В данной статье речь пойдет о магнитном поле планеты Земля. В начале статьи мы расскажем о том, что такое магнитное поле. Далее мы скажем о постоянных магнитах и их свойствах. Затем мы перейдем непосредственно к описанию магнитного поля Земли и его свойств.
Ключевые слова: магнитное поле, магнит, географический полюс, магнитный полюс, планета Земля.
Люди издавна знали о некоторых свойствах магнитов, использовали постоянные магниты, например, в компасах. Однако изучение магнитов и магнитных полей началось после того, как ученые связали между собой электрические и магнитные поля. Исследователи выяснили, что магнитное поле также создается электрическим зарядом и что существует такое явление, как электромагнитное поле.
На данный момент существует большое количество математических моделей, описывающих электромагнитные поля, изучены закономерности, в соответствии с которыми они существуют. Их мы свободно используем в своей работе. И уже на их основе можем создавать и придумывать новые.
Изучение магнитных полей позволяет решить многие задачи, которые стоят перед физикой, а также создать большое количество приборов. Магниты используют в различных электроприборах, например, электродвигателях, различных записывающих приборах, электрических измерительных приборах и т. д. Сильные магнитные поля используются и в МРТ, и в Большом адронном коллайдере.
В нашей статье мы подробно разберем свойства постоянных магнитов, так как нас интересуют магнетические свойства Земли.
Начнем с того, почему постоянный магнит вообще можно назвать магнитом. Дело в том, что постоянный магнит состоит из некоторого количества поворачивающихся «элементарных магнитов», которые собираются в один большой. Однако здесь кроется проблема: не все маленькие магниты, которые собираются вместе, представляют собой большой магнит, то есть имеют сильное магнитное поле. Так, например, железо состоит из множества «элементарных» магнитов, но не всякий кусок железа является магнитом. В чем же проблема? Для того, чтобы маленькие магниты собрались в один большой, они должны быть одинаково ориентированы, направлены. Также важно сказать, что маленькие магниты выстраиваются в одном направлении под воздействием окружающей среды. К примеру, кусочек железа может намагнититься, если будет находиться рядом с другими магнитами, и размагнититься, если попадет в среду без магнитов.
Земля является огромным магнитом, потому что она обладает теми свойствами, которые есть у постоянных магнитов. Этими свойствами являются следующие:
- магниты притягивают железные предметы;
- сила притяжения больше на концах магнита.
Можно провести эксперимент с полосовым, или плоским магнитом. «Если подвесить полосовой магнит за его середину, то он повернется так, что один его конец будет направлен в сторону географического северного полюса Земли, этот конец магнита называют его северным полюсом (обозначили букой N — north), а другой, соответственно, южным (обозначили S — south)» [1] (рис. 1).
Рис. 1. Компас в магнитном поле Земли и стороны света
Именно благодаря тому, что Земля взаимодействует с магнитной стрелкой компаса, и удалось обнаружить ее магнитное поле. Как думают исследователи, Земля производит токи в жидком ядре (рис. 2). Токи в ядре земли генерируются из-за того, что планета вращается, а расплавленный металл проходит через конвекцию. На самом деле, магнитное поле Земли нельзя назвать сильным: его недостаточно для того, чтобы железные предметы притягивались к магнитным полюсам, но, в то же время, его вполне хватает для реакции стрелок компаса.
Рис. 2. Магнитное поле Земли
Необходимо отметить один интересный факт. Дело в том, что географические и магнитные полюса Земли не совпадают. Это происходит из-за того, что притягиваются противоположные полюса. Так северный географический полюс находится вблизи магнитного южного и наоборот (рис. 3).
Рис. 3. Магнитные и географические полюса Земли
Еще один интересный факт состоит в том, что магнитные полюса Земли перемещаются.
В 1831 году экспедиция Джеймса Кларка Росса, британского полярного исследователя, обнаружила северный магнитный полюс на мысе Аделаида. Расположение же южного магнитного полюса на антарктической Земле Адели вычислил Венсан-Дюмолен, участник экспедиции Дюмон-Дюрвиля. Побывали же люди на Южном магнитном полюсе в 1909 году. Это были участники британской экспедиции на судне «Нимрод».
В начале XX века ученые считали, что магнитные и географические полюса твердо установлены. Однако в 1903 году путешественник Амундсен обнаружил, что северный магнитный полюс переместился с того места, где он был раньше (по данным Росса). Так ученые поняли, что магнитные полюса сдвигаются. Со времени обнаружения магнитные полюса сдвинулись.
В 1905 году ученые пришли к новому открытию. Французский физик Бернар Брюнес исследовал вулканические породы на юге Франции. Этим массивам было около 750 тыс. лет. Вектор магнитного поля вулканических пород был направлен в противоположном направлении, по сравнению с современными ему данными. Брюнес сделал вывод, что 750 тыс. лет назад направление магнитного поля Земли было совершенно другим. Таким образом, впервые была замечена инверсия магнитного поля Земли.
Постепенно ученые начали находить все больше подтверждений тому, что магнитные поля меняются местами. Мотонори Матуяма, японский исследователь, в 1920-е годы после изучения образцов базальта из Манчжурии и Японии пришел к похожим выводам. По его мнению, с 2,58 млн. до 0,78 млн. лет на планете Земля было другое направление магнитного поля. Переворот, который привел магнитосферу к тому состоянию, в котором она находится сейчас, получил название переворота Брюнеса — Матуямы.
Таким образом, можно сделать вывод, что магнитное поле Земли — это сложный феномен, который требует более подробного изучении.
Литература:
- Лазарев М. И., Кожешкур В. А. Магнитное поле. Профильный уровень // [Электронный ресурс] — Режим доступа: https://interneturok.ru/lesson/physics/11-klass/bmagnitnoe-poleb/magnitnoe-pole-profilnyy-uroven (дата обращения: 10.08.2021)
- Планетарный магнитный переворот // [Электронный ресурс] — Режим доступа: https://cosmos.mirtesen.ru/blog/43942837890/Planetarnyiy-magnitnyiy-perevorot (дата обращения: 15.08.2021)
- Физика: Электродинамика: углубленный уровень: 10–11 классы: учебник / Г. Я. Мякишев, А. З. Синяков. — 6-е изд., стереотип. — М.: Дрофа, 2018. — 476, [4] с. ил.
- Физика. Базовый уровень. 11 класс: учебник/В. А. Касьянов. — 7-е изд., перераб. — М.: Дрофа, 2019.
- Физика. Углубленный уровень. 11 класс: учебник/В. А. Касьянов. — 6-е изд., стереотип. — М.: Дрофа, 2019.
