, и быстрые молекулы, оказывающиеся у поверхности жидкости, свободно вылетают из нее, испаряясь. И это означает, что испарение молекул в 1-й чашке происходит быстрее, чем во 2-й. А поскольку самые быстрые молекул являются самыми горячими, то выходит, что кофейную жидкость будут покидать наиболее горячие молекулы, приводя к более скорому понижению ее температуры, чем жидкости со сливками.

---

Третий вариант (Камзеева, № 9)

[su_note note_color=”#defae6″]

Два одинаковых сплошных деревянных бруска плавают в воде: первый – в пресной, а второй – в соленой. Сравните выталкивающие силы, действующие на бруски. Ответ поясните.

[/su_note]

Алгоритм решения:

1. Даем ответ на вопрос.
2. Записываем условие равновесия для плавающих брусков.
3. Анализируем полученную ф-лу условия равновесия и делаем вывод о соотношении выталкивающих сил.

Решение:

1. Ответ: выталкивающие силы равны.
2. Условие равновесия (плавания в воде) брусков выглядит так:
3. Математически это следует записать таким образом: F_A=mg.
4. Т.к. оба бруска одинаковы (имеют равные массы) и оба плавают на поверхности воды, то из равенства масс следует, что и уравновешивающие силу тяжести (одинаковую для обоих брусков) выталкивающие силы (F_A), действующие на них, тоже одинаковы.

Даниил Романович | Просмотров: 2.9k

Куда указывает стрелка компаса?

Стрелка магнитного компаса указывает на магнитные полюса Земли, а если быть точным, то располагается в магнитном поле Земли параллельно его магнитным силовым линиям. Это явление наблюдается как в северном, так и в южном полушариях. Но бывают и исключения, причем не так уж и редко.

Как правило, конец стрелки, указывающий на северный магнитный полюс, окрашивают в контрастный цвет.

Далее предлагаю разобраться, почему иногда это правило не срабатывает. А для этого для начала нужно понять, что из себя представляет стрелка магнитного компаса и по какому принципу она работает.

Из чего сделана стрелка

Любая стрелка магнитного компаса сделана из ферромагнетика.

Ферромагнетик — это материал, который способен обладать намагниченностью даже при отсутствии внешнего магнитного поля. В нем устанавливается дальний ферромагнитный порядок магнитных моментов атомов и ионов, благодаря чему он и приобретает магнитные свойства. В видео объясняется это явление:

Однако при нагревании ферромагнетика до температуры Кюри указанный порядок разрушается и ферромагнетик становится парамагнетиком. Нагретый над огнем магнит утрачивает свои магнитные свойства. Именно на этом основан простейший способ размагничивания разнообразных магнитов, не исключая стрелки магнитного компаса.

Для того, чтобы намагнитить ферромагнетик заново, его температуру нужно понизить ниже точки Кюри и поместить его в магнитное поле — либо положить рядом с другим магнитом, либо намагнитить, сделав его сердечником электромагнита.

Почему магнитная стрелка поворачивается

Чтобы разобраться в этом вопросе, нужно вспомнить, что такое магнитное поле. А магнитное поле — это силовое поле, которое может воздействовать на электрические заряды и тела, обладающие магнитным моментом.

Таким образом два магнита способны взаимодействовать друг с другом, при этом их одинаковые полюса будут отталкиваться, а противоположные — притягиваться. Так, северный и южный полюса будут стремиться соединиться, а вот южный с южным и северный с северным наоборот — будут мешать соединить два магнита.

Теперь рассмотрим стрелку магнитного компаса и нашу планету. Оба этих объекта являются магнитами, а значит и взаимодействуют друг с другом по вышеуказанному принципу. То есть северный конец стрелки тянется к южному полюсу Земли, а южный — к северному.

Но как же так? Ведь нам говорили, что северный конец стрелки показывает на север? В чем подвох?

Объясняется все очень просто: северный и южный магнитный полюса Земли переименовали и назвали в честь тех географических полюсов, какие находились в непосредственной близости к ним. Таким образом получается, что вблизи географического северного полюса на самом деле находится южный магнитный полюс Земли, который для удобства был назван северным магнитным полюсом, а в южном полушарии все в точности наоборот.

