Pada tahun 1891, ilmuwan Inggris Schuster mencoba menjelaskan magnet bumi rotasinya di sekitar sumbu. Fisikawan terkenal P. N. Lebedev memberikan banyak pekerjaan untuk hipotesis ini. Dia berasumsi bahwa di bawah pengaruh gaya sentrifugal, elektron dalam atom dipindahkan ke permukaan bumi. Dari itu permukaan harus bermuatan negatif, hal ini menyebabkan magnet. Tetapi percobaan dengan rotasi cincin hingga 35 ribu putaran per menit tidak mengkonfirmasi hipotesis - magnet tidak muncul di dalam cincin.

Ilmuwan Inggris W. Gelbert percaya bahwa Bumi terdiri dari batu magnet. Kemudian diputuskan bahwa Bumi termagnetisasi dari Matahari. Perhitungan membantah hipotesis ini.

Mereka mencoba menjelaskan magnetisme Bumi dengan aliran massa di inti logam cairnya. Namun, hipotesis ini sendiri bersandar pada hipotesis inti cair Bumi. Banyak ilmuwan percaya bahwa intinya padat dan sama sekali bukan besi.

Pada tahun 1947, P. Bleket (Inggris) mengemukakan bahwa adanya medan magnet pada benda yang berputar adalah hukum alam yang tidak diketahui. Blacket mencoba membangun ketergantungan magnetisme pada kecepatan rotasi benda.

Pada saat itu, diketahui data tentang kecepatan rotasi dan medan magnet tiga benda langit - Bumi, Matahari, dan Kurcaci Putih - bintang E78 dari konstelasi Virgo.

Medan magnet tubuh dicirikan oleh momen magnetnya, rotasi tubuh - oleh momentum sudut (dengan mempertimbangkan ukuran dan massa tubuh). Telah lama diketahui bahwa momen magnetik Bumi dan Matahari terkait satu sama lain dengan cara yang sama seperti momen sudutnya. Bintang E78 mengamati proporsionalitas ini! Oleh karena itu menjadi jelas bahwa ada hubungan langsung antara rotasi benda langit dan daya magnetnya.

Seseorang mendapat kesan bahwa rotasi bendalah yang menyebabkan magnetisme. Blacket mencoba membuktikan secara eksperimental keberadaan hukum yang dia usulkan. Untuk percobaan, dibuat tabung emas seberat 20 kg. Eksperimen paling halus dengan silinder yang disebutkan tidak menghasilkan apa-apa. Silinder emas non-magnetik tidak menunjukkan tanda-tanda magnet.

Sekarang momentum magnetik dan sudut telah ditetapkan untuk Jupiter, dan juga pendahuluan untuk Venus. Dan lagi, medan magnet mereka, dibagi dengan momentum sudut, dekat dengan bilangan Blacket. Setelah koefisien kebetulan seperti itu, sulit untuk menghubungkan masalah ini dengan kebetulan.

Jadi apa - rotasi Bumi membangkitkan medan magnet, atau magnet Bumi menyebabkan rotasinya? Untuk beberapa alasan, para ilmuwan selalu percaya bahwa rotasi telah melekat di Bumi sejak pembentukannya. Apakah begitu? Atau mungkin tidak. Analogi dengan pengalaman televisi kita menimbulkan pertanyaan: apakah karena Bumi berputar pada porosnya, seperti magnet besar, ia berada dalam aliran partikel bermuatan? Aliran ini terutama terdiri dari inti hidrogen (proton), helium (partikel alfa). Elektron tidak diamati di " ", mereka mungkin terbentuk dalam perangkap magnet pada saat tumbukan sel-sel dan lahir dalam kaskade di zona medan magnet bumi.

Hubungan magnetisme Bumi dengan intinya sekarang cukup jelas. Perhitungan para ilmuwan menunjukkan bahwa Bulan tidak memiliki inti fluida, sehingga seharusnya juga tidak memiliki medan magnet. Memang, pengukuran menggunakan roket luar angkasa telah menunjukkan bahwa Bulan tidak memiliki medan magnet yang cukup besar di sekitarnya.

Data menarik diperoleh sebagai hasil pengamatan arus terestrial di Kutub Utara dan Antartika. Intensitas arus listrik terestrial di sana sangat tinggi. Ini puluhan dan ratusan kali lebih tinggi daripada intensitas di garis lintang tengah. Fakta ini menunjukkan bahwa masuknya elektron dari cincin perangkap magnet Bumi memasuki Bumi secara intens melalui tutup kutub di zona kutub magnet, seperti, misalnya, dalam percobaan dengan .

Pada saat aktivitas matahari meningkat, arus listrik terestrial juga meningkat. Sekarang, mungkin, dapat dianggap mapan bahwa arus listrik di Bumi disebabkan oleh arus massa inti Bumi dan masuknya elektron ke Bumi dari luar angkasa, terutama dari cincin radiasinya.

Jadi, arus listrik menyebabkan magnet Bumi, dan magnet Bumi, pada gilirannya, jelas membuat Bumi kita berputar. Sangat mudah untuk menebak bahwa kecepatan rotasi bumi akan tergantung pada rasio partikel bermuatan negatif dan positif yang ditangkap oleh medan magnetnya dari luar, dan juga lahir di dalam medan magnet bumi.

Bumi memiliki medan magnet, yang alasan keberadaannya belum ditetapkan. Medan magnet memiliki dua kutub magnet dan satu sumbu magnet. Posisi kutub magnet tidak sesuai dengan posisi geografisnya. Kutub magnet terletak di belahan bumi utara dan selatan secara asimetris relatif satu sama lain. Dalam hal ini, garis yang menghubungkan mereka - sumbu magnet Bumi membentuk sudut hingga 11 ° dengan sumbu rotasinya.

Kemagnetan bumi dicirikan oleh intensitas magnet, deklinasi, dan kemiringan. Kekuatan magnet diukur dalam oersteds.

Deklinasi magnetik adalah sudut deviasi jarum magnet dari meridian geografis di lokasi tertentu. Karena jarum magnet menunjukkan arah meridian magnetik, deklinasi magnetik akan sesuai dengan sudut antara meridian magnetik dan geografis. Kemunduran bisa ke timur atau barat. Garis yang menghubungkan deklinasi identik pada peta disebut isogon. Isogon deklinasi sama dengan nol disebut meridian magnetik nol. Isogon memancar dari kutub magnet di belahan bumi selatan dan bertemu di kutub magnet di belahan bumi utara.

Kemiringan magnet adalah sudut kemiringan jarum magnet terhadap cakrawala. Garis-garis yang menghubungkan titik-titik yang sama kemiringannya disebut isoklin. Nol isoklin disebut ekuator magnetik. Isoclines, seperti paralel, membentang dalam arah garis lintang dan bervariasi dari 0 hingga 90 °.

Kelancaran isogon dan isoklin di beberapa tempat di permukaan bumi terganggu cukup tajam, yang dikaitkan dengan adanya anomali magnetik. Akumulasi bijih besi yang besar dapat menjadi sumber anomali tersebut. Anomali magnetik terbesar adalah Kursk. Anomali magnetik juga dapat disebabkan oleh pecahnya kerak bumi - sesar, sesar balik, akibatnya batuan dengan karakteristik magnetik yang berbeda bersentuhan, dll. Anomali magnetik banyak digunakan untuk mencari deposit mineral dan mempelajari struktur batuan. lapisan tanah sebelah bawah.

Nilai intensitas magnet, deklinasi dan inklinasi mengalami fluktuasi (variasi) harian dan sekuler.

Variasi diurnal disebabkan oleh gangguan ionosfer matahari dan bulan dan lebih banyak muncul di musim panas daripada di musim dingin, dan lebih banyak di siang hari daripada di malam hari. Jauh lebih intens

variasi abad. Diyakini bahwa mereka disebabkan oleh perubahan yang terjadi di lapisan atas inti bumi. Variasi sekuler di berbagai titik geografis berbeda.

Tiba-tiba, berlangsung beberapa hari, fluktuasi magnetik (badai magnetik) dikaitkan dengan aktivitas matahari dan paling intens di lintang tinggi.

