Neuvostoliiton maataloussektori vaati 80-luvun alussa teollisuudelta monikäyttöistä nelivetoautoa, joka pystyi yhtä hyvin kuljettamaan maataloustuotteita suoraan pellolta varastoihin sekä kylältä jalostusyrityksiin. Lisäksi toimeksiannossa puhuttiin trukin erityisestä soveltuvuudesta työskennellä yhdessä maatalouskoneiden - traktoreiden, puimureiden - kanssa suoraan pellolla. Eli tarvittiin tekninen ajoneuvo, jolla oli off-road- ja asfalttiominaisuudet. Vuonna 1982 NAMI:n insinöörit kehittivät yhdessä Kutaisin autotehtaan asiantuntijoiden kanssa KAZ-4540-kippiauton, joka otettiin tuotantoon kaksi vuotta myöhemmin. Auto oli todella uusi, omaperäinen ja - Neuvostoliiton teollisuudelle poikkeuksellisesti - siinä oli erittäin alhainen yhdistymisprosentti jo valmistettujen sarjalaitteiden kanssa.

Colchiksen väitetty kilpailija voisi olla brittiläinen universaali Bedford TM 4-4 vuodelta 1981, joka luotiin Nato-maiden armeijoita varten, mutta joka voisi tehdä kaiken samoin kuin meidän maatalouskippiautomme.

KAZ-4540

Ulkoisesti autot ovat melko samankaltaisia: samat litteät "nuollut" ohjaamot, joissa on ohjaamo, pyöreät ajovalot puskurissa, yksittäiset renkaat, joissa on maastopinta ja korkea maavara. Ulkomaalainen auto näyttää visuaalisesti kapeamman ohjaamon ja pienemmän lasipinta-alan ansiosta korkeammalta, vaikka virtuaalikilpailijamme ovatkin lähes samankorkuisia. Colchiksen kantokyky passin mukaan oli 6 tonnia. KAZ-4540 varustettiin pääasiassa kaatopaikalla, jossa oli kolmisuuntainen tyhjennys, mutta pienissä erissä tehtaalla ja sitten käsiteollisissa olosuhteissa sen runkoon asennettiin erilaisia ​​erikoislaitteita. Bedford TM toimi useimmiten erikoislaitteistojen kuljettajana tai kevyiden panssaroitujen ajoneuvojen ja muiden kuorma-autojen evakuaattorina ja pystyi kuljettamaan 6,5–8 tonnin painoisia kuormia (versiosta riippuen).

Verrattujen kuorma-autojen sisustuksesta ei ole paljon sanottavaa. Sekä KAZ:ssamme että "brittiläisessä" kojelaudassa ohjauspyörä ja ovikortit on valmistettu "tammesta" muovista, suuret pyöreät mittarit ovat yksinkertaisia ​​ja informatiivisia, monien toimintojen ohjaus on "delegoitu" yhtenäisille suorakaiteen muotoisille kytkimille, ja molempien autojen kaksinkertaiset ohjaamot eivät saaneet makuupaikkoja - ne on loppujen lopuksi suunniteltu liikkumaan paikallisilla reiteillä.

BedfordTM

Nelivetoinen KAZ-4540 oli varustettu kahdeksansylinterisellä tuotantodieselmoottorilla, jonka teho oli 160 hv. Voimayksikkö ei sijainnut tiukasti ohjaamon alla, vaan hieman siirrettynä runkoon päin. Yhdessä dieselmoottorin kanssa toimi kahdeksanvaihteinen manuaalivaihteisto yhdistettynä yksivaiheiseen vaihteistokoteloon. Mielenkiintoista on, että huollon yksinkertaistamiseksi laatikkoa ei ole kytketty jäykästi moottoriin, vaan välikardaaniakselin kautta. Erikoissuunniteltu vaihteisto mahdollistaa trukin liikkumisen pitkään peltoalueella puimurin rinnalla vähintään 2 km/h nopeudella. Maastoajoneuvoista kippiauto saattoi ylpeillä taka-akselin poikkiakselin tasauspyörästön lukitsemisesta.

Bedfordin ohjaamon alle oli piilotettu 8,2-litrainen 206 hv:n turbodiesel. yhdessä kuusivaihteisen manuaalivaihteiston kanssa "razdatka" asetettiin laatikon taakse. Koneiden jousitukset ovat rakenteellisesti samat - neljällä pitkittäisjousella. Huonon off-road-kyvyn ja moottoreiden heikon luotettavuuden vuoksi NATO hylkäsi brittiläiset ajoneuvot 80-luvun loppuun mennessä.

KAZ-4540

GAZ-4301 - Renault Midliner S100

Tekijät ovat 1960-luvulta lähtien seuranneet kahta polkua keskiraskaiden jakeluautojen luomiseen - joko amerikkalaisen konepellin sijoittelulla tai eurooppalaisen, jossa ohjaamo moottorin yläpuolella. Neuvostoliitossa konepellin asettelua suosittiin aina, ja vuoden 1984 uudesta GAZ-4301:stä, joka korvasi GAZ-53:n, tuli sama. Samoihin vuosiin Euroopassa Renault yhdessä Saviemin, Volvon, DAF:n ja Magirus-Deutzin kanssa, jotka loivat "neljän klubin", tekivät yhteistyötä ja suunnittelivat vuosina 1980-81 yhden yleismallin, joka "renaultissa" versio oli nimeltään Renault Midliner S100.

Suunnittelijat suunnittelivat Gorkin uuden kuorma-auton samaan tyyliin kantavamman ZIL-169:n kanssa: GAZ-4301:ssä on neliömäinen jäähdyttimen säleikkö, ajovalot kulmikaslokasuojassa ja etuosa kapenee nokkaa kohti. Cabover Midlinerissä on myös kulmikas ohjaamo, maalaamaton muovisäleikkö, mutta kokonaisuutena näyttää nykyaikaisemmalta, koska se osoittautui samanlaiselta kuin 90-luvun ja nollan alun cabovers.

GAZ-4301

Ensi silmäyksellä vertailtavien autojen sisätilat näyttävät samanlaisilta. Niitä yhdistävät halpa karkea muovi, yksinkertaiset pyöreät instrumentit, kokonainen lamppuilmaisinpaneeli, tuuletusaukot ja tilava hansikaslokero. Mutta lähempi tarkastelu osoittaa, että ulkomainen auto tarjoaa kuljettajalle enemmän mukavuutta. Sen ohjauspyörä on pehmeä, ei kovaa muovia, vaihdevipu sijaitsee lähempänä kuljettajan työpaikkaa, istuimissa on käsinojat, radion ja äänen valmisteluun on säännöllinen paikka. Lisämaksusta Renault voitiin ostaa pidennetyllä makuuohjaamolla. GAZ-4301, jossa oli istuin kuljettajan lepoa varten, ei ollut massatuotantona.