Взаимодействие между этими двумя магнитами не очень сильное. Если стрелку просто положить на землю, то она вряд ли сдвинется с места. Поэтому, чтобы не мешать ей поворачиваться в относительно слабом магнитном поле Земли, ее «садят» на шпиль, который выступает в роли оси, или, как в первых европейских моделях компасов, опускают на воду, уменьшая тем самым сопротивление при вращении до минимума.

Чтобы не спутать северный и южный концы стрелки, их обычно делают разными. Чаще всего концы стрелки могут отличаться по форме и цвету. Как правило, красным цветом выделяют северный конец стрелки, но бывают и исключения. О том, какими цветами и формой выделяют северную часть стрелки, а также о том, как определить северный конец стрелки самостоятельно, есть материал в отдельной статье (Устройство компаса).

Почему стрелка не показывает на истинный север

Как уже было сказано, стрелка магнитного компаса показывает направление на магнитные север и юг Земли. Однако местоположение магнитных полюсов не совпадает с местоположением истинных полюсов Земли. Кроме того, положение магнитных полюсов Земли постоянно меняется, причем скорость изменения непостоянна во времени и отличается у северного и южного магнитных полюсов, что связано с процессами, происходящими в недрах планеты.

Таким образом, утверждение о том, что стрелка магнитного компаса всегда показывает на истинный север, ошибочно.

Часто доводилось слышать, что на Аляске — самом крупном штаты США — стрелка магнитного компаса показывает не на север, а на восток. Это не совсем так. Если рассмотреть карту изогон магнитного склонения, то видно, что наибольшее отклонение стрелки на восток не достигнет даже 40°, а это не восточное направление, а северо-восточное. А вот если говорить о том, где стрелка компаса вместо севера покажет на запад, то такая территория есть — это Нунавут, недавно ставший частью Канады.

Карта изогон представлена ниже:

Однако при необходимости все же можно по показаниям магнитного компаса определить направление на истинные полюса Земли. Для этого нужно знать величину магнитного склонения, о которой мы рассказывали в отдельной статье…

Почему иногда стрелка не показывает на магнитный север

Если быть точным, то стрелка магнитного компаса не показывает точно даже на магнитные полюса Земли. Ее показания в этом случае являются приблизительными.

На самих магнитных полюсах стрелка магнитного компаса будет стремиться занять вертикальное положение, поскольку линии магнитного поля Земли, параллельно которым располагается стрелка, на этих территориях расположены перпендикулярно к плоскости горизонта. Таким образом, северная часть стрелки будет смотреть вниз на северном полюсе, а южная — на южном.

Однако бывают ситуации, когда показания магнитной стрелки достаточно сильно отклоняются от «нормы», и тогда без дополнительных поправок в расчетах можно получить большие ошибки.

Такие отклонения могут быть связаны с рядом причин. Рассмотрим некоторые из них.

Это, например, происходит в областях магнитных аномалий, где направление силовых линий магнитного поля Земли сильно отличается от направления силовых линий магнитного поля в соседних областях. Карты с такими участками иногда имеют заметку о том, что изображенная местность относится к магнитным аномалиям.

Иногда при некорректной работе на показания магнитной стрелки могут влиять различные ферромагнетики, находящиеся рядом. Обычно их влияние присутствует всегда, но из-за их удаленности от стрелки такое влияние ничтожно мало по сравнению с влиянием магнитного поля Земли. Если же источник постороннего магнитного поля (ферромагнетик или проводник, по которому течет электрический ток) оказывается слишком близко к стрелке, то его влияние может оказаться заметным, а зачастую и стать преобладающим, что негативно скажется на результатах проводимых с помощью компаса измерениях.

В конце концов, на ошибку в показаниях магнитного (да и не только магнитного) компаса может повлиять его неисправность. Это не такая уж редко встречаемая ситуация, поэтому к ней нужно отнестись со всей ответственностью, проверяя компас на исправность до выхода на маршрут.

