Магнети и магнетни својства на материјата. Земја магнетизам Земја магнетизам нејзините карактеристики магнетен интензитет
Постојат два различни типа на магнети. Некои се таканаречените постојани магнети, направени од „тврди магнетни“ материјали. Нивните магнетни својства не се поврзани со употребата на надворешни извори или струи. Друг тип ги вклучува таканаречените електромагнети со јадро од „меко магнетно“ железо. Магнетните полиња создадени од нив главно се должат на фактот дека електричната струја поминува низ жицата на ликвидацијата што го покрива јадрото.
Магнетни полови и магнетно поле.
Магнетните својства на магнетот со шипка се најзабележливи во близина на неговите краеви. Ако таков магнет е суспендиран од средниот дел за да може слободно да ротира во хоризонтална рамнина, тогаш ќе заземе позиција приближно што одговара на насоката од север кон југ. Крајот на шипката насочен кон север се нарекува северен пол, а спротивниот крај јужен пол. Спротивните полови на два магнети се привлекуваат еден со друг, додека како столбови се одбиваат.
Ако прачка од немагнетизирано железо се приближи до еден од половите на магнетот, тој привремено ќе се магнетизира. Во овој случај, полот на магнетизираната лента најблиску до полот на магнетот ќе биде спротивен по име, а далечниот ќе биде со исто име. Привлечноста помеѓу полот на магнетот и спротивниот пол предизвикана од него во шипката го објаснува дејството на магнетот. Некои материјали (како челикот) самите стануваат слаби постојани магнети откако ќе се најдат во близина на постојан магнет или електромагнет. Челичната прачка може да се магнетизира со едноставно поминување на крајот на постојаниот магнет преку неговиот крај.
Значи, магнетот привлекува други магнети и предмети направени од магнетни материјали без да биде во контакт со нив. Таквото дејство на далечина се објаснува со постоењето на магнетно поле во просторот околу магнетот. Извесна идеја за интензитетот и насоката на ова магнетно поле може да се добие со истурање на железни гребени на лист од картон или стакло поставен на магнет. Струготини ќе се редат во синџири во правец на полето, а густината на линиите од пилевина ќе одговара на интензитетот на ова поле. (Тие се најгусти на краевите на магнетот, каде што интензитетот на магнетното поле е најголем.)
М. Фарадеј (1791–1867) го воведе концептот на затворени индукциски линии за магнети. Линиите на индукција излегуваат од магнетот на неговиот северен пол во околниот простор, влегуваат во магнетот на јужниот пол и поминуваат внатре во материјалот на магнетот од јужниот пол назад кон север, формирајќи затворена јамка. Вкупниот број на линии на индукција што излегуваат од магнетот се нарекува магнетен флукс. Густина на магнетен флукс или магнетна индукција ( AT) е еднаков на бројот на линии на индукција што минуваат долж нормалата низ елементарна област со големина на единица.
Магнетната индукција ја одредува силата со која магнетното поле делува на проводникот што носи струја сместен во него. Ако проводникот што ја носи струјата Јас, се наоѓа нормално на линиите на индукција, тогаш според Амперовиот закон, силата Ф, што делува на проводникот, е нормално и на полето и на проводникот и е пропорционален на магнетната индукција, јачината на струјата и должината на проводникот. Така, за магнетна индукција Бможете да напишете израз
каде Фе силата во њутни, Јас- струја во ампери, л- должина во метри. Мерната единица за магнетна индукција е тесла (Т).
Галванометар.
Галванометар е чувствителен уред за мерење слаби струи. Галванометарот го користи вртежниот момент генериран од интеракцијата на постојан магнет во форма на потковица со мала струјна спирала (слаб електромагнет) суспендирана во јазот помеѓу половите на магнетот. Вртежниот момент, а со тоа и отклонувањето на серпентина, е пропорционален на струјата и вкупната магнетна индукција во воздушниот јаз, така што скалата на инструментот е речиси линеарна со мали отклонувања на серпентина.