GAZon varustettiin 6,2-litraisella GAZ-542 kuusisylinterisellä dieselmoottorilla, jonka teho oli 142 hv. ilmajäähdytteinen, mikä oli yleinen ratkaisu maassa, jossa on paljon ilmastovyöhykkeitä. Moottori oli lisensoitu kopio Deutz-yksiköstä, ja sen resurssit ennen peruskorjausta laskettiin tasolle 300 tuhatta km. Viisivaihteinen manuaalivaihteisto kehitettiin talon sisällä. Jotta kuorma-autoa voitaisiin käyttää saumattomasti yhdessä maatalousajoneuvojen kanssa erittäin pienillä nopeuksilla, ensimmäisen vaihteen välityssuhde tehtiin suureksi. Veto oli perinteisesti taka-akselilla.

Renault Midliner S

Renault Midlinerin pohjana oli 5,4-litrainen rividiesel "six", joka oli vesijäähdytteinen ja jonka teho oli 150 hv. ZF Friedrichshafenin kehittämä viisinopeuksinen manuaalivaihteisto toimi hänen kanssaan. Jouset kestävät molempien kuorma-autojen neljän pyörän kuormituksia ja kolhuja. Monipuolisuudestaan ​​huolimatta GAZ:ita käytettiin useammin maaseudulla, ja Renault työskenteli enemmän kaupungeissa varastojen ja yritysten välillä.

MAZ-5432 - Mercedes-Benz NG 80

80-luvun alkuun asti kuljettajan korkealla mukavuudella varustetut tavaratilan traktorit puuttuivat luokasta Neuvostoliitossa. Ei turhaan, että Neuvostoliitto osti ulkomaisia ​​traktoreita Länsi-Eurooppaan suuntautuville lennoille. Mutta vuonna 1981 tilanne muuttui: MAZ-5432-kuorma-auton traktorin tuotanto aloitettiin Minskissä. Vuotta aiemmin Mercedes-Benz päivitti uuden sukupolven pitkän matkan ajoneuvojensa perhettä, joka sai NG 80 -indeksin.

MAZ-5432

Minskin autotehtaan neljännen sukupolven traktoreiden esikoinen sai radikaalisti uuden muotoilun - ehdottomasti ulkomaisten analogien tasolla. Yleensä nämä kaksi konetta ovat ulkoisesti samanlaisia, mutta kummallakin on pieniä tunnusomaisia ​​piirteitä. Joten MAZ erottuu edukseen korkealla ohjaamon reunoilla sijaitsevien merkkivalojen ja suuntavilkkujen ansiosta. Mercedestä ei voi sekoittaa mihinkään ohjaamon kiilamaisen etupaneelin takia, jonka muoto johtuu yrityksistä parantaa auton virtaviivaistamista. Molempien koneiden ohjaamoon pääsemisen helpottamiseksi ne oli varustettu leveillä askelmilla ja ohjaamon sivuilla. Puoliperävaunun maksimipaino MAZ:lle oli 21 tonnia ja Mercedes-Benzille 15,5–16 tonnia versiosta riippuen.

Mercedes-Benz NG80

"Saksalainen" tarjosi miehistölleen tietysti vieläkin enemmän erilaisia ​​"siruja" ilmastointilaitteista ja verkkojen muodossa olevista putoamissuojallisista makuupaikoista sähköikkunoihin. Siitä huolimatta MAZ oli myös melko siisti - sen korkeasta varustelutasosta ja suorituskyvystä todistaa se, että siitä tuli ensimmäinen kotimainen auto, joka läpäisi tyyppihyväksyntätestit tutkimuskeskuksessa lähellä Ranskan pääkaupunkia ja sai toimia kaikilla teillä Euroopassa. .

Mercedes-Benz NG80

Minsk-traktori varustettiin modernisoidulla 12-sylinterisellä YaMZ-238M2-dieselmoottorilla, jonka tilavuus oli 14,86 litraa ja teho 280 hv. Sitä varten suunniteltu kahdeksanvaihteinen, demultiplikaattorilla varustettu manuaalivaihteisto mahdollisti merkittävästi kuorma-auton ruokahalun vähentämisen niin, että lastattu auto pystyi ajamaan noin 1000 km yhdellä tankilla. Saksalaisiin autoihin asennettiin useita kahdeksansylinterisiä dieselmoottoreita teholla 280-375 hv. Minskin traktorin suurin nopeus oli 85 km / h, kun taas vaatimattomimmalla moottorilla varustettu Merc kiihtyi 110 km / h. Molemmissa autoissa oli ohjaustehostin, ilmajarrut vahvistimella, mutta lisäksi ulkomaalainen auto voitiin varustaa lukkiutumattomalla jarrujärjestelmällä lisämaksusta. MAZ:it varustettiin kaikkien pyörien jousituksella, ja Mercedes-Benz NG 80:ssä se saattoi olla erilainen: halvat versiot varustettiin myös vanhoilla hyvillä jousilla, mutta rikkailla varustetasoilla pneumaattiset sylinterit asennettiin kaikkiin pyöriin.

MAZ-5432

Epilogi

80-luvun kotimaisten ja ulkomaisten autojen vertailusta tehtyjen materiaalien päätteeksi on huomattava, että useimmat niistä ovat eläneet menestyksekästä kuljetinelämää ja joitain malleja valmistetaan perusteellisen modernisoinnin jälkeen tähän päivään asti. Mutta useille Neuvostoliiton autotehtaille joutsenlauluksi tuli juuri tämä menestyksekäs vuosikymmen. Sen jälkeen autoteollisuutemme aloitti poliittisten mullistusten seurauksena jyrkän alaspäin, josta vain vahvimmat pääsivät ulos.

Magneetteja on kahta eri tyyppiä. Jotkut ovat niin sanottuja kestomagneetteja, jotka on valmistettu "kovista magneettisista" materiaaleista. Niiden magneettiset ominaisuudet eivät liity ulkoisten lähteiden tai virtojen käyttöön. Toinen tyyppi sisältää niin sanotut sähkömagneetit, joiden ydin on "pehmeää magneettista" rautaa. Niiden luomat magneettikentät johtuvat pääasiassa siitä, että sähkövirta kulkee sydämen peittävän käämin johdon läpi.

Magneettiset navat ja magneettikenttä.

Tankomagneetin magneettiset ominaisuudet näkyvät parhaiten sen päissä. Jos tällainen magneetti ripustetaan keskiosasta niin, että se voi pyöriä vapaasti vaakatasossa, se ottaa asennon, joka vastaa suunnilleen suuntaa pohjoisesta etelään. Tangon pohjoiseen osoittavaa päätä kutsutaan pohjoisnapaksi ja vastakkaista päätä kutsutaan etelänapaksi. Kahden magneetin vastakkaiset navat vetävät toisiaan puoleensa, kun taas samanlaiset navat hylkivät toisiaan.