Вспомогательные «стрелочные» элементы компаса

Для обеспечения корректной работы основного элемента компаса — магнитной стрелки — в этом устройстве предусмотрен ряд вспомогательных элементов. Ознакомимся с некоторыми из них.

Колба. Она позволяет защитить стрелку от механических повреждений, утери и от влияния ветра и дождя.

Жидкость в колбе. Она служит для быстрой стабилизации стрелки. Компасы, колба которых заполнена специальной жидкостью, называются жидкостными. В «воздушных» моделях для этой цели использовался латунный корпус, уменьшающий колебания стрелки за счет возникновения индукционных токов. Однако, если сравнивать два варианта стабилизации, то в случае с жидкостью любые колебания стрелки затухают намного быстрее.

Арретир. Это специальный стопор для остановки стрелки, чаще всего представляющий собой небольшой рычажок-фиксатор. Он позволяет удерживать стрелку в неподвижном состоянии, предотвращая ее хаотичные колебания во время движения человека по маршруту.

О других элементах, из которых состоит магнитный компас, мы очень подробно рассказывали в отдельной статье…

Как сделать стрелку для компаса своими руками

В аварийной ситуации, которая произошла за пределами цивилизации, может понадобится сконструировать примитивный компас.

В качестве стрелки для такого компаса допустимо использовать любые небольшие изделия из ферромагнетиков. Чаще всего в качестве стрелки для самодельного компаса используют намагниченную швейную иглу, хотя с тем же успехом в этой роли выступают и другие предметы, например, английская булавка или рыболовный крючок.

Подробнее о том, как сделать компас из подручных материалов, можно прочитать в этой статье…

Кстати, в древнем Китае, где был изобретен первый магнитный компас, в качестве стрелки использовали специальную намагниченную ложку, свободно вращающуюся на гладкой доске.

Как сориентироваться по стрелке компаса

С помощью работающей магнитной стрелки можно решать разные задачи, но для ориентирования важны в первую очередь две — определение сторон света и определение направления, в котором нужно двигаться.

Для того, чтобы определить стороны света, нужно с помощью стрелки найти направление на север и стать к нему лицом. Теперь позади окажется юг, справа — восток, а слева — запад.

Чтобы по стрелке компаса выбрать направление дальнейшего движения, зная азимут, нужно определить по показаниям стрелки направление на север, а затем от него по часовой стрелке отмерить угол, соответствующий нужному магнитному азимуту.

Как видим, в работе магнитной стрелки, как и самой стрелке нет ничего загадочного и противоречивого. Все вполне объясняется законами физики и знаниями об окружающем нас мире. Именно эти знания, накопленные предыдущими поколениями, позволяли людям выживать и привели к расцвету человеческую цивилизацию, и именно эти знания в наши дни становятся на помощь тем, кто оказались в аварийных условиях вдали от цивилизации или попросту заблудился в лесу, отправившись за грибами.

Автор: Максим Чечетов

Инверсия магнитного поля

• Что мы подразумеваем под инверсией магнитного поля или магнитным «переворотом» Земли?
• Как часто происходят развороты?
• Меняется ли сейчас магнитное поле Земли? Откуда нам знать?
• Как быстро «переворачиваются» столбы?
• Что происходит во время разворота? Что мы видим на поверхности Земли?
• Есть ли опасность для жизни?
• Меня интересует более техническое описание. Можете ли вы рассказать мне больше?
• Ссылки на другие описания магнитного поля Земли.

---

Что мы подразумеваем под магнитным переворотом или магнитным «переворотом» Земли?

Земля имеет магнитное поле, в чем можно убедиться с помощью магнитного компаса. Это в основном
образовались в очень горячем расплавленном ядре планеты и, вероятно, существовали на протяжении большей части
жизни Земли. Магнитное поле в значительной степени является полем диполя, под которым мы подразумеваем
что у него есть один северный полюс и один южный полюс. На эти места укажет стрелка компаса
прямо вниз или вверх соответственно. Его часто описывают как нечто похожее по своей природе на
поле барного (например, холодильника) магнита. Однако существует множество мелких вариаций в
Поле Земли, которое сильно отличается от поля стержневого магнита. В любом случае мы можем
говорят, что в настоящее время на поверхности Земли наблюдаются два полюса, один в
Северном полушарии и один в Южном полушарии.