4. Panas Bumi

Bumi menerima panas dari dua sumber: dari Matahari dan dari perutnya sendiri. Keadaan termal permukaan bumi hampir seluruhnya bergantung pada pemanasannya oleh Matahari. Namun, di bawah pengaruh banyak faktor, terjadi redistribusi panas matahari yang jatuh ke permukaan bumi. Titik yang berbeda di permukaan bumi menerima jumlah panas yang tidak sama karena posisi miring sumbu rotasi bumi relatif terhadap bidang ekliptika.

Untuk membandingkan kondisi suhu, konsep suhu rata-rata harian, rata-rata bulanan, dan tahunan rata-rata di bagian tertentu dari permukaan bumi diperkenalkan.

Fluktuasi suhu tertinggi dialami oleh lapisan atas bumi. Lebih dalam dari permukaan, fluktuasi suhu harian, bulanan dan tahunan secara bertahap menurun. Ketebalan kerak bumi, di mana batuan dipengaruhi oleh panas matahari, disebut zona heliothermal. Kedalaman zona ini bervariasi dari beberapa meter hingga 30 m.

Di bawah zona panas matahari ada sabuk suhu konstan, di mana fluktuasi suhu musiman tidak mempengaruhi. Di wilayah Moskow, terletak di kedalaman 20 m.

Di bawah sabuk suhu konstan adalah zona panas bumi. Di zona ini, suhu naik dengan kedalaman karena panas internal Bumi - rata-rata 1 ° C untuk setiap 33 m Interval kedalaman ini disebut "langkah panas bumi". Kenaikan suhu saat pendalaman ke dalam Bumi sebesar 100 m disebut gradien panas bumi. Nilai langkah dan gradien panas bumi berbanding terbalik dan berbeda untuk berbagai wilayah di Bumi. Produk mereka adalah nilai konstan dan sama dengan 100. Jika, misalnya, langkahnya adalah 25 m, maka gradiennya adalah 4 °C.

Perbedaan nilai langkah panas bumi dapat disebabkan oleh perbedaan radioaktivitas dan konduktivitas termal batuan, proses hidrokimia dalam perut, sifat terjadinya batuan, suhu air tanah, dan keterpencilan dari lautan dan lautan.

Nilai langkah panas bumi bervariasi dalam rentang yang luas. Di wilayah Pyatigorsk adalah 1,5 m, Leningrad - 19,6 m, Moskow - 38,4 m, di Karelia - lebih dari 100 m, di wilayah wilayah Volga dan Bashkiria - 50 m, dll. 14

Sumber utama panas internal Bumi adalah peluruhan radioaktif zat yang terkonsentrasi terutama di kerak bumi. Diasumsikan bahwa panas di dalamnya meningkat sesuai dengan langkah panas bumi hingga kedalaman 15-20 km. Lebih dalam ada peningkatan tajam dalam nilai langkah panas bumi. Para ahli percaya bahwa suhu di pusat Bumi tidak melebihi 4000 ° C. Jika besarnya langkah panas bumi tetap sama ke pusat Bumi, maka suhu di kedalaman 900 km akan menjadi 27.000 °C, dan di pusat Bumi akan mencapai sekitar 193.000 °C.

Bumi memiliki medan magnet, yang dimanifestasikan dengan jelas dalam tumbukan pada jarum magnet. Digantung bebas di luar angkasa, dipasang di sembarang tempat ke arah garis gaya magnet yang bertemu di kutub magnet.

Kutub magnet bumi tidak sejajar dan perlahan berubah lokasinya. Saat ini, mereka berada di utara dan di. Garis-garis gaya yang bergerak dari satu kutub ke kutub lainnya disebut magnet. Mereka tidak bertepatan dengan arah geografis, dan tidak secara ketat menunjukkan arah utara-selatan. Sudut antara magnet dan disebut deklinasi magnetik. Ini adalah timur (positif) dan barat (negatif). Dengan deklinasi timur, panah menyimpang ke timur meridian geografis, dengan deklinasi barat, panah menyimpang ke barat.

Jarum magnet yang tergantung bebas tetap horizontal hanya pada garis ekuator magnetik. Itu tidak bertepatan dengan satu geografis dan surut dari itu ke selatan di belahan bumi barat dan ke utara di belahan bumi timur. Di sebelah utara ekuator magnet, ujung utara jarum magnet turun, dan semakin jauh jarak ke kutub magnet semakin kecil. Di kutub magnet belahan bumi utara, panah menjadi vertikal, dengan ujung utara ke bawah. Di selatan ekuator magnetik, sebaliknya, ujung selatan panah condong ke bawah. Sudut yang dibentuk oleh jarum magnet dengan bidang mendatar disebut kemiringan magnet. Itu bisa utara atau selatan. Inklinasi magnetik bervariasi dari 0 ° di ekuator magnetik hingga 90 ° di kutub magnet. Deklinasi dan inklinasi magnetik mencirikan arah garis-garis medan magnet di setiap titik pada saat tertentu.Ada medan magnet bumi yang konstan dan bolak-balik. Konstanta ini disebabkan oleh magnetisme planet itu sendiri. Gagasan tentang keadaan medan magnet permanen Bumi disediakan oleh peta magnetik. Mereka hanya tetap akurat selama beberapa tahun, karena deklinasi magnetik dan deklinasi magnetik berubah terus menerus, meskipun sangat lambat. Biasanya, kartu magnetik dikompilasi setiap lima tahun sekali.

Anomali magnetik - penyimpangan deklinasi dan kemiringan magnetik dari nilai rata-ratanya untuk lokasi tertentu. Mereka dapat mencakup area yang luas, dalam hal ini disebut regional, atau kecil, dalam hal ini disebut lokal. Contoh anomali magnetik regional adalah . Deklinasi barat ditemukan di sini bukan timur. Medan magnet anomali ini meluruh sangat lambat dengan ketinggian. Menurut data satelit buatan Bumi, pengaruh Anomali Magnetik di ketinggian berkurang sangat sedikit. Contoh lokal adalah anomali magnetik Kursk, yang menciptakan kekuatan medan magnet 5 kali lebih besar dari kekuatan rata-rata medan magnet bumi.

Sebagian besar anomali dijelaskan oleh terjadinya mengandung.

Badai magnet adalah gangguan medan magnet yang sangat kuat, dimanifestasikan dalam penyimpangan cepat jarum magnet dari posisi normalnya. Badai magnet disebabkan oleh semburan matahari dan penetrasi yang menyertainya ke Bumi dan partikel bermuatan listriknya. Pada tanggal 23 Februari 1956, sebuah ledakan terjadi di Matahari. Itu berlangsung beberapa menit, dan badai magnet pecah di Bumi, akibatnya pengoperasian stasiun radio terganggu selama 2 jam, kabel telepon transatlantik rusak untuk beberapa waktu. Hasil dari badai magnet adalah.

Medan magnet bumi meluas ke atas hingga ketinggian sekitar 90.000 km. Hingga ketinggian 44 ribu km, besarnya medan magnet bumi berkurang. Di lapisan dari 44 ribu km hingga 80 ribu km, medan magnet tidak stabil, fluktuasi tajam terus-menerus terjadi di dalamnya. Di atas 80 ribu km, intensitas medan magnet turun dengan cepat.Medan magnet bumi membelokkan atau menangkap partikel bermuatan yang terbang dari Matahari atau terbentuk ketika sinar kosmik bekerja pada atom atau molekul udara. Partikel bermuatan yang terperangkap dalam medan magnet bumi membentuk sabuk radiasi. Seluruh wilayah ruang dekat Bumi, di mana terdapat partikel bermuatan yang ditangkap oleh medan magnet Bumi, disebut magnetosfer.

Distribusi medan magnet di atas permukaan bumi terus berubah. Ia perlahan bergerak ke barat. Pada awal abad ke-19, meridian magnetik deklinasi nol melewati dekat Moskow, pada awal abad ke-20 ia pindah, dan sekarang terletak di perbatasan barat. Posisi kutub magnet juga berubah.

Magnetisme sangat penting secara praktis. Dengan menggunakan jarum magnet, tentukan arah sepanjang. Untuk melakukan ini, selalu perlu untuk mengoreksi deklinasi magnetik dalam pembacaan kompas. Koneksi elemen magnetik dengan struktur geologis berfungsi sebagai dasar untuk metode eksplorasi magnetik.

