În 1891, omul de știință englez Schuster a încercat să explice Magnetismul Pământului rotația sa în jurul axei. Cunoscutul fizician P. N. Lebedev a dat multă muncă acestei ipoteze. El a presupus că sub influența forței centrifuge, electronii din atomi sunt deplasați spre suprafața Pământului. De aici suprafața trebuie să fie încărcată negativ, ceea ce provoacă magnetism. Dar experimentele cu rotirea inelului cu până la 35 de mii de rotații pe minut nu au confirmat ipoteza - magnetismul nu a apărut în inel.

Omul de știință englez W. Gelbert credea că Pământul este format dintr-o piatră magnetică. Mai târziu s-a decis că Pământul a fost magnetizat de Soare. Calculele au infirmat aceste ipoteze.

Ei au încercat să explice magnetismul Pământului prin fluxuri de masă în miezul său de metal lichid. Cu toate acestea, această ipoteză în sine se bazează pe ipoteza nucleului lichid al Pământului. Mulți oameni de știință cred că miezul este solid și deloc fier.

În 1947, P. Bleket (Anglia) a sugerat că prezența unui câmp magnetic în corpurile în rotație este o lege necunoscută a naturii. Blacket a încercat să stabilească dependența magnetismului de viteza de rotație a corpului.

La acea vreme se cunoșteau date despre viteza de rotație și câmpurile magnetice a trei corpuri cerești - Pământul, Soarele și Pitica Albă - steaua E78 din constelația Fecioarei.

Câmpul magnetic al corpului se caracterizează prin momentul său magnetic, rotația corpului - prin momentul unghiular (ținând cont de dimensiunea și masa corpului). Se știe de mult timp că momentele magnetice ale Pământului și ale Soarelui sunt legate între ele în același mod ca și momentele lor unghiulare. Vedeta E78 a observat această proporționalitate! Prin urmare, a devenit evident că există o legătură directă între rotația corpurilor cerești și magnetismul lor.

Avem impresia că rotația corpurilor este cea care provoacă magnetismul. Blacket a încercat să demonstreze experimental existența legii pe care a propus-o. Pentru experiment s-a realizat un cilindru de aur cu o greutate de 20 kg. Cele mai subtile experimente cu cilindrul menționat nu au dat nimic. Cilindrul de aur nemagnetic nu prezenta semne de magnetism.

Acum, momentele magnetice și unghiulare au fost stabilite pentru Jupiter și, de asemenea, preliminar pentru Venus. Și din nou, câmpurile lor magnetice, împărțite la momentul unghiular, sunt aproape de numărul lui Blacket. După o astfel de coincidență a coeficienților, este dificil să atribuim întâmplarea.

Deci, ce - rotația Pământului excită un câmp magnetic sau magnetismul Pământului provoacă rotația acestuia? Din anumite motive, oamenii de știință au crezut întotdeauna că rotația a fost inerentă Pământului de la formarea sa. E chiar asa? Sau poate nu. Analogia cu experiența noastră de televiziune ridică întrebarea: Pământul se rotește în jurul axei sale, ca un magnet mare, într-un flux de particule încărcate? Fluxul constă în principal din nuclee de hidrogen (protoni), heliu (particule alfa). Electronii nu sunt observați în " ", ei se formează probabil în capcane magnetice în momentul ciocnirii corpusculilor și se nasc în cascade în zonele câmpului magnetic al Pământului.

Legătura magnetismului Pământului cu miezul său este acum destul de evidentă. Calculele oamenilor de știință arată că Luna nu are un miez fluid, deci nu ar trebui să aibă nici un câmp magnetic. Într-adevăr, măsurătorile folosind rachete spațiale au arătat că Luna nu are un câmp magnetic apreciabil în jurul ei.

Date interesante au fost obținute în urma observațiilor curenților terestre din Arctica și Antarctica. Intensitatea curentilor electrici terestre acolo este foarte mare. Este de zeci și sute de ori mai mare decât intensitatea la latitudinile mijlocii. Acest fapt indică faptul că afluxul de electroni din inelele capcanelor magnetice ale Pământului intră intens pe Pământ prin calotele polare din zonele polilor magnetici, ca, de exemplu, în experimentul cu .

În momentul creșterii activității solare cresc și curenții electrici terestre. Acum, probabil, se poate considera ca stabilit că curenții electrici din Pământ sunt cauzați de curenții maselor nucleului Pământului și de afluxul de electroni în Pământ din spațiu, în principal din inelele sale de radiație.

Deci, curenții electrici provoacă magnetismul Pământului, iar magnetismul Pământului, la rândul său, face evident că Pământul nostru se rotește. Este ușor de ghicit că viteza de rotație a Pământului va depinde de raportul dintre particulele încărcate negativ și pozitiv capturate de câmpul său magnetic din exterior și, de asemenea, născute în câmpul magnetic al Pământului.

Pământul are un câmp magnetic, ale cărui motive nu au fost stabilite. Un câmp magnetic are doi poli magnetici și o axă magnetică. Pozitia polilor magnetici nu coincide cu pozitia celor geografici. Polii magnetici sunt localizați în emisfera nordică și sudică asimetric unul față de celălalt. În acest sens, linia care le conectează - axa magnetică a Pământului formează un unghi de până la 11 ° cu axa de rotație a acestuia.

Magnetismul Pământului se caracterizează prin intensitate magnetică, declinație și înclinare. Puterea magnetică se măsoară în oersteds.

Declinația magnetică este unghiul de abatere al acului magnetic de la meridianul geografic dintr-o locație dată. Deoarece acul magnetic indică direcția meridianului magnetic, declinația magnetică va corespunde unghiului dintre meridianul magnetic și cel geografic. Declinarea poate fi de est sau vest. Liniile care leagă declinații identice pe o hartă se numesc izogoni. Izogonul de declinație egal cu zero se numește meridianul magnetic zero. Izogonii iradiază de la polul magnetic din emisfera sudică și converg către polul magnetic din emisfera nordică.

Înclinarea magnetică este unghiul de înclinare al acului magnetic față de orizont. Liniile care leagă puncte de înclinare egală se numesc izocline. Izoclinul zero se numește ecuator magnetic. Izoclinele, ca și paralelele, se întind în direcția latitudinală și variază de la 0 la 90°.

Cursul neted al izogonilor și izoclinelor în unele locuri de pe suprafața pământului este destul de brusc perturbat, ceea ce este asociat cu existența anomaliilor magnetice. Acumulări mari de minereuri de fier pot servi drept surse pentru astfel de anomalii. Cea mai mare anomalie magnetică este Kursk. Anomaliile magnetice pot fi cauzate și de rupturi în scoarța terestră - falii, falii inverse, în urma cărora roci cu caracteristici magnetice diferite intră în contact etc. Anomaliile magnetice sunt utilizate pe scară largă pentru a căuta zăcăminte minerale și pentru a studia structura subsol.

Valorile intensităților magnetice, declinațiilor și înclinațiilor experimentează fluctuații (variații) zilnice și seculare.

Variațiile diurne sunt cauzate de perturbațiile solare și lunare ale ionosferei și sunt mai pronunțate vara decât iarna și mai mult ziua decât noaptea. Mult mai intens

variații de secol. Se crede că acestea se datorează modificărilor care au loc în straturile superioare ale miezului pământului. Variațiile seculare în diferite puncte geografice sunt diferite.

Brusc, care durează câteva zile, fluctuațiile magnetice (furtuni magnetice) sunt asociate cu activitatea solară și sunt cele mai intense la latitudini mari.

§ 4. Căldura Pământului

Pământul primește căldură din două surse: de la Soare și din propriile sale intestine. Starea termică a suprafeței Pământului depinde aproape în întregime de încălzirea acesteia de către Soare. Cu toate acestea, sub influența multor factori, are loc o redistribuire a căldurii solare care a căzut pe suprafața Pământului. Diferite puncte de pe suprafața pământului primesc o cantitate inegală de căldură datorită poziției înclinate a axei de rotație a Pământului față de planul eclipticii.