Jos magnetoimaton rautatanko tuodaan lähelle magneetin napoja, magneetin napa magnetoituu väliaikaisesti. Tässä tapauksessa magneetin napaa lähinnä olevan magnetoidun tangon napa on nimellisesti vastakkainen ja kauimpana oleva napa on samanniminen. Magneetin navan ja sen tangossa aiheuttaman vastakkaisen navan välinen vetovoima selittää magneetin toiminnan. Joistakin materiaaleista (kuten teräs) tulee itse heikkoja kestomagneetteja, kun ne ovat lähellä kestomagneettia tai sähkömagneettia. Terästanko voidaan magnetoida yksinkertaisesti viemällä kestomagneetin pää sen pään yli.

Joten magneetti houkuttelee muita magneetteja ja magneettisista materiaaleista valmistettuja esineitä olematta kosketuksissa niihin. Tällainen toiminta etäisyydellä selittyy magneettikentän olemassaololla magneetin ympärillä olevassa tilassa. Tämän magneettikentän voimakkuudesta ja suunnasta saa jonkinlaisen käsityksen kaatamalla rautaviilaa magneetille asetettuun pahvi- tai lasilevyyn. Sahanpuru asettuu ketjuiksi pellon suuntaan ja sahanpurulinjojen tiheys vastaa tämän kentän voimakkuutta. (Ne ovat paksuimmat magneetin päissä, joissa magneettikentän intensiteetti on suurin.)

M. Faraday (1791–1867) esitteli magneettien suljettujen induktiolinjojen käsitteen. Induktiolinjat poistuvat magneetista sen pohjoisnapasta ympäröivään tilaan, menevät magneetin sisään etelänavalla ja kulkevat magneetin materiaalin sisällä etelänavasta takaisin pohjoiseen muodostaen suljetun silmukan. Magneetista tulevien induktiojuovien kokonaismäärää kutsutaan magneettivuoksi. Magneettivuon tiheys tai magneettinen induktio ( AT) on yhtä suuri kuin niiden induktiojuovien lukumäärä, jotka kulkevat normaalia pitkin yksikkökokoisen perusalueen läpi.

Magneettinen induktio määrittää voiman, jolla magneettikenttä vaikuttaa siinä olevaan virtaa kuljettavaan johtimeen. Jos johdin kuljettaa virtaa minä, sijaitsee kohtisuorassa induktioviivoja vastaan, niin Ampèren lain mukaan voima F, joka vaikuttaa johtimeen, on kohtisuorassa sekä kenttään että johtimeen nähden ja on verrannollinen magneettiseen induktioon, virranvoimakkuuteen ja johtimen pituuteen. Siis magneettiselle induktiolle B voit kirjoittaa ilmaisun

missä F on voima newtoneina, minä- virta ampeereina, l- pituus metreinä. Magneettisen induktion mittayksikkö on tesla (T).

Galvanometri.

Galvanometri on herkkä laite heikkojen virtojen mittaamiseen. Galvanometri käyttää vääntömomenttia, joka syntyy hevosenkengän muotoisen kestomagneetin ja magneetin napojen väliseen rakoon ripustetun pienen virtaa kuljettavan kelan (heikko sähkömagneetti) vuorovaikutuksesta. Vääntömomentti ja siten käämin taipuma on verrannollinen virtaan ja kokonaismagneettiseen induktioon ilmavälissä, joten instrumentin asteikko on lähes lineaarinen kelan pienillä taipumilla.

Magnetointivoima ja magneettikentän voimakkuus.

Seuraavaksi tulee ottaa käyttöön vielä yksi suure, joka luonnehtii sähkövirran magneettista vaikutusta. Oletetaan, että virta kulkee pitkän käämin johdon läpi, jonka sisällä magnetoituva materiaali sijaitsee. Magnetointivoima on käämin sähkövirran ja sen kierrosten lukumäärän tulo (tämä voima mitataan ampeereina, koska kierrosten lukumäärä on dimensioimaton suure). Magneettikentän voimakkuus H yhtä suuri kuin magnetointivoima kelan pituusyksikköä kohti. Arvo siis H mitattuna ampeereina metriä kohti; se määrittää kelan sisällä olevan materiaalin saavuttaman magnetisoinnin.

Tyhjiömagneettisessa induktiossa B verrannollinen magneettikentän voimakkuuteen H:

missä m 0 - ns. magneettivakio, jonka yleisarvo on 4 p Ch 10 -7 H/m. Monissa materiaaleissa arvo B suunnilleen verrannollinen H. Kuitenkin ferromagneettisissa materiaaleissa suhde B ja H hieman monimutkaisempi (mitä käsitellään alla).

Kuvassa Kuva 1 esittää yksinkertaista sähkömagneettia, joka on suunniteltu sieppaamaan kuormia. Energianlähde on DC-akku. Kuvassa näkyy myös sähkömagneetin kentän voimalinjat, jotka voidaan havaita tavanomaisella rautaviilausmenetelmällä.

Suurilla sähkömagneeteilla, joissa on rautasydäminen ja erittäin suuri määrä ampeerikierroksia, jotka toimivat jatkuvassa tilassa, on suuri magnetointivoima. Ne luovat jopa 6 T:n magneettisen induktion napojen väliseen rakoon; tätä induktiota rajoittavat vain mekaaniset jännitykset, käämien kuumentaminen ja sydämen magneettinen kyllästyminen. P.L. Massachusetts Institute of Technology suunnitteli useita jättimäisiä sähkömagneetteja (ilman ydintä), joissa on vesijäähdytys, sekä laitteistot pulssimagneettikenttien luomiseksi. Tällaisilla magneeteilla oli mahdollista saavuttaa induktio jopa 50 T:iin asti. Losalamos National Laboratoryssa kehitettiin suhteellisen pieni sähkömagneetti, joka tuottaa jopa 6,2 T kenttiä, kuluttaa 15 kW sähköä ja jota jäähdytetään nestemäisellä vedyllä. Samanlaisia ​​kenttiä saadaan kryogeenisissä lämpötiloissa.

Magneettinen läpäisevyys ja sen rooli magnetismissa.