Ada dua jenis magnet yang berbeda. Beberapa yang disebut magnet permanen, terbuat dari bahan "magnet keras". Sifat magnetiknya tidak terkait dengan penggunaan sumber atau arus eksternal. Jenis lain termasuk yang disebut elektromagnet dengan inti besi "magnetik lunak". Medan magnet yang diciptakan oleh mereka terutama disebabkan oleh fakta bahwa arus listrik melewati kawat belitan yang menutupi inti.

Kutub magnet dan medan magnet.

Sifat magnetik magnet batang paling terlihat di dekat ujungnya. Jika magnet semacam itu digantungkan di bagian tengah sehingga dapat berputar bebas pada bidang horizontal, maka ia akan mengambil posisi yang kira-kira sesuai dengan arah dari utara ke selatan. Ujung batang yang mengarah ke utara disebut kutub utara, dan ujung yang berlawanan disebut kutub selatan. Kutub dua magnet yang berlawanan akan saling tarik menarik, sedangkan kutub yang sejenis akan saling tolak menolak.

Jika sebatang besi yang tidak termagnetisasi didekatkan dengan salah satu kutub magnet, kutub tersebut akan menjadi magnet untuk sementara. Dalam hal ini, kutub dari batang magnet yang paling dekat dengan kutub magnet akan berseberangan namanya, dan yang terjauh akan memiliki nama yang sama. Daya tarik antara kutub magnet dan kutub berlawanan yang diinduksi olehnya di batang menjelaskan aksi magnet. Beberapa bahan (seperti baja) sendiri menjadi magnet permanen yang lemah setelah berada di dekat magnet permanen atau elektromagnet. Sebuah batang baja dapat dimagnetisasi hanya dengan melewatkan ujung magnet permanen di ujungnya.

Jadi, magnet menarik magnet lain dan benda-benda yang terbuat dari bahan magnetik tanpa bersentuhan dengannya. Tindakan seperti itu di kejauhan dijelaskan oleh adanya medan magnet di ruang di sekitar magnet. Beberapa gambaran tentang intensitas dan arah medan magnet ini dapat diperoleh dengan menuangkan serbuk besi pada selembar karton atau kaca yang diletakkan di atas magnet. Serbuk gergaji akan berbaris dalam rantai ke arah lapangan, dan kerapatan garis serbuk gergaji akan sesuai dengan intensitas bidang ini. (Mereka paling tebal di ujung magnet, di mana intensitas medan magnet terbesar.)

M. Faraday (1791–1867) memperkenalkan konsep garis induksi tertutup untuk magnet. Garis-garis induksi keluar dari magnet di kutub utara ke ruang sekitarnya, masuk ke magnet di kutub selatan, dan lewat di dalam bahan magnet dari kutub selatan kembali ke utara, membentuk loop tertutup. Jumlah garis induksi yang keluar dari magnet disebut fluks magnet. Kerapatan fluks magnet, atau induksi magnet ( PADA) sama dengan jumlah garis induksi yang melalui garis normal melalui luas dasar satuan ukuran.

Induksi magnetik menentukan gaya yang dengannya medan magnet bekerja pada konduktor pembawa arus yang terletak di dalamnya. Jika penghantar yang dialiri arus Saya, terletak tegak lurus dengan garis induksi, maka menurut hukum Ampere, gaya F, yang bekerja pada konduktor, tegak lurus terhadap medan dan konduktor dan sebanding dengan induksi magnet, kuat arus dan panjang konduktor. Jadi, untuk induksi magnetik B kamu bisa menulis ekspresi

di mana F adalah gaya dalam newton, Saya- arus dalam ampere, aku- panjang dalam meter. Satuan ukuran untuk induksi magnet adalah tesla (T).

Galvanometer.

Galvanometer adalah perangkat sensitif untuk mengukur arus lemah. Galvanometer menggunakan torsi yang dihasilkan oleh interaksi magnet permanen berbentuk tapal kuda dengan kumparan pembawa arus kecil (elektromagnet lemah) yang tergantung di celah antara kutub magnet. Torsi, dan karenanya defleksi koil, sebanding dengan arus dan induksi magnet total di celah udara, sehingga skala instrumen hampir linier dengan defleksi kecil koil.

Gaya magnet dan kuat medan magnet.

Selanjutnya, satu kuantitas lagi harus diperkenalkan yang mencirikan efek magnetik dari arus listrik. Mari kita asumsikan bahwa arus melewati kawat kumparan panjang, di mana bahan yang dapat dimagnetisasi berada. Gaya magnetisasi adalah hasil kali arus listrik dalam kumparan dan jumlah lilitannya (gaya ini diukur dalam ampere, karena jumlah lilitan adalah besaran tak berdimensi). Kekuatan medan magnet H sama dengan gaya magnetisasi per satuan panjang kumparan. Jadi, nilai H diukur dalam ampere per meter; itu menentukan magnetisasi yang diperoleh oleh bahan di dalam koil.

Dalam induksi magnetik vakum B sebanding dengan kekuatan medan magnet H:

di mana m 0 - disebut. konstanta magnet yang memiliki nilai universal 4 p Bab 10 –7 J/m. Dalam banyak bahan, nilai B kira-kira proporsional H. Namun, dalam bahan feromagnetik, rasio antara B dan H agak lebih rumit (yang akan dibahas di bawah).

pada gambar. Gambar 1 menunjukkan elektromagnet sederhana yang dirancang untuk menangkap beban. Sumber energinya adalah baterai DC. Gambar tersebut juga menunjukkan garis gaya medan elektromagnet, yang dapat dideteksi dengan metode serbuk besi biasa.

Elektromagnet besar dengan inti besi dan jumlah belitan ampere yang sangat besar, yang beroperasi dalam mode kontinu, memiliki gaya magnetisasi yang besar. Mereka menciptakan induksi magnet hingga 6 T di celah antara kutub; induksi ini hanya dibatasi oleh tekanan mekanis, pemanasan kumparan dan saturasi magnetik inti. Sejumlah elektromagnet raksasa (tanpa inti) dengan pendingin air, serta instalasi untuk menciptakan medan magnet berdenyut, dirancang oleh P.L. Massachusetts Institute of Technology. Pada magnet seperti itu dimungkinkan untuk mencapai induksi hingga 50 T. Elektromagnet yang relatif kecil, menghasilkan medan hingga 6,2 T, mengonsumsi daya listrik 15 kW dan didinginkan oleh hidrogen cair, dikembangkan di Laboratorium Nasional Losalamos. Bidang serupa diperoleh pada suhu kriogenik.

Permeabilitas magnetik dan perannya dalam magnet.

Permeabilitas magnetik m adalah nilai yang mencirikan sifat magnetik material. Logam feromagnetik Fe, Ni, Co dan paduannya memiliki permeabilitas maksimum yang sangat tinggi - dari 5000 (untuk Fe) hingga 800.000 (untuk supermalloy). Dalam bahan seperti itu pada kekuatan medan yang relatif rendah H induksi besar terjadi B, tetapi hubungan antara kuantitas ini, secara umum, non-linier karena fenomena saturasi dan histeresis, yang dibahas di bawah ini. Bahan feromagnetik sangat tertarik oleh magnet. Mereka kehilangan sifat magnetiknya pada suhu di atas titik Curie (770 ° C untuk Fe, 358 ° C untuk Ni, 1120 ° C untuk Co) dan berperilaku seperti paramagnet, yang induksi B hingga nilai tegangan yang sangat tinggi H sebanding dengan itu - persis sama seperti yang terjadi dalam ruang hampa. Banyak unsur dan senyawa bersifat paramagnetik pada semua suhu. Zat paramagnetik dicirikan oleh magnetisasi dalam medan magnet luar; jika bidang ini dimatikan, paramagnet kembali ke keadaan tidak termagnetisasi. Magnetisasi dalam feromagnet dipertahankan bahkan setelah medan luar dimatikan.

pada gambar. Gambar 2 menunjukkan loop histeresis tipikal untuk bahan feromagnetik yang keras secara magnetis (kerugian tinggi). Ini mencirikan ketergantungan ambigu dari magnetisasi bahan yang dipesan secara magnetis pada kekuatan medan magnet. Dengan peningkatan kekuatan medan magnet dari titik awal (nol) ( 1 ) magnetisasi mengikuti garis putus-putus 1 –2 , dan nilai m berubah secara signifikan sebagai magnetisasi sampel meningkat. Pada intinya 2 saturasi tercapai, yaitu dengan peningkatan lebih lanjut dalam intensitas, magnetisasi tidak lagi meningkat. Jika kita sekarang secara bertahap menurunkan nilainya H ke nol, maka kurva B(H) tidak lagi mengikuti jalan yang sama, tetapi melewati titik 3 , mengungkapkan, seolah-olah, "memori" materi tentang "sejarah masa lalu", maka nama "histeresis". Jelas, dalam hal ini, beberapa magnetisasi sisa dipertahankan (segmen 1 –3 ). Setelah mengubah arah medan magnet menjadi kebalikannya, kurva PADA (H) melewati titik 4 , dan segmen ( 1 )–(4 ) sesuai dengan gaya koersif yang mencegah demagnetisasi. Pertumbuhan nilai lebih lanjut (- H) memimpin kurva histeresis ke kuadran ketiga - bagian 4 –5 . Penurunan selanjutnya dalam nilai (- H) menjadi nol dan kemudian meningkatkan nilai positif H akan menutup loop histeresis melalui poin 6 , 7 dan 2 .