Pentru a compara condițiile de temperatură, sunt introduse conceptele de temperaturi medii zilnice, medii lunare și medii anuale în anumite părți ale suprafeței Pământului.

Cele mai mari fluctuații de temperatură sunt experimentate de stratul superior al Pământului. Mai adânc de la suprafață, fluctuațiile de temperatură zilnice, lunare și anuale scad treptat. Grosimea scoarței terestre, în interiorul căreia rocile sunt afectate de căldura solară, se numește zonă heliotermală. Adâncimea acestei zone variază de la câțiva metri până la 30 m.

Sub zona solară termică există o centură de temperatură constantă, unde fluctuațiile sezoniere ale temperaturii nu afectează. În zona Moscovei, este situat la o adâncime de 20 m.

Sub centura de temperatură constantă se află zona geotermală. În această zonă, temperatura crește odată cu adâncimea din cauza căldurii interne a Pământului - cu o medie de 1 ° C la fiecare 33 m. Acest interval de adâncime este numit „etapa geotermală”. Creșterea temperaturii la adâncirea în Pământ cu 100 m se numește gradient geotermal. Valorile treptei geotermale și ale gradientului sunt invers proporționale și diferite pentru diferite regiuni ale Pământului. Produsul lor este o valoare constantă și este egal cu 100. Dacă, de exemplu, treapta este de 25 m, atunci gradientul este de 4 °C.

Diferențele dintre valorile etapei geotermale se pot datora radioactivității și conductivității termice diferite a rocilor, proceselor hidrochimice din intestine, naturii apariției rocilor, temperaturii apei subterane și distanței de oceane și mări.

Valoarea treptei geotermale variază într-o gamă largă. În zona Pyatigorsk este de 1,5 m, Leningrad - 19,6 m, Moscova - 38,4 m, în Karelia - mai mult de 100 m, în regiunea Volga și Bashkiria - 50 m etc. 14

Principala sursă de căldură internă a Pământului este dezintegrarea radioactivă a substanțelor concentrate în principal în scoarța terestră. Se presupune că căldura din acesta crește în conformitate cu pasul geotermal până la o adâncime de 15-20 km. Mai adânc are loc o creștere bruscă a valorii treptei geotermale. Experții consideră că temperatura din centrul Pământului nu depășește 4000 ° C. Dacă valoarea treptei geotermale ar rămâne aceeași până la centrul Pământului, atunci temperatura la o adâncime de 900 km ar fi de 27.000 °C, iar în centrul Pământului ar ajunge la aproximativ 193.000 °C.

Pământul are un câmp magnetic, care se manifestă clar în impactul asupra acului magnetic. Suspendat liber în spațiu, se instalează în orice loc în direcția liniilor de forță magnetice, convergând la polii magnetici.

Polii magnetici ai Pământului nu se aliniază și își schimbă încet locația. În prezent, acestea sunt situate în nord și în. Liniile de forță care trec de la un pol la altul se numesc magnetice. Ele nu coincid cu direcția geografică și nu indică strict direcția nord-sud. Unghiul dintre magnetic și se numește declinație magnetică. Este est (pozitiv) și vest (negativ). Cu o declinație estică, săgeata deviază la est de meridianul geografic, cu o declinație vestică, se abate spre vest de acesta.

Un ac magnetic suspendat liber rămâne orizontal doar pe linia ecuatorului magnetic. Nu coincide cu cea geografică și se retrage din ea spre sud în emisfera vestică și spre nord în emisfera estică. La nord de ecuatorul magnetic, capătul nordic al acului magnetic scade și, cu atât mai mult, distanța până la polul magnetic este mai mică. La polul magnetic al emisferei nordice, săgeata devine verticală, cu capătul nordic în jos. La sud de ecuatorul magnetic, dimpotrivă, capătul sudic al săgeții se înclină în jos. Unghiul format de un ac magnetic cu un plan orizontal se numește înclinare magnetică. Poate fi nord sau sud. Înclinarea magnetică variază de la 0° la ecuatorul magnetic până la 90° la polii magnetici. Declinația și înclinarea magnetică caracterizează direcțiile liniilor câmpului magnetic în orice punct la un moment dat.Există câmpuri magnetice constante și alternative ale Pământului. Constanta se datorează magnetismului planetei în sine. O idee despre starea câmpului magnetic permanent al Pământului este oferită de hărțile magnetice. Acestea rămân exacte doar câțiva ani, deoarece declinația magnetică și declinația magnetică se modifică continuu, deși foarte lent. De obicei, cardurile magnetice sunt compilate o dată la cinci ani.

Anomalii magnetice - abaterea declinației și înclinării magnetice de la valoarea lor medie pentru o anumită locație. Ele pot acoperi suprafețe uriașe, caz în care se numesc regionale, sau pot fi mici, caz în care se numesc locale. Un exemplu de anomalie magnetică regională este . Declinația vestică se găsește aici în loc de est. Câmpul magnetic al acestei anomalii scade foarte lent odată cu înălțimea. Conform datelor satelitului artificial al Pământului, influența anomaliei magnetice la altitudine scade foarte ușor. Un exemplu de una locală poate fi anomalia magnetică Kursk, care creează o intensitate a câmpului magnetic de 5 ori mai mare decât puterea medie a câmpului magnetic al Pământului.

Majoritatea anomaliilor sunt explicate prin apariția conținutului.

Furtunile magnetice sunt perturbări deosebit de puternice ale câmpului magnetic, manifestate prin abaterea rapidă a acului magnetic de la poziția sa normală. Furtunile magnetice sunt cauzate de erupțiile solare și de pătrunderea lor însoțitoare în Pământ și particulele sale încărcate electric. Pe 23 februarie 1956 a avut loc o explozie pe Soare. A durat câteva minute, iar pe Pământ a izbucnit o furtună magnetică, în urma căreia funcționarea posturilor de radio a fost întreruptă timp de 2 ore, cablul telefonic transatlantic a fost defect de ceva timp. Rezultatul furtunilor magnetice sunt.

Câmpul magnetic al Pământului se extinde în sus până la o înălțime de aproximativ 90.000 km. Până la o înălțime de 44 de mii de km, magnitudinea câmpului magnetic al Pământului scade. În stratul de la 44 mii km până la 80 mii km, câmpul magnetic este instabil, în el apar în mod constant fluctuații ascuțite. Peste 80 de mii de km, intensitatea câmpului magnetic scade rapid.Câmpul magnetic al Pământului fie deviază, fie captează particulele încărcate care zboară de la Soare sau se formează atunci când razele cosmice acționează asupra atomilor sau moleculelor de aer. Particulele încărcate prinse în câmpul magnetic al Pământului formează centuri de radiații. Întreaga regiune a spațiului din apropierea Pământului, în care există particule încărcate captate de câmpul magnetic al Pământului, se numește magnetosferă.

Distribuția câmpului magnetic pe suprafața pământului este în continuă schimbare. Se deplasează încet spre vest. La începutul secolului al XIX-lea, meridianul magnetic de declinație zero a trecut lângă Moscova, la începutul secolului al XX-lea s-a mutat, iar acum este situat la granițele vestice. Se modifică și poziția polilor magnetici.

Magnetismul are o mare importanță practică. Folosind un ac magnetic, determinați direcțiile de-a lungul. Pentru a face acest lucru, este întotdeauna necesar să corectați declinația magnetică în citirea busolei. Conexiunea elementelor magnetice cu structurile geologice servește drept bază pentru metodele de explorare magnetică.

Există două tipuri diferite de magneți. Unii sunt așa-numiții magneți permanenți, fabricați din materiale „magnetice dure”. Proprietățile lor magnetice nu sunt legate de utilizarea surselor externe sau a curenților. Un alt tip include așa-numiții electromagneți cu un miez de fier „magnetic moale”. Câmpurile magnetice create de acestea se datorează în principal faptului că un curent electric trece prin firul înfășurării care acoperă miezul.