Магнетизирачка сила и јачина на магнетно поле.
Следно, треба да се воведе уште една количина што го карактеризира магнетниот ефект на електричната струја. Да претпоставиме дека струјата минува низ жицата на долг калем, внатре во кој се наоѓа материјалот што може да се магнетизира. Силата на магнетизирање е производ на електричната струја во серпентина и бројот на нејзините вртења (оваа сила се мери во ампери, бидејќи бројот на вртења е бездимензионална количина). Јачина на магнетно поле Хеднаква на силата на магнетизирање по единица должина на серпентина. Така, вредноста Хмерено во ампери на метар; ја одредува магнетизацијата добиена од материјалот во внатрешноста на серпентина.
Во вакуумска магнетна индукција Бпропорционално на јачината на магнетното поле Х:
каде м 0 - т.н. магнетна константа со универзална вредност 4 стр Ch 10 –7 H/m. Во многу материјали, вредноста Бприближно пропорционално Х. Меѓутоа, кај феромагнетните материјали, односот помеѓу Би Хнешто покомплицирано (за што ќе се дискутира подолу).
На сл. 1 покажува едноставен електромагнет дизајниран да фаќа товари. Изворот на енергија е DC батерија. На сликата се прикажани и линиите на сила на полето на електромагнет, кои може да се детектираат со вообичаениот метод на железни филови.
Големите електромагнети со железни јадра и многу голем број ампер-вртења, кои работат во континуиран режим, имаат голема сила на магнетизирање. Тие создаваат магнетна индукција до 6 T во јазот помеѓу половите; оваа индукција е ограничена само со механички напрегања, загревање на намотките и магнетна заситеност на јадрото. Голем број џиновски електромагнети (без јадро) со водено ладење, како и инсталации за создавање импулсни магнетни полиња, беа дизајнирани од Технолошкиот институт во Масачусетс. На такви магнети беше можно да се постигне индукција до 50 Т. Релативно мал електромагнет, кој произведува полиња до 6,2 T, троши електрична енергија од 15 kW и ладен со течен водород, беше развиен во Националната лабораторија Лосаламос. Слични полиња се добиваат на криогени температури.
Магнетна пропустливост и нејзината улога во магнетизмот.
Магнетна пропустливост ме вредност што ги карактеризира магнетните својства на материјалот. Феромагнетните метали Fe, Ni, Co и нивните легури имаат многу висока максимална пропустливост - од 5000 (за Fe) до 800.000 (за супермалоза). Во такви материјали при релативно ниска јачина на полето Хсе јавуваат големи индукции Б, но односот помеѓу овие количини е, општо земено, нелинеарен поради феномените на заситеност и хистереза, кои се дискутирани подолу. Феромагнетните материјали силно ги привлекуваат магнети. Тие ги губат своите магнетни својства на температури над точката Кири (770°C за Fe, 358°C за Ni, 1120°C за Co) и се однесуваат како парамагнети, за кои индукција Бдо многу високи вредности на напнатост Хе пропорционален на него - потполно исто како што се одвива во вакуум. Многу елементи и соединенија се парамагнетни на сите температури. Парамагнетните супстанции се карактеризираат со магнетизирање во надворешно магнетно поле; ако ова поле е исклучено, парамагнетите се враќаат во немагнетизирана состојба. Магнетизацијата кај феромагнетите се зачувува дури и откако надворешното поле е исклучено.