Magneettinen läpäisevyys m on arvo, joka kuvaa materiaalin magneettisia ominaisuuksia. Ferromagneettisilla metalleilla Fe, Ni, Co ja niiden seoksilla on erittäin korkea maksimiläpäisevyys - 5000 (Fe) 800000 (supermalloy). Tällaisissa materiaaleissa suhteellisen alhaisilla kenttävoimakkuuksilla H tapahtuu suuria induktioita B, mutta näiden suureiden välinen suhde on yleisesti ottaen epälineaarinen johtuen saturaatio- ja hystereesiilmiöistä, joita käsitellään alla. Ferromagneettiset materiaalit houkuttelevat voimakkaasti magneetteja. Ne menettävät magneettiset ominaisuutensa Curie-pisteen yläpuolella olevissa lämpötiloissa (770°C Fe:lle, 358°C Ni:lle, 1120°C Co:lle) ja käyttäytyvät kuin paramagneetit, joille induktio B erittäin korkeisiin jännitysarvoihin asti H on verrannollinen siihen - täsmälleen sama kuin se tapahtuu tyhjiössä. Monet alkuaineet ja yhdisteet ovat paramagneettisia kaikissa lämpötiloissa. Paramagneettisille aineille on tunnusomaista, että ne magnetoituvat ulkoisessa magneettikentässä; jos tämä kenttä kytketään pois päältä, paramagneetit palaavat magnetisoimattomaan tilaan. Magnetoituminen ferromagneeteissa säilyy myös ulkoisen kentän sammuttamisen jälkeen.

Kuvassa Kuva 2 esittää tyypillistä hystereesisilmukkaa magneettisesti kovalle (suurihäviöiselle) ferromagneettiselle materiaalille. Se luonnehtii magneettisesti järjestetyn materiaalin magnetisoinnin moniselitteistä riippuvuutta magnetointikentän voimakkuudesta. Kun magneettikentän voimakkuus kasvaa alkupisteestä (nolla) ( 1 ) magnetointi kulkee katkoviivaa pitkin 1 –2 , ja arvo m muuttuu merkittävästi näytteen magnetisoitumisen kasvaessa. Pisteessä 2 kyllästyminen saavutetaan, ts. intensiteetin lisääntyessä magnetointi ei enää kasva. Jos nyt vähennämme arvoa vähitellen H nollaan, sitten käyrä B(H) ei enää seuraa samaa polkua, vaan kulkee pisteen läpi 3 , paljastaen ikään kuin "muiston" materiaalista "menneisestä historiasta", mistä johtuu nimi "hystereesi". Ilmeisesti tässä tapauksessa jäännösmagnetointi säilyy (segmentti 1 –3 ). Kun magnetointikentän suunta on muutettu päinvastaiseksi, käyrä AT (H) ohittaa asian 4 , ja segmentti ( 1 )–(4 ) vastaa pakkovoimaa, joka estää demagnetisoitumisen. Arvojen kasvu jatkuu (- H) johtaa hystereesikäyrän kolmanteen neljännekseen - leikkausta 4 –5 . Myöhempi arvon lasku (- H) nollaan ja sitten nostamalla positiivisia arvoja H sulkee hystereesisilmukan pisteiden läpi 6 , 7 ja 2 .

Magneettisesti koville materiaaleille on ominaista leveä hystereesisilmukka, joka kattaa merkittävän alueen kaaviossa ja vastaa siten suuria jäännösmagnetisoinnin (magneettisen induktion) ja pakkovoiman arvoja. Kapea hystereesisilmukka (kuva 3) on ominaista pehmeille magneettisille materiaaleille, kuten pehmeälle teräkselle ja erikoisseoksille, joilla on korkea magneettinen permeabiliteetti. Tällaisia ​​seoksia luotiin hystereesin aiheuttamien energiahäviöiden vähentämiseksi. Suurimmalla osalla näistä erikoisseoksista, kuten ferriiteistä, on korkea sähkövastus, mikä vähentää paitsi magneettisia häviöitä myös pyörrevirroista aiheutuvia sähköisiä häviöitä.

Korkean läpäisevyyden omaavia magneettimateriaaleja valmistetaan hehkuttamalla, joka suoritetaan noin 1000 °C:n lämpötilassa, mitä seuraa karkaisu (asteittainen jäähdytys) huoneenlämpötilaan. Tässä tapauksessa alustava mekaaninen ja lämpökäsittely sekä epäpuhtauksien puuttuminen näytteestä ovat erittäin tärkeitä. Muuntajaytimille 1900-luvun alussa. piiteräkset kehitettiin, arvo m mikä lisääntyi piipitoisuuden kasvaessa. Vuosina 1915–1920 ilmestyi permalloosseja (Ni:n ja Fe:n seoksia) niille ominaisella kapealla ja lähes suorakaiteen muotoisella hystereesisilmukalla. Erityisen korkeat magneettisen permeabiliteetin arvot m pienille arvoille H hyperniset (50 % Ni, 50 % Fe) ja mu-metalliseokset (75 % Ni, 18 % Fe, 5 % Cu, 2 % Cr) eroavat toisistaan, kun taas perminvarissa (45 % Ni, 30 % Fe, 25 % Co) arvo m käytännöllisesti katsoen vakio laajalla kentänvoimakkuuden vaihtelualueella. Nykyaikaisista magneettisista materiaaleista on mainittava supermalloy, seos, jolla on korkein magneettinen läpäisevyys (se sisältää 79 % Ni, 15 % Fe ja 5 % Mo).

Magnetismin teoriat.

Ensimmäistä kertaa ajatus siitä, että magneettiset ilmiöt pelkistyvät lopulta sähköisiksi, syntyi Ampèresta vuonna 1825, kun hän ilmaisi ajatuksen suljetuista sisäisistä mikrovirroista, jotka kiertävät magneetin jokaisessa atomissa. Ilman mitään kokeellista vahvistusta tällaisten virtojen olemassaololle aineessa (J. Thomson löysi elektronin vasta vuonna 1897, ja atomin rakenteen kuvauksen antoivat Rutherford ja Bohr vuonna 1913), tämä teoria "häipyi". ”. Vuonna 1852 W. Weber ehdotti, että magneettisen aineen jokainen atomi on pieni magneetti tai magneettinen dipoli, joten aineen täydellinen magnetoituminen saavutetaan, kun kaikki yksittäiset atomimagneetit asetetaan riviin tietyssä järjestyksessä (kuva 4). , b). Weber uskoi, että molekyyli- tai atomi "kitka" auttaa näitä elementaarisia magneetteja säilyttämään järjestyksensä lämpövärähtelyjen häiritsevasta vaikutuksesta huolimatta. Hänen teoriansa pystyi selittämään kappaleiden magnetisoitumisen joutuessaan kosketuksiin magneetin kanssa, sekä niiden demagnetisoitumisen törmäyksen tai kuumentamisen yhteydessä; Lopuksi magneettien "kertoutuminen" selitettiin myös, kun magnetoitu neula tai magneettisauva leikattiin paloiksi. Ja silti tämä teoria ei selittänyt itse alkuainemagneettien alkuperää eikä kyllästymisen ja hystereesin ilmiöitä. Weberin teoriaa paransi vuonna 1890 J. Ewing, joka korvasi hypoteesinsa atomikitkasta ajatuksella atomien välisistä rajoittavista voimista, jotka auttavat ylläpitämään kestomagneetin muodostavien alkeisdipolien järjestystä.

