In den frühen 80er Jahren forderte der Agrarsektor der UdSSR von der Industrie einen multifunktionalen Allrad-Lkw, der landwirtschaftliche Produkte sowohl direkt vom Feld zu Lagern als auch vom Dorf zu Verarbeitungsbetrieben transportieren konnte. Darüber hinaus sprach die Aufgabenstellung von der besonderen Eignung des Lkw für den Einsatz im Verbund mit landwirtschaftlichen Maschinen – Traktoren, Mähdreschern – direkt auf dem Feld. Das heißt, es wurde ein technologisches Fahrzeug mit Gelände- und Asphaltfähigkeiten benötigt. 1982 entwickelten NAMI-Ingenieure zusammen mit Spezialisten des Automobilwerks Kutaisi den Muldenkipper KAZ-4540, der zwei Jahre später in Produktion ging. Das Auto war wirklich neu, originell und hatte - unkonventionell für die sowjetische Industrie - einen sehr geringen Prozentsatz der Vereinheitlichung mit der bereits produzierten Serienausstattung.
Der angebliche Konkurrent von Colchis könnte der britische Universal-Bedford TM 4-4 von 1981 sein, der für die Armeen der NATO-Staaten geschaffen wurde, aber alles genauso machen konnte wie unser landwirtschaftlicher Muldenkipper.
KAZ-4540
Äußerlich sind sich die Autos recht ähnlich: die gleichen flachen, „geleckten“ Alkoven, runde Scheinwerfer in der Stoßstange, Einzelbereifung mit Geländeprofil und hoher Bodenfreiheit. Optisch wirkt das fremde Auto durch das schmalere Fahrerhaus mit kleinerer Glasfläche größer, obwohl unsere virtuellen Konkurrenten fast gleich groß sind. Die Tragfähigkeit von Kolchis laut Pass betrug 6 Tonnen. KAZ-4540 war hauptsächlich mit einer Kippmulde mit Dreiwegeentladung ausgestattet, jedoch in kleinen Chargen im Werk, und danach wurden unter handwerklichen Bedingungen verschiedene Spezialausrüstungen auf seinem Fahrgestell installiert. Bedford TM diente meistens als Träger von Spezialanlagen oder als Evakuierer von leichten gepanzerten Fahrzeugen und anderen Lastwagen und war in der Lage, Lasten mit einem Gewicht von 6,5 bis 8 Tonnen (je nach Version) zu transportieren.
Zum Innenraum der verglichenen Trucks gibt es nicht viel zu sagen. Sowohl in unserem KAZ als auch im „britischen“ Armaturenbrett sind Lenkrad und Türverkleidungen aus „Eiche“-Kunststoff, die großen Rundinstrumente sind einfach und informativ, die Steuerung vieler Funktionen wird an einheitliche rechteckige Schalter „delegiert“. Die Doppelkabinen beider Autos erhielten keine Schlafplätze - schließlich sind sie für die Bewegung auf lokalen Strecken ausgelegt.
BedfordTM
Der allradgetriebene KAZ-4540 war mit einem Achtzylinder-Seriendieselmotor ausgestattet, dessen Leistung 160 PS betrug. Das Triebwerk war nicht streng unter dem Fahrerhaus angeordnet, sondern leicht zur Karosserie hin versetzt. Gepaart mit einem Dieselmotor funktionierte ein Achtgang-Schaltgetriebe, kombiniert mit einem einstufigen Verteilergetriebe. Interessanterweise ist die Box zur Vereinfachung der Wartung nicht starr mit dem Motor verbunden, sondern über eine zwischengeschaltete Kardanwelle. Ein speziell entwickeltes Getriebe ermöglicht es dem LKW, sich auf Ackerland lange Zeit parallel zum Mähdrescher mit einer Mindestgeschwindigkeit von 2 km / h zu bewegen. Von den Offroad-„Gadgets“ konnte sich der Muldenkipper rühmen, das Querachsdifferential der Hinterachse zu sperren.
Unter dem Fahrerhaus des Bedford war ein 8,2-Liter-Turbodiesel mit 206 PS versteckt. In Kombination mit einem Sechsgang-Schaltgetriebe wurde hinter der Box eine "Rasdatka" platziert. Die Aufhängungen der Maschinen sind strukturell gleich - an vier Längsfedern. Aufgrund der schlechten Geländetauglichkeit und der geringen Zuverlässigkeit der Motoren hat die NATO britische Fahrzeuge Ende der 80er Jahre aufgegeben.
KAZ-4540
GAZ-4301 - Renault Midliner S100
Seit den 1960er Jahren haben die Entwickler zwei Wege zur Entwicklung mittelschwerer Lieferwagen verfolgt – entweder den amerikanischen mit Motorhauben-Layout oder den europäischen mit einer Kabine über dem Motor. In der UdSSR wurde das Motorhaubenlayout immer bevorzugt, und der neue GAZ-4301 von 1984, der den GAZ-53 ersetzte, wurde derselbe. In den gleichen Jahren arbeitete Renault zusammen mit Saviem, Volvo, DAF und Magirus-Deutz in Europa zusammen, nachdem er den "Club of Four" gegründet hatte, und hatte 1980-81 ein einziges universelles Modell entworfen, das im "Renault" Version hieß Renault Midliner S100.
Den neuen Lkw von Gorki gestalteten die Designer im selben Stil wie den tragfähigeren ZIL-169: Der GAZ-4301 hat einen eckigen Kühlergrill, Scheinwerfer in eckigen Kotflügeln und eine zur Nase hin schmaler werdende Front. Der Alkoven-Midliner hat auch eine eckige Kabine, einen unlackierten Kunststoffgrill, sieht aber insgesamt moderner aus, da sich herausstellte, dass er Alkoven aus den 90ern und frühen Nulljahren ähnelt.
GAZ-4301
Auf den ersten Blick sehen die Innenräume der Vergleichsautos ähnlich aus. Sie sind verbunden durch billiges raues Plastik, einfache Rundinstrumente, eine ganze Reihe von Lampenblinkern, Lüftungsdüsen und ein geräumiges Handschuhfach. Doch bei genauerem Hinsehen zeigt sich, dass das fremde Auto dem Fahrer mehr Komfort bietet. Sein Lenkrad ist weich und nicht aus hartem Kunststoff, der Schalthebel liegt näher am Arbeitsplatz des Fahrers, die Sitze haben Armlehnen, es gibt einen festen Platz für Radio und Audiovorbereitung. Für eine zusätzliche Gebühr konnte Renault mit einer verlängerten Schlafkabine erworben werden. GAZ-4301 mit einem Sitz für die Ruhe des Fahrers wurde nicht in Serie hergestellt.