На сл. 2 покажува типична јамка за хистерезис за магнетно тврд (висока загуба) феромагнетен материјал. Ја карактеризира двосмислената зависност на магнетизацијата на магнетски подредениот материјал од јачината на магнетизирачкото поле. Со зголемување на јачината на магнетното поле од почетната (нулта) точка ( 1 ) магнетизацијата оди по испрекината линија 1 –2 , и вредноста мзначително се менува како што се зголемува магнетизацијата на примерокот. Во точката 2 се постигнува сатурација, т.е. со дополнително зголемување на интензитетот, магнетизацијата повеќе не се зголемува. Ако сега постепено ја намалуваме вредноста Хна нула, па кривата Б(Х) повеќе не ја следи истата патека, туку минува низ точката 3 , откривајќи го, како да се каже, „меморијата“ на материјалот за „минатата историја“, па оттука и името „хистерезис“. Очигледно, во овој случај, одредена преостаната магнетизација е задржана (сегментот 1 –3 ). По промената на насоката на полето за магнетизирање на спротивната страна, кривата AT (Х) ја поминува поентата 4 и сегментот ( 1 )–(4 ) одговара на силата на принуда која ја спречува демагнетизацијата. Понатамошен раст на вредностите (- Х) ја води кривата на хистерезис до третиот квадрант - делот 4 –5 . Последователното намалување на вредноста (- Х) на нула, а потоа зголемување на позитивните вредности Хќе ја затвори јамката хистерезис низ точките 6 , 7 и 2 .
Магнетно тврдите материјали се карактеризираат со широка јамка на хистерезис што покрива значителна површина на дијаграмот и затоа одговара на големи вредности на преостаната магнетизација (магнетна индукција) и сила на принуда. Тесна јамка за хистерезис (слика 3) е карактеристична за меките магнетни материјали како што се благ челик и специјалните легури со висока магнетна пропустливост. Ваквите легури се создадени со цел да се намалат загубите на енергија поради хистереза. Повеќето од овие специјални легури, како феритите, имаат висок електричен отпор, што ги намалува не само магнетните загуби, туку и електричните загуби поради вртложни струи.
Магнетните материјали со висока пропустливост се произведуваат со жарење, извршено на температура од околу 1000 ° C, проследено со калење (постепено ладење) до собна температура. Во овој случај, прелиминарниот механички и термички третман, како и отсуството на нечистотии во примерокот се многу значајни. За трансформаторските јадра на почетокот на 20 век. беа развиени силиконски челици, вредноста мкоја се зголемувала со зголемување на содржината на силициум. Помеѓу 1915 и 1920 година, се појавија пермалоли (легури на Ni со Fe) со нивната карактеристична тесна и речиси правоаголна јамка на хистерезис. Особено високи вредности на магнетна пропустливост мза мали вредности Ххиперничните (50% Ni, 50% Fe) и му-металот (75% Ni, 18% Fe, 5% Cu, 2% Cr) легури се разликуваат, додека во перминварот (45% Ni, 30% Fe, 25% Co) вредност мпрактично константна за широк опсег на промени на јачината на полето. Меѓу современите магнетни материјали, треба да ја споменеме супермалозата, легура со најголема магнетна пропустливост (содржи 79% Ni, 15% Fe и 5% Mo).
Теории на магнетизам.
За прв пат, идејата дека магнетните феномени на крајот се сведуваат на електрични произлезе од Ампер во 1825 година, кога ја изрази идејата за затворени внатрешни микроструи кои циркулираат во секој атом на магнетот. Меѓутоа, без никаква експериментална потврда за присуството на такви струи во материјата (електронот го откри Џ. Томсон дури во 1897 година, а описот на структурата на атомот го дадоа Радерфорд и Бор во 1913 година), оваа теорија „избледе. “. Во 1852 година, В. Вебер сугерираше дека секој атом од магнетната супстанција е мал магнет, или магнетен дипол, така што целосната магнетизација на супстанцијата се постигнува кога сите поединечни атомски магнети се наредени во одреден редослед (сл. 4 , б). Вебер верувал дека молекуларното или атомското „триење“ им помага на овие елементарни магнети да го одржат својот редослед и покрај вознемирувачкото влијание на топлинските вибрации. Неговата теорија можеше да ја објасни магнетизацијата на телата при контакт со магнет, како и нивната демагнетизација при удар или загревање; конечно, „множењето“ на магнетите исто така беше објаснето кога магнетизирана игла или магнетна прачка се сече на парчиња. А сепак оваа теорија не го објасни ниту потеклото на самите елементарни магнети, ниту феномените на заситеност и хистереза. Теоријата на Вебер беше подобрена во 1890 година од Џ. Ивинг, кој ја замени својата хипотеза за атомско триење со идејата за меѓуатомски ограничувачки сили кои помагаат да се одржи редоследот на елементарните диполи кои сочинуваат постојан магнет.