Под обращением магнитного поля или «переворотом» мы подразумеваем процесс, посредством которого Северный полюс трансформируется.
в Южный полюс, а Южный полюс становится Северным полюсом. Интересно, что магнитное поле
иногда может произойти только «экскурсия», а не обращение. Здесь он страдает большим
уменьшение его общей силы, то есть силы, которая двигает стрелку компаса. В течение
экскурсию поле не меняет на противоположное, а позже восстанавливает себя с той же полярностью,
то есть Север остается Севером, а Юг остается Югом.

Вернуться к началу.

Как часто происходят развороты?

Согласно геологическим данным, магнитное поле Земли претерпело множество инверсий.
полярности. Мы можем видеть это в магнитных узорах, обнаруженных в вулканических породах, особенно
те, что были извлечены со дна океана. За последние 10 миллионов лет были,
в среднем 4 или 5 инверсий за миллион лет. В другие периоды истории Земли
например, в меловой период были гораздо более длительные периоды, когда не
произошли реверсы. Инверсии непредсказуемы и, конечно, не являются периодическими по своей природе.
Следовательно, мы можем говорить только о среднем интервале разворота.

Вернуться к началу.

Магнитное поле Земли сейчас меняет направление? Откуда нам знать?

Измерения магнитного поля Земли проводились более или менее непрерывно с тех пор, как
около 1840 года. Некоторые измерения даже восходят к 1500-м годам, например, в Гринвиче в Лондоне.
Если мы посмотрим на тенденцию силы магнитного поля за это время (например,
так называемый «дипольный момент», показанный на графике ниже), мы можем видеть тенденцию к снижению.
Действительно, спроецировав это вперед во времени, мы получим нулевой дипольный момент примерно через 1500-1600
лет время. Это одна из причин, по которой некоторые люди считают, что эта область может находиться на ранних стадиях.
разворота. Мы также знаем из исследований намагниченности минералов в древней глине
горшки, что магнитное поле Земли было примерно в два раза сильнее в римские времена, чем
сейчас.

Тем не менее, текущая напряженность магнитного поля не особенно низка с точки зрения диапазона значений, которые она имела за последние 50 000 лет, а с момента последнего обращения прошло почти 800 000 лет. А также подшипник
помня о том, что мы сказали об «экскурсиях» выше, и зная, что мы делаем со свойствами
математических моделей магнитного поля далеко не ясно, мы можем легко экстраполировать
до 1500 лет отсюда.

Вернуться к началу.

Как быстро «переворачиваются» столбы?

У нас нет полной записи истории любого разворота, поэтому любые заявления, которые мы можем сделать,
в основном на основе математических моделей поведения поля и частично на ограниченных
доказательства из горных пород, которые сохраняют отпечаток древнего магнитного поля, присутствующего, когда они
были сформированы. Например, математическое моделирование, по-видимому, предполагает, что полный разворот
может занять от одной до нескольких тысяч лет. Это быстро геологически
стандартами, но медленными по человеческим меркам.

Вернуться к началу.

Что происходит во время разворота? Что мы видим на поверхности Земли?

Как и выше, у нас есть ограниченные данные геологических измерений о характере изменений.
в магнитном поле во время инверсии. Мы могли бы ожидать увидеть, основываясь на моделях поля
работать на суперкомпьютерах, гораздо более сложная картина поля на поверхности Земли, с
возможно, более одного Северного и Южного полюсов в любой момент времени. Мы также можем увидеть полюса
«блуждающие» со временем от своего текущего положения к экватору и через него.
Общая напряженность поля в любой точке Земли может составлять не более одной десятой его
силы сейчас.

Вернуться к началу.

Есть ли опасность для жизни?