Bahan keras secara magnetis dicirikan oleh loop histeresis lebar yang mencakup area signifikan pada diagram dan oleh karena itu sesuai dengan nilai besar magnetisasi residu (induksi magnetik) dan gaya koersif. Loop histeresis sempit (Gbr. 3) adalah karakteristik bahan magnetik lunak seperti baja ringan dan paduan khusus dengan permeabilitas magnetik tinggi. Paduan semacam itu dibuat untuk mengurangi kehilangan energi karena histeresis. Sebagian besar paduan khusus ini, seperti ferit, memiliki hambatan listrik yang tinggi, yang tidak hanya mengurangi kerugian magnetik, tetapi juga kerugian listrik akibat arus eddy.

Bahan magnetik dengan permeabilitas tinggi diproduksi dengan anil, dilakukan pada suhu sekitar 1000 ° C, diikuti oleh temper (pendinginan bertahap) ke suhu kamar. Dalam hal ini, perlakuan mekanis dan termal pendahuluan, serta tidak adanya pengotor dalam sampel, sangat signifikan. Untuk inti transformator pada awal abad ke-20. baja silikon dikembangkan, nilainya m yang meningkat dengan meningkatnya kandungan silikon. Antara 1915 dan 1920, permalloy (paduan Ni dengan Fe) muncul dengan karakteristik loop histeresis sempit dan hampir persegi panjang. Nilai permeabilitas magnetik yang sangat tinggi m untuk nilai kecil H paduan hypernic (50% Ni, 50% Fe) dan mu-metal (75% Ni, 18% Fe, 5% Cu, 2% Cr) berbeda, sedangkan dalam perminvar (45% Ni, 30% Fe, 25% Co ) nilai m praktis konstan selama berbagai perubahan kekuatan medan. Di antara bahan magnetik modern, kita harus menyebutkan supermalloy, paduan dengan permeabilitas magnetik tertinggi (mengandung 79% Ni, 15% Fe, dan 5% Mo).

Teori kemagnetan.

Untuk pertama kalinya, gagasan bahwa fenomena magnetik pada akhirnya direduksi menjadi fenomena listrik muncul dari Ampere pada tahun 1825, ketika ia mengungkapkan gagasan arus mikro internal tertutup yang beredar di setiap atom magnet. Namun, tanpa konfirmasi eksperimental tentang keberadaan arus seperti itu dalam materi (elektron ditemukan oleh J. Thomson hanya pada tahun 1897, dan deskripsi struktur atom diberikan oleh Rutherford dan Bohr pada tahun 1913), teori ini “memudar”. ”. Pada tahun 1852, W. Weber menyarankan bahwa setiap atom dari zat magnetik adalah magnet kecil, atau dipol magnet, sehingga magnetisasi lengkap suatu zat dicapai ketika semua magnet atom individu berbaris dalam urutan tertentu (Gbr. 4 , b). Weber percaya bahwa "gesekan" molekuler atau atom membantu magnet dasar ini untuk mempertahankan keteraturannya meskipun ada pengaruh getaran termal yang mengganggu. Teorinya mampu menjelaskan magnetisasi benda setelah kontak dengan magnet, serta demagnetisasi mereka pada benturan atau pemanasan; akhirnya, "perkalian" magnet juga dijelaskan ketika jarum magnet atau batang magnet dipotong-potong. Namun teori ini tidak menjelaskan asal mula magnet elementer itu sendiri, atau fenomena saturasi dan histeresis. Teori Weber diperbaiki pada tahun 1890 oleh J. Eveving, yang menggantikan hipotesis gesekan atomnya dengan gagasan gaya pembatas antar atom yang membantu mempertahankan urutan dipol elementer yang membentuk magnet permanen.

Pendekatan terhadap masalah, yang pernah diusulkan oleh Ampère, mendapat kehidupan kedua pada tahun 1905, ketika P. Langevin menjelaskan perilaku bahan paramagnetik dengan menghubungkan setiap atom dengan arus elektron internal yang tidak terkompensasi. Menurut Langevin, arus inilah yang membentuk magnet kecil, berorientasi secara acak ketika medan eksternal tidak ada, tetapi memperoleh orientasi yang teratur setelah penerapannya. Dalam hal ini, pendekatan untuk menyelesaikan pemesanan sesuai dengan saturasi magnetisasi. Selain itu, Langevin memperkenalkan konsep momen magnetik, yang untuk magnet atom tunggal sama dengan produk "muatan magnet" kutub dan jarak antar kutub. Dengan demikian, lemahnya magnetisme bahan paramagnetik disebabkan oleh momen magnet total yang diciptakan oleh arus elektron yang tidak terkompensasi.

Pada tahun 1907, P. Weiss memperkenalkan konsep "domain", yang menjadi kontribusi penting bagi teori magnetisme modern. Weiss membayangkan domain sebagai "koloni" kecil atom, di mana momen magnetik semua atom, untuk beberapa alasan, dipaksa untuk mempertahankan orientasi yang sama, sehingga setiap domain termagnetisasi hingga jenuh. Domain terpisah dapat memiliki dimensi linier orde 0,01 mm dan, karenanya, volume orde 10–6 mm 3 . Domain dipisahkan oleh apa yang disebut dinding Bloch, yang ketebalannya tidak melebihi 1000 dimensi atom. "Dinding" dan dua domain yang berorientasi berlawanan ditunjukkan secara skematis pada Gambar. 5. Dinding seperti itu adalah "lapisan transisi" di mana arah magnetisasi domain berubah.

Dalam kasus umum, tiga bagian dapat dibedakan pada kurva magnetisasi awal (Gbr. 6). Pada bagian awal, dinding, di bawah aksi medan eksternal, bergerak melalui ketebalan zat sampai menemukan cacat kisi kristal, yang menghentikannya. Dengan meningkatkan kekuatan medan, dinding dapat dipaksa untuk bergerak lebih jauh melalui bagian tengah di antara garis putus-putus. Jika setelah itu kuat medan kembali diturunkan menjadi nol, maka dinding tidak lagi kembali ke posisi semula, sehingga sampel akan tetap termagnetisasi sebagian. Ini menjelaskan histeresis magnet. Pada akhir kurva, proses berakhir dengan saturasi magnetisasi sampel karena pengurutan magnetisasi dalam domain tidak teratur terakhir. Proses ini hampir sepenuhnya reversibel. Kekerasan magnetik ditunjukkan oleh bahan-bahan di mana kisi atom mengandung banyak cacat yang mencegah pergerakan dinding interdomain. Ini dapat dicapai dengan pemrosesan mekanis dan termal, misalnya dengan mengompresi dan kemudian mensinter bahan bubuk. Dalam paduan alnico dan analognya, hasil yang sama dicapai dengan menggabungkan logam menjadi struktur yang kompleks.

Selain bahan paramagnetik dan feromagnetik, terdapat bahan-bahan yang disebut dengan sifat antiferromagnetik dan ferrimagnetik. Perbedaan antara jenis magnetisme ini diilustrasikan pada Gambar. 7. Berdasarkan konsep domain, paramagnetisme dapat dianggap sebagai fenomena karena adanya kelompok kecil dipol magnetik dalam materi, di mana dipol individu berinteraksi sangat lemah satu sama lain (atau tidak berinteraksi sama sekali) dan oleh karena itu , dengan tidak adanya medan eksternal, mereka hanya mengambil orientasi acak (Gbr. 7, sebuah). Dalam bahan feromagnetik, dalam setiap domain, ada interaksi yang kuat antara dipol individu, yang mengarah ke keselarasan paralel yang teratur (Gbr. 7, b). Dalam bahan antiferromagnetik, sebaliknya, interaksi antara dipol individu mengarah ke keselarasan antiparalel mereka, sehingga momen magnetik total setiap domain adalah nol (Gbr. 7, di). Akhirnya, dalam bahan ferrimagnetik (misalnya, ferit) ada pemesanan paralel dan antiparalel (Gbr. 7, G), menghasilkan magnetisme yang lemah.

