Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Od starověku je známo, že magnetická střelka, volně rotující kolem své svislé osy, je vždy umístěna v určitém směru v daném místě na Zemi (pokud nejsou magnety, elektrické vodiče nebo železo objekty v okolí). Tato skutečnost je vysvětlena skutečností, že kolem Země je magnetické pole a magnetická jehla je umístěna podél jeho magnetických čar. Na tom je založen kompas, což je magnetická střelka volně rotující na ose.

V tomto článku zjistíte, jaké je magnetické pole Země, jak vzniká a mnoho dalšího.

Magnetické pole Země: jednoduché vysvětlení

Naše planeta Země je obklopena magnetickým polem, které se také nazývá magnetické pole Země. Při pohledu ze strany má magnetické pole Země tvar tyčového magnetu. To znamená, že si pod zemským povrchem můžete představit obrovský tyčový magnet, nakloněný k ose rotace Země. Jižní pól tohoto magnetu směřuje ke geografickému severnímu pólu Země.

Magnetické pole Země má intenzitu 30 mikrotesla (µT) až 60 µT. Hlavní část zemského magnetického pole vzniká v kapalném vnějším jádru Země v důsledku konvekce roztaveného železa.

Kromě orientace pomocí kompasu plní magnetické pole Země další životně důležitý úkol: stínění slunečního větru, to znamená, že nás chrání před nebezpečným zářením z vesmíru. Složení kosmického záření kromě elektronů, protonů, zahrnuje další částice pohybující se ve vesmíru velkou rychlostí.

Jak se vytváří magnetické pole Země?

Hlavní část magnetického pole vzniká uvnitř Země. Proto si v této části nejprve ukážeme, jak funguje jádro Země, a poté se krátce zastavíme u tzv. „dynamo teorie“.

Struktura zemského jádra

Můžete si představit Zemi rozdělenou na čtyři kulové slupky a jednu kouli (viz obrázek 1 níže). Každá kulovitá skořepina je vyrobena z různých materiálů a má jinou tloušťku. Koule je uprostřed a čtyři kulové skořepiny obklopují kouli jednu po druhé. Následující seznam ukazuje strukturu Země, počínaje povrchem Země a konče v jejím středu.

  • Kulový obal 1 - Zemská kůra: tloušťka 5 - 70 km.
  • Kulový plášť 2 - horní plášť: hloubka asi 660 km.
  • Kulový plášť 3 - spodní plášť: hloubka 660 - 2900 km.
  • Sférický plášť 4 - vnější jádro: hloubka 2900 - 5150 km.
  • Sféra - vnitřní jádro Země: hloubka od 5150 do 6371 km.
Rýže. 1. Struktura Země

Teorie dynama

Vnější jádro je tvořeno převážně tekutým, elektricky vodivým železem. Vnější vrstva vnějšího jádra Země je chladnější než vnitřní jádro Země. Tento teplotní rozdíl vede ke vzniku konvekčních proudů. To znamená, že tekuté železo ve vnějším jádru se hodně pohybuje tam a zpět. K tomuto pohybu se přidává rotace Země.

Pro magnetické pole Země bylo rozhodující další pozorování, totiž magnetické pole je ve vodiči „zpožděno“. Pokud se vodič pohybuje, magnetické pole jej musí následovat. To je přesně to, co se děje ve vnějším jádru Země. Vnější magnetické pole vstupuje do zemského jádra a je zadržováno tekutým železem. Toto vnější magnetické pole pak sleduje pohyby tekutého železa.

Ve vnějším jádru Země existuje rotační gradient: čím blíže jste k vnitřnímu jádru, tím rychleji rotujete kolem osy rotace Země.Tento rotační gradient způsobuje, že tekuté železo zažívá Coriolisovu sílu, a tak se odchyluje do spirálových trajektorií. Vnější magnetické pole sleduje tento spirálový pohyb a vytváří zdeformované prstence. Takový "magnetický prsten" odpovídá elektrickému proudu. Tento elektrický proud zase vytváří magnetické pole, které zesiluje vnější magnetické pole. Výsledkem je vytvoření magnetického pole Země.

Složky zemského magnetického pole jsou tedy následující: konvekční proudy, rotace Země a elektricky vodivá tekutina v zemském jádru.

Poznámka! Základní myšlenkou zemského magnetického pole je, že již existující magnetické pole v zemském jádru vede k elektrickému proudu. Tento elektrický proud zase vytváří magnetické pole, které zesiluje původní magnetické pole.