Poli magnetici si camp magnetic.

Proprietățile magnetice ale unui magnet bar sunt cele mai vizibile în apropierea capetelor sale. Dacă un astfel de magnet este suspendat de partea din mijloc astfel încât să se poată roti liber într-un plan orizontal, atunci va lua o poziție aproximativ corespunzătoare direcției de la nord la sud. Capătul tijei îndreptat spre nord se numește polul nord, iar capătul opus se numește polul sudic. Polii opuși ai doi magneți se atrag unul pe celălalt, în timp ce polii asemănători se resping reciproc.

Dacă o bară de fier nemagnetizat este adusă lângă unul dintre polii unui magnet, acesta din urmă se va magnetiza temporar. În acest caz, polul barei magnetizate cel mai apropiat de polul magnetului va fi opus ca nume, iar cel îndepărtat va avea același nume. Atractia dintre polul magnetului si polul opus indusa de acesta in bara explica actiunea magnetului. Unele materiale (cum ar fi oțelul) în sine devin magneți permanenți slabi după ce se află lângă un magnet permanent sau un electromagnet. O tijă de oțel poate fi magnetizată prin simpla trecere a capătului unui magnet permanent peste capătul său.

Așadar, magnetul atrage alți magneți și obiecte din materiale magnetice fără a fi în contact cu aceștia. O astfel de acțiune la distanță se explică prin existența unui câmp magnetic în spațiul din jurul magnetului. O idee despre intensitatea și direcția acestui câmp magnetic poate fi obținută prin turnarea piliturii de fier pe o foaie de carton sau sticlă plasată pe un magnet. Rumegușul se va alinia în lanțuri în direcția câmpului, iar densitatea liniilor de rumeguș va corespunde intensității acestui câmp. (Sunt cele mai groase la capetele magnetului, unde intensitatea câmpului magnetic este cea mai mare.)

M. Faraday (1791–1867) a introdus conceptul de linii de inducție închise pentru magneți. Liniile de inducție ies din magnet la polul său nord în spațiul înconjurător, intră în magnet la polul sudic și trec în interiorul materialului magnetului de la polul sud înapoi spre nord, formând o buclă închisă. Numărul total de linii de inducție care ies dintr-un magnet se numește flux magnetic. Densitatea fluxului magnetic sau inducția magnetică ( LA) este egal cu numărul de linii de inducție care trec de-a lungul normalei printr-o zonă elementară de dimensiunea unității.

Inducția magnetică determină forța cu care acționează un câmp magnetic asupra unui conductor de curent aflat în el. Dacă conductorul care transportă curentul eu, este situat perpendicular pe liniile de inducție, apoi conform legii lui Ampère, forța F, acționând asupra conductorului, este perpendiculară atât pe câmp, cât și pe conductor și este proporțională cu inducția magnetică, puterea curentului și lungimea conductorului. Astfel, pentru inducția magnetică B poți scrie o expresie

Unde F este forța în newtoni, eu- curent în amperi, l- lungimea in metri. Unitatea de măsură pentru inducția magnetică este tesla (T).

Galvanometru.

Un galvanometru este un dispozitiv sensibil pentru măsurarea curenților slabi. Galvanometrul folosește cuplul generat de interacțiunea unui magnet permanent în formă de potcoavă cu o bobină mică purtătoare de curent (electromagnet slab) suspendată în golul dintre polii magnetului. Cuplul și, prin urmare, deviația bobinei, este proporțională cu curentul și cu inducția magnetică totală în spațiul de aer, astfel încât scara instrumentului este aproape liniară cu deviații mici ale bobinei.

Forța de magnetizare și puterea câmpului magnetic.

În continuare, trebuie introdusă încă o cantitate care caracterizează efectul magnetic al curentului electric. Să presupunem că curentul trece prin firul unei bobine lungi, în interiorul căreia se află materialul magnetizabil. Forța de magnetizare este produsul dintre curentul electric din bobină și numărul de spire (această forță se măsoară în amperi, deoarece numărul de spire este o mărime adimensională). Intensitatea câmpului magnetic H egală cu forța de magnetizare pe unitatea de lungime a bobinei. Astfel, valoarea H măsurată în amperi pe metru; determină magnetizarea dobândită de materialul din interiorul bobinei.

Într-o inducție magnetică în vid B proporțional cu intensitatea câmpului magnetic H:

Unde m 0 - așa-numita. constantă magnetică având o valoare universală de 4 p Ch 10 –7 H/m. În multe materiale, valoarea B aproximativ proporțională H. Cu toate acestea, în materialele feromagnetice, raportul dintre Bși H ceva mai complicat (ceea ce va fi discutat mai jos).

Pe fig. 1 prezintă un electromagnet simplu conceput pentru a capta sarcini. Sursa de energie este o baterie DC. Figura prezintă, de asemenea, liniile de forță ale câmpului unui electromagnet, care pot fi detectate prin metoda obișnuită a piliturii de fier.

Electromagneții mari cu miez de fier și un număr foarte mare de amperi-tururi, care funcționează în regim continuu, au o forță mare de magnetizare. Ele creează o inducție magnetică de până la 6 T în golul dintre poli; această inducție este limitată doar de solicitările mecanice, încălzirea bobinelor și saturația magnetică a miezului. O serie de electromagneți giganți (fără miez) cu răcire cu apă, precum și instalații pentru crearea câmpurilor magnetice pulsate, au fost proiectate de P.L. Massachusetts Institute of Technology. Pe astfel de magneți a fost posibil să se realizeze inducție până la 50 T. Un electromagnet relativ mic, care produce câmpuri de până la 6,2 T, consumând 15 kW de energie electrică și răcit cu hidrogen lichid, a fost dezvoltat la Laboratorul Național Losalamos. Câmpuri similare se obțin la temperaturi criogenice.

Permeabilitatea magnetică și rolul său în magnetism.

Permeabilitatea magnetică m este o valoare care caracterizează proprietățile magnetice ale materialului. Metalele feromagnetice Fe, Ni, Co și aliajele lor au permeabilitati maxime foarte mari - de la 5000 (pentru Fe) la 800.000 (pentru supermaloy). În astfel de materiale la intensități de câmp relativ scăzute H apar inducții mari B, dar relația dintre aceste mărimi este, în general, neliniară datorită fenomenelor de saturație și histerezis, care sunt discutate mai jos. Materialele ferromagnetice sunt puternic atrase de magneți. Ei își pierd proprietățile magnetice la temperaturi peste punctul Curie (770°C pentru Fe, 358°C pentru Ni, 1120°C pentru Co) și se comportă ca paramagneți, pentru care inducție. B până la valori foarte mari de tensiune H este proporțională cu ea - exact la fel cum are loc în vid. Multe elemente și compuși sunt paramagnetice la toate temperaturile. Substanțele paramagnetice se caracterizează prin magnetizare într-un câmp magnetic extern; dacă acest câmp este dezactivat, paramagneții revin la starea nemagnetizată. Magnetizarea în feromagneți este păstrată chiar și după oprirea câmpului extern.

Pe fig. 2 prezintă o buclă tipică de histerezis pentru un material feromagnetic dur magnetic (pierdere mare). Caracterizează dependența ambiguă a magnetizării unui material ordonat magnetic de puterea câmpului de magnetizare. Cu o creștere a intensității câmpului magnetic de la punctul inițial (zero) ( 1 ) magnetizarea merge de-a lungul liniei punctate 1 –2 , și valoarea m se modifică semnificativ pe măsură ce magnetizarea probei crește. La punctul 2 se atinge saturația, adică cu o creștere suplimentară a intensității, magnetizarea nu mai crește. Daca acum scadem treptat valoarea H la zero, apoi curba B(H) nu mai urmează aceeași cale, ci trece prin punct 3 , dezvăluind, parcă, „memoria” materialului despre „istoria trecută”, de unde și denumirea de „histereză”. Evident, în acest caz, se păstrează o oarecare magnetizare reziduală (segmentul 1 –3 ). După schimbarea direcției câmpului de magnetizare în sens opus, curba LA (H) trece punctul 4 , iar segmentul ( 1 )–(4 ) corespunde forţei coercitive care împiedică demagnetizarea. Creșterea în continuare a valorilor (- H) conduce curba de histerezis către al treilea cadran - secțiunea 4 –5 . Scăderea ulterioară a valorii (- H) la zero și apoi crescând valorile pozitive H va închide bucla de histerezis prin puncte 6 , 7 și 2 .