Amperen aikoinaan ehdottama lähestymistapa ongelmaan sai toisen elämän vuonna 1905, kun P. Langevin selitti paramagneettisten materiaalien käyttäytymisen liittämällä jokaiseen atomiin sisäisen kompensoimattoman elektronivirran. Langevinin mukaan nämä virrat muodostavat pieniä magneetteja, jotka suuntautuvat satunnaisesti, kun ulkoinen kenttä puuttuu, mutta saavat järjestetyn orientaation sen käytön jälkeen. Tässä tapauksessa likiarvo täydelliseen järjestykseen vastaa magnetoinnin kyllästymistä. Lisäksi Langevin esitteli magneettisen momentin käsitteen, joka yhdelle atomimagneetille on yhtä suuri kuin navan "magneettisen varauksen" ja napojen välisen etäisyyden tulo. Siten paramagneettisten materiaalien heikko magnetismi johtuu kompensoimattomien elektronivirtojen muodostamasta kokonaismagneettisesta momentista.

Vuonna 1907 P. Weiss esitteli "domainin" käsitteen, josta tuli tärkeä panos moderniin magnetismiteoriaan. Weiss kuvitteli domeenit pieninä atomien "pesäkkeinä", joissa kaikkien atomien magneettiset momentit on jostain syystä pakotettu säilyttämään saman suuntauksen, jolloin jokainen alue magnetoituu kyllästymiseen. Erillisen alueen lineaariset mitat voivat olla luokkaa 0,01 mm ja vastaavasti tilavuus luokkaa 10–6 mm 3 . Domeenit erotetaan toisistaan ​​niin sanotuilla Bloch-seinämillä, joiden paksuus ei ylitä 1000 atomimittaa. "Seinä" ja kaksi vastakkain suuntautunutta aluetta on esitetty kaaviomaisesti kuvassa. 5. Tällaiset seinät ovat "siirtymäkerroksia", joissa alueen magnetisoinnin suunta muuttuu.

Yleisessä tapauksessa alkumagnetointikäyrällä voidaan erottaa kolme osiota (kuva 6). Alkuosassa seinä liikkuu ulkoisen kentän vaikutuksesta aineen paksuuden läpi, kunnes se kohtaa kidehilavirheen, joka pysäyttää sen. Kenttävoimakkuutta lisäämällä seinää voidaan pakottaa liikkumaan pidemmälle katkoviivojen välisen keskiosan läpi. Jos sen jälkeen kentänvoimakkuus laskee jälleen nollaan, seinät eivät enää palaa alkuperäiseen asentoonsa, jolloin näyte jää osittain magnetoituneeksi. Tämä selittää magneetin hystereesin. Käyrän lopussa prosessi päättyy näytteen magnetoinnin kyllästymiseen johtuen magnetoinnin järjestyksestä viimeisten epäjärjestettyjen alueiden sisällä. Tämä prosessi on lähes täysin palautuva. Magneettista kovuutta osoittavat ne materiaalit, joissa atomihilassa on monia vikoja, jotka estävät verkkoalueiden välisten seinien liikkumisen. Tämä voidaan saavuttaa mekaanisella ja lämpökäsittelyllä, esimerkiksi puristamalla ja sitten sintraamalla jauhemaista materiaalia. Alnico-seoksissa ja niiden analogeissa sama tulos saavutetaan sulattamalla metalleja monimutkaiseksi rakenteeksi.

Paramagneettisten ja ferromagneettisten materiaalien lisäksi on materiaaleja, joilla on niin sanottuja antiferromagneettisia ja ferrimagneettisia ominaisuuksia. Ero näiden magnetismien välillä on esitetty kuvassa. 7. Domeenien käsitteen perusteella paramagnetismia voidaan pitää ilmiönä, joka johtuu siitä, että materiaalissa on pieniä magneettisia dipoliryhmiä, joissa yksittäiset dipolit ovat erittäin heikosti vuorovaikutuksessa keskenään (tai eivät ole vuorovaikutuksessa ollenkaan) ja siksi , ulkoisen kentän puuttuessa ne ottavat vain satunnaisia ​​suuntauksia ( kuva 7, a). Ferromagneettisissa materiaaleissa kunkin alueen sisällä on voimakas vuorovaikutus yksittäisten dipolien välillä, mikä johtaa niiden järjestyneeseen rinnakkaiseen kohdistukseen (kuva 7, b). Antiferromagneettisissa materiaaleissa päinvastoin yksittäisten dipolien välinen vuorovaikutus johtaa niiden vastakkaiseen järjestykseen kohdistumiseen, jolloin kunkin alueen kokonaismagneettinen momentti on nolla (Kuva 7, sisään). Lopuksi ferrimagneettisilla materiaaleilla (esimerkiksi ferriiteillä) on sekä rinnakkais- että vastasuuntainen järjestys (kuva 7, G), mikä johtaa heikkoon magnetismiin.

Alueiden olemassaolosta on kaksi vakuuttavaa kokeellista vahvistusta. Ensimmäinen niistä on ns. Barkhausen-ilmiö, toinen puuterifiguurimenetelmä. Vuonna 1919 G. Barkhausen totesi, että kun ulkoinen kenttä kohdistetaan ferromagneettisen materiaalin näytteeseen, sen magnetointi muuttuu pienissä erillisissä osissa. Alueteorian näkökulmasta tämä ei ole muuta kuin verkkoalueiden välisen seinän hyppymäistä etenemistä, joka kohtaa yksittäisiä vikoja, jotka pidättelevät sitä matkalla. Tämä vaikutus havaitaan yleensä käyttämällä kelaa, johon ferromagneettinen sauva tai lanka asetetaan. Jos voimakas magneetti tuodaan vuorotellen näytteeseen ja poistetaan siitä, näyte magnetoidaan ja uudelleenmagnetoidaan. Hyppymäiset muutokset näytteen magnetoinnissa muuttavat magneettivuoa käämin läpi ja siihen virittyy induktiovirta. Tässä tapauksessa kelassa syntyvä jännite vahvistetaan ja syötetään akustisten kuulokkeiden tuloon. Kuulokkeiden kautta havaitut napsautukset osoittavat äkillistä magnetisoitumisen muutosta.

Magneetin domeenirakenteen paljastamiseksi jauhekuvioiden menetelmällä tippa ferromagneettisen jauheen (yleensä Fe 3 O 4) kolloidista suspensiota levitetään magnetoidun materiaalin hyvin kiillotetulle pinnalle. Jauhehiukkaset asettuvat pääasiassa paikkoihin, joissa magneettikenttä on mahdollisimman epähomogeeninen - domeenien rajoilla. Tällaista rakennetta voidaan tutkia mikroskoopilla. On myös ehdotettu menetelmää, joka perustuu polarisoidun valon kulkemiseen läpinäkyvän ferromagneettisen materiaalin läpi.

