Erdmagnetfeldherkunft, Eigenschaften, Funktion

Er Erdmagnetfeld Es ist die magnetische Wirkung, die die Erde ausübt und die sich von innen bis Hunderten von Kilometern im Weltraum erstreckt. Es ist dem von einem Stabmagneten hergestellten sehr ähnlich. Diese Idee wurde vom englischen Wissenschaftler William Gilbert im 17. Jahrhundert vorgeschlagen, der auch feststellte, dass es nicht möglich ist, die Magnetpolen zu trennen.

Abbildung 1 zeigt die Landmagnetfeldlinien. Sie sind immer geschlossen, überqueren das Innenraum und fordern außen fort und bilden eine Art Abdeckung.

Abbildung 1. Das Magnetfeld der Erde ähnelt dem eines Balkenmagneten. Quelle: Wikimedia Commons.

Der Ursprung des Magnetfeldes der Erde ist immer noch ein Rätsel. Der äußere Kern des Gusseisenkerns kann nicht für sich allein, weil die Temperatur so ist. Die Temperaturschwelle dafür wird als Curie -Temperatur bezeichnet. Daher ist es unmöglich, dass eine große Masse magnetisiertes Material für das Feld verantwortlich ist.

Wir haben diese Hypothese verworfen, wir müssen nach dem Ursprung des Feldes in einem anderen Phänomen suchen: die terrestrische Rotation. Dies führt dazu.

Es wird angenommen, dass der Dynamo -Effekt die Ursache des Magnetismus astronomischer Objekte ist, zum Beispiel die der Sonne. Bisher ist jedoch nicht bekannt, warum sich eine Flüssigkeit auf diese Weise verhalten kann und wie die erzeugten elektrischen Strömungen.

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Eigenschaften

- Das Magnetfeld der Erde ist das Ergebnis von drei Beiträgen: dem inneren Feld selbst, dem externen Magnetfeld und dem von magnetischen Mineralien im Kortex:

1. Inneres Feld: Es ähnelt dem eines Magnetdipols (Magneten) im Erdzentrum, und sein Beitrag beträgt etwa 90%. Variiert sehr langsam in der Zeit.
2. Externes Feld: Es stammt aus der Sonnenaktivität in den Schichten der Atmosphäre. Es ähnelt nicht dem von Dipolo und präsentiert zahlreiche Variationen: tägliche, jährliche, magnetische Stürme und mehr.
3. Magnetische Gesteine ​​in der Erdkruste, die auch ihr eigenes Feld erzeugen.

- Das Magnetfeld ist polarisiert und präsentiert Nord- und Südpolen, genau wie ein Balkenmagnet.

- Wie die gegenüberliegenden Pole anziehen, zeigt die Kompassnadel, die ihr Nordpol ist.

- Die Magnetfeldrichtung wird in Form von geschlossenen Linien dargestellt, die den magnetischen Süden (Nordpol des Magneten) verlassen und in den magnetischen Norden (Südpol des Magneten) gelangen.

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- Im magnetischen Norden -und auch im magnetischen Süden -das Feld ist senkrecht zur Erdoberfläche, während in Ecuador das Feld bündig ist. (Siehe Abbildung 1)

- Die Intensität des Feldes ist bei den Polen viel größer als in Ecuador.

- Die Achse des terrestrischen Dipols (Abbildung 1) und die Rotationsachse sind nicht ausgerichtet. Es gibt eine Vertreibung von 11,2º unter ihnen.

Geomagnetische Elemente

Da das Magnetfeld Vektor ist, koordiniert ein kartesisches System von XYZ mit einem Ursprung oder hilft, seine Position festzulegen.

Figur 2. Geomagnetische Elemente. Quelle: f. Zapata.

Die Gesamtintensität des Magnetfelds oder der Induktion ist B und seine Projektionen oder Komponenten sind: h horizontal und z vertikal. Sie sind verwandt durch:

-D, der magnetische Abnahmewinkel zwischen H und dem geografischen Norden (x -Achse), positiv im Osten und im Westen negativ.

-Ich, der magnetische Neigungswinkel zwischen B und h, positiv wenn B ist unter der horizontalen.