Der GAZon war mit einem 6,2-Liter-GAZ-542-Sechszylinder-Dieselmotor mit einer Leistung von 142 PS ausgestattet. luftgekühlt, was für ein Land mit vielen Klimazonen eine universelle Lösung war. Der Motor war eine lizenzierte Kopie der Deutz-Einheit, und seine Ressource vor der Überholung wurde mit 300.000 km berechnet. Ein Fünfgang-Schaltgetriebe wurde im eigenen Haus entwickelt. Um den Lkw nahtlos im Tandem mit landwirtschaftlichen Fahrzeugen bei ultraniedrigen Geschwindigkeiten nutzen zu können, wurde das Übersetzungsverhältnis des ersten Gangs groß gemacht. Der Antrieb erfolgte traditionell auf der Hinterachse.
Renault Midliner S
Die Basis für den Renault Midliner war ein wassergekühlter 5,4-Liter-Reihendiesel "sechs" mit einer Leistung von 150 PS. Mit ihr arbeitete ein von ZF Friedrichshafen entwickeltes Fünfgang-Schaltgetriebe. Die Federn meistern die Belastungen und Stöße an den vier Rädern beider Trucks. Trotz ihrer Vielseitigkeit wurden GAZs häufiger in ländlichen Gebieten eingesetzt, und Renault arbeitete mehr in Städten zwischen Lagerhäusern und Unternehmen.
MAZ-5432 - Mercedes-Benz NG 80
Koffertraktoren mit hohem Komfort für den Fahrer waren bis Anfang der 80er Jahre als Klasse in der Sowjetunion nicht vorhanden. Nicht umsonst kaufte die UdSSR im Ausland hergestellte Traktoren für Flüge nach Westeuropa. Aber 1981 änderte sich die Situation: In Minsk begann die Produktion des MAZ-5432-Zugfahrzeugs. Ein Jahr zuvor aktualisierte Mercedes-Benz die Familie seiner Langstreckenfahrzeuge New Generation, die den Index NG 80 erhielten.
MAZ-5432
Der Erstgeborene der vierten Generation von Traktoren des Minsker Automobilwerks erhielt ein radikal neues Design - definitiv auf dem Niveau ausländischer Analoga. Im Allgemeinen sind diese beiden Maschinen äußerlich ähnlich, haben jedoch jeweils kleine charakteristische Merkmale. So sticht MAZ durch die hoch oben an den Kanten des Fahrerhauses angebrachten Begrenzungsleuchten und Fahrtrichtungsanzeiger hervor. Sie können einen Mercedes mit nichts verwechseln, wegen der keilförmigen Frontplatte des Fahrerhauses, deren Form durch Bemühungen zur Verbesserung der Stromlinienform des Autos verursacht wird. Um den Einstieg in die Kabine beider Maschinen zu erleichtern, waren sie mit breiten Stufen und Griffen an den Seiten der Kabine ausgestattet. Das maximale Gewicht eines Sattelanhängers für MAZ betrug 21 Tonnen und für Mercedes-Benz je nach Version 15,5 bis 16 Tonnen.
Mercedes-Benz NG80
Der „Deutsche“ bot seiner Crew natürlich noch mehr diverse „Chips“ an, die von Klimaanlagen über Kojen mit Absturzsicherung in Form von Netzen bis hin zu elektrischen Fensterhebern reichten. Trotzdem war MAZ auch ziemlich cool - sein hohes Ausstattungs- und Leistungsniveau zeigt sich darin, dass es das erste inländische Auto war, das die Homologationstests in einem Forschungszentrum in der Nähe der französischen Hauptstadt bestand und auf allen Straßen in Europa fahren durfte .
Mercedes-Benz NG80
Der Minsk-Traktor war mit einem modernisierten 12-Zylinder-YaMZ-238M2-Dieselmotor mit einem Volumen von 14,86 Litern und einer Leistung von 280 PS ausgestattet. Das dafür ausgelegte Achtgang-Schaltgetriebe, ausgestattet mit einem Demultiplikator, ermöglichte es, den Appetit des Lastwagens deutlich zu reduzieren, sodass ein beladenes Auto mit einer Tankfüllung etwa 1.000 km zurücklegen konnte. In deutsche Autos wurden mehrere Achtzylinder-Dieselmotoren mit einer Leistung von 280 bis 375 PS eingebaut. Die Höchstgeschwindigkeit des Traktors aus Minsk betrug 85 km / h, während der Merc mit dem bescheidensten Motor auf 110 km / h beschleunigen konnte. Beide Autos hatten eine Servolenkung, pneumatische Bremsen mit Verstärker, aber zusätzlich konnte ein ausländisches Auto gegen Aufpreis mit einem Antiblockiersystem ausgestattet werden. MAZs waren mit einer Federung aller Räder ausgestattet, und beim Mercedes-Benz NG 80 könnte es anders sein: Billige Versionen waren auch mit guten alten Federn ausgestattet, aber bei reichhaltigen Ausstattungsvarianten wurden pneumatische Zylinder an allen Rädern installiert.
MAZ-5432
Epilog
Zum Abschluss einer Reihe von Materialien zum Vergleich von in- und ausländischen Autos aus den 80er Jahren ist anzumerken, dass die meisten von ihnen ein erfolgreiches Leben als Förderer geführt haben und einige Designs nach einer umfassenden Modernisierung bis heute produziert werden. Doch für eine Reihe sowjetischer Automobilwerke wurde dieses erfolgreiche Jahrzehnt zum Abgesang. Danach begann unsere Autoindustrie aufgrund politischer Umwälzungen eine steile Abwärtsspirale, aus der nur die Stärksten herauskamen.
Es gibt zwei verschiedene Arten von Magneten. Einige sind die sogenannten Permanentmagnete, die aus „hartmagnetischen“ Materialien hergestellt werden. Ihre magnetischen Eigenschaften hängen nicht mit der Verwendung externer Quellen oder Ströme zusammen. Ein anderer Typ sind die sogenannten Elektromagnete mit einem Kern aus "weichmagnetischem" Eisen. Die von ihnen erzeugten Magnetfelder sind hauptsächlich darauf zurückzuführen, dass ein elektrischer Strom durch den Draht der Wicklung fließt, der den Kern bedeckt.
Magnetpole und Magnetfeld.
Die magnetischen Eigenschaften eines Stabmagneten sind am deutlichsten in der Nähe seiner Enden. Wenn ein solcher Magnet in einer horizontalen Ebene frei drehbar am Mittelteil aufgehängt ist, nimmt er eine Position ein, die etwa der Nord-Süd-Richtung entspricht. Das nach Norden zeigende Ende des Stabes wird als Nordpol und das gegenüberliegende Ende als Südpol bezeichnet. Entgegengesetzte Pole zweier Magnete ziehen sich an, während gleiche Pole sich abstoßen.