Weissin alkuperäinen magnetismiteoria pääpiirteissään on säilyttänyt merkityksensä tähän päivään asti, mutta saatuaan päivitetyn tulkinnan, joka perustuu käsitykseen kompensoimattomista elektronispinistä atomimagnetismin määräävänä tekijänä. S. Goudsmit ja J. Uhlenbeck esittivät hypoteesin elektronin luontaisen momentin olemassaolosta vuonna 1926, ja tällä hetkellä elektroneja pidetään spinin kantajina "alkeismagneetteina".

Tämän käsitteen selventämiseksi harkitse (kuva 8) vapaata rautaatomia, tyypillistä ferromagneettista materiaalia. Sen kaksi kuorta ( K ja L), jotka ovat lähimpänä ydintä, ovat täynnä elektroneja, joista kaksi on ensimmäisessä ja kahdeksan toisessa. AT K-kuori, yhden elektronin spin on positiivinen ja toisen negatiivinen. AT L-kuoressa (tarkemmin sanottuna sen kahdessa alikuoressa) neljällä kahdeksasta elektronista on positiivisia spinejä ja muilla neljällä on negatiiviset spinit. Molemmissa tapauksissa saman kuoren sisällä olevien elektronien spinit kumoutuvat kokonaan, joten kokonaismagneettinen momentti on nolla. AT M-kuoressa, tilanne on toinen, koska kolmannessa osakuoressa on kuusi elektronia, viidellä elektronilla on spinit, jotka on suunnattu yhteen suuntaan ja vain kuudennessa - toiseen. Seurauksena on neljä kompensoimatonta spiniä, jotka määräävät rautaatomin magneettiset ominaisuudet. (Ulkopuolella N-kuoressa on vain kaksi valenssielektronia, jotka eivät vaikuta rautaatomin magnetismiin.) Muiden ferromagneettien, kuten nikkelin ja koboltin, magnetismi selitetään samalla tavalla. Koska rautanäytteen viereiset atomit ovat vahvasti vuorovaikutuksessa toistensa kanssa ja niiden elektronit ovat osittain kollektivisoituneita, tämä selitys tulee pitää vain havainnollistavana, mutta hyvin yksinkertaistettuna todellisen tilanteen kaaviona.

Elektronin spiniin perustuvaa atomimagnetismin teoriaa tukee kaksi mielenkiintoista gyromagneettista koetta, joista toisen suorittivat A. Einstein ja W. de Haas ja toisen S. Barnett. Ensimmäisessä näistä kokeista ferromagneettista materiaalia oleva sylinteri ripustettiin kuvan 1 mukaisesti. 9. Jos käämilangan läpi johdetaan virta, sylinteri pyörii akselinsa ympäri. Kun virran suunta (ja siten magneettikenttä) muuttuu, se kääntyy vastakkaiseen suuntaan. Molemmissa tapauksissa sylinterin pyöriminen johtuu elektronien spinien järjestyksestä. Barnettin kokeessa päinvastoin ripustettu sylinteri, joka on saatettu jyrkästi pyörimistilaan, magnetoidaan ilman magneettikenttää. Tämä vaikutus selittyy sillä, että magneetin pyörimisen aikana syntyy gyroskooppinen momentti, joka pyrkii pyörittämään spinmomentteja oman pyörimisakselinsa suuntaan.

Täydellisen selityksen saamiseksi lyhyen kantaman voimien luonteesta ja alkuperästä, jotka järjestävät viereisiä atomimagneetteja ja torjuvat lämpöliikkeen häiriövaikutusta, kannattaa kääntyä kvanttimekaniikkaan. Kvanttimekaanisen selityksen näiden voimien luonteelle ehdotti vuonna 1928 W. Heisenberg, joka oletti vaihtovuorovaikutusten olemassaolon naapuriatomien välillä. Myöhemmin G. Bethe ja J. Slater osoittivat, että vaihtovoimat kasvavat merkittävästi atomien välisen etäisyyden pienentyessä, mutta saavutettuaan tietyn vähimmäisatomien välisen etäisyyden ne putoavat nollaan.

AINEEN MAGNEETTISET OMINAISUUDET

P. Curie suoritti yhden ensimmäisistä laajoista ja systemaattisista aineen magneettisia ominaisuuksia koskevista tutkimuksista. Hän havaitsi, että magneettisten ominaisuuksiensa mukaan kaikki aineet voidaan jakaa kolmeen luokkaan. Ensimmäinen sisältää aineet, joilla on voimakkaat magneettiset ominaisuudet, samanlaiset kuin raudalla. Tällaisia ​​aineita kutsutaan ferromagneettisiksi; niiden magneettikenttä on havaittavissa huomattavilta etäisyyksiltä ( cm. korkeampi). Aineet, joita kutsutaan paramagneettisiksi, kuuluvat toiseen luokkaan; niiden magneettiset ominaisuudet ovat yleensä samanlaiset kuin ferromagneettisten materiaalien, mutta paljon heikommat. Esimerkiksi voimakkaan sähkömagneetin napoihin kohdistuva vetovoima voi vetää rautavasaran käsistäsi, ja paramagneettisen aineen vetovoiman havaitsemiseksi samaan magneetiin tarvitaan yleensä erittäin herkkiä analyyttisiä vaakoja. . Viimeiseen, kolmanteen luokkaan kuuluvat niin sanotut diamagneettiset aineet. Niitä hylkii sähkömagneetti, ts. diamagneetteihin vaikuttava voima on suunnattu vastakkaiseen suuntaan kuin ferro- ja paramagneetteihin vaikuttava voima.

Magneettisten ominaisuuksien mittaus.

Magneettisten ominaisuuksien tutkimuksessa kahden tyyppiset mittaukset ovat tärkeimpiä. Ensimmäinen niistä on magneetin lähellä olevaan näytteeseen vaikuttavan voiman mittaus; näin määritetään näytteen magnetointi. Toinen sisältää aineen magnetoitumiseen liittyvien "resonanssitaajuuksien" mittaukset. Atomit ovat pieniä "gyroskooppeja" ja magneettikentässä precessoivat (kuten normaali pyörivä huippu painovoiman synnyttämän vääntömomentin vaikutuksesta) taajuudella, joka voidaan mitata. Lisäksi voima vaikuttaa vapaasti varautuneisiin hiukkasiin, jotka liikkuvat suorassa kulmassa magneettisen induktion linjoihin nähden, sekä johtimessa olevaan elektronivirtaan. Se saa hiukkasen liikkumaan ympyräradalla, jonka säde on annettu

R = mv/eB,

missä m on hiukkasen massa, v- hänen nopeudensa e on sen lataus, ja B on kentän magneettinen induktio. Tällaisen ympyräliikkeen taajuus on yhtä suuri kuin

missä f hertseinä mitattuna e- riipuksissa, m- kilogrammoina, B- Teslassa. Tämä taajuus luonnehtii varautuneiden hiukkasten liikettä aineessa magneettikentässä. Molempia liiketyyppejä (presessio ja liike ympyräradalla) voidaan herättää vuorottelevilla kentillä, joiden resonanssitaajuudet ovat samat kuin tietylle materiaalille ominaiset "luonnolliset" taajuudet. Ensimmäisessä tapauksessa resonanssia kutsutaan magneettiseksi ja toisessa syklotroniksi (ottaen huomioon samankaltaisuus subatomisen hiukkasen syklisen liikkeen kanssa syklotronissa).