Ada dua konfirmasi eksperimental yang meyakinkan tentang keberadaan domain. Yang pertama adalah yang disebut efek Barkhausen, yang kedua adalah metode figur bubuk. Pada tahun 1919, G. Barkhausen menetapkan bahwa ketika medan eksternal diterapkan pada sampel bahan feromagnetik, magnetisasinya berubah dalam bagian-bagian kecil yang terpisah. Dari sudut pandang teori domain, ini tidak lebih dari kemajuan seperti lompatan dari dinding interdomain, yang menemui cacat individu yang menahannya di jalan. Efek ini biasanya dideteksi menggunakan kumparan di mana batang atau kawat feromagnetik ditempatkan. Jika magnet yang kuat secara bergantian dibawa ke sampel dan dikeluarkan darinya, sampel akan termagnetisasi dan termagnetisasi ulang. Perubahan seperti lompatan dalam magnetisasi sampel mengubah fluks magnet melalui koil, dan arus induksi tereksitasi di dalamnya. Tegangan yang muncul dalam hal ini dalam koil diperkuat dan diumpankan ke input sepasang headphone akustik. Klik yang dirasakan melalui headphone menunjukkan perubahan magnetisasi yang tiba-tiba.

Untuk mengungkapkan struktur domain magnet dengan metode angka bubuk, setetes suspensi koloid dari bubuk feromagnetik (biasanya Fe 3 O 4) diterapkan pada permukaan bahan magnet yang dipoles dengan baik. Partikel bubuk mengendap terutama di tempat-tempat dengan ketidakhomogenan maksimum medan magnet - pada batas domain. Struktur seperti itu dapat dipelajari di bawah mikroskop. Sebuah metode juga telah diusulkan berdasarkan lewatnya cahaya terpolarisasi melalui bahan feromagnetik transparan.

Teori magnetisme asli Weiss dalam fitur utamanya telah mempertahankan signifikansinya hingga hari ini, namun, setelah menerima interpretasi yang diperbarui berdasarkan konsep putaran elektron yang tidak terkompensasi sebagai faktor yang menentukan magnetisme atom. Hipotesis adanya momen intrinsik elektron diajukan pada tahun 1926 oleh S. Goudsmit dan J. Uhlenbeck, dan saat ini elektron sebagai pembawa spin dianggap sebagai “magnet elementer”.

Untuk memperjelas konsep ini, pertimbangkan (Gbr. 8) atom bebas besi, bahan feromagnetik yang khas. Dua cangkangnya ( K dan L), yang paling dekat dengan nukleus, diisi dengan elektron, dengan dua elektron pada elektron pertama, dan delapan elektron pada elektron kedua. PADA K-kulit, spin salah satu elektron positif, dan yang lainnya negatif. PADA L-kulit (lebih tepatnya, dalam dua subkulitnya), empat dari delapan elektron memiliki spin positif, dan empat lainnya memiliki spin negatif. Dalam kedua kasus tersebut, spin elektron dalam kulit yang sama saling menghilangkan, sehingga momen magnet total adalah nol. PADA M-kulit, situasinya berbeda, karena enam elektron di subkulit ketiga, lima elektron memiliki putaran yang diarahkan ke satu arah, dan hanya yang keenam - di arah lain. Akibatnya, empat putaran yang tidak terkompensasi tetap, yang menentukan sifat magnetik atom besi. (Di luar N-kulit hanya memiliki dua elektron valensi, yang tidak berkontribusi pada magnetisme atom besi.) Magnetisme feromagnet lain, seperti nikel dan kobalt, dijelaskan dengan cara yang sama. Karena atom tetangga dalam sampel besi sangat berinteraksi satu sama lain, dan elektronnya sebagian terkumpul, penjelasan ini harus dianggap hanya sebagai skema deskriptif, tetapi sangat disederhanakan, dari situasi nyata.

Teori magnet atom, berdasarkan spin elektron, didukung oleh dua eksperimen gyromagnetic yang menarik, salah satunya dilakukan oleh A. Einstein dan W. de Haas, dan yang lainnya oleh S. Barnett. Dalam percobaan pertama ini, sebuah silinder bahan feromagnetik ditangguhkan seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 9. Jika arus dilewatkan melalui kawat belitan, maka silinder berputar pada porosnya. Ketika arah arus (dan karenanya medan magnet) berubah, ia berputar ke arah yang berlawanan. Dalam kedua kasus, rotasi silinder disebabkan oleh urutan putaran elektron. Dalam percobaan Barnett, sebaliknya, sebuah silinder gantung, yang dibawa secara tajam ke dalam keadaan berputar, dimagnetisasi tanpa adanya medan magnet. Efek ini dijelaskan oleh fakta bahwa selama rotasi magnet, momen giroskopik dibuat, yang cenderung memutar momen putaran ke arah sumbu rotasinya sendiri.

Untuk penjelasan yang lebih lengkap tentang sifat dan asal usul gaya jarak pendek yang mengatur magnet atom tetangga dan melawan efek tidak teratur dari gerakan termal, kita harus beralih ke mekanika kuantum. Penjelasan mekanika kuantum tentang sifat gaya-gaya ini diusulkan pada tahun 1928 oleh W. Heisenberg, yang mendalilkan adanya interaksi pertukaran antara atom tetangga. Kemudian, G. Bethe dan J. Slater menunjukkan bahwa gaya pertukaran meningkat secara signifikan dengan penurunan jarak antar atom, tetapi setelah mencapai jarak antar atom minimum tertentu, mereka turun ke nol.

SIFAT MAGNETIK BAHAN

Salah satu studi ekstensif dan sistematis pertama tentang sifat magnetik materi dilakukan oleh P. Curie. Dia menemukan bahwa menurut sifat magnetiknya, semua zat dapat dibagi menjadi tiga kelas. Yang pertama termasuk zat dengan sifat magnetik yang diucapkan, mirip dengan besi. Zat semacam itu disebut feromagnetik; medan magnet mereka terlihat pada jarak yang cukup jauh ( cm. lebih tinggi). Zat yang disebut paramagnetik termasuk dalam kelas kedua; sifat magnetik mereka umumnya mirip dengan bahan feromagnetik, tetapi jauh lebih lemah. Misalnya, gaya tarik-menarik ke kutub elektromagnet yang kuat dapat menarik palu besi dari tangan Anda, dan untuk mendeteksi daya tarik zat paramagnetik ke magnet yang sama, biasanya diperlukan neraca analitik yang sangat sensitif. . Yang terakhir, kelas ketiga mencakup apa yang disebut zat diamagnetik. Mereka ditolak oleh elektromagnet, mis. gaya yang bekerja pada diamagnet berlawanan dengan gaya yang bekerja pada ferro dan paramagnet.

Pengukuran sifat magnetik.

Dalam studi sifat magnetik, pengukuran dua jenis adalah yang paling penting. Yang pertama adalah pengukuran gaya yang bekerja pada sampel di dekat magnet; ini adalah bagaimana magnetisasi sampel ditentukan. Yang kedua mencakup pengukuran frekuensi "resonansi" yang terkait dengan magnetisasi materi. Atom adalah "giroskop" kecil dan dalam presesi medan magnet (seperti gasing biasa di bawah pengaruh torsi yang diciptakan oleh gravitasi) pada frekuensi yang dapat diukur. Selain itu, gaya bekerja pada partikel bermuatan bebas yang bergerak tegak lurus terhadap garis induksi magnetik, serta pada arus elektron dalam konduktor. Ini menyebabkan partikel bergerak dalam orbit melingkar, yang jari-jarinya diberikan oleh

R = mv/eB,

di mana m adalah massa partikel, v- kecepatannya e adalah muatannya, dan B adalah induksi magnet medan. Frekuensi gerak melingkar tersebut sama dengan

di mana f diukur dalam hertz e- dalam liontin, m- dalam kilogram, B- di Tesla. Frekuensi ini mencirikan pergerakan partikel bermuatan dalam suatu zat dalam medan magnet. Kedua jenis gerak (presesi dan gerak dalam orbit melingkar) dapat dieksitasi dengan medan bolak-balik dengan frekuensi resonansi yang sama dengan karakteristik frekuensi "alami" dari bahan tertentu. Dalam kasus pertama, resonansi disebut magnetik, dan yang kedua, siklotron (mengingat kesamaan dengan gerakan siklik partikel subatomik dalam siklotron).