Die Kompassnadel wird in Richtung H, der horizontalen Komponente des Feldes. Die Ebene bestimmt durch B und H wird magnetisch Meridian genannt, während ZX der geografische Meridian ist.

Der Magnetfeldvektor ist vollständig angegeben, wenn drei der folgenden Mengen bekannt sind, die als geomagnetische Elemente bezeichnet werden: B, H, d, i, x, y, z.

Funktion

Hier sind einige der wichtigsten Funktionen des Magnetfeldes der Erde:

-Menschen haben es seit Hunderten von Jahren dazu verwendet, sich über den Kompass zu orientieren.

-Es übt eine Schutzfunktion des Planeten aus, indem es ihn einwickelt und die geladenen Partikel auslenkt, die die Sonne kontinuierlich aufgeht.

-Obwohl das Magnetfeld der Erde (30 - 60 Mikro -Tesla) im Vergleich zu denen des Labors schwach ist, ist es für bestimmte Tiere intensiv genug, um sie zu orientieren. Dies ist, was Zugvögel, Messenger -Tauben, Wale und einige Fischschulen tun.

-Magnetometrie oder Messung des Magnetfeldes wird zur Aussicht auf Mineralressourcen verwendet.

Nord- und Südlichter

Sie sind als Lichter des Nordens oder des Südens bekannt. Sie erscheinen in Breiten in der Nähe der Pole, wo das Magnetfeld fast senkrecht zur Erdoberfläche und viel intensiver ist als in Ecuador.

Figur 3. Boreal Aurora in Alaska. Quelle: Wikimedia Commons.

Sie haben ihren Ursprung in der großen Anzahl beladener Partikel, die die Sonne kontinuierlich sendet. Diejenigen, die vom Feld gefangen sind, abweicht aufgrund der größten Intensität normalerweise in Richtung der Pole ab zu den Polen. Dort nutzen sie die Gelegenheit, um die Atmosphäre zu ionisieren und dabei sichtbares Licht aus emittieren.

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Die Lichter des Nordens sind in Alaska, Kanada und Nordeuropa aufgrund der Nähe des Magnetpols sichtbar. Aber aufgrund seiner Migration ist es möglich, dass sie im Laufe der Zeit in Nordrussland im Laufe der Zeit sichtbarer werden.

Obwohl es vorerst nicht der Fall zu sein scheint, da die Auroras nicht genau in den magnetischen Norden folgen.

Magnetverletzung und Navigation

Für die Navigation, insbesondere bei sehr langen Reisen, ist es äußerst wichtig, den magnetischen Rückgang zu kennen, um die erforderliche Korrektur durchzuführen und den wahren Norden zu finden.

Dies wird durch Karten erreicht, die die Linien gleicher Abnahme (Isogone) anzeigen, da der Rückgang je nach geografischer Lage stark unterschiedlich ist. Dies liegt daran, dass das Magnetfeld lokale Variationen kontinuierlich erfährt.

Die großen Zahlen, die auf den Landespuren gemalt erscheinen.

Nordtypen

So verwirrend es auch scheinen mag, es gibt verschiedene Arten von Norden, die durch bestimmte Kriterien definiert sind. So können wir finden:

magnetischer Nordpol, Es ist der Punkt der Erde, an dem das Magnetfeld senkrecht zur Oberfläche ist. Dort zeigt der Kompass und übrigens nicht antipodal (diametral entgegengesetzt) ​​mit dem magnetischen Süden.

Geomagnetischer Norden, Es ist der Ort, an dem die Achse des magnetischen Dipols der Oberfläche erscheint (siehe Abbildung 1). Da das Magnetfeld der Erde etwas komplexer ist als das Dipolo -Feld, stimmt dieser Punkt nicht genau mit dem magnetischen Norden zusammen.

Geografischer Norden, Dort passt die Achse der terrestrischen Rotation vorbei.

North Lambert oder das Netz, Es ist der Punkt, an dem Karten Meridiane zusammenkommen. Es entspricht nicht genau dem geografischen oder wahren Norden, da die kugelförmige Oberfläche der Erde verzerrt ist, wenn sie auf einer Ebene projiziert wird.