Почти наверняка нет. Магнитное поле Земли содержится в области космоса,
известной как магнитосфера, под действием солнечного ветра. Магнитосфера отклоняет многих,
но не все высокоэнергетические частицы, которые текут от Солнца в солнечном ветре и от
другие источники в галактике. Иногда Солнце особенно активно, например, когда
много солнечных пятен, и он может посылать облака высокоэнергетических частиц в направлении Солнца.
Земля. Во время таких солнечных «вспышек» и «корональных выбросов массы» астронавты на околоземной орбите могут
нуждаются в дополнительном укрытии, чтобы избежать более высоких доз радиации. Поэтому мы знаем, что Земля
магнитное поле оказывает лишь некоторое, а не полное сопротивление излучению частиц из
космос. Действительно, частицы высокой энергии действительно могут ускоряться внутри магнитосферы.

На поверхности Земли атмосфера действует как дополнительное одеяло, чтобы остановить все, кроме самых
энергии солнечного и галактического излучения. В отсутствие магнитного поля,
атмосфера по-прежнему останавливала бы большую часть радиации. Действительно, атмосфера защищает нас от
излучение высокой энергии так же эффективно, как слой бетона толщиной около 13 футов.

Люди и их предки живут на Земле уже несколько миллионов лет, в течение которых
было много поворотов, и нет никакой очевидной корреляции между человеческим развитием и
развороты. Точно так же модели реверсирования не совпадают с моделями вымирания видов во время
геологическая история.

Некоторые животные, такие как голуби и киты, могут использовать магнитное поле Земли для определения направления.
найти. Если предположить, что обращение происходит в течение нескольких тысяч лет, т. е. в течение многих
поколений каждого вида, каждое животное может хорошо адаптироваться к меняющейся магнитной среде,
или разработать различные методы навигации.

Вернуться к началу.

Меня интересует более техническое описание. Можете ли вы рассказать мне больше?

Источником магнитного поля является богатое железом жидкое внешнее ядро ​​Земли. Этот
жидкость движется сложным образом в результате конвекции тепла глубоко внутри ядра
и вращения планеты. Движение основной жидкости непрерывно и никогда не останавливается,
даже во время реверса. Он может остановиться только тогда, когда источник энергии выйдет из строя. Производится тепло
по крайней мере частично из-за затвердевания жидкого ядра на твердом внутреннем ядре
который находится в центре Земли. Этот процесс работал непрерывно на протяжении миллиардов
лет. В верхней части жидкого ядра, примерно в 3000 км под нашими ногами и ниже скалистого
мантии жидкость может перемещаться с горизонтальной скоростью в десятки километров в год. Движение
этой металлической жидкости через существующие силовые линии магнитного поля производит электрические
токи, которые, в свою очередь, создают больше магнитного поля. Это процесс, известный как
адвекция. Чтобы сбалансировать любой рост поля и, таким образом, стабилизировать то, что мы называем
«геодинамо» нужна диффузия, при которой поле «утекает» из ядра и разрушается.
В конечном счете, поток жидкости в ядре создает сложную картину магнитного поля на Земле.
поверхность со сложной временной вариацией.

Моделирование геодинамо на суперкомпьютерах продемонстрировало сложную природу
поле и его поведение во времени. Моделирование также выявило изменение полярности,
где северный магнитный полюс сменяется южным полюсом, и наоборот. В таких симуляциях
сила основного диполя, по-видимому, ослабевает, возможно, примерно до 10% от его нормального значения.
(но не исчезают), а существующие полюса могут блуждать по земному шару и присоединяться к другим
временные северный и южный магнитные полюса («недипольное поле»).

Эти модели показали, что твердое железное внутреннее ядро ​​Земли играет важную роль.
в контроле обратного процесса. Поскольку это твердое тело, внутреннее ядро ​​не может генерировать
магнитное поле за счет адвекции, но любое поле, создаваемое во внешнем ядре жидкости, может
диффундировать или распространяться во внутреннее ядро. Процесс генерации поля (адвекция) в
внешнее ядро, кажется, регулярно пытается развернуться. Но если поле не заперто в
внутреннее ядро ​​сначала диффундирует, истинное перевернутое поле не может установиться повсюду.
ядро. По сути, внутреннее ядро ​​сопротивляется проникновению любого «нового» поля и, возможно, только
каждая десятая такая попытка разворота оказывается успешной.