Nyní vás možná zajímá, odkud pochází vnější magnetické pole. Ve skutečnosti stačí sebemenší tepelný pohyb ve vnějším jádru Země k vytvoření náhodného elektrického proudu.Tento elektrický proud pak vytváří vnější magnetické pole, které je zesíleno efektem dynama a tvoří magnetické pole Země.

Indukce a tvar magnetického pole Země

Indukce magnetického pole Země je od 30 do 60 µT. Pro srovnání, typický podkovovitý magnet má sílu magnetického pole 0,1 Tesla; a indukce magnetického pole skeneru magnetické rezonance pro lidské použití je mezi 0,35 a 3 tesla.

Tvar magnetického pole Země připomíná tvar tyčového magnetu (viz obrázek 2). Při pohledu ze strany se zdá, že uvnitř Země je obří tyčový magnet. Je nakloněna o 11° kolem své osy rotace, přičemž její jižní pól směřuje k geografickému severnímu pólu Země.

Rýže. 2. Tyčový magnet uvnitř Země

Pozorování ukazují, že jak se Země přibližuje ke geografickému severnímu pólu, magnetické čáry zemského magnetického pole se stále více naklánějí k horizontu a stávají se vertikálními a vstupují do Země přibližně na 75° severní šířky a 99° západní délky.Magnetický jižní pól Země je nyní v tomto bodě, asi 2 100 km od geografického severního pólu.

Peryshkin A.V. Fyzika 8. - M.: Drop, 2010.

Severní magnetický pól Země se nachází poblíž geografického jižního pólu, tedy na 66,5° jižní šířky a 140° východní délky. Zde magnetické čáry zemského magnetického pole opouštějí Zemi.

To je důvod, proč se magnetické póly Země neshodují s geografickými póly Země. Z tohoto důvodu se směr magnetické střelky neshoduje se směrem geografického poledníku. MagnetStřelka kompasu ukazuje pouze zhruba na sever.

Na zeměkouli jsou oblasti, kde se směr magnetické střelky neustále odchyluje od směru magnetické čáry Země. Tyto oblasti se nazývají magnetické anomálie.

Přepólování magnetického pole Země

V této části si stručně vysvětlíme, co znamená obrácení magnetického pole Země a co to znamená pro život na Zemi.

Fenomén a význam

Pojem "přepólování" znamená, že polohy magnetických pólů jsou obrácené. Držte tyčový magnet jižním pólem směrem nahoru. Nyní otočte tyčový magnet o 180° tak, aby jižní pól směřoval dolů. Nyní jste úspěšně obrátili polaritu magnetu.

Rýže. 3. Magnetické pole Země

Skalní studie ukázaly, že za posledních 84 milionů let došlo ke 183 takovým přepólování. Poslední přepólování nastalo před 780 000 lety. Možná se teď ptáte sami sebe, jestli nenadešel čas, aby se přepólování opakovalo. Ve skutečnosti je přepólování náhodná událost. To znamená, že nelze přesně říci, kdy se tak stane.

Ale předpokládejme, že polarita je obrácená. Má to nějaký vliv na život na Zemi? V každém případě navigace pomocí kompasu zpočátku nebude fungovat.Zvířata, jako jsou ptáci, mořské želvy a velryby, budou mít zpočátku také problémy s orientací. Ale bude jen otázkou času, než se navigace pomocí kompasu a orientace zvířat opět „sladí“.

Horší důsledky, jako je selhání všech technologií, jsou v současnosti pouze hypotézou. Faktem je, že magnetické pole Země postupně slábne, což znamená, že na Zemi dopadá stále více nebezpečného záření. Přesné důsledky toho se však stále zkoumají.

Význam

V této poslední části krátce probereme důležité úkoly, které plní magnetické pole Země.

Stínění.

Jedním z nejdůležitějších úkolů magnetického pole Země je ochrana před slunečním větrem – magnetické pole Země vytváří tzv. magnetosféru, která Zemi obklopuje. Sluneční vítr je tvořen vysokoenergetickými částicemi. Nedostatek stínění může například vést k poklesu ozonové vrstvy.Tato vrstva chrání Zemi a tedy i lidi před nebezpečným ultrafialovým zářením. Proto bez magnetického pole Země dopadne na lidi více tohoto záření a zvýší se riziko rakoviny, včetně.

Orientace.

Magnetické pole Země slouží nejen k ochraně, ale také k orientaci. Lidé si například pomocí buzoly mohou naplánovat cestu lesem. Zvířata jako velryby, holubi a včely využívají k orientaci zemské magnetické pole.

Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Kategorie:

Elektrikář