Materialele magnetice dure sunt caracterizate printr-o buclă largă de histerezis care acoperă o zonă semnificativă pe diagramă și, prin urmare, corespunde unor valori mari ale magnetizării reziduale (inducție magnetică) și forței coercitive. O buclă îngustă de histerezis (Fig. 3) este caracteristică materialelor magnetice moi, cum ar fi oțelul moale și aliajele speciale cu permeabilitate magnetică ridicată. Astfel de aliaje au fost create pentru a reduce pierderile de energie din cauza histerezisului. Majoritatea acestor aliaje speciale, precum feritele, au o rezistență electrică mare, ceea ce reduce nu numai pierderile magnetice, ci și pierderile electrice datorate curenților turbionari.

Materialele magnetice cu permeabilitate ridicată sunt produse prin recoacere, efectuată la o temperatură de aproximativ 1000 ° C, urmată de revenire (răcire treptată) la temperatura camerei. În acest caz, tratamentul mecanic și termic preliminar, precum și absența impurităților în probă sunt foarte semnificative. Pentru miezurile de transformatoare la începutul secolului XX. au fost dezvoltate oțeluri siliconice, valoarea m care a crescut odată cu creșterea conținutului de siliciu. Între 1915 și 1920, au apărut permalloies (aliaje de Ni cu Fe) cu bucla lor caracteristică de histerezis îngustă și aproape dreptunghiulară. Valori deosebit de ridicate ale permeabilității magnetice m pentru valori mici H Aliajele hipernic (50% Ni, 50% Fe) și mu-metal (75% Ni, 18% Fe, 5% Cu, 2% Cr) diferă, în timp ce în perminvar (45% Ni, 30% Fe, 25% Co) valoare m practic constant într-o gamă largă de modificări ale intensității câmpului. Dintre materialele magnetice moderne, trebuie menționat supermalloy, un aliaj cu cea mai mare permeabilitate magnetică (conține 79% Ni, 15% Fe și 5% Mo).

Teorii ale magnetismului.

Pentru prima dată, ideea că fenomenele magnetice se reduc în cele din urmă la cele electrice a apărut de la Ampère în 1825, când a exprimat ideea microcurenților interni închisi care circulă în fiecare atom al unui magnet. Cu toate acestea, fără nicio confirmare experimentală a prezenței unor astfel de curenți în materie (electronul a fost descoperit de J. Thomson abia în 1897, iar descrierea structurii atomului a fost dată de Rutherford și Bohr în 1913), această teorie „a dispărut”. ”. În 1852, W. Weber a sugerat că fiecare atom al unei substanțe magnetice este un magnet minuscul, sau un dipol magnetic, astfel încât magnetizarea completă a unei substanțe se realizează atunci când toți magneții atomici individuali sunt aliniați într-o anumită ordine (Fig. 4). , b). Weber credea că „frecarea” moleculară sau atomică ajută acești magneți elementari să-și mențină ordinea în ciuda influenței perturbatoare a vibrațiilor termice. Teoria sa a putut explica magnetizarea corpurilor la contactul cu un magnet, precum și demagnetizarea lor la impact sau încălzire; în cele din urmă, „înmulțirea” magneților a fost explicată și atunci când un ac magnetizat sau o tijă magnetică a fost tăiată în bucăți. Și totuși această teorie nu a explicat nici originea magneților elementari înșiși, nici fenomenele de saturație și histerezis. Teoria lui Weber a fost îmbunătățită în 1890 de J. Ewing, care și-a înlocuit ipoteza frecării atomice cu ideea forțelor de limitare interatomice care ajută la menținerea ordinii dipolilor elementari care formează un magnet permanent.

Abordarea problemei, propusă odată de Ampère, a primit o a doua viață în 1905, când P. Langevin a explicat comportamentul materialelor paramagnetice atribuind fiecărui atom un curent electronic intern necompensat. Potrivit lui Langevin, acești curenți formează minusculi magneți, orientați aleatoriu atunci când câmpul extern este absent, dar dobândind o orientare ordonată după aplicarea acestuia. În acest caz, aproximarea ordonării complete corespunde saturației magnetizării. În plus, Langevin a introdus conceptul de moment magnetic, care pentru un singur magnet atomic este egal cu produsul dintre „sarcina magnetică” a polului și distanța dintre poli. Astfel, magnetismul slab al materialelor paramagnetice se datorează momentului magnetic total creat de curenții de electroni necompensați.

În 1907, P. Weiss a introdus conceptul de „domeniu”, care a devenit o contribuție importantă la teoria modernă a magnetismului. Weiss și-a imaginat domeniile ca mici „colonii” de atomi, în interiorul cărora momentele magnetice ale tuturor atomilor, din anumite motive, sunt forțate să mențină aceeași orientare, astfel încât fiecare domeniu este magnetizat până la saturație. Un domeniu separat poate avea dimensiuni liniare de ordinul a 0,01 mm și, în consecință, un volum de ordinul a 10–6 mm 3 . Domeniile sunt separate de așa-numiții pereți Bloch, a căror grosime nu depășește 1000 de dimensiuni atomice. „Peretele” și două domenii orientate opus sunt prezentate schematic în Fig. 5. Astfel de pereți sunt „straturi de tranziție” în care direcția magnetizării domeniului se schimbă.

În cazul general, pe curba de magnetizare inițială se pot distinge trei secțiuni (Fig. 6). În secțiunea inițială, peretele, sub acțiunea unui câmp exterior, se deplasează prin grosimea substanței până când întâlnește un defect al rețelei cristaline, care îl oprește. Prin creșterea intensității câmpului, peretele poate fi forțat să se deplaseze mai departe prin secțiunea de mijloc dintre liniile întrerupte. Dacă după aceea intensitatea câmpului este din nou redusă la zero, atunci pereții nu vor mai reveni la poziția inițială, astfel încât proba va rămâne parțial magnetizată. Aceasta explică histerezisul magnetului. La sfârșitul curbei, procesul se încheie cu saturarea magnetizării probei datorită ordonării magnetizării în ultimele domenii dezordonate. Acest proces este aproape complet reversibil. Duritatea magnetică este manifestată de acele materiale în care rețeaua atomică conține multe defecte care împiedică mișcarea pereților interdomenii. Acest lucru poate fi realizat prin prelucrare mecanică și termică, de exemplu prin comprimarea și apoi sinterizarea materialului sub formă de pulbere. În aliajele de alnico și analogii lor, același rezultat este obținut prin topirea metalelor într-o structură complexă.

Pe lângă materialele paramagnetice și feromagnetice, există materiale cu așa-numitele proprietăți antiferomagnetice și ferimagnetice. Diferența dintre aceste tipuri de magnetism este ilustrată în Fig. 7. Pe baza conceptului de domenii, paramagnetismul poate fi considerat ca un fenomen datorită prezenței în material a unor grupuri mici de dipoli magnetici, în care dipolii individuali interacționează foarte slab între ei (sau nu interacționează deloc) și, prin urmare, , în absența unui câmp extern, ele iau doar orientări aleatorii ( Fig. 7, A). În materialele feromagnetice, în cadrul fiecărui domeniu, există o interacțiune puternică între dipolii individuali, conducând la alinierea paralelă ordonată a acestora (Fig. 7, b). În materialele antiferomagnetice, dimpotrivă, interacțiunea dintre dipolii individuali duce la alinierea ordonată antiparalelă a acestora, astfel încât momentul magnetic total al fiecărui domeniu este zero (Fig. 7, în). În cele din urmă, în materialele ferimagnetice (de exemplu, ferite) există atât o ordonare paralelă, cât și o ordonare antiparalelă (Fig. 7, G), rezultând un magnetism slab.