Bringt man einen Stab aus unmagnetisiertem Eisen in die Nähe eines der Pole eines Magneten, so wird dieser vorübergehend magnetisiert. In diesem Fall hat der Pol des magnetisierten Stabes, der dem Pol des Magneten am nächsten liegt, den entgegengesetzten Namen, und der entferntere hat den gleichen Namen. Die Anziehung zwischen dem Pol des Magneten und dem von ihm im Stab induzierten Gegenpol erklärt die Wirkung des Magneten. Einige Materialien (z. B. Stahl) werden selbst zu schwachen Permanentmagneten, wenn sie sich in der Nähe eines Permanentmagneten oder Elektromagneten befinden. Ein Stahlstab kann magnetisiert werden, indem einfach das Ende eines Permanentmagneten über sein Ende geführt wird.
Der Magnet zieht also andere Magnete und Gegenstände aus magnetischen Materialien an, ohne mit ihnen in Kontakt zu kommen. Eine solche Fernwirkung wird durch das Vorhandensein eines Magnetfeldes im Raum um den Magneten erklärt. Eine Vorstellung von der Intensität und Richtung dieses Magnetfelds kann man erhalten, indem man Eisenspäne auf eine Papp- oder Glasplatte gießt, die auf einen Magneten gelegt wird. Das Sägemehl wird in Richtung des Feldes in Ketten aufgereiht, und die Dichte der Sägemehllinien wird der Intensität dieses Feldes entsprechen. (Sie sind am dicksten an den Enden des Magneten, wo die Intensität des Magnetfelds am größten ist.)
M. Faraday (1791–1867) führte das Konzept geschlossener Induktionslinien für Magnete ein. Die Induktionslinien verlassen den Magneten an seinem Nordpol in den umgebenden Raum, treten in den Magneten am Südpol ein und verlaufen innerhalb des Materials des Magneten vom Südpol zurück nach Norden und bilden eine geschlossene Schleife. Die Gesamtzahl der von einem Magneten ausgehenden Induktionslinien wird als magnetischer Fluss bezeichnet. Magnetische Flussdichte oder magnetische Induktion ( BEI) ist gleich der Anzahl der Induktionslinien, die entlang der Normalen durch eine elementare Fläche der Einheitsgröße verlaufen.
Die magnetische Induktion bestimmt die Kraft, mit der ein Magnetfeld auf einen darin befindlichen stromdurchflossenen Leiter wirkt. Wenn der Leiter den Strom führt ich, steht senkrecht auf den Induktionslinien, dann ist nach dem Ampèreschen Gesetz die Kraft F, die auf den Leiter wirkt, steht sowohl zum Feld als auch zum Leiter senkrecht und ist proportional zur magnetischen Induktion, zur Stromstärke und zur Länge des Leiters. Also für magnetische Induktion B Sie können einen Ausdruck schreiben
wo F ist die Kraft in Newton, ich- Strom in Ampere, l- Länge in Metern. Die Maßeinheit der magnetischen Induktion ist Tesla (T).
Galvanometer.
Ein Galvanometer ist ein empfindliches Gerät zur Messung schwacher Ströme. Das Galvanometer nutzt das Drehmoment, das durch die Wechselwirkung eines hufeisenförmigen Permanentmagneten mit einer kleinen stromführenden Spule (schwacher Elektromagnet) erzeugt wird, die im Spalt zwischen den Polen des Magneten aufgehängt ist. Das Drehmoment und damit die Auslenkung der Spule ist proportional zum Strom und zur gesamten magnetischen Induktion im Luftspalt, so dass die Skala des Instruments bei kleinen Auslenkungen der Spule nahezu linear ist.
Magnetisierungskraft und magnetische Feldstärke.
Als nächstes soll noch eine Größe eingeführt werden, die die magnetische Wirkung des elektrischen Stroms charakterisiert. Nehmen wir an, der Strom fließt durch den Draht einer langen Spule, in der sich das magnetisierbare Material befindet. Die Magnetisierungskraft ist das Produkt aus dem elektrischen Strom in der Spule und der Anzahl ihrer Windungen (diese Kraft wird in Ampere gemessen, da die Anzahl der Windungen eine dimensionslose Größe ist). Magnetische Feldstärke H gleich der Magnetisierungskraft pro Längeneinheit der Spule. Also der Wert H gemessen in Ampere pro Meter; es bestimmt die Magnetisierung, die das Material in der Spule annimmt.
In einem Vakuum magnetische Induktion B proportional zur magnetischen Feldstärke H:
wo m 0 - sog. magnetische Konstante mit einem universellen Wert von 4 p Ch 10 –7 Std./Min. In vielen Materialien der Wert B ungefähr proportional H. Bei ferromagnetischen Materialien ist jedoch das Verhältnis zwischen B und H etwas komplizierter (was weiter unten besprochen wird).
Auf Abb. Fig. 1 zeigt einen einfachen Elektromagneten zum Erfassen von Lasten. Die Energiequelle ist eine Gleichstrombatterie. Die Abbildung zeigt auch die Kraftlinien des Feldes eines Elektromagneten, die mit der üblichen Methode von Eisenspänen nachgewiesen werden können.
Große Elektromagnete mit Eisenkernen und einer sehr großen Anzahl von Amperewindungen, die im Dauerbetrieb arbeiten, haben eine große Magnetisierungskraft. Sie erzeugen im Spalt zwischen den Polen eine magnetische Induktion von bis zu 6 T; diese Induktion wird nur durch mechanische Spannungen, Erwärmung der Spulen und magnetische Sättigung des Kerns begrenzt. Eine Reihe riesiger Elektromagnete (ohne Kern) mit Wasserkühlung sowie Installationen zur Erzeugung gepulster Magnetfelder wurden vom P.L. Massachusetts Institute of Technology entworfen. Auf solchen Magneten konnten Induktionen bis zu 50 T erreicht werden. Am Losalamos National Laboratory wurde ein relativ kleiner Elektromagnet entwickelt, der Felder bis zu 6,2 T erzeugt, eine elektrische Leistung von 15 kW verbraucht und durch flüssigen Wasserstoff gekühlt wird. Ähnliche Felder werden bei kryogenen Temperaturen erhalten.
Magnetische Permeabilität und ihre Rolle im Magnetismus.