Puhuttaessa atomien magneettisista ominaisuuksista, on tarpeen kiinnittää erityistä huomiota niiden kulmaliikemäärään. Magneettikenttä vaikuttaa pyörivään atomidipoliin yrittäen pyörittää sitä ja asettaa sen yhdensuuntaiseksi kentän kanssa. Sen sijaan atomi alkaa precessoida kentän suunnassa (kuva 10) taajuudella, joka riippuu dipolimomentista ja käytetyn kentän voimakkuudesta.

Atomien precessiota ei voida suoraan havaita, koska kaikki näytteen atomit precessoivat eri vaiheessa. Jos kuitenkin käytetään pientä vaihtokenttää, joka on kohtisuorassa jatkuvaan järjestyskenttään nähden, niin precessoivien atomien välille muodostuu tietty vaihesuhde ja niiden kokonaismagneettinen momentti alkaa precessoida taajuudella, joka on yhtä suuri kuin yksilön precession taajuus. magneettiset momentit. Precession kulmanopeudella on suuri merkitys. Yleensä tämä arvo on suuruusluokkaa 10 10 Hz/T elektroneihin liittyvälle magnetisoitumiselle ja luokkaa 10 7 Hz/T atomiytimien positiivisiin varauksiin liittyvälle magnetoitumiselle.

Kaavamainen kaavio ydinmagneettisen resonanssin (NMR) havainnointilaitteistosta on esitetty kuvassa. 11. Tutkittava aine viedään tasaiseen vakiokenttään napojen väliin. Jos RF-kenttä viritetään sitten pienellä kelalla koeputken ympärillä, resonanssi voidaan saavuttaa tietyllä taajuudella, joka on yhtä suuri kuin näytteen kaikkien ydin"gyroskooppien" precessiotaajuus. Mittaukset ovat samanlaisia ​​kuin radiovastaanottimen virittäminen tietyn aseman taajuudelle.

Magneettiresonanssimenetelmien avulla on mahdollista tutkia tiettyjen atomien ja ytimien magneettisten ominaisuuksien lisäksi myös niiden ympäristön ominaisuuksia. Asia on siinä, että kiinteiden aineiden ja molekyylien magneettikentät ovat epähomogeenisia, koska atomivaraukset vääristävät niitä, ja kokeellisen resonanssikäyrän kulun yksityiskohdat määräytyvät sen alueen paikalliskentällä, jossa precessoiva ydin sijaitsee. Tämä mahdollistaa tietyn näytteen rakenteen piirteiden tutkimisen resonanssimenetelmillä.

Magneettisten ominaisuuksien laskeminen.

Maan kentän magneettinen induktio on 0,5×10 -4 T, kun taas vahvan sähkömagneetin napojen välinen kenttä on luokkaa 2 T tai enemmän.

Minkä tahansa virtojen konfiguraation luoma magneettikenttä voidaan laskea käyttämällä Biot-Savart-Laplacen kaavaa virtaelementin luoman kentän magneettiselle induktiolle. Erimuotoisten ääriviivojen ja sylinterimäisten kelojen luoman kentän laskenta on monissa tapauksissa erittäin monimutkaista. Alla on kaavoja useille yksinkertaisille tapauksille. Magneettinen induktio (tesloina) kentässä, jonka muodostaa pitkä suora johdin virralla minä

Magnetoidun rautasauvan kenttä on samanlainen kuin pitkän solenoidin ulkoinen kenttä, jonka ampeerikierrosten määrä pituusyksikköä kohti vastaa magnetoidun sauvan pinnalla olevien atomien virtaa, koska sauvan sisällä olevat virrat kumoavat toisensa. ulos (kuva 12). Ampere-nimellä tällaista pintavirtaa kutsutaan Ampèreksi. Magneettikentän voimakkuus H a, joka syntyy ampeerivirrasta, on yhtä suuri kuin sauvan tilavuuden yksikkömäärän magneettinen momentti M.

Jos solenoidiin laitetaan rautatanko, sen lisäksi, että solenoidivirta luo magneettikentän H, atomidipolien järjestyminen sauvan magnetoidussa materiaalissa saa aikaan magnetisoitumisen M. Tässä tapauksessa kokonaismagneettivuo määräytyy todellisten ja ampeerivirtojen summalla, joten B = m 0(H + H a), tai B = m 0(H+M). Asenne M/H nimeltään magneettinen suskeptio ja se on merkitty kreikkalaisella kirjaimella c; c on dimensioton suure, joka kuvaa materiaalin kykyä magnetoitua magneettikentässä.

Arvo B/H, joka kuvaa materiaalin magneettisia ominaisuuksia, kutsutaan magneettiseksi permeabiliteetiksi ja sitä merkitään m a, ja m a = m 0m, missä m a on ehdoton ja m- suhteellinen läpäisevyys,

Ferromagneettisissa aineissa arvo c voi olla erittäin suuria arvoja - jopa 10 4 ё 10 6 . Arvo c paramagneettisissa materiaaleissa on hieman enemmän kuin nolla ja diamagneettisissa materiaaleissa hieman vähemmän. Vain tyhjiössä ja erittäin heikoilla kentillä ovat suuret c ja m ovat vakioita eivätkä riipu ulkoisesta kentästä. Riippuvuuden induktio B alkaen H on yleensä epälineaarinen, ja sen kuvaajat, ns. magnetointikäyrät eri materiaaleille ja jopa eri lämpötiloissa voivat vaihdella merkittävästi (esimerkkejä tällaisista käyristä on esitetty kuvissa 2 ja 3).

Aineen magneettiset ominaisuudet ovat hyvin monimutkaisia, ja niiden rakenteen perusteellinen ymmärtäminen edellyttää perusteellista analyysiä atomien rakenteesta, niiden vuorovaikutuksista molekyyleissä, niiden törmäyksistä kaasuissa sekä niiden keskinäisestä vaikutuksesta kiinteissä ja nesteissä; nesteiden magneettisia ominaisuuksia on edelleen tutkittu vähiten.