Există două confirmări experimentale convingătoare ale existenței domeniilor. Primul dintre ele este așa-numitul efect Barkhausen, al doilea este metoda figurii de pulbere. În 1919, G. Barkhausen a stabilit că atunci când un câmp extern este aplicat unui eșantion de material feromagnetic, magnetizarea acestuia se modifică în porțiuni discrete mici. Din punctul de vedere al teoriei domeniului, aceasta nu este altceva decât o avansare asemănătoare unui salt a peretelui interdomeniu, care întâlnește defecte individuale care îl țin înapoi pe drum. Acest efect este de obicei detectat folosind o bobină în care este plasată o tijă sau un fir feromagnetic. Dacă un magnet puternic este adus alternativ la probă și scos din acesta, proba va fi magnetizată și remagnetizată. Modificările asemănătoare unui salt în magnetizarea probei modifică fluxul magnetic prin bobină și un curent de inducție este excitat în ea. Tensiunea care apare în acest caz în bobină este amplificată și alimentată la intrarea unei perechi de căști acustice. Clicuri percepute prin căști indică o schimbare bruscă a magnetizării.

Pentru a dezvălui structura domeniului unui magnet prin metoda figurilor de pulbere, o picătură de suspensie coloidală a unei pulberi feromagnetice (de obicei Fe 3 O 4) este aplicată pe o suprafață bine lustruită a unui material magnetizat. Particulele de pulbere se depun în principal în locurile cu neomogenitate maximă a câmpului magnetic - la granițele domeniilor. O astfel de structură poate fi studiată la microscop. De asemenea, a fost propusă o metodă bazată pe trecerea luminii polarizate printr-un material feromagnetic transparent.

Teoria originală a magnetismului a lui Weiss, în principalele sale caracteristici, și-a păstrat semnificația până în zilele noastre, totuși, după ce a primit o interpretare actualizată bazată pe conceptul de spin electronilor necompensați ca factor care determină magnetismul atomic. Ipoteza existenței unui moment intrinsec al unui electron a fost înaintată în 1926 de S. Goudsmit și J. Uhlenbeck, iar în prezent electronii ca purtători de spin sunt considerați „magneți elementari”.

Pentru a clarifica acest concept, luați în considerare (Fig. 8) un atom liber de fier, un material feromagnetic tipic. Cele două scoici ( Kși L), cel mai aproape de nucleu, sunt umplute cu electroni, cu doi pe primul dintre ei și opt pe al doilea. LA K-shell, spin-ul unuia dintre electroni este pozitiv, iar celălalt este negativ. LA L-coaja (mai precis, în cele două subînvelișuri ale sale), patru dintre cei opt electroni au spini pozitivi, iar ceilalți patru au spinuri negativi. În ambele cazuri, spinurile electronilor din aceeași înveliș se anulează complet, astfel încât momentul magnetic total este zero. LA M-shell, situația este diferită, din cauza celor șase electroni din al treilea subshell, cinci electroni au spini direcționați într-o direcție, iar doar al șaselea - în cealaltă. Ca urmare, rămân patru rotiri necompensate, ceea ce determină proprietățile magnetice ale atomului de fier. (În exterior N-shell are doar doi electroni de valență, care nu contribuie la magnetismul atomului de fier.) Magnetismul altor feromagneți, precum nichelul și cobaltul, este explicat în mod similar. Deoarece atomii învecinați dintr-o probă de fier interacționează puternic între ei, iar electronii lor sunt parțial colectivizați, această explicație ar trebui considerată doar ca o schemă ilustrativă, dar foarte simplificată a situației reale.

Teoria magnetismului atomic, bazată pe spinul electronului, este susținută de două experimente giromagnetice interesante, dintre care unul a fost realizat de A. Einstein și W. de Haas, iar celălalt de S. Barnett. În primul dintre aceste experimente, un cilindru de material feromagnetic a fost suspendat așa cum se arată în Fig. 9. Dacă un curent trece prin firul de înfășurare, atunci cilindrul se rotește în jurul axei sale. Când direcția curentului (și, prin urmare, câmpul magnetic) se schimbă, acesta se întoarce în direcția opusă. În ambele cazuri, rotația cilindrului se datorează ordonării spinilor electronilor. În experimentul lui Barnett, dimpotrivă, un cilindru suspendat, adus brusc într-o stare de rotație, este magnetizat în absența unui câmp magnetic. Acest efect se explică prin faptul că în timpul rotației magnetului se creează un moment giroscopic, care tinde să rotească momentele de rotație în direcția propriei axe de rotație.

Pentru o explicație mai completă a naturii și originii forțelor cu rază scurtă de acțiune care ordonează magneții atomici vecini și contracarează efectul dezordonat al mișcării termice, ar trebui să apelăm la mecanica cuantică. O explicație mecanică cuantică a naturii acestor forțe a fost propusă în 1928 de W. Heisenberg, care a postulat existența interacțiunilor de schimb între atomii vecini. Mai târziu, G. Bethe și J. Slater au arătat că forțele de schimb cresc semnificativ odată cu scăderea distanței dintre atomi, dar după atingerea unei anumite distanțe interatomice minime, ele scad la zero.

PROPRIETĂȚI MAGNETICE ALE SUBSTANȚEI

Unul dintre primele studii extinse și sistematice ale proprietăților magnetice ale materiei a fost întreprins de P. Curie. El a descoperit că, în funcție de proprietățile lor magnetice, toate substanțele pot fi împărțite în trei clase. Prima include substanțe cu proprietăți magnetice pronunțate, similare cu cele ale fierului. Astfel de substanțe se numesc feromagnetice; câmpul lor magnetic este vizibil la distanțe considerabile ( cm. superior). Substanțele numite paramagnetice se încadrează în clasa a doua; proprietățile lor magnetice sunt în general similare cu cele ale materialelor feromagnetice, dar mult mai slabe. De exemplu, forța de atracție către polii unui electromagnet puternic poate smulge un ciocan de fier din mâinile tale și, pentru a detecta atracția unei substanțe paramagnetice față de același magnet, de regulă, sunt necesare balanțe analitice foarte sensibile. . Ultima, a treia clasă include așa-numitele substanțe diamagnetice. Ele sunt respinse de un electromagnet, adică. forța care acționează asupra diamagneților este îndreptată opus celei care acționează asupra fero- și paramagneților.

Măsurarea proprietăților magnetice.

În studiul proprietăților magnetice, măsurătorile de două tipuri sunt cele mai importante. Prima dintre ele este măsurarea forței care acționează asupra probei în apropierea magnetului; astfel se determină magnetizarea probei. Al doilea include măsurători ale frecvențelor „rezonante” asociate cu magnetizarea materiei. Atomii sunt „giroscoape” minuscule și într-un câmp magnetic precess (ca o blat normal sub influența unui cuplu creat de gravitație) la o frecvență care poate fi măsurată. În plus, o forță acționează asupra particulelor încărcate libere care se mișcă în unghi drept față de liniile de inducție magnetică, precum și asupra unui curent de electroni dintr-un conductor. Determină mișcarea particulei pe o orbită circulară, a cărei rază este dată de

R = mv/eB,

Unde m este masa particulei, v- viteza ei e este sarcina sa și B este inducția magnetică a câmpului. Frecvența unei astfel de mișcări circulare este egală cu

Unde f măsurată în herți e- în pandantive, m- în kilograme, B- în Tesla. Această frecvență caracterizează mișcarea particulelor încărcate într-o substanță într-un câmp magnetic. Ambele tipuri de mișcare (precesia și mișcarea pe orbite circulare) pot fi excitate prin alternarea câmpurilor cu frecvențe de rezonanță egale cu frecvențele „naturale” caracteristice unui material dat. În primul caz, rezonanța se numește magnetică, iar în al doilea, ciclotron (având în vedere asemănarea cu mișcarea ciclică a unei particule subatomice într-un ciclotron).