Berbicara tentang sifat magnetik atom, perlu memberikan perhatian khusus pada momentum sudutnya. Medan magnet bekerja pada dipol atom yang berputar, mencoba memutarnya dan mengaturnya sejajar dengan medan. Sebagai gantinya, atom mulai melakukan presesi di sekitar arah medan (Gbr. 10) dengan frekuensi yang bergantung pada momen dipol dan kekuatan medan yang diterapkan.

Presesi atom tidak dapat diamati secara langsung, karena semua atom sampel mengalami presesi dalam fase yang berbeda. Namun, jika medan bolak-balik kecil yang diarahkan tegak lurus terhadap medan pengurutan konstan diterapkan, maka hubungan fase tertentu dibuat antara atom-atom yang mendahuluinya, dan momen magnetik totalnya mulai berpresisi dengan frekuensi yang sama dengan frekuensi presesi individu. momen magnetik. Kecepatan sudut presesi sangat penting. Sebagai aturan, nilai ini adalah urutan 10 10 Hz/T untuk magnetisasi yang terkait dengan elektron, dan urutan 10 7 Hz/T untuk magnetisasi yang terkait dengan muatan positif dalam inti atom.

Diagram skematis instalasi untuk mengamati resonansi magnetik nuklir (NMR) ditunjukkan pada gambar. 11. Substansi yang diteliti dimasukkan ke dalam medan konstan yang seragam di antara kutub. Jika medan RF kemudian dieksitasi dengan kumparan kecil di sekitar tabung reaksi, resonansi dapat dicapai pada frekuensi tertentu, sama dengan frekuensi presesi dari semua "giroskop" nuklir sampel. Pengukuran mirip dengan menyetel penerima radio ke frekuensi stasiun tertentu.

Metode resonansi magnetik memungkinkan untuk mempelajari tidak hanya sifat magnetik atom dan inti tertentu, tetapi juga sifat lingkungannya. Intinya adalah bahwa medan magnet dalam padatan dan molekul tidak homogen, karena mereka terdistorsi oleh muatan atom, dan detail dari kurva resonansi eksperimental ditentukan oleh medan lokal di wilayah di mana inti presesi berada. Hal ini memungkinkan untuk mempelajari fitur struktur sampel tertentu dengan metode resonansi.

Perhitungan sifat magnetik.

Induksi magnet medan bumi adalah 0,5 × 10 -4 T, sedangkan medan antara kutub elektromagnet kuat adalah urutan 2 T atau lebih.

Medan magnet yang diciptakan oleh konfigurasi arus apa pun dapat dihitung menggunakan rumus Biot-Savart-Laplace untuk induksi magnet dari medan yang diciptakan oleh elemen arus. Perhitungan medan yang dibuat oleh kontur berbagai bentuk dan gulungan silinder dalam banyak kasus sangat rumit. Di bawah ini adalah rumus untuk sejumlah kasus sederhana. Induksi magnetik (dalam teslas) dari medan yang dibuat oleh kawat lurus panjang dengan arus Saya

Medan magnet batang besi mirip dengan medan luar solenoida panjang dengan jumlah lilitan ampere per satuan panjang sesuai dengan arus dalam atom pada permukaan batang magnet, karena arus di dalam batang membatalkan satu sama lain. keluar (Gbr. 12). Dengan nama Ampere, arus permukaan seperti itu disebut Ampere. Kekuatan medan magnet H a, dibuat oleh arus Ampere, sama dengan momen magnet dari satuan volume batang M.

Jika batang besi dimasukkan ke dalam solenoida, maka selain fakta bahwa arus solenoida menciptakan medan magnet H, urutan dipol atom dalam bahan magnet batang menciptakan magnetisasi M. Dalam hal ini, fluks magnet total ditentukan oleh jumlah arus nyata dan ampere, sehingga B = m 0(H + H a), atau B = m 0(H+M). Sikap M/H ditelepon suseptibilitas magnetik dan dilambangkan dengan huruf Yunani c; c adalah kuantitas tak berdimensi yang mencirikan kemampuan suatu bahan untuk dimagnetisasi dalam medan magnet.

Nilai B/H, yang mencirikan sifat magnetik material, disebut permeabilitas magnetik dan dilambangkan dengan saya, dan saya = m 0m, di mana saya adalah mutlak, dan m- permeabilitas relatif,

Dalam zat feromagnetik, nilai c dapat memiliki nilai yang sangat besar - hingga 10 4 10 6 . Nilai c bahan paramagnetik memiliki sedikit lebih dari nol, dan bahan diamagnetik memiliki sedikit lebih sedikit. Hanya dalam ruang hampa dan di medan yang sangat lemah adalah kuantitas c dan m konstan dan tidak bergantung pada medan luar. Induksi ketergantungan B dari H biasanya non-linier, dan grafiknya, yang disebut. kurva magnetisasi untuk bahan yang berbeda dan bahkan pada suhu yang berbeda dapat berbeda secara signifikan (contoh kurva tersebut ditunjukkan pada Gambar. 2 dan 3).

Sifat magnetik materi sangat kompleks, dan pemahaman menyeluruh tentang strukturnya memerlukan analisis menyeluruh tentang struktur atom, interaksinya dalam molekul, tumbukan dalam gas, dan pengaruh timbal baliknya dalam zat padat dan cair; sifat magnetik cairan masih paling sedikit dipelajari.

Magnetisme terestrial

geomagnetisme, medan magnet Bumi dan ruang dekat Bumi; cabang geofisika yang mempelajari distribusi dalam ruang dan perubahan waktu medan geomagnetik, serta proses geofisika yang terkait dengannya di Bumi dan atmosfer bagian atas.

Pada setiap titik dalam ruang, medan geomagnetik dicirikan oleh vektor intensitas T, besar dan arahnya ditentukan oleh 3 komponen X, Y, Z(utara, timur dan vertikal) dalam sistem koordinat persegi panjang ( Nasi. satu ) atau 3 elemen tanah: komponen horizontal tegangan H, deklinasi magnetik D (Lihat. Deklinasi magnetik) (sudut antara H dan bidang meridian geografis) dan kemiringan magnetik Saya(sudut antara T dan bidang horizon).

Magnetisme Bumi disebabkan oleh aksi sumber permanen yang terletak di dalam Bumi, yang hanya mengalami perubahan (variasi) sekuler yang lambat, dan sumber eksternal (variabel) yang terletak di magnetosfer Bumi dan ionosfer. Dengan demikian, medan geomagnetik utama (utama, magnet Bumi 99%) dan variabel (magnetisme Bumi 1%) dibedakan.

Medan geomagnetik utama (permanen). Untuk mempelajari distribusi spasial medan geomagnetik utama, nilai-nilai diukur di tempat yang berbeda H, D, aku letakkan di peta (peta magnetik) dan hubungkan titik-titik dengan nilai elemen yang sama dengan garis. Garis-garis seperti itu disebut isodinamika, isogon, dan isoklin. Garis (isoklinik) Saya= 0, yaitu, ekuator magnetik tidak bertepatan dengan ekuator geografis. Dengan meningkatnya garis lintang, nilai Saya meningkat menjadi 90 ° di kutub magnet (Lihat Kutub Magnetik). Ketegangan penuh T (Nasi. 2 ) dari ekuator ke kutub meningkat dari 33,4 menjadi 55,7 saya(dari 0,42 hingga 0,70 Oe). Koordinat kutub magnet utara tahun 1970: bujur 101,5° W. D., garis lintang 75,7 ° LU. SH.; kutub magnet selatan: bujur 140,3° BT D., lintang 65,5 ° S. SH. Gambaran kompleks dari distribusi medan geomagnetik pada pendekatan pertama dapat diwakili oleh medan dipol (Lihat Dipol) (eksentrik, dengan offset dari pusat Bumi sekitar 436 km) atau bola magnet homogen, momen magnetnya diarahkan pada sudut 11,5 ° terhadap sumbu rotasi Bumi. Kutub geomagnetik (kutub dari bola magnet seragam) dan kutub magnet menentukan, masing-masing, sistem koordinat geomagnetik (lintang geomagnetik, meridian geomagnetik, ekuator geomagnetik) dan koordinat magnetik (lintang magnetik, meridian magnetik). Penyimpangan distribusi sebenarnya dari medan geomagnetik dari dipol (normal) disebut anomali magnetik (Lihat Anomali magnetik). Bergantung pada intensitas dan ukuran area yang diduduki, ada anomali global yang berasal dari dalam, misalnya, Siberia Timur, Brasil, dll., serta anomali regional dan lokal. Yang terakhir ini dapat disebabkan, misalnya, oleh distribusi mineral feromagnetik yang tidak merata di kerak bumi. Pengaruh anomali dunia mempengaruhi hingga ketinggian magnetisme bumi 0,5 R3 di atas permukaan bumi ( R3- radius bumi). Medan geomagnetik utama bersifat dipol hingga ketinggian magnetisme bumi3 R3.