Пристапот кон проблемот, еднаш предложен од Ампер, доби втор живот во 1905 година, кога П. Лангевин го објасни однесувањето на парамагнетните материјали со припишување на секој атом внатрешна некомпензирана електронска струја. Според Лангевин, токму тие струи формираат ситни магнети, случајно ориентирани кога надворешното поле е отсутно, но добиваат подредена ориентација по нејзината примена. Во овој случај, приближувањето до целосното подредување одговара на заситеноста на магнетизацијата. Покрај тоа, Лангевин го воведе концептот на магнетен момент, кој за еден атомски магнет е еднаков на производот од „магнетниот полнеж“ на полот и растојанието помеѓу половите. Така, слабиот магнетизам на парамагнетните материјали се должи на вкупниот магнетен момент создаден од некомпензирани електронски струи.
Во 1907 година, П. Вајс го воведе концептот на „домен“, кој стана важен придонес во модерната теорија на магнетизам. Вајс ги замислил домени како мали „колонии“ на атоми, во кои магнетните моменти на сите атоми, поради некоја причина, се принудени да ја задржат истата ориентација, така што секој домен е магнетизиран до заситеност. Посебен домен може да има линеарни димензии од редот од 0,01 mm и, соодветно, волумен од редот од 10-6 mm 3 . Домените се разделени со таканаречените Блох ѕидови, чија дебелина не надминува 1000 атомски димензии. „Ѕидот“ и два спротивно ориентирани домени се прикажани шематски на сл. 5. Таквите ѕидови се „преодни слоеви“ во кои се менува правецот на магнетизација на доменот.
Во општиот случај, на почетната крива на магнетизација може да се разликуваат три делови (сл. 6). Во почетниот пресек, ѕидот, под дејство на надворешно поле, се движи низ дебелината на супстанцијата додека не наиде на дефект на кристалната решетка, што го запира. Со зголемување на јачината на полето, ѕидот може да биде принуден да се движи понатаму низ средниот дел помеѓу испрекинати линии. Ако после тоа јачината на полето повторно се намали на нула, тогаш ѕидовите повеќе нема да се вратат во првобитната положба, така што примерокот ќе остане делумно магнетизиран. Ова ја објаснува хистерезата на магнетот. На крајот од кривата, процесот завршува со заситеноста на магнетизацијата на примерокот поради подредувањето на магнетизацијата во последните неуредени домени. Овој процес е речиси целосно реверзибилен. Магнетната цврстина ја покажуваат оние материјали во кои атомската решетка содржи многу дефекти кои го спречуваат движењето на ѕидовите на меѓудомени. Ова може да се постигне со механичка и термичка обработка, на пример со компресирање и потоа синтерување на материјалот во прав. Кај алнико легурите и нивните аналози, истиот резултат се постигнува со фузија на метали во сложена структура.
Покрај парамагнетните и феромагнетните материјали, постојат и материјали со таканаречени антиферомагнетни и феримагнетни својства. Разликата помеѓу овие типови на магнетизам е илустрирана на сл. 7. Врз основа на концептот на домени, парамагнетизмот може да се смета како феномен поради присуството во материјалот на мали групи магнетни диполи, во кои поединечните диполи многу слабо комуницираат еден со друг (или воопшто не комуницираат) и затоа , во отсуство на надворешно поле, тие земаат само случајни ориентации (сл. 7, а). Во феромагнетните материјали, во секој домен, постои силна интеракција помеѓу поединечните диполи, што доведува до нивно подредено паралелно порамнување (сл. 7, б). Кај антиферомагнетните материјали, напротив, интеракцијата помеѓу поединечните диполи доведува до нивно антипаралелно подредено порамнување, така што вкупниот магнетен момент на секој домен е нула (сл. 7, во). Конечно, кај феримагнетните материјали (на пример, феритите) постои и паралелно и антипаралелно подредување (сл. 7, Г), што резултира со слаб магнетизам.