Magnetische Permeabilität m ist ein Wert, der die magnetischen Eigenschaften des Materials charakterisiert. Ferromagnetische Metalle Fe, Ni, Co und ihre Legierungen haben sehr hohe maximale Permeabilitäten – von 5000 (für Fe) bis 800.000 (für Supermalloy). In solchen Materialien bei relativ geringen Feldstärken H große Induktionen auftreten B, aber die Beziehung zwischen diesen Größen ist im Allgemeinen aufgrund von Sättigungs- und Hysteresephänomenen, die unten diskutiert werden, nichtlinear. Ferromagnetische Materialien werden von Magneten stark angezogen. Sie verlieren ihre magnetischen Eigenschaften bei Temperaturen oberhalb des Curie-Punktes (770°C für Fe, 358°C für Ni, 1120°C für Co) und verhalten sich wie Paramagnete, für die Induktion B bis zu sehr hohen Spannungswerten H ist proportional dazu - genauso wie es im Vakuum stattfindet. Viele Elemente und Verbindungen sind bei allen Temperaturen paramagnetisch. Paramagnetische Substanzen zeichnen sich dadurch aus, dass sie in einem äußeren Magnetfeld magnetisiert werden; Wenn dieses Feld abgeschaltet wird, kehren die Paramagnete in den nicht magnetisierten Zustand zurück. Die Magnetisierung in Ferromagneten bleibt auch nach Abschalten des äußeren Feldes erhalten.
Auf Abb. 2 zeigt eine typische Hystereseschleife für ein hartmagnetisches (mit hohen Verlusten) ferromagnetisches Material. Es charakterisiert die mehrdeutige Abhängigkeit der Magnetisierung eines magnetisch geordneten Materials von der Stärke des magnetisierenden Feldes. Bei einer Erhöhung der Magnetfeldstärke vom Anfangspunkt (Nullpunkt) ( 1 ) Magnetisierung verläuft entlang der gestrichelten Linie 1 –2 , und der Wert mändert sich signifikant, wenn die Magnetisierung der Probe zunimmt. Am Punkt 2 Sättigung erreicht ist, d.h. bei weiterer Erhöhung der Intensität nimmt die Magnetisierung nicht mehr zu. Wenn wir jetzt den Wert schrittweise verringern H auf Null, dann die Kurve B(H) folgt nicht mehr dem gleichen Weg, sondern geht durch den Punkt 3 , die sozusagen die "Erinnerung" an das Material über die "Vergangenheit" enthüllt, daher der Name "Hysterese". Offensichtlich bleibt in diesem Fall eine gewisse Restmagnetisierung erhalten (das Segment 1 –3 ). Nach Änderung der Richtung des magnetisierenden Feldes in das Gegenteil, die Kurve BEI (H) passiert den Punkt 4 , und das Segment ( 1 )–(4 ) entspricht der Koerzitivkraft, die eine Entmagnetisierung verhindert. Weiteres Wachstum der Werte (- H) führt die Hysteresekurve zum dritten Quadranten - dem Abschnitt 4 –5 . Die anschließende Wertminderung (- H) auf null und dann auf steigende positive Werte H schließt die Hystereseschleife durch die Punkte 6 , 7 und 2 .
Magnetisch harte Materialien zeichnen sich durch eine breite Hystereseschleife aus, die einen erheblichen Bereich im Diagramm abdeckt und daher großen Werten der Restmagnetisierung (magnetische Induktion) und der Koerzitivkraft entspricht. Eine schmale Hystereseschleife (Abb. 3) ist charakteristisch für weichmagnetische Materialien wie Weichstahl und Speziallegierungen mit hoher magnetischer Permeabilität. Solche Legierungen wurden geschaffen, um Energieverluste aufgrund von Hysterese zu reduzieren. Die meisten dieser Speziallegierungen haben wie Ferrite einen hohen elektrischen Widerstand, der nicht nur magnetische Verluste, sondern auch elektrische Verluste durch Wirbelströme reduziert.
Magnetische Materialien mit hoher Permeabilität werden durch Glühen hergestellt, das bei einer Temperatur von etwa 1000 ° C durchgeführt wird, gefolgt von einem Anlassen (allmähliches Abkühlen) auf Raumtemperatur. In diesem Fall sind die mechanische und thermische Vorbehandlung sowie die Abwesenheit von Verunreinigungen in der Probe von großer Bedeutung. Für Transformatorkerne zu Beginn des 20. Jahrhunderts. Siliziumstähle wurden entwickelt, der Wert m die mit steigendem Siliziumgehalt zunimmt. Zwischen 1915 und 1920 tauchten Permalloys (Legierungen von Ni mit Fe) mit ihrer charakteristischen schmalen und fast rechteckigen Hystereseschleife auf. Besonders hohe Werte der magnetischen Permeabilität m für kleine Werte H hypernische (50 % Ni, 50 % Fe) und Mu-Metall (75 % Ni, 18 % Fe, 5 % Cu, 2 % Cr) Legierungen unterscheiden, während in Perminvar (45 % Ni, 30 % Fe, 25 % Co) Wert m praktisch konstant über einen weiten Bereich von Feldstärkeänderungen. Unter den modernen Magnetmaterialien ist Supermalloy zu erwähnen, eine Legierung mit der höchsten magnetischen Permeabilität (sie enthält 79 % Ni, 15 % Fe und 5 % Mo).
Theorien des Magnetismus.
Die Idee, dass magnetische Phänomene letztendlich auf elektrische reduziert werden, entstand erstmals 1825 von Ampère, als er die Idee von geschlossenen inneren Mikroströmen zum Ausdruck brachte, die in jedem Atom eines Magneten zirkulieren. Ohne experimentelle Bestätigung des Vorhandenseins solcher Ströme in Materie (das Elektron wurde erst 1897 von J. Thomson entdeckt, und die Beschreibung der Struktur des Atoms wurde 1913 von Rutherford und Bohr gegeben), „verblasste diese Theorie “. 1852 schlug W. Weber vor, dass jedes Atom einer magnetischen Substanz ein winziger Magnet oder ein magnetischer Dipol ist, sodass die vollständige Magnetisierung einer Substanz erreicht wird, wenn alle einzelnen atomaren Magnete in einer bestimmten Reihenfolge aneinandergereiht werden (Abb. 4 , b). Weber glaubte, dass molekulare oder atomare "Reibung" diesen Elementarmagneten hilft, ihre Ordnung trotz des störenden Einflusses thermischer Schwingungen aufrechtzuerhalten. Seine Theorie konnte die Magnetisierung von Körpern bei Kontakt mit einem Magneten sowie deren Entmagnetisierung bei Stoß oder Erwärmung erklären; schließlich wurde auch die „Vermehrung“ von Magneten erklärt, wenn eine magnetisierte Nadel oder ein Magnetstab in Stücke geschnitten wurde. Und doch erklärte diese Theorie weder den Ursprung der Elementarmagnete selbst noch die Phänomene der Sättigung und Hysterese. Webers Theorie wurde 1890 von J. Ewing verbessert, der seine Hypothese der Atomreibung durch die Idee interatomarer Begrenzungskräfte ersetzte, die dazu beitragen, die Ordnung der elementaren Dipole aufrechtzuerhalten, aus denen ein Permanentmagnet besteht.