Ia mengalami variasi sekuler, yang tidak sama di seluruh dunia. Di tempat-tempat variasi sekuler yang paling intens, variasinya mencapai 150γ per tahun (1γ = 10 -5 e). Ada juga penyimpangan anomali magnetik ke arah barat yang sistematis dengan kecepatan sekitar 0,2° per tahun dan perubahan besar dan arah momen magnetik Bumi dengan laju 20γ per tahun. Karena variasi sekuler dan pengetahuan yang tidak memadai tentang medan geomagnetik di wilayah yang luas (laut dan wilayah kutub), maka perlu untuk mengkompilasi ulang peta magnetik. Untuk tujuan ini, survei magnetik global dilakukan di darat, di lautan (di kapal non-magnetik), di ruang udara (survei aeromagnetik) dan di luar angkasa (dengan bantuan satelit Bumi buatan). Untuk pengukuran, mereka menggunakan: Kompas magnetik, teodolit magnetik, timbangan magnetik, inklinator, magnetometer, aeromagnetometer, dan perangkat lainnya. Studi survei tanah dan penyusunan peta semua elemennya memainkan peran penting dalam navigasi laut dan udara, dalam geodesi, dan survei tambang.

Studi tentang medan geomagnetik era masa lalu dilakukan sesuai dengan magnetisasi sisa batuan (lihat Paleomagnetisme), dan untuk periode sejarah - sesuai dengan magnetisasi produk tanah liat yang dipanggang (batu bata, piring keramik, dll.). Studi paleomagnetik menunjukkan bahwa arah medan magnet utama bumi telah berulang kali terbalik di masa lalu. Perubahan terakhir seperti itu terjadi sekitar 0,7 juta tahun yang lalu.

A. D. Shevnin.

Asal medan geomagnetik utama. Untuk menjelaskan asal usul medan geomagnetik utama, banyak hipotesis yang berbeda telah diajukan, termasuk bahkan hipotesis tentang keberadaan hukum alam yang mendasar, yang menyatakan bahwa setiap benda yang berputar memiliki momen magnet. Upaya telah dilakukan untuk menjelaskan medan geomagnetik utama dengan adanya bahan feromagnetik di kerak bumi atau di intinya; pergerakan muatan listrik, yang, berpartisipasi dalam rotasi harian Bumi, menciptakan arus listrik; kehadiran arus di inti bumi yang disebabkan oleh gaya gerak listrik termoelektrik pada batas antara inti dan mantel, dll., dan, akhirnya, aksi yang disebut dinamo hidromagnetik di inti logam cair Bumi. Data modern tentang variasi sekuler dan berbagai perubahan dalam polaritas medan geomagnetik secara memuaskan hanya dijelaskan oleh hipotesis dinamo hidromagnetik (HD). Menurut hipotesis ini, gerakan yang cukup kompleks dan intens dapat terjadi di inti cair konduktif elektrik Bumi, yang mengarah ke eksitasi diri medan magnet, mirip dengan bagaimana arus dan medan magnet dihasilkan dalam dinamo yang tereksitasi sendiri. Tindakan HD didasarkan pada induksi elektromagnetik dalam media bergerak, yang, dalam gerakannya, melintasi garis gaya medan magnet.

Penelitian HD didasarkan pada magnetohydrodynamics (lihat Magnetohydrodynamics). Jika kita menganggap kecepatan materi dalam inti cair Bumi diberikan, maka kita dapat membuktikan kemungkinan mendasar untuk menghasilkan medan magnet selama pergerakan berbagai jenis, baik stasioner maupun non-stasioner, reguler dan turbulen. Medan magnet rata-rata di inti dapat direpresentasikan sebagai jumlah dari dua komponen - medan toroidal PADA dan bidang dunia maya, yang garis gayanya terletak pada bidang meridional ( Nasi. 3 ). Garis-garis medan medan magnet toroidal PADA tertutup di dalam inti bumi dan tidak keluar. Menurut skema HD terestrial yang paling umum, bidang B ratusan kali lebih kuat dari medan yang menembus keluar inti dalam r, yang memiliki bentuk dipol dominan. Rotasi tidak homogen dari cairan konduktif listrik di inti bumi merusak garis medan dalam r dan membentuk garis medan dari mereka PADA(. Pada gilirannya, bidang dalam r dihasilkan karena interaksi induktif dari fluida konduktor yang bergerak secara kompleks dengan medan PADA. Untuk memastikan pembangkitan lapangan dalam r dari PADA Gerakan fluida tidak boleh aksisimetris. Adapun sisanya, seperti yang ditunjukkan oleh teori kinetik HD, gerakan bisa sangat beragam. Pergerakan fluida konduktor dibuat dalam proses pembangkitan, selain medan dalam r, serta bidang lain yang berubah perlahan, yang menembus keluar dari inti, menyebabkan variasi sekuler di bidang geomagnetik utama.

Teori umum HD, yang menyelidiki pembangkitan medan dan "mesin" HD terestrial, yaitu asal mula gerakan, masih dalam tahap awal pengembangan, dan banyak yang masih bersifat hipotetis di dalamnya. Sebagai penyebab gerakan, gaya Archimedean, karena ketidakhomogenan densitas kecil dalam nukleus, dan gaya inersia diajukan (Lihat Gaya inersia).

Yang pertama dapat dikaitkan baik dengan pelepasan panas di inti dan ekspansi termal cairan (konveksi termal), atau dengan ketidakhomogenan komposisi inti karena pelepasan pengotor pada batasnya. Yang terakhir ini dapat disebabkan oleh percepatan akibat presesi (lihat Presesi) dari sumbu bumi. Kedekatan medan geomagnetik dengan medan dipol dengan sumbu hampir sejajar dengan sumbu rotasi bumi menunjukkan hubungan yang erat antara rotasi bumi dan asal mula bumi m. Rotasi menciptakan gaya Coriolis (Lihat gaya Coriolis) , yang dapat memainkan peran penting dalam mekanisme HD Bumi. Ketergantungan besarnya medan geomagnetik pada intensitas pergerakan materi di inti bumi adalah kompleks dan belum cukup dipelajari. Menurut studi paleomagnetik, besarnya medan geomagnetik berfluktuasi, tetapi rata-rata, dalam urutan besarnya, itu tetap tidak berubah untuk waktu yang lama - sekitar ratusan juta tahun.

Fungsi HD Bumi dikaitkan dengan banyak proses di inti dan mantel Bumi; oleh karena itu, studi tentang medan geomagnetik utama dan HD Bumi adalah bagian penting dari seluruh kompleks studi geofisika tentang struktur internal dan pengembangan Bumi. Bumi.

S.I. Braginsky.

medan geomagnetik variabel. Pengukuran yang dilakukan pada satelit dan roket menunjukkan bahwa interaksi plasma angin matahari dengan medan geomagnetik menyebabkan gangguan struktur dipol medan dari kejauhan. Rz dari pusat bumi. Angin matahari melokalisasi medan geomagnetik dalam volume terbatas ruang dekat Bumi - magnetosfer Bumi, sedangkan pada batas magnetosfer tekanan dinamis angin matahari seimbang dengan tekanan medan magnet Bumi. Angin matahari memampatkan medan magnet bumi dari sisi siang dan membawa garis-garis medan geomagnetik daerah kutub ke sisi malam, membentuk ekor magnet bumi di dekat bidang ekliptika dengan panjang minimal 5 juta km. km(cm. Nasi. dalam artikel Earth dan magnetosfer bumi). Daerah sekitar dipol medan dengan garis gaya tertutup (magnetosfer bagian dalam) adalah perangkap magnet untuk partikel bermuatan plasma dekat Bumi (lihat Sabuk Radiasi Bumi).