Vorbind despre proprietățile magnetice ale atomilor, este necesar să se acorde o atenție deosebită momentului lor unghiular. Câmpul magnetic acționează asupra unui dipol atomic rotativ, încercând să-l rotească și să-l pună paralel cu câmpul. În schimb, atomul începe să preceseze în jurul direcției câmpului (Fig. 10) cu o frecvență care depinde de momentul dipol și de puterea câmpului aplicat.

Precesia atomilor nu poate fi observată în mod direct, deoarece toți atomii probei precesează într-o fază diferită. Dacă, totuși, se aplică un mic câmp alternant direcționat perpendicular pe câmpul de ordonare constant, atunci se stabilește o anumită relație de fază între atomii care precedă, iar momentul lor magnetic total începe să preceadă cu o frecvență egală cu frecvența precesiei individului. momente magnetice. Viteza unghiulară a precesiunii este de mare importanță. De regulă, această valoare este de ordinul a 10 10 Hz/T pentru magnetizarea asociată electronilor și de ordinul a 10 7 Hz/T pentru magnetizarea asociată cu sarcini pozitive în nucleele atomilor.

O diagramă schematică a instalației de observare a rezonanței magnetice nucleare (RMN) este prezentată în fig. 11. Substanța studiată este introdusă într-un câmp uniform constant între poli. Dacă un câmp RF este apoi excitat cu o bobină mică în jurul eprubetei, rezonanța poate fi atinsă la o anumită frecvență, egală cu frecvența de precesiune a tuturor „giroscoapelor” nucleare ale probei. Măsurătorile sunt similare cu reglarea unui receptor radio la frecvența unui anumit post.

Metodele de rezonanță magnetică fac posibilă studierea nu numai a proprietăților magnetice ale anumitor atomi și nuclee, ci și a proprietăților mediului lor. Ideea este că câmpurile magnetice din solide și molecule sunt neomogene, deoarece sunt distorsionate de sarcinile atomice, iar detaliile cursului curbei de rezonanță experimentală sunt determinate de câmpul local din regiunea în care se află nucleul precedent. Acest lucru face posibilă studierea caracteristicilor structurii unui anumit eșantion prin metode de rezonanță.

Calculul proprietăților magnetice.

Inducția magnetică a câmpului Pământului este de 0,5×10 -4 T, în timp ce câmpul dintre polii unui electromagnet puternic este de ordinul a 2 T sau mai mult.

Câmpul magnetic creat de orice configurație de curenți poate fi calculat folosind formula Biot-Savart-Laplace pentru inducerea magnetică a câmpului creat de elementul curent. Calculul câmpului creat de contururi de diverse forme și bobine cilindrice este în multe cazuri foarte complicat. Mai jos sunt formule pentru o serie de cazuri simple. Inducția magnetică (în tesla) a câmpului creat de un fir drept lung cu curent eu

Câmpul unei tije magnetizate de fier este similar cu câmpul extern al unui solenoid lung, cu numărul de spire de amperi pe unitate de lungime corespunzând curentului din atomii de pe suprafața tijei magnetizate, deoarece curenții din interiorul tijei se anulează reciproc. afară (Fig. 12). Sub numele de Ampere, un astfel de curent de suprafață se numește Ampère. Intensitatea câmpului magnetic H a, creat de curentul Amperi, este egal cu momentul magnetic al volumului unitar al tijei M.

Dacă o tijă de fier este introdusă în solenoid, atunci pe lângă faptul că curentul solenoidului creează un câmp magnetic H, ordonarea dipolilor atomici în materialul magnetizat al tijei creează magnetizare M. În acest caz, fluxul magnetic total este determinat de suma curenților reali și amperilor, astfel încât B = m 0(H + H a), sau B = m 0(H+M). Atitudine M/H numit susceptibilitate magnetică și este notat cu litera greacă c; c este o mărime adimensională care caracterizează capacitatea unui material de a fi magnetizat într-un câmp magnetic.

Valoare B/H, care caracterizează proprietățile magnetice ale materialului, se numește permeabilitatea magnetică și se notează prin m a, și m a = m 0m, Unde m a este absolută și m- permeabilitate relativă,

În substanțele feromagnetice, valoarea c poate avea valori foarte mari - până la 10 4 ё 10 6 . Valoare c materialele paramagnetice au puțin mai mult decât zero, iar materialele diamagnetice au puțin mai puțin. Numai în vid și în câmpuri foarte slabe sunt cantitățile cși m sunt constante și nu depind de câmpul extern. Inducerea dependenței B din H este de obicei neliniar, iar graficele sale, așa-numitele. curbele de magnetizare pentru diferite materiale și chiar la diferite temperaturi pot diferi semnificativ (exemple de astfel de curbe sunt prezentate în figurile 2 și 3).

Proprietățile magnetice ale materiei sunt foarte complexe, iar o înțelegere aprofundată a structurii lor necesită o analiză amănunțită a structurii atomilor, a interacțiunilor lor în molecule, a ciocnirilor lor în gaze și a influenței lor reciproce în solide și lichide; proprietăţile magnetice ale lichidelor sunt încă cele mai puţin studiate.

Magnetismul terestru

geomagnetism, câmp magnetic al Pământului și spațiului apropiat Pământului; o ramură a geofizicii care studiază distribuția în spațiu și schimbările în timp ale câmpului geomagnetic, precum și procesele geofizice asociate cu acesta în Pământ și în atmosfera superioară.

În fiecare punct al spațiului, câmpul geomagnetic este caracterizat de vectorul intensității T, a căror mărime și direcție sunt determinate de 3 componente X, Y, Z(nord, est și vertical) într-un sistem de coordonate dreptunghiular ( orez. unu ) sau 3 elemente de pământ: componenta orizontală a tensiunii H, declinație magnetică D (Vezi. Declinație magnetică) (unghiul dintre Hşi planul meridianului geografic) şi înclinaţia magnetică eu(unghi între Tși planul orizontului).

Magnetismul Pământului se datorează acțiunii surselor permanente situate în interiorul Pământului, care experimentează doar schimbări (variații) seculare lente, și surselor externe (variabile) situate în magnetosfera și ionosferă terestră. În consecință, se disting câmpurile geomagnetice principale (principal, magnetism Pământesc 99%) și variabile (magnetism Pământesc 1%).

Câmp geomagnetic principal (permanent).. Pentru a studia distribuția spațială a câmpului geomagnetic principal, valorile măsurate în diferite locuri H, D, I puneți pe hărți (hărți magnetice) și conectați punctele de valori egale ale elementelor cu linii. Astfel de linii se numesc izodinamice, izogone și, respectiv, izocline. Linie (izoclinic) eu= 0, adică ecuatorul magnetic nu coincide cu ecuatorul geografic. Odată cu creșterea latitudinii, valoarea eu crește la 90° la polii magnetici (vezi Pol magnetic). Tensiune totală T (orez. 2 ) de la ecuator la pol crește de la 33,4 la 55,7 a.m(de la 0,42 la 0,70 Oe). Coordonatele polului magnetic nordic pentru 1970: longitudine 101,5° V. D., latitudine 75,7 ° N. SH.; polul magnetic sudic: longitudine 140,3° E D., latitudine 65,5 ° S. SH. O imagine complexă a distribuției câmpului geomagnetic în prima aproximare poate fi reprezentată de câmpul unui dipol (vezi Dipol) (excentric, cu un decalaj față de centrul Pământului cu aproximativ 436 km) sau o sferă magnetizată omogenă, al cărei moment magnetic este îndreptat la un unghi de 11,5 ° față de axa de rotație a Pământului. Polii geomagnetici (polii unei bile magnetizate uniform) si polii magnetici definesc, respectiv, sistemul de coordonate geomagnetice (latitudine geomagnetica, meridian geomagnetic, ecuator geomagnetic) si coordonate magnetice (latitudine magnetica, meridian magnetic). Abaterile distribuției efective a câmpului geomagnetic de la dipol (normal) se numesc anomalii magnetice (vezi Anomalii magnetice). În funcție de intensitatea și dimensiunea zonei ocupate, există anomalii globale de origine profundă, de exemplu, Siberiana de Est, Brazilia etc., precum și anomalii regionale și locale. Acesta din urmă poate fi cauzat, de exemplu, de distribuția neuniformă a mineralelor feromagnetice în scoarța terestră. Influența anomaliilor lumii afectează până la înălțimi magnetismul Pământului 0,5 R3 deasupra suprafeței pământului ( R3- raza pământului). Câmpul geomagnetic principal are un caracter dipol până la altitudinile magnetismului Pământului3 R3.