Der einst von Ampère vorgeschlagene Ansatz für das Problem erhielt 1905 ein zweites Leben, als P. Langevin das Verhalten paramagnetischer Materialien erklärte, indem er jedem Atom einen internen unkompensierten Elektronenstrom zuschrieb. Laut Langevin sind es diese Ströme, die winzige Magnete bilden, die zufällig ausgerichtet sind, wenn das äußere Feld nicht vorhanden ist, aber nach ihrer Anwendung eine geordnete Ausrichtung annehmen. In diesem Fall entspricht die Annäherung an eine vollständige Ordnung einer Sättigung der Magnetisierung. Darüber hinaus führte Langevin das Konzept eines magnetischen Moments ein, das für einen einzelnen atomaren Magneten gleich dem Produkt aus der "magnetischen Ladung" des Pols und dem Abstand zwischen den Polen ist. Somit ist der schwache Magnetismus paramagnetischer Materialien auf das gesamte magnetische Moment zurückzuführen, das durch unkompensierte Elektronenströme erzeugt wird.
1907 führte P. Weiss das Konzept der "Domäne" ein, das zu einem wichtigen Beitrag zur modernen Theorie des Magnetismus wurde. Weiss stellte sich Domänen als kleine "Kolonien" von Atomen vor, in denen die magnetischen Momente aller Atome aus irgendeinem Grund gezwungen sind, die gleiche Ausrichtung beizubehalten, so dass jede Domäne bis zur Sättigung magnetisiert wird. Eine einzelne Domäne kann lineare Abmessungen in der Größenordnung von 0,01 mm und dementsprechend ein Volumen in der Größenordnung von 10–6 mm 3 haben. Die Domänen sind durch sogenannte Blochwände getrennt, deren Dicke 1000 Atomdimensionen nicht überschreitet. Die „Wand“ und zwei entgegengesetzt orientierte Domänen sind schematisch in Abb. 5. Solche Wände sind "Übergangsschichten", in denen sich die Richtung der Domänenmagnetisierung ändert.
Im allgemeinen Fall lassen sich auf der Anfangsmagnetisierungskurve drei Abschnitte unterscheiden (Abb. 6). Im Anfangsabschnitt bewegt sich die Wand unter Einwirkung eines äußeren Feldes durch die Dicke der Substanz, bis sie auf einen Kristallgitterfehler trifft, der sie stoppt. Durch Erhöhen der Feldstärke kann die Wand gezwungen werden, sich weiter durch den Mittelabschnitt zwischen den gestrichelten Linien zu bewegen. Wenn danach die Feldstärke wieder auf Null reduziert wird, kehren die Wände nicht mehr in ihre ursprüngliche Position zurück, so dass die Probe teilweise magnetisiert bleibt. Dies erklärt die Hysterese des Magneten. Am Ende der Kurve endet der Prozess mit der Sättigung der Probenmagnetisierung aufgrund der Ordnung der Magnetisierung innerhalb der letzten ungeordneten Domänen. Dieser Vorgang ist fast vollständig reversibel. Magnetische Härte wird von solchen Materialien gezeigt, in denen das Atomgitter viele Defekte enthält, die die Bewegung von Zwischendomänenwänden verhindern. Dies kann durch mechanische und thermische Bearbeitung erreicht werden, beispielsweise durch Verpressen und anschließendes Sintern des pulverförmigen Materials. Bei Alnico-Legierungen und ihren Analoga wird das gleiche Ergebnis erzielt, indem Metalle zu einer komplexen Struktur verschmolzen werden.
Neben paramagnetischen und ferromagnetischen Materialien gibt es Materialien mit sogenannten antiferromagnetischen und ferrimagnetischen Eigenschaften. Der Unterschied zwischen diesen Arten von Magnetismus ist in Abb. 7. Basierend auf dem Konzept der Domänen kann Paramagnetismus als ein Phänomen angesehen werden, das auf das Vorhandensein kleiner Gruppen magnetischer Dipole im Material zurückzuführen ist, bei denen einzelne Dipole sehr schwach (oder überhaupt nicht) miteinander wechselwirken und daher , in Abwesenheit eines externen Feldes nehmen sie nur zufällige Orientierungen ein ( Abb. 7, a). In ferromagnetischen Materialien gibt es innerhalb jeder Domäne eine starke Wechselwirkung zwischen einzelnen Dipolen, die zu ihrer geordneten parallelen Ausrichtung führt (Abb. 7, b). In antiferromagnetischen Materialien hingegen führt die Wechselwirkung zwischen einzelnen Dipolen zu ihrer antiparallelen geordneten Ausrichtung, so dass das gesamte magnetische Moment jeder Domäne null ist (Abb. 7, in). Schließlich gibt es in ferrimagnetischen Materialien (z. B. Ferriten) sowohl parallele als auch antiparallele Ordnung (Abb. 7, G), was zu einem schwachen Magnetismus führt.
Es gibt zwei überzeugende experimentelle Bestätigungen der Existenz von Domänen. Die erste davon ist der sogenannte Barkhausen-Effekt, die zweite die Pulverfigurenmethode. 1919 stellte G. Barkhausen fest, dass sich die Magnetisierung einer Probe aus ferromagnetischem Material in kleinen diskreten Abschnitten ändert, wenn ein externes Feld an sie angelegt wird. Aus Sicht der Domänentheorie ist dies nichts anderes als ein sprunghaftes Vorrücken der Zwischendomänenwand, die auf einzelne Defekte stößt, die sie auf ihrem Weg zurückhalten. Dieser Effekt wird normalerweise mit einer Spule nachgewiesen, in der ein ferromagnetischer Stab oder Draht angeordnet ist. Wird ein starker Magnet abwechselnd an die Probe herangeführt und wieder entfernt, so wird die Probe magnetisiert und wieder magnetisiert. Sprunghafte Änderungen der Magnetisierung der Probe verändern den magnetischen Fluss durch die Spule, in ihr wird ein Induktionsstrom angeregt. Die dabei in der Spule entstehende Spannung wird verstärkt und dem Eingang eines akustischen Kopfhörers zugeführt. Durch die Kopfhörer wahrgenommene Klicks weisen auf eine abrupte Änderung der Magnetisierung hin.
Um die Domänenstruktur eines Magneten mit der Methode der Pulverfiguren sichtbar zu machen, wird ein Tropfen einer kolloidalen Suspension eines ferromagnetischen Pulvers (normalerweise Fe 3 O 4 ) auf eine gut polierte Oberfläche eines magnetisierten Materials aufgetragen. Pulverpartikel setzen sich hauptsächlich an Stellen maximaler Inhomogenität des Magnetfelds ab - an den Grenzen von Domänen. Eine solche Struktur kann unter einem Mikroskop untersucht werden. Es wurde auch ein Verfahren vorgeschlagen, das auf dem Durchgang von polarisiertem Licht durch ein transparentes ferromagnetisches Material basiert.