Figur 4. Verschiedene Nortes und seine Lage. Quelle: Wikimedia Commons. Cavit [CC von 4.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/bis/4.0)]]

Magnetfeldinvestition

Es gibt eine beunruhigende Tatsache: Die Magnetpolen können die Position im Laufe einiger tausend Jahre verändern und derzeit stattfinden. Tatsächlich ist bekannt, dass es in den letzten 17 Millionen Jahren ungefähr 171 Mal her ist.

Die Beweise finden sich in den Felsen, die aus einem Riss in der Mitte des Atlantiks hervorgehen. Wenn es herauskommt, kühlt und verfestigt sich der Gestein und setzt für den Moment die Richtung der terrestrischen Magnetisierung, die erhalten bleibt, was erhalten bleibt.

Aber bisher gibt es keine zufriedenstellende Erklärung dafür, warum es passiert, noch woher die Energie, die für die Investition des Feldes kommt.

Wie bereits kommentiert, bewegt sich der magnetische Norden derzeit schnell in Richtung Sibirien, und der Süden bewegt sich ebenfalls, wenn auch langsamer.

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Einige Experten glauben, dass es auf einen Hochgeschwindigkeits -Flüssigkeits -Eisenstrom knapp unter Kanada zurückzuführen ist, was auf das Feld schwächt. Es kann auch die Anfänge einer magnetischen Investition sein. Der letzte, der passiert ist, war vor 700 Jahren.000 Jahre.

Es kann sein, dass der Dynamo, der zu terrestrischem Magnetismus führt.

Wenn der Dynamo neu gestartet wird, haben sich die Magnetpolen Orte geändert. Es kann aber auch passieren, dass die Investition nicht vollständig ist, sondern eine vorübergehende Variation der Dipolo -Achse, die schließlich zu ihrer ursprünglichen Position zurückkehrt.

Experiment

Es wird mit den Helmholtz -Spulen durchgeführt: zwei identische und konzentrische kreisförmige Spulen, durch die die gleiche Stromintensität passt. Das Magnetfeld der Spulen interagiert mit dem der Erde und führt zu einem daraus resultierenden Magnetfeld.

Abbildung 5. Experimentieren Sie, um den Wert des Erdmagnetfeldes der Erde zu bestimmen. Quelle: f. Zapata.

Innerhalb der Spulen entsteht ein ungefähr gleichmäßiges Magnetfeld, dessen Größe ist:

-N ist die Anzahl der Wendungen der Spulen

-Ich ist die Intensität des Stroms

-μ_entweder Es ist die magnetische Permeabilität von Vakuum

-R ist der Radius der Spulen

Verfahren

-Bestimmen Sie mit einem Kompass auf der axialen Achse der Spulen die Richtung des Erdmagnetfeldes B_T.

-Östlich die Achse der Spulen senkrecht zu sein B_T. Auf diese Weise das Feld B_H Erzeugt, sobald der Strom verabschiedet wird, wird es senkrecht sein B_T. In diesem Fall:

Abbildung 6. Das resultierende Feld markiert die Kompassnadel. Quelle: f. Zapata.

-B_H Es ist proportional zu dem Strom, der durch die Spulen geleitet wird, so dass B_H = k.Yo, Wo k Es ist eine Konstante, die von der Geometrie dieser Spulen abhängt: Radio und Anzahl der Kurven. Bei der Messung des Stroms können Sie den Wert von B haben_H. So dass:

B_H = k.I = b_T. Tg θ

Deshalb:

-Sobald eine Strömung durch die Spulen geleitet wird, weicht die Kompassnadel ab. Die Messung der Abweichung ist der Wert von θ.

-Verschiedene Intensitäten werden durch die Spulen geleitet und Paare werden aufgezeichnet (Yo, Tg θ).

-Die Grafik wird gemacht Yo vs. Tg θ. Da das Gerät linear ist, wird eine Linie erwartet, deren Steigung M Ist:

M = b_T /k

-Schließlich wird durch die Einstellung der Linie durch minimale Quadrate oder durch visuelle Einstellung der Wert von B bestimmt_T.

Verweise

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