Aliran plasma angin matahari di sekitar magnetosfer dengan kepadatan variabel dan kecepatan partikel bermuatan, serta terobosan partikel ke magnetosfer, menyebabkan perubahan intensitas sistem arus listrik di magnetosfer dan ionosfer Bumi. Sistem saat ini, pada gilirannya, menyebabkan osilasi medan geomagnetik di ruang dekat Bumi dan di permukaan Bumi dalam rentang frekuensi yang luas (dari 10 -5 hingga 10 2 Hz) dan amplitudo (dari 10 -3 hingga 10 -7 uh). Perekaman fotografis dari perubahan terus-menerus di bidang geomagnetik dilakukan di observatorium magnetik dengan bantuan Magnetograf. Selama masa tenang, variasi solar-diurnal dan lunar-diurnal periodik diamati di lintang rendah dan menengah. amplitudo 30-70γ dan 1-5γ masing-masing. Getaran medan tidak beraturan lain yang diamati dengan berbagai bentuk dan amplitudo disebut gangguan magnetik, di antaranya ada beberapa jenis variasi magnetik.

Gangguan magnetik yang meliputi seluruh bumi dan berlanjut dari satu ( Nasi. 4 ) hingga beberapa hari disebut badai magnetik global (Lihat Badai magnetik) , di mana amplitudo masing-masing komponen dapat melebihi 1000γ. Badai magnet adalah salah satu manifestasi dari gangguan kuat di magnetosfer yang muncul ketika parameter angin matahari berubah, terutama kecepatan partikelnya dan komponen normal medan magnet antarplanet relatif terhadap bidang ekliptika. Gangguan kuat magnetosfer disertai dengan munculnya aurora, gangguan ionosfer, sinar-X, dan radiasi frekuensi rendah di atmosfer bagian atas bumi.

Aplikasi praktis dari fenomena Z. m. Di bawah aksi medan geomagnetik, jarum magnet terletak di bidang meridian magnetik. Fenomena ini telah digunakan sejak zaman kuno untuk orientasi di darat, meletakkan arah kapal di laut lepas, dalam praktik survei geodetik dan tambang, dalam urusan militer, dll. (lihat Kompas, Bussol).

Studi tentang anomali magnetik lokal memungkinkan untuk mendeteksi mineral, terutama bijih besi (lihat Eksplorasi magnetik), dan dalam kombinasi dengan metode eksplorasi geofisika lainnya, untuk menentukan lokasi dan cadangannya. Metode magnetotellurik untuk membunyikan bagian dalam Bumi telah menyebar luas, di mana konduktivitas listrik lapisan dalam bumi dihitung dari medan badai magnet dan kemudian tekanan dan suhu yang ada di sana diperkirakan.

Salah satu sumber informasi tentang lapisan atas atmosfer adalah variasi geomagnetik. Gangguan magnetik, terkait, misalnya, dengan badai magnetik, terjadi beberapa jam lebih awal daripada di bawah pengaruhnya, perubahan ionosfer terjadi yang mengganggu komunikasi radio. Hal ini memungkinkan untuk membuat prakiraan magnetik yang diperlukan untuk memastikan komunikasi radio tidak terputus (prakiraan cuaca radio). Data geomagnetik juga berfungsi untuk memprediksi situasi radiasi di ruang dekat Bumi selama penerbangan ruang angkasa.

Keteguhan medan geomagnetik hingga ketinggian beberapa jari-jari Bumi digunakan untuk orientasi dan manuver pesawat ruang angkasa.

Medan geomagnetik mempengaruhi organisme hidup, flora dan manusia. Misalnya, selama periode badai magnet, jumlah penyakit kardiovaskular meningkat, kondisi pasien yang menderita hipertensi memburuk, dan sebagainya. Studi tentang sifat efek elektromagnetik pada organisme hidup adalah salah satu bidang biologi yang baru dan menjanjikan.

A. D. Shevnin.

Lit.: Yanovsky B. M., Magnetisme terestrial, vol. 1-2, L., 1963-64; nya, Pengembangan kerja pada geomagnetisme di Uni Soviet selama tahun-tahun kekuasaan Soviet. "Izv. Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet, Fisika Bumi, 1967, no.11, hlm. 54; Buku referensi tentang medan magnet bolak-balik USSR, L., 1954; Luar angkasa dekat Bumi. Data referensi, trans. dari bahasa Inggris, M., 1966; Masa Kini dan Masa Lalu Medan Magnet Bumi, M., 1965; Braginsky S.I., Atas dasar teori dinamo hidromagnetik Bumi, "Geomagnetisme dan Aeronomi", 1967, v.7, No. 3, hlm. 401; Fisika matahari-terestrial, M., 1968.

Beras. 2. Peta kekuatan total medan geomagnetik (dalam oersteds) untuk zaman 1965; lingkaran hitam - kutub magnet (M. P.). Peta menunjukkan anomali magnetik dunia: Brasil (BA) dan Siberia Timur (Timur-S.A.).

Beras. 3. Skema medan magnet di dinamo hidromagnetik bumi: NS - sumbu rotasi bumi: - medan yang dekat dengan bidang dipol yang diarahkan sepanjang sumbu rotasi bumi; B - medan toroidal (dalam urutan ratusan gauss), menutup di dalam inti bumi.

Beras. 4. Magnetogram, yang merekam badai magnetik kecil: H 0 , D 0 , Z 0 - asal komponen magnet terestrial yang sesuai; panah menunjukkan arah penghitungan.

Ensiklopedia Besar Soviet. - M.: Ensiklopedia Soviet. 1969-1978 .

Lihat apa itu "Magnet Bumi" di kamus lain:

- (geomagnetisme), 1) Medan magnet bumi. 2) Cabang geofisika yang mempelajari distribusi medan dan perubahan waktu medan magnet. bidang bumi, serta fisik terkait. proses di bumi dan di atmosfer. Di setiap titik, kanan va geomagn. Medan memiliki ciri... Ensiklopedia Fisik

- (Magnet terestrial) medan magnet di dekat bumi, paling mudah dideteksi dengan efeknya pada jarum magnet. Arah gaya Z.M. biasanya ditentukan oleh dua sudut: deklinasi magnetik dan inklinasi magnetik, dan besarnya gaya Z.M. ... ... Marine Dictionary

Kamus Ensiklopedis Besar

magnetisme terestrial- geomagnetisme - [Ya.N. Luginsky, M.S. Fezi Zhilinskaya, Yu.S. Kabirov. English Russian Dictionary of Electrical Engineering and Power Engineering, Moskow, 1999] Topik teknik elektro, konsep dasar Sinonim geomagnetisme EN Magnet bumi terestrial ... ... Buku Pegangan Penerjemah Teknis

magnetisme terestrial- Medan magnet bumi, dianggap secara keseluruhan, bervariasi dalam intensitas dan arah, mempengaruhi jarum kompas magnetik, yang menunjuk ke kutub geomagnetik utara ... Kamus Geografi

MAGNETISME TERESTRIAL- Medan magnet bumi. Ini terdiri dari dua komponen: medan konstan karena struktur internal Bumi, dan medan bolak-balik karena aksi arus listrik di ionosfer dan magnetosfer, tidak melebihi 1% dari konstanta ... ... Ensiklopedia Politeknik Hebat

Medan magnet Bumi, yang keberadaannya disebabkan oleh aksi sumber konstan yang terletak di dalam Bumi (lihat dinamo hidromagnetik) dan menciptakan komponen utama medan (99%), serta sumber variabel (arus listrik) di ... ... kamus ensiklopedis

magnetisme terestrial- emės magnetizmas statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. magnet bumi; geomagnetisme; magnet terestrial vok. Erdmagnetismus, m rus. geomagnetisme, m; magnet bumi, m pranc. geomagnetisme, m; magnetisme terrestre, m … Fizikos terminų odynas