Se confruntă cu variații seculare, care nu sunt aceleași pe tot globul. În locurile cu cea mai intensă variație seculară, variațiile ajung la 150γ pe an (1γ = 10 -5 e). Există, de asemenea, o deplasare sistematică spre vest a anomaliilor magnetice cu o rată de aproximativ 0,2° pe an și o schimbare a mărimii și direcției momentului magnetic al Pământului la o rată de 20γ pe an. Din cauza variațiilor seculare și a cunoașterii insuficiente a câmpului geomagnetic pe suprafețe mari (oceane și regiuni polare), devine necesară recompilarea hărților magnetice. În acest scop, cercetările magnetice globale sunt efectuate pe uscat, în oceane (pe nave nemagnetice), în spațiul aerian (studiu aeromagnetic) și în spațiul cosmic (cu ajutorul sateliților artificiali de pe Pământ). Pentru măsurători, folosesc: busolă magnetică, teodolit magnetic, cântare magnetice, inclinator, magnetometru, aeromagnetometru și alte dispozitive. Studiul topografiei terestre și alcătuirea de hărți ale tuturor elementelor sale joacă un rol important în navigația maritimă și aeriană, în geodezie și topografie minelor.

Studiul câmpului geomagnetic al erelor trecute se realizează în funcție de magnetizarea reziduală a rocilor (vezi Paleomagnetism), iar pentru perioada istorică - în funcție de magnetizarea produselor din lut copt (cărămizi, vase ceramice etc.). Studiile paleomagnetice arată că direcția câmpului magnetic principal al Pământului s-a inversat în mod repetat în trecut. Ultima astfel de schimbare a avut loc acum aproximativ 0,7 milioane de ani.

A. D. Shevnin.

Originea câmpului geomagnetic principal. Pentru a explica originea câmpului geomagnetic principal, au fost înaintate multe ipoteze diferite, inclusiv ipoteze despre existența unei legi fundamentale a naturii, conform căreia orice corp în rotație are un moment magnetic. S-au încercat explicarea câmpului geomagnetic principal prin prezența materialelor feromagnetice în scoarța terestră sau în miezul acesteia; mișcarea sarcinilor electrice, care, participând la rotația zilnică a Pământului, creează un curent electric; prezența în miezul Pământului a curenților provocați de forța termoelectromotoare la limita dintre nucleu și manta etc., și, în final, acțiunea așa-numitului dinam hidromagnetic în miezul metalic lichid al Pământului. Datele moderne despre variațiile seculare și modificările multiple ale polarității câmpului geomagnetic sunt explicate satisfăcător doar prin ipoteza unui dinam hidromagnetic (HD). Conform acestei ipoteze, în miezul lichid conductor electric al Pământului pot apărea mișcări destul de complexe și intense, ducând la autoexcitarea câmpului magnetic, similar modului în care curentul și câmpul magnetic sunt generate într-un dinam autoexcitat. Acțiunea HD se bazează pe inducția electromagnetică într-un mediu în mișcare, care, în mișcarea sa, traversează liniile de forță ale câmpului magnetic.

Cercetarea în HD se bazează pe magnetohidrodinamică (vezi Magnetohidrodinamică). Dacă considerăm ca fiind dată viteza materiei în miezul lichid al Pământului, atunci putem demonstra posibilitatea fundamentală de a genera un câmp magnetic în timpul mișcărilor de diferite tipuri, atât staționare, cât și nestaționare, regulate și turbulente. Câmpul magnetic mediu din miez poate fi reprezentat ca suma a două componente - câmpul toroidal LAφ și câmpuri VR, ale căror linii de forță se află în planuri meridionale ( orez. 3 ). Liniile de câmp ale unui câmp magnetic toroidal LAφ sunt închise în interiorul miezului pământului și nu ies în exterior. Conform celei mai comune scheme HD terestre, câmpul Bφ este de sute de ori mai puternic decât câmpul care pătrunde în afara nucleului În r, care are o formă predominant dipol. Rotația neomogenă a fluidului conductor electric din miezul Pământului deformează liniile de câmp În rși formează linii de câmp din ele LA(. La rândul său, câmpul În r este generată datorită interacțiunii inductive a unui fluid conductor care se mișcă într-un mod complex cu câmpul LAφ. Pentru a asigura generarea câmpului În r din LAφ mișcarea fluidului nu trebuie să fie axisimetrică. În rest, așa cum arată teoria cinetică a HD, mișcările pot fi foarte diverse. Mișcările fluidului conducător sunt create în procesul de generare, pe lângă câmp În r, precum și alte câmpuri care se schimbă lent, care, pătrunzând dinspre miez, provoacă variații seculare în câmpul geomagnetic principal.

Teoria generală a HD, care investighează atât generarea câmpului, cât și „motorul” HD terestru, adică originea mișcărilor, se află încă în stadiul inițial de dezvoltare și multe sunt încă ipotetice în ea. Ca cauze ale mișcărilor, sunt prezentate forțele arhimediene, din cauza neomogenităților de densitate mici din nucleu, și forțele de inerție (vezi Forța de inerție).

Primele pot fi asociate fie cu degajarea de căldură în miez și cu dilatarea termică a lichidului (convecție termică), fie cu neomogenitatea compoziției miezului datorită eliberării de impurități la limitele acestuia. Acesta din urmă poate fi cauzat de accelerația datorată precesiei (vezi Precesiunea) axei pământului. Apropierea câmpului geomagnetic de câmpul unui dipol cu ​​o axă aproape paralelă cu axa de rotație a Pământului indică o relație strânsă între rotația Pământului și originea m a Pământului. Rotația creează o forță Coriolis (vezi forța Coriolis) , care poate juca un rol semnificativ în mecanismul HD al Pământului. Dependența mărimii câmpului geomagnetic de intensitatea mișcării materiei în miezul pământului este complexă și nu a fost încă studiată suficient. Conform studiilor paleomagnetice, magnitudinea câmpului geomagnetic fluctuează, dar, în medie, în ordinea mărimii, rămâne neschimbată mult timp - aproximativ sute de milioane de ani.

Funcționarea HD-ului Pământului este asociată cu multe procese din miezul și mantaua Pământului; prin urmare, studiul câmpului geomagnetic principal și al HD-ului Pământului este o parte esențială a întregului complex de studii geofizice ale structurii interne și dezvoltării Pământ.

S. I. Braginsky.

Câmp geomagnetic variabil. Măsurătorile efectuate pe sateliți și rachete au arătat că interacțiunea plasmei vântului solar cu câmpul geomagnetic duce la perturbarea structurii dipolului câmpului de la distanță. Rz din centrul pământului. Vântul solar localizează câmpul geomagnetic într-un volum limitat al spațiului din apropierea Pământului - magnetosfera Pământului, în timp ce la limita magnetosferei presiunea dinamică a vântului solar este echilibrată de presiunea câmpului magnetic al Pământului. Vântul solar comprimă câmpul magnetic al Pământului din partea de zi și duce liniile de câmp geomagnetic ale regiunilor polare către partea de noapte, formând coada magnetică a Pământului în apropierea planului ecliptic cu o lungime de cel puțin 5 milioane de km. km(cm. orez. în articolele Pământ și magnetosfera Pământului). Regiunea aproximativ dipol a câmpului cu linii de forță închise (magnetosfera interioară) este o capcană magnetică pentru particulele încărcate de plasmă din apropierea Pământului (vezi Centurile de radiații ale Pământului).