Постојат две убедливи експериментални потврди за постоењето на домени. Првиот од нив е таканаречениот Бархаузен ефект, вториот е методот на пудра фигура. Во 1919 година, Г. Баркхаузен утврдил дека кога надворешно поле се применува на примерок од феромагнетен материјал, неговата магнетизација се менува во мали дискретни делови. Од гледна точка на теоријата на доменот, ова не е ништо повеќе од скок како напредување на ѕидот на интердоменот, кој наидува на индивидуални дефекти кои го задржуваат на својот пат. Овој ефект обично се открива со помош на калем во кој е поставена феромагнетна прачка или жица. Ако силен магнет наизменично се доведува до примерокот и се отстранува од него, примерокот ќе се магнетизира и повторно ќе се магнетизира. Скокачките промени во магнетизацијата на примерокот го менуваат магнетниот флукс низ серпентина и во него се возбудува индукциона струја. Напонот што се појавува во овој случај во серпентина се засилува и се напојува на влезот на пар акустични слушалки. Кликнете кои се воочуваат преку слушалките укажуваат на нагла промена во магнетизацијата.
За да се открие структурата на доменот на магнетот со методот на фигури во прав, капка од колоидна суспензија на феромагнетен прав (обично Fe 3 O 4) се нанесува на добро полирана површина на магнетизиран материјал. Честичките во прав се таложат главно на места со максимална нехомогеност на магнетното поле - на границите на домени. Таквата структура може да се проучува под микроскоп. Предложен е и метод заснован на поминување на поларизирана светлина низ проѕирен феромагнетен материјал.
Оригиналната теорија на Вајс за магнетизмот во нејзините главни карактеристики го задржа своето значење до ден-денес, сепак, откако доби ажурирана интерпретација заснована на концептот на некомпензирани електронски вртења како фактор што го одредува атомскиот магнетизам. Хипотезата за постоење на внатрешен момент на електрон беше изнесена во 1926 година од С. Гаудсмит и Ј. Уленбек, а во моментов електроните како носители на спин се сметаат за „елементарни магнети“.
За да се разјасни овој концепт, земете го (слика 8) слободен атом на железо, типичен феромагнетен материјал. Нејзините две школки ( Ки Л), најблиску до јадрото, се полни со електрони, со два на првиот од нив и осум на вториот. AT К-школка, спинот на еден од електроните е позитивен, а другиот негативен. AT Л-школка (поточно, во нејзините две подобвивки), четири од осумте електрони имаат позитивни спинови, а другите четири имаат негативни спинови. Во двата случаи, спиновите на електроните во истата обвивка целосно се откажуваат, така што вкупниот магнетен момент е нула. AT М-школка, ситуацијата е поинаква, бидејќи од шесте електрони во третата подобвивка, пет електрони имаат спин насочени во една насока, а само шестиот - во другата насока. Како резултат на тоа, остануваат четири некомпензирани вртења, што ги одредува магнетните својства на атомот на железото. (Во надворешниот Н-школка има само два валентни електрони, кои не придонесуваат за магнетизмот на атомот на железо.) Магнетизмот на другите феромагнети, како што се никелот и кобалтот, е објаснет на сличен начин. Бидејќи соседните атоми во примерокот од железо силно комуницираат едни со други, а нивните електрони се делумно колективизирани, ова објаснување треба да се смета само како описна, но многу поедноставена шема на реалната ситуација.