Die ursprüngliche Theorie des Magnetismus von Weiss hat in ihren Grundzügen ihre Bedeutung bis heute behalten, jedoch eine aktualisierte Interpretation erhalten, die auf dem Konzept des unkompensierten Elektronenspins als Bestimmungsfaktor des atomaren Magnetismus basiert. Die Hypothese der Existenz eines intrinsischen Moments eines Elektrons wurde 1926 von S. Goudsmit und J. Uhlenbeck aufgestellt, und heute werden Elektronen als Spinträger als „Elementarmagnete“ betrachtet.
Um dieses Konzept zu verdeutlichen, betrachten Sie (Abb. 8) ein freies Eisenatom, ein typisches ferromagnetisches Material. Seine zwei Schalen ( K und L), die dem Kern am nächsten sind, sind mit Elektronen gefüllt, mit zwei auf dem ersten und acht auf dem zweiten. BEI K-Schale ist der Spin eines Elektrons positiv und das andere negativ. BEI L-Schale (genauer gesagt in ihren zwei Unterschalen) haben vier der acht Elektronen positive Spins und die anderen vier haben negative Spins. In beiden Fällen heben sich die Spins der Elektronen innerhalb derselben Schale vollständig auf, sodass das gesamte magnetische Moment Null ist. BEI M-Schale ist die Situation anders, da aufgrund der sechs Elektronen in der dritten Unterschale fünf Elektronen in eine Richtung gerichtete Spins haben und nur das sechste - in die andere. Dadurch bleiben vier unkompensierte Spins übrig, die die magnetischen Eigenschaften des Eisenatoms bestimmen. (Im Äußeren N-Schale hat nur zwei Valenzelektronen, die nicht zum Magnetismus des Eisenatoms beitragen.) Der Magnetismus anderer Ferromagnete wie Nickel und Kobalt erklärt sich auf ähnliche Weise. Da benachbarte Atome in einer Eisenprobe stark miteinander wechselwirken und ihre Elektronen teilweise kollektiviert sind, sollte diese Erklärung nur als illustratives, aber stark vereinfachtes Schema der realen Situation betrachtet werden.
Die auf dem Elektronenspin basierende Theorie des atomaren Magnetismus wird durch zwei interessante gyromagnetische Experimente gestützt, von denen eines von A. Einstein und W. de Haas und das andere von S. Barnett durchgeführt wurde. Im ersten dieser Experimente wurde ein Zylinder aus ferromagnetischem Material aufgehängt, wie in Abb. 9. Wird durch den Wickeldraht ein Strom geleitet, dreht sich der Zylinder um seine Achse. Wenn sich die Richtung des Stroms (und damit des Magnetfelds) ändert, dreht er sich in die entgegengesetzte Richtung. In beiden Fällen ist die Drehung des Zylinders auf die Anordnung der Elektronenspins zurückzuführen. Bei Barnetts Experiment hingegen wird ein aufgehängter Zylinder, der scharf in Rotation versetzt wird, in Abwesenheit eines Magnetfelds magnetisiert. Dieser Effekt erklärt sich dadurch, dass bei der Drehung des Magneten ein Kreiselmoment entsteht, das dazu neigt, die Spinmomente in Richtung der eigenen Drehachse zu drehen.
Für eine vollständigere Erklärung der Natur und des Ursprungs von Kräften mit kurzer Reichweite, die benachbarte atomare Magnete ordnen und dem störenden Effekt thermischer Bewegung entgegenwirken, sollte man sich der Quantenmechanik zuwenden. Eine quantenmechanische Erklärung der Natur dieser Kräfte wurde 1928 von W. Heisenberg vorgeschlagen, der die Existenz von Austauschwechselwirkungen zwischen benachbarten Atomen postulierte. Später zeigten G. Bethe und J. Slater, dass die Austauschkräfte mit abnehmendem Abstand zwischen Atomen deutlich zunehmen, aber nach Erreichen eines bestimmten minimalen interatomaren Abstands auf Null abfallen.
MAGNETISCHE EIGENSCHAFTEN DER SUBSTANZ
Eine der ersten umfassenden und systematischen Untersuchungen der magnetischen Eigenschaften von Materie wurde von P. Curie durchgeführt. Er fand heraus, dass alle Substanzen nach ihren magnetischen Eigenschaften in drei Klassen eingeteilt werden können. Die erste umfasst Substanzen mit ausgeprägten magnetischen Eigenschaften, ähnlich denen von Eisen. Solche Substanzen werden ferromagnetisch genannt; ihr Magnetfeld ist in beträchtlicher Entfernung wahrnehmbar ( cm. Oben). Substanzen, die als paramagnetisch bezeichnet werden, fallen in die zweite Klasse; Ihre magnetischen Eigenschaften sind im Allgemeinen denen von ferromagnetischen Materialien ähnlich, aber viel schwächer. Beispielsweise kann die Anziehungskraft der Pole eines starken Elektromagneten einen Eisenhammer aus der Hand ziehen, und um die Anziehung einer paramagnetischen Substanz auf denselben Magneten nachzuweisen, sind in der Regel sehr empfindliche Analysenwaagen erforderlich . Die letzte, dritte Klasse umfasst die sogenannten diamagnetischen Substanzen. Sie werden von einem Elektromagneten abgestoßen, d.h. Die auf Diamagnete wirkende Kraft ist der auf Ferro- und Paramagneten entgegengesetzt gerichtet.
Messung magnetischer Eigenschaften.
Bei der Untersuchung magnetischer Eigenschaften sind zwei Arten von Messungen am wichtigsten. Die erste davon ist die Messung der Kraft, die auf die Probe in der Nähe des Magneten wirkt; so wird die Magnetisierung der Probe bestimmt. Die zweite umfasst Messungen von "resonanten" Frequenzen, die mit der Magnetisierung von Materie verbunden sind. Atome sind winzige "Gyroskope" und präzedieren in einem Magnetfeld (wie ein normaler Kreisel unter dem Einfluss eines durch die Schwerkraft erzeugten Drehmoments) mit einer Frequenz, die gemessen werden kann. Außerdem wirkt eine Kraft auf freie geladene Teilchen, die sich rechtwinklig zu den magnetischen Induktionslinien bewegen, sowie auf den Elektronenstrom in einem Leiter. Es bewirkt, dass sich das Teilchen auf einer Kreisbahn bewegt, deren Radius durch gegeben ist
R = mv/eB,
wo m ist die Masse des Teilchens, v- ihre Geschwindigkeit e ist seine Ladung, und B ist die magnetische Induktion des Feldes. Die Frequenz einer solchen Kreisbewegung ist gleich
wo f in Hertz gemessen e- in Anhängern, m- in Kilogramm, B- bei Tesla. Diese Frequenz charakterisiert die Bewegung geladener Teilchen in einem Stoff in einem Magnetfeld. Beide Bewegungsarten (Präzession und Bewegung auf Kreisbahnen) können durch Wechselfelder mit Resonanzfrequenzen angeregt werden, die gleich den für ein bestimmtes Material charakteristischen "Eigenfrequenzen" sind. Im ersten Fall wird die Resonanz als magnetisch und im zweiten als Zyklotron bezeichnet (wegen der Ähnlichkeit mit der zyklischen Bewegung eines subatomaren Teilchens in einem Zyklotron).