Fluxul de plasmă a vântului solar în jurul magnetosferei cu o densitate și o viteză variabile a particulelor încărcate, precum și pătrunderea particulelor în magnetosferă, duc la o schimbare a intensității sistemelor de curent electric în magnetosfera și ionosfera Pământului. Sistemele actuale, la rândul lor, provoacă oscilații ale câmpului geomagnetic în spațiul apropiat de Pământ și pe suprafața Pământului într-un interval larg de frecvență (de la 10 -5 la 10 2). Hz) și amplitudini (de la 10 -3 la 10 -7 uh). Înregistrarea fotografică a modificărilor continue ale câmpului geomagnetic se realizează în observatoarele magnetice cu ajutorul magnetografelor. În perioadele de liniște, variații periodice solar-diurne și lunar-diurne sunt observate la latitudini joase și mijlocii. amplitudini 30-70γ și respectiv 1-5γ. Alte oscilații de câmp neregulat observate de diverse forme și amplitudini se numesc perturbații magnetice, printre care există mai multe tipuri de variații magnetice.

Perturbații magnetice care acoperă întregul Pământ și continuă de la unul ( orez. 4 ) până la câteva zile sunt numite furtuni magnetice globale (vezi furtuni magnetice) , timp în care amplitudinea componentelor individuale poate depăși 1000γ. O furtună magnetică este una dintre manifestările perturbărilor puternice din magnetosferă care apar atunci când parametrii vântului solar se modifică, în special viteza particulelor sale și componenta normală a câmpului magnetic interplanetar în raport cu planul ecliptic. Perturbațiile puternice ale magnetosferei sunt însoțite de apariția de aurore, perturbări ionosferice, radiații cu raze X și cu frecvență joasă în atmosfera superioară a Pământului.

Aplicaţii practice ale fenomenelor lui Z. m. Sub acțiunea câmpului geomagnetic, acul magnetic este situat în planul meridianului magnetic. Acest fenomen a fost folosit din cele mai vechi timpuri pentru orientarea pe sol, trasarea cursului navelor în marea liberă, în practica geodezică și topografia minelor, în afaceri militare etc. (vezi Bussol, Bussol).

Studiul anomaliilor magnetice locale face posibilă detectarea mineralelor, în primul rând minereul de fier (vezi Explorarea magnetică), și în combinație cu alte metode de explorare geofizică, pentru a determina locația și rezervele acestora. S-a răspândit metoda magnetotelurică de sondare a interiorului Pământului, în care conductivitatea electrică a straturilor interioare ale Pământului este calculată din câmpul unei furtuni magnetice și apoi se estimează presiunea și temperatura existente acolo.

Una dintre sursele de informații despre straturile superioare ale atmosferei sunt variațiile geomagnetice. Perturbațiile magnetice asociate, de exemplu, cu o furtună magnetică apar cu câteva ore mai devreme decât sub influența acesteia, apar modificări în ionosferă care perturbă comunicațiile radio. Acest lucru face posibilă realizarea prognozelor magnetice necesare pentru a asigura comunicații radio neîntrerupte (prognoze meteo radio). Datele geomagnetice servesc, de asemenea, la prezicerea situației radiațiilor în spațiul apropiat de Pământ în timpul zborurilor spațiale.

Constanța câmpului geomagnetic până la înălțimi de mai multe raze Pământului este utilizată pentru orientarea și manevra navelor spațiale.

Câmpul geomagnetic afectează organismele vii, flora și oamenii. De exemplu, în perioadele de furtuni magnetice, numărul bolilor cardiovasculare crește, starea pacienților care suferă de hipertensiune arterială se înrăutățește și așa mai departe. Studiul naturii efectelor electromagnetice asupra organismelor vii este una dintre domeniile noi și promițătoare ale biologiei.

A. D. Shevnin.

Lit.: Yanovsky B. M., Terrestrial magnetism, vol. 1-2, L., 1963-64; al lui, Dezvoltarea lucrărilor despre geomagnetism în URSS în anii puterii sovietice. „Izv. Academia de Științe a URSS, Fizica Pământului, 1967, nr.11, p. 54; Carte de referință despre câmpul magnetic alternant al URSS, L., 1954; Spațiul cosmic apropiat de Pământ. Date de referință, trad. din engleză, M., 1966; Prezentul și trecutul câmpului magnetic al Pământului, M., 1965; Braginsky S.I., Pe bazele teoriei dinamului hidromagnetic al Pământului, „Geomagnetismo și aeronomie”, 1967, v.7, nr. 3, p. 401; Fizica solar-terestră, M., 1968.

Orez. 2. Harta intensității totale a câmpului geomagnetic (în oersteds) pentru epoca 1965; cercuri negre - poli magnetici (M.P.). Harta prezintă anomaliile magnetice ale lumii: brazilian (B.A.) și estul siberian (East-S.A.).

Orez. 3. Schema câmpurilor magnetice din dinamul hidromagnetic al Pământului: NS - axa de rotație a Pământului: В р - câmp apropiat de câmpul unui dipol îndreptat de-a lungul axei de rotație a Pământului; B φ - câmp toroidal (de ordinul sutelor de gauss), care se închide în interiorul nucleului pământului.

Orez. 4. Magnetogramă, care a înregistrat o mică furtună magnetică: H 0 , D 0 , Z 0 - originea componentei corespunzătoare a magnetismului terestru; săgețile arată direcția numărării.

Marea Enciclopedie Sovietică. - M.: Enciclopedia Sovietică. 1969-1978 .

Vedeți ce este „Magnetismul Pământului” în alte dicționare:

- (geomagnetism), 1) Câmpul magnetic al Pământului. 2) O ramură a geofizicii care studiază distribuția în câmp și modificările în timp ale câmpului magnetic. câmpurile Pământului, precum și cele fizice aferente. procesele din Pământ și din atmosferă. În fiecare punct, dreapta va geomagn. Domeniul este caracterizat... Enciclopedia fizică

- (Magnetism terestru) un câmp magnetic în apropierea pământului, cel mai ușor de detectat prin efectul său asupra unui ac magnetic. Direcția forței Z. M. este determinată de obicei de două unghiuri: declinația magnetică și înclinația magnetică și magnitudinea forței Z. M. ... ... Dicționar marin

Dicţionar enciclopedic mare

magnetism terestru- geomagnetism - [Ya.N. Luginsky, M.S. Fezi Zhilinskaya, Yu.S. Kabirov. Dicționar englez rus de inginerie electrică și inginerie energetică, Moscova, 1999] Subiecte de inginerie electrică, concepte de bază Sinonime geomagnetism EN Pământ magnetismterrestrial ... ... Manualul Traducătorului Tehnic

magnetism terestru- Câmpul magnetic al Pământului, considerat ca un întreg, variind ca intensitate și direcție, afectând acul unei busole magnetice, care indică polul geomagnetic nord... Dicţionar de geografie

MAGNETISM TERESTRE- Câmpul magnetic al Pământului. Este alcătuit din două componente: un câmp constant datorat structurii interne a Pământului și un câmp alternativ datorat acțiunii curenților electrici din ionosferă și magnetosferă, care nu depășește 1% din constanta ... ... Marea Enciclopedie Politehnică

Câmpul magnetic al Pământului, a cărui existență se datorează acțiunii surselor constante situate în interiorul Pământului (vezi Dinam hidromagnetic) și creând componenta principală a câmpului (99%), precum și a surselor variabile (curenți electrici) in ...... Dicţionar enciclopedic

magnetism terestru- Žemės magnetizmas statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. magnetismul pământului; geomagnetism; magnetism terestru vok. Erdmagnetismus, m rus. geomagnetism, m; magnetism terestru, m pranc. geomagnetism, m; magnétisme terrestre, m … Fizikos terminų žodynas