Стоит подчеркнуть, что эти результаты, хотя и увлекательные сами по себе, неизвестны.
быть строго верным для «настоящей» Земли. Однако у нас есть математические модели Земли.
магнитного поля за последние 400 лет, причем ранние модели основывались в основном на наблюдениях, сделанных
моряками, занятыми в торговом и военно-морском судоходстве. Из этих моделей и экстраполяции вниз
в Землю известно, что области обратного потока на границе ядра и мантии имеют
выросли со временем. В этих регионах компас указывает в противоположном направлении, внутри или вне
ядра по сравнению с окружающими территориями. Это рост площади такого перевернутого
пятно потока под южной Атлантикой, которое в первую очередь ответственно за распад в главном
диполярное поле. Это обратное пятно также отвечает за минимум напряженности поля.
называется Южно-Атлантической аномалией, в настоящее время сосредоточенной над Южной Америкой. В этом регионе энергетически
частицы могут приближаться к Земле ближе, вызывая повышенный радиационный риск для низкой Земли.
орбитальные спутники.

Предстоит еще много работы, чтобы понять свойства недр Земли. Это
мир, где сокрушительные силы и температура ядра подобны тем, что на поверхности
Солнце доводит наше научное понимание до предела.

Вернуться к началу.

Ссылки на другие описания магнитного поля Земли.

1. Неспециалист
Часто задаваемые вопросы о геомагнетизме
«Когда север идет на юг»
Исследование магнитосферы
«Великий Магнит, Земля»

2. Дополнительная техническая
Группа глубоководных исследований, Школа Земли и окружающей среды, Университет Лидса
«Земля: магнитное поле и магнитосфера»

Вернуться к началу.

Магнитное поле Земли: обзор

Магнитное поле Земли — явление, которое регулярно влияет на нашу жизнь положительным, полезным, а иногда и невидимым образом. Но как выглядит это магнитное поле? Как это нам помогает? Это важные вопросы, которые мы рассмотрим в этой статье.

Причина магнитного поля Земли

На самом деле мы не знаем, как возникает магнитное поле Земли! Лучшее объяснение претендента, которое у нас есть, заключается в следующем.

Земля имеет жидкое ядро. Это ядро ​​состоит из двух частей, но в этой статье нас интересует только внешняя часть, представляющая собой расплавленное внешнее ядро, полностью состоящее из железа. Это железо является электрическим проводником, поэтому ток может протекать через внешнее ядро. Считается, что эти электрические токи являются причиной магнитного поля Земли, но подробности пока неизвестны науке.

Описание магнитного поля Земли

Напряженность магнитного поля Земли может быть меньше, чем вы ожидаете. Сила магнитного поля измеряется в Тесла (\(\mathrm{T}\)), а напряженность магнитного поля Земли находится в диапазоне от 25 до 65 \(\mu\mathrm{T}\). Для справки, напряженность магнитного поля стандартного магнита на холодильник составляет около 1 \(\mathrm{mT}\). Это примерно в 40 раз сильнее!

Форма магнитного поля Земли может показаться вам знакомой, если вы уже видели магнитное поле стержневого магнита. Подобно стержневому магниту, силовые линии магнитного поля выходят из магнитного северного полюса и изгибаются назад и прямо в магнитный южный полюс, охватывая при этом всю планету.

Магнитное поле, покрывающее всю планету, называется магнитосферой . Магнитосфера невероятно важна для безопасности нашей планеты по одной очень важной причине. В космосе есть много опасных вещей, многие из которых более чем способны добраться до нашей планеты и нанести огромный ущерб как нам, так и окружающей среде. Магнитосфера защищает нас от многих из этих вещей, таких как солнечный ветер, который исходит от Солнца как форма излучения, которое может нанести нам серьезный вред, а также повредить всю электронику на планете. Наша магнитосфера способна отталкивать эти вредные частицы.