Теоријата на атомскиот магнетизам, заснована на спинот на електронот, е поддржана со два интересни жиромагнетни експерименти, од кои едниот го извршиле А. Ајнштајн и В. де Хас, а другиот С. Барнет. Во првиот од овие експерименти, цилиндар од феромагнетен материјал беше суспендиран како што е прикажано на сл. 9. Ако струјата се помине низ жицата за намотување, тогаш цилиндерот се ротира околу својата оска. Кога насоката на струјата (а со тоа и магнетното поле) се менува, таа се врти во спротивна насока. Во двата случаи, ротацијата на цилиндерот се должи на редоследот на вртењата на електроните. Во експериментот на Барнет, напротив, суспендиран цилиндар, остро доведен во состојба на ротација, се магнетизира во отсуство на магнетно поле. Овој ефект се објаснува со фактот дека при ротацијата на магнетот се создава жироскопски момент, кој има тенденција да ги ротира моментите на центрифугирање во правец на сопствената оска на ротација.
За поцелосно објаснување на природата и потеклото на силите со краток дострел кои редат соседни атомски магнети и се спротивставуваат на пореметувачкиот ефект на топлинското движење, треба да се свртиме кон квантната механика. Квантно-механичко објаснување за природата на овие сили беше предложено во 1928 година од страна на В. Хајзенберг, кој го постулираше постоењето на разменски интеракции помеѓу соседните атоми. Подоцна, Џ.
МАГНЕТНИ СВОЈСТВА НА СУПСТАНЦИЈАТА
Едно од првите опсежни и систематски студии за магнетните својства на материјата беше преземено од П. Кири. Тој открил дека според нивните магнетни својства, сите супстанции можат да се поделат во три класи. Првиот вклучува супстанции со изразени магнетни својства, слични на оние на железото. Таквите супстанции се нарекуваат феромагнетни; нивното магнетно поле е забележливо на значителни растојанија ( цм. погоре). Супстанциите наречени парамагнетни спаѓаат во втората класа; нивните магнетни својства се генерално слични на оние на феромагнетните материјали, но многу послаби. На пример, силата на привлекување на половите на моќниот електромагнет може да извлече железен чекан од вашите раце, а за да се открие привлекување на парамагнетна супстанција кон истиот магнет, по правило, потребни се многу чувствителни аналитички баланси. . Последната, трета класа ги вклучува таканаречените дијамагнетни супстанции. Тие се одбиваат со електромагнет, т.е. силата што делува на дијамагнетите е насочена спротивно од онаа што делува на феро- и парамагнети.
Мерење на магнетни својства.
Во проучувањето на магнетните својства, најважни се мерењата од два вида. Првиот од нив е мерење на силата што делува на примерокот во близина на магнетот; вака се одредува магнетизацијата на примерокот. Вториот вклучува мерења на „резонантните“ фреквенции поврзани со магнетизацијата на материјата. Атомите се ситни „жироскопи“ и во прецес на магнетно поле (како обичен врв кој се врти под влијание на вртежен момент создаден од гравитацијата) со фреквенција што може да се мери. Покрај тоа, сила делува на слободните наелектризирани честички кои се движат под прав агол на линиите на магнетна индукција, како и на струјата на електроните во проводникот. Тоа предизвикува честичката да се движи во кружна орбита, чиј радиус е даден со
Р = mv/eB,
каде ме масата на честичката, v- нејзината брзина де неговото полнење, и Бе магнетната индукција на полето. Фреквенцијата на таквото кружно движење е еднаква на
каде ѓмерено во херци д- во приврзоци, м- во килограми, Б- во Тесла. Оваа фреквенција го карактеризира движењето на наелектризираните честички во супстанција во магнетно поле. Двата типа на движење (прецесија и движење во кружни орбити) можат да бидат возбудени со наизменични полиња со резонантни фреквенции еднакви на „природните“ фреквенции карактеристични за даден материјал. Во првиот случај, резонанцијата се нарекува магнетна, а во вториот, циклотрон (со оглед на сличноста со цикличното движење на субатомска честичка во циклотрон).