Maapallolla on magneettikenttä, jonka olemassaolon syitä ei ole vahvistettu. Magneettikentässä on kaksi magneettinapaa ja magneettinen akseli. Magneettinapojen sijainti ei ole sama kuin maantieteellisten napojen sijainti. Magneettinapat sijaitsevat pohjoisella ja eteläisellä pallonpuoliskolla epäsymmetrisesti suhteessa toisiinsa. Tältä osin niitä yhdistävä linja - Maan magneettinen akseli muodostaa jopa 11 ° kulman sen pyörimisakselin kanssa.

Maan magnetismille on ominaista magneettinen intensiteetti, deklinaatio ja inklinaatio. Magneettivoimaa mitataan oerstedeinä.

Magneettinen deklinaatio on magneettineulan poikkeamakulma maantieteellisestä meridiaanista tietyssä paikassa. Koska magneettinen neula osoittaa magneettisen meridiaanin suunnan, magneettinen deklinaatio vastaa magneettisen ja maantieteellisen meridiaanin välistä kulmaa. Deklinaatio voi olla itään tai länteen. Viivoja, jotka yhdistävät identtiset deklinaatit kartalla, kutsutaan isogoneiksi. Deklinaatio-isogonia, joka on yhtä suuri kuin nolla, kutsutaan nollamagneettiseksi meridiaaniksi. Isogonit säteilevät magneettisesta napasta eteläisellä pallonpuoliskolla ja konvergoivat pohjoisen pallonpuoliskon magneettisella napalla.

Magneettinen kaltevuus on magneettineulan kaltevuuskulma horisonttiin nähden. Samankaltaisia ​​pisteitä yhdistäviä viivoja kutsutaan isokliiniksi. Nolla-isokliinia kutsutaan magneettiseksi ekvaattoriksi. Isokliinit, kuten yhdensuuntaiset, venyvät leveyssuunnassa ja vaihtelevat 0 - 90°.

Isogonien ja isokliinien tasainen kulku paikoin maan pinnalla on melko jyrkästi häiriintynyt, mikä liittyy magneettisten poikkeamien olemassaoloon. Suuret rautamalmien kertymät voivat toimia tällaisten poikkeavuuksien lähteenä. Suurin magneettinen anomalia on Kursk. Magneettisia poikkeavuuksia voivat aiheuttaa myös maankuoren murtumat - siirrokset, käänteiset siirrokset, joiden seurauksena kivet, joilla on erilaiset magneettiset ominaisuudet, joutuvat kosketuksiin jne. Magneettisia poikkeavuuksia käytetään laajalti mineraaliesiintymien etsimiseen ja maaperän rakenteen tutkimiseen. pohjamaa.

Magneettisten intensiteettien, deklinaatioiden ja inklinaatioiden arvot kokevat päivittäisiä ja maallisia heilahteluja (variaatioita).

Vuorokausivaihtelut johtuvat ionosfäärin auringon ja kuun häiriöistä, ja ne ovat selvempiä kesällä kuin talvella ja enemmän päivällä kuin yöllä. Paljon intensiivisempi

vuosisadan muunnelmia. Uskotaan, että ne johtuvat maan ytimen ylemmissä kerroksissa tapahtuvista muutoksista. Maalliset vaihtelut eri maantieteellisissä kohdissa ovat erilaisia.

Äkilliset, useita päiviä kestävät magneettiset heilahtelut (magneettimyrskyt) liittyvät auringon aktiivisuuteen ja ovat voimakkaimpia korkeilla leveysasteilla.

§ 4. Maan lämpö

Maa saa lämpöä kahdesta lähteestä: Auringosta ja omasta suolistostaan. Maan pinnan lämpötila riippuu lähes kokonaan sen lämmittämisestä Auringosta. Kuitenkin monien tekijöiden vaikutuksesta maan pinnalle pudonnut auringon lämpö jakautuu uudelleen. Maan pinnan eri pisteet vastaanottavat epätasaisen määrän lämpöä johtuen Maan pyörimisakselin kaltevuudesta suhteessa ekliptiikan tasoon.

Lämpötilan vertailua varten otetaan käyttöön käsitteet keskimääräiset päivä-, kuukausi- ja keskimääräiset vuosilämpötilat tietyissä osissa maan pintaa.

Suurimmat lämpötilan vaihtelut kokevat maan ylemmät kerrokset. Syvemmin pinnasta päivittäiset, kuukausittaiset ja vuosittaiset lämpötilanvaihtelut vähenevät vähitellen. Maankuoren paksuutta, jonka sisällä auringon lämpö vaikuttaa kiviin, kutsutaan heliotermiseksi vyöhykkeeksi. Tämän vyöhykkeen syvyys vaihtelee muutamasta metristä 30 metriin.

Auringon lämpövyöhykkeen alla on vakiolämpöinen vyö, johon vuodenajan lämpötilan vaihtelut eivät vaikuta. Moskovan alueella se sijaitsee 20 metrin syvyydessä.

Vakiolämpötilan vyöhykkeen alapuolella on geoterminen vyöhyke. Tällä vyöhykkeellä lämpötila nousee syvyyden myötä maan sisäisen lämmön vuoksi - keskimäärin 1 ° C jokaista 33 metriä kohden. Tätä syvyysväliä kutsutaan "geotermiseksi askeleeksi". Lämpötilan nousua, kun se syvenee maan sisään 100 m, kutsutaan geotermiseksi gradienttiksi. Geotermisen askeleen ja gradientin arvot ovat kääntäen verrannollisia ja erilaisia ​​maapallon eri alueilla. Niiden tulo on vakioarvo ja on 100. Jos esimerkiksi askel on 25 m, niin gradientti on 4 °C.

Erot geotermisen vaiheen arvoissa voivat johtua kivien erilaisesta radioaktiivisuudesta ja lämmönjohtavuudesta, suoliston hydrokemiallisista prosesseista, kivien esiintymisen luonteesta, pohjaveden lämpötilasta sekä etäisyydestä valtameristä ja meristä.

Geotermisen portaan arvo vaihtelee laajalla alueella. Pyatigorskin alueella se on 1,5 m, Leningradissa - 19,6 m, Moskovassa - 38,4 m, Karjalassa - yli 100 m, Volgan alueella ja Bashkiriassa - 50 m jne. 14

Maan sisäisen lämmön päälähde on pääasiassa maankuoreen keskittyneiden aineiden radioaktiivinen hajoaminen. Sen lämmön oletetaan nousevan geotermisen askeleen mukaisesti 15-20 km syvyyteen. Syvemmin geotermisen portaan arvo nousee jyrkästi. Asiantuntijat uskovat, että lämpötila maan keskustassa ei ylitä 4000 ° C. Jos geotermisen portaan arvo pysyisi samana maan keskipisteeseen nähden, niin lämpötila 900 km:n syvyydessä olisi 27 000 °C ja Maan keskustassa noin 193 000 °C.