Схема магнитного поля Земли

На изображении ниже показано, как выглядит магнитное поле нашей планеты. Он ведет себя почти так же, как обычный стержневой магнит.

Рис. 1: Линии магнитного поля Земли.

Важно знать, что Северный полюс Земли на самом деле является южным магнитным полюсом, поэтому на изображении выше стрелки на силовых линиях магнитного поля направлены в противоположную сторону, к которой вы привыкли!

Знаете ли вы, что полярные сияния вызываются Солнцем? Бури на Солнце разбрасывают заряженные частицы во все уголки космоса, включая нашу планету. Когда эти частицы вступают в контакт с Землей, они сталкиваются с частицами в атмосфере.

Какое отношение это имеет к магнитному полю Земли? Что ж, как только эти заряженные частицы окажутся достаточно близко, магнитное поле притянет их к северному и южному полюсам. По мере того, как они приближаются к Земле, они сталкиваются с атомами в нашей атмосфере, увеличивая энергию этих атомов. Эти атомы теперь нестабильны и будут избавляться от своей энергии, испуская фотоны, которые мы можем видеть как свет: это полярные сияния. Магнитное поле Земли приводит к тому, что полярные сияния видны только вблизи магнитных полюсов Земли.

Рис. 2: Пример полярного сияния. Полярное сияние является результатом того, что частицы Солнца перенаправляются к полюсам Земли магнитным полем Земли и сталкиваются с частицами в атмосфере.

Компасы и магнитное поле Земли

Компас — один из самых полезных инструментов, которые вы можете иметь, когда вам нужно знать, куда вы идете. Компас показывает, где север, юг, восток и запад. Однако, помимо того факта, что он использует магнетизм, чтобы сказать вам, где находятся эти направления, большинство людей точно не знают, как они работают.

Отличительной чертой магнитов является тот факт, что все они имеют иглу с северным полюсом и южным полюсом. Все северные полюса притягивают южные полюса, а все южные полюса притягивают северные полюса. Металлическая стрелка компаса является магнитом, поэтому на нее влияет магнитное поле Земли. Он всегда будет указывать своим северным концом на южный магнитный полюс Земли.

Это означает, что Северный полюс в том виде, в каком мы его знаем, магнитно говоря, ищет юг или южный полюс!

Рис. 3: Стандартный компас. Северный полюс стрелки компаса указывает на южный полюс Земли, который является магнитным Северным полюсом.

Технически Земля имеет два северных полюса! «Настоящий» или «географический» Северный полюс находится прямо на географической вершине планеты, а магнитный Северный полюс, положение которого постоянно меняется, находится прямо на магнитной вершине магнитного поля Земли. Когда стрелка компаса указывает на север, она указывает на магнитный Северный полюс (который является южным полюсом), а не на географический Северный полюс, который вы видите на картах и ​​глобусах! Эта разница очень важна, если вы находитесь близко к одному из полюсов, так как там будет большая разница в направлении географического и магнитного полюсов.

Связь между магнитами и собственным магнитным полем Земли была впервые обнаружена в 1600 году английским физиком Уильямом Гилбертом. Только в 1840 году Карл Гаусс понял, что источник этого поля исходит из центра Земли.

Переворот магнитного поля Земли

Северный и южный магнитные полюса Земли не останутся на одном и том же месте навсегда. Нам известно, что по прошествии в среднем около 300 000 лет эти магнитные полюса полностью поменяются местами. К счастью, во время смены полюсов магнитосфера никогда полностью не исчезает, поэтому у нас все еще есть определенная защита от космических опасностей. Однако во время этого события магнитное поле заметно ослабнет. Это может вызвать множество проблем, в том числе и с навигацией.

Земля как большой магнит — основные выводы

• Земля представляет собой большой магнит, вероятно, из-за электрических токов, протекающих через внешнее ядро ​​из расплавленного железа внутри планеты.
• Электрический ток в Земле создает магнитосферу, гигантское магнитное поле, которое окружает всю планету.