Wenn man über die magnetischen Eigenschaften von Atomen spricht, muss man besonders auf ihren Drehimpuls achten. Das Magnetfeld wirkt auf einen rotierenden atomaren Dipol und versucht, ihn zu drehen und parallel zum Feld zu stellen. Stattdessen beginnt das Atom um die Richtung des Feldes zu präzedieren (Abb. 10) mit einer Frequenz, die vom Dipolmoment und der Stärke des angelegten Feldes abhängt.
Die Präzession von Atomen kann nicht direkt beobachtet werden, da alle Atome der Probe in einer anderen Phase präzedieren. Legt man dagegen ein senkrecht zum konstanten Ordnungsfeld gerichtetes kleines Wechselfeld an, so stellt sich zwischen den präzessierenden Atomen eine gewisse Phasenbeziehung ein, und ihr gesamtes magnetisches Moment beginnt mit einer Frequenz gleich der Präzessionsfrequenz der einzelnen zu präzedieren magnetische Momente. Die Winkelgeschwindigkeit der Präzession ist von großer Bedeutung. In der Regel liegt dieser Wert in der Größenordnung von 10 10 Hz/T für die mit Elektronen verbundene Magnetisierung und in der Größenordnung von 10 7 Hz/T für die mit positiven Ladungen in den Atomkernen verbundene Magnetisierung.
Ein schematisches Diagramm der Anlage zum Beobachten von kernmagnetischer Resonanz (NMR) ist in Abb. 1 gezeigt. 11. Der zu untersuchende Stoff wird in ein gleichmäßiges Gleichfeld zwischen den Polen eingebracht. Wenn dann ein HF-Feld mit einer kleinen Spule um das Reagenzglas herum angeregt wird, kann eine Resonanz bei einer bestimmten Frequenz erreicht werden, die gleich der Präzessionsfrequenz aller nuklearen "Gyroskope" der Probe ist. Messungen ähneln dem Einstellen eines Radioempfängers auf die Frequenz eines bestimmten Senders.
Magnetresonanzverfahren ermöglichen es, nicht nur die magnetischen Eigenschaften bestimmter Atome und Kerne zu untersuchen, sondern auch die Eigenschaften ihrer Umgebung. Der Punkt ist, dass Magnetfelder in Festkörpern und Molekülen inhomogen sind, da sie durch Atomladungen verzerrt werden, und die Einzelheiten des Verlaufs der experimentellen Resonanzkurve durch das lokale Feld in dem Bereich bestimmt werden, in dem sich der präzedierende Kern befindet. Dies ermöglicht es, die Merkmale der Struktur einer bestimmten Probe durch Resonanzmethoden zu untersuchen.
Berechnung magnetischer Eigenschaften.
Die magnetische Induktion des Erdfeldes beträgt 0,5 × 10 –4 T, während das Feld zwischen den Polen eines starken Elektromagneten in der Größenordnung von 2 T oder mehr liegt.
Das durch eine beliebige Stromkonfiguration erzeugte Magnetfeld kann mit der Biot-Savart-Laplace-Formel für die magnetische Induktion des durch das Stromelement erzeugten Felds berechnet werden. Die Berechnung des durch verschieden geformte Konturen und zylindrische Spulen erzeugten Feldes ist in vielen Fällen sehr kompliziert. Nachfolgend finden Sie Formeln für eine Reihe einfacher Fälle. Magnetische Induktion (in Tesla) des Feldes, das durch einen langen geraden Draht mit Strom erzeugt wird ich
Das Feld eines magnetisierten Eisenstabs ähnelt dem äußeren Feld eines langen Solenoids, wobei die Anzahl der Amperewindungen pro Längeneinheit dem Strom in den Atomen auf der Oberfläche des magnetisierten Stabs entspricht, da sich die Ströme innerhalb des Stabs gegenseitig aufheben aus (Abb. 12). Unter dem Namen Ampere wird ein solcher Oberflächenstrom Ampère genannt. Magnetische Feldstärke H ein, erzeugt durch den Ampere-Strom, ist gleich dem magnetischen Moment der Volumeneinheit des Stabes M.
Wenn eine Eisenstange in die Magnetspule eingeführt wird, dann zusätzlich dazu, dass der Magnetstrom ein Magnetfeld erzeugt H, erzeugt die Anordnung von atomaren Dipolen im magnetisierten Material des Stabs eine Magnetisierung M. Dabei wird der gesamte magnetische Fluss durch die Summe der Wirk- und Ampereströme bestimmt, so dass B = m 0(H + H ein), oder B = m 0(H+M). Attitüde M/H genannt magnetische Suszeptibilität und wird mit dem griechischen Buchstaben bezeichnet c; c ist eine dimensionslose Größe, die die Fähigkeit eines Materials charakterisiert, in einem Magnetfeld magnetisiert zu werden.
Wert B/H, die die magnetischen Eigenschaften des Materials charakterisiert, wird als magnetische Permeabilität bezeichnet und mit bezeichnet m ein, und m ein = m 0m, wo m ein ist absolut und m- relative Durchlässigkeit,
Bei ferromagnetischen Stoffen ist der Wert c kann sehr große Werte haben - bis zu 10 4 ё 10 6 . Wert c paramagnetische Materialien haben etwas mehr als Null und diamagnetische Materialien etwas weniger. Nur im Vakuum und in sehr schwachen Feldern sind die Mengen c und m sind konstant und hängen nicht vom äußeren Feld ab. Abhängigkeitsinduktion B aus H ist normalerweise nichtlinear, und seine Graphen, die sogenannten. Magnetisierungskurven für verschiedene Materialien und sogar bei verschiedenen Temperaturen können sich erheblich unterscheiden (Beispiele für solche Kurven sind in den Fig. 2 und 3 gezeigt).
Die magnetischen Eigenschaften von Materie sind sehr komplex, und ein gründliches Verständnis ihrer Struktur erfordert eine gründliche Analyse der Struktur von Atomen, ihrer Wechselwirkungen in Molekülen, ihrer Kollisionen in Gasen und ihrer gegenseitigen Beeinflussung in Festkörpern und Flüssigkeiten; Die magnetischen Eigenschaften von Flüssigkeiten sind noch am wenigsten erforscht.