Зборувајќи за магнетните својства на атомите, неопходно е да се обрне посебно внимание на нивниот аголен моментум. Магнетното поле делува на ротирачки атомски дипол, обидувајќи се да го ротира и да го постави паралелно со полето. Наместо тоа, атомот почнува да пречекорува околу насоката на полето (сл. 10) со фреквенција во зависност од диполниот момент и јачината на применетото поле.
Прецесијата на атомите не може директно да се набљудува, бидејќи сите атоми на примерокот пречекоруваат во различна фаза. Меѓутоа, ако се примени мало наизменично поле насочено нормално на полето за константно подредување, тогаш се воспоставува одредена фазна врска помеѓу атомите што прецесираат и нивниот вкупен магнетски момент почнува да пречекорува со фреквенција еднаква на фреквенцијата на прецесијата на поединецот магнетни моменти. Аголната брзина на прецесија е од големо значење. Како по правило, оваа вредност е од редот на 10 10 Hz/T за магнетизација поврзана со електроните и од редот од 10 7 Hz/T за магнетизација поврзана со позитивни полнежи во јадрата на атомите.
Шематски дијаграм на инсталацијата за набљудување на нуклеарна магнетна резонанца (NMR) е прикажан на сл. 11. Супстанцијата што се испитува се внесува во еднообразно константно поле помеѓу половите. Ако RF полето потоа се возбуди со мала намотка околу епрувета, може да се постигне резонанца со одредена фреквенција, еднаква на фреквенцијата на прецесија на сите нуклеарни „жироскопи“ на примерокот. Мерењата се слични на подесување на радио приемник на фреквенцијата на одредена станица.
Методите на магнетна резонанца овозможуваат да се проучат не само магнетните својства на специфичните атоми и јадра, туку и својствата на нивната околина. Поентата е дека магнетните полиња во цврстите тела и молекулите се нехомогени, бидејќи тие се искривени од атомски полнежи, а деталите за текот на експерименталната резонантна крива се одредуваат со локалното поле во регионот каде што се наоѓа јадрото што се прецедува. Ова овозможува да се проучат карактеристиките на структурата на одреден примерок со методи на резонанца.
Пресметка на магнетни својства.
Магнетната индукција на полето на Земјата е 0,5×10 -4 T, додека полето помеѓу половите на силен електромагнет е од редот на 2 T или повеќе.
Магнетното поле создадено од која било конфигурација на струи може да се пресмета со помош на формулата Biot-Savart-Laplace за магнетна индукција на полето создадено од тековниот елемент. Пресметката на полето создадено со контури на различни форми и цилиндрични намотки во многу случаи е многу комплицирано. Подолу се дадени формули за голем број едноставни случаи. Магнетна индукција (во тесла) на полето создадено од долга права жица со струја Јас
Полето на магнетизирана железна прачка е слично на надворешното поле на долг соленоид со бројот на амперски вртења по единица должина што одговара на струјата во атомите на површината на магнетизираната прачка, бидејќи струите внатре во шипката ја поништуваат секоја друго надвор (сл. 12). Со името Ампер, таквата површинска струја се нарекува Ампер. Јачина на магнетно поле H a, создаден од амперската струја, е еднаков на магнетниот момент на единицата волумен на шипката М.
Ако во соленоидот се вметне железна прачка, тогаш покрај тоа што електромагнетната струја создава магнетно поле Х, подредувањето на атомските диполи во магнетизираниот материјал на шипката создава магнетизација М. Во овој случај, вкупниот магнетен тек се одредува со збирот на реалните и амперските струи, така што Б = м 0(Х + H a), или Б = м 0(H+M). Став М/Хповикани магнетна подложност и се означува со грчката буква в; ве бездимензионална количина што ја карактеризира способноста на материјалот да се магнетизира во магнетно поле.