Die Erde hat ein Magnetfeld, dessen Existenzgründe nicht geklärt sind. Ein Magnetfeld hat zwei Magnetpole und eine Magnetachse. Die Position der magnetischen Pole stimmt nicht mit der Position der geografischen überein. Die Magnetpole liegen auf der Nord- und Südhalbkugel asymmetrisch zueinander. In dieser Hinsicht bildet die sie verbindende Linie - die magnetische Achse der Erde - mit ihrer Rotationsachse einen Winkel von bis zu 11 °.
Der Magnetismus der Erde wird durch magnetische Intensität, Deklination und Neigung gekennzeichnet. Die Magnetstärke wird in Oersted gemessen.
Die magnetische Deklination ist der Abweichungswinkel der Magnetnadel vom geografischen Meridian an einem bestimmten Ort. Da die Magnetnadel die Richtung des magnetischen Meridians angibt, entspricht die magnetische Deklination dem Winkel zwischen dem magnetischen und dem geografischen Meridian. Deklination kann Ost oder West sein. Linien, die identische Deklinationen auf einer Karte verbinden, werden Isogone genannt. Das Isogon der Deklination gleich Null wird als magnetischer Nullmeridian bezeichnet. Die Isogone gehen vom Magnetpol auf der Südhalbkugel aus und konvergieren am Magnetpol auf der Nordhalbkugel.
Die magnetische Neigung ist der Neigungswinkel der Magnetnadel zum Horizont. Geraden, die Punkte gleicher Neigung verbinden, nennt man Isoklinen. Die Null-Isokline wird als magnetischer Äquator bezeichnet. Isoklines erstrecken sich wie Parallelen in Breitenrichtung und variieren von 0 bis 90 °.
Der glatte Verlauf von Isogonen und Isoklinen an einigen Stellen der Erdoberfläche ist ziemlich stark gestört, was mit dem Vorhandensein magnetischer Anomalien zusammenhängt. Große Ansammlungen von Eisenerzen können als Quelle solcher Anomalien dienen. Die größte magnetische Anomalie ist Kursk. Magnetische Anomalien können auch durch Brüche in der Erdkruste verursacht werden - Verwerfungen, umgekehrte Verwerfungen, wodurch Gesteine mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften in Kontakt kommen usw. Magnetische Anomalien werden häufig verwendet, um nach Mineralvorkommen zu suchen und die Struktur der Erdkruste zu untersuchen Untergrund.
Die Werte der magnetischen Intensitäten, Deklinationen und Neigungen erfahren tages- und weltliche Schwankungen (Variationen).
Tagesschwankungen werden durch Sonnen- und Mondstörungen der Ionosphäre verursacht und manifestieren sich mehr im Sommer als im Winter und mehr tagsüber als nachts. Viel intensiver
Jahrhunderts Variationen. Es wird angenommen, dass sie auf Veränderungen in den oberen Schichten des Erdkerns zurückzuführen sind. Säkulare Variationen an verschiedenen geografischen Punkten sind unterschiedlich.
Plötzliche, mehrere Tage andauernde magnetische Schwankungen (Magnetstürme) sind mit der Sonnenaktivität verbunden und in hohen Breitengraden am intensivsten.
§ 4. Hitze der Erde
Die Erde erhält Wärme aus zwei Quellen: von der Sonne und von ihren eigenen Eingeweiden. Der thermische Zustand der Erdoberfläche hängt fast vollständig von ihrer Erwärmung durch die Sonne ab. Unter dem Einfluss vieler Faktoren kommt es jedoch zu einer Umverteilung der Sonnenwärme, die auf die Erdoberfläche gefallen ist. Verschiedene Punkte auf der Erdoberfläche erhalten aufgrund der Schräglage der Erdrotationsachse relativ zur Ebene der Ekliptik eine ungleiche Wärmemenge.
Um die Temperaturverhältnisse zu vergleichen, werden die Konzepte der durchschnittlichen Tages-, durchschnittlichen Monats- und durchschnittlichen Jahrestemperatur in bestimmten Teilen der Erdoberfläche eingeführt.
Die höchsten Temperaturschwankungen erfährt die obere Erdschicht. Tiefer unter der Oberfläche nehmen die täglichen, monatlichen und jährlichen Temperaturschwankungen allmählich ab. Die Dicke der Erdkruste, innerhalb derer Gesteine von der Sonnenwärme beeinflusst werden, wird als heliothermische Zone bezeichnet. Die Tiefe dieser Zone variiert von wenigen Metern bis 30 m.
Unter der solarthermischen Zone befindet sich ein Gürtel mit konstanter Temperatur, auf den jahreszeitliche Temperaturschwankungen keinen Einfluss haben. In der Gegend von Moskau befindet es sich in einer Tiefe von 20 m.
Unterhalb des Gürtels konstanter Temperatur befindet sich die geothermische Zone. In dieser Zone steigt die Temperatur aufgrund der inneren Wärme der Erde mit der Tiefe an - um durchschnittlich 1 ° C pro 33 m. Dieses Tiefenintervall wird als „geothermische Stufe“ bezeichnet. Der Temperaturanstieg beim Eintauchen in die Erde um 100 m wird als geothermischer Gradient bezeichnet. Die Werte der geothermischen Stufe und des Gradienten sind umgekehrt proportional und für verschiedene Regionen der Erde unterschiedlich. Ihr Produkt ist ein konstanter Wert und beträgt 100. Wenn die Stufe beispielsweise 25 m beträgt, beträgt die Steigung 4 °C.
Unterschiede in den Werten der geothermischen Stufe können auf unterschiedliche Radioaktivität und Wärmeleitfähigkeit von Gesteinen, hydrochemische Prozesse im Darm, die Art des Vorkommens von Gesteinen, die Temperatur des Grundwassers und die Entfernung von Ozeanen und Meeren zurückzuführen sein.
Der Wert der geothermischen Stufe variiert über einen weiten Bereich. Im Gebiet von Pjatigorsk sind es 1,5 m, Leningrad - 19,6 m, Moskau - 38,4 m, in Karelien - mehr als 100 m, in der Region Wolga und Baschkirien - 50 m usw. 14
Die Hauptquelle der inneren Wärme der Erde ist der radioaktive Zerfall von Substanzen, die hauptsächlich in der Erdkruste konzentriert sind. Es wird angenommen, dass die darin enthaltene Wärme entsprechend dem geothermischen Schritt bis zu einer Tiefe von 15-20 km zunimmt. In der Tiefe steigt der Wert der geothermischen Stufe stark an. Experten glauben, dass die Temperatur im Erdmittelpunkt 4000 ° C nicht überschreitet. Bleibt die Größenordnung der Erdwärmestufe bis zum Erdmittelpunkt gleich, dann beträgt die Temperatur in 900 km Tiefe 27.000 °C und im Erdmittelpunkt ca. 193.000 °C.