Вредност Б/Х, кој ги карактеризира магнетните својства на материјалот, се нарекува магнетна пропустливост и се означува со m a, и m a = м 0м, каде m aе апсолутна, и м- релативна пропустливост,
Кај феромагнетните материи вредноста вможе да има многу големи вредности - до 10 4 ё 10 6 . Вредност впарамагнетните материјали имаат малку повеќе од нула, а дијамагнетните материјали имаат малку помалку. Само во вакуум и во многу слаби полиња се количините ви мсе константни и не зависат од надворешното поле. Индукција на зависност Бод Хобично е нелинеарен, а неговите графикони, т.н. кривите на магнетизација за различни материјали, па дури и при различни температури може значително да се разликуваат (примери за такви криви се прикажани на сл. 2 и 3).
Магнетните својства на материјата се многу сложени, а темелното разбирање на нивната структура бара темелна анализа на структурата на атомите, нивните интеракции во молекулите, нивните судири во гасовите и нивното меѓусебно влијание во цврстите и течностите; магнетните својства на течностите сè уште се најмалку проучени.
Во продолжение на претходната тема за ѕвезден магнетизам сакам да кажам нешто за планетарниот. Посебна гранка на геофизиката која го проучува потеклото и природата на магнетното поле на Земјата се нарекува геомагнетизам. Тој го објаснува потеклото на магнетното поле на планетите вака:
"почетното магнетно поле се зајакнува како резултат на движења (обично конвективни или турбулентни) на електрично спроводливи материи во течното јадро на планетата или во плазмата на ѕвездата".
Ова т.н. магнетна динамо". Како што можете да видите од дефиницијата, повторно зборуваме за некакво мистично почетно магнетно поле, кое е предизвикувачкиот агенс на електромагнетизмот. Но, никаде нема збор за тоа од каде доаѓа ова почетно поле. И ова објаснување се разгледува најправилно.
Чудно, бидејќи написот за магнетното динамо директно вели: во реални услови не е добиена магнетна динамоЗа да се создаде, потребни се многу сложени услови и инсталации. Тогаш, од каде може да дојде таква инсталација од внатрешноста на Сонцето и планетите? Покрај тоа, речиси сите планети поседуваат магнетизам до еден или друг степен, што значи дека нема ништо натприродно во неговото потекло. а условите за нејзино појавување мора да бидат прилично едноставни.
Потоа, да ги погледнеме поединечните планети:
"Во намалениот диполен магнетен момент на прво место се Јупитер и Сатурн, потоа Земјата, Меркур и Марс, а во однос на магнетниот момент на Земјата вредноста на нивните моменти е 20.000, 500, 1, 3/5000, 3/10000".
Првото нешто што паѓа во очи е отсуството на Венера на листата. Венера и Земјата имаат слични големини, просечна густина, па дури и внатрешна структура, сепак, Земјата има прилично силно магнетно поле, додека Венера нема. Современите претпоставки за слабото магнетно поле на Венера се дека нема конвективни струи во веројатно железното јадро на Венера. Но зошто? Ако структурата е иста како онаа на Земјата, а температурата е повисока, тогаш и јадрото мора да биде течно и со исти текови.
Понатаму, излегува дека магнетното поле на Меркур е 2 пати поголемо од она на Марс, иако е многу помало и во исто време е речиси 2000 пати послабо од Земјиното. Излегува дека ниту температурата, ниту големината на планетата не се важни. Можеби разлика во јадрата?
Земјата, Марс, Венера и Меркур се карпести планети со метално јадро. Се верува дека јадрото на Марс можело да се олади и зацврсти. На него нема вулканизам, нема конвекција и затоа магнетното поле е ослабено. Сепак, поради некоја причина не се демагнетизираше цело ова време. Со Венера, спротивното е точно. Овде имаш и температура и вулканизам, но нема поле.
Магнетните полиња на Уран и Нептун, за разлика од сите други планети на Сончевиот систем, не се дипол, туку четворопол, т.е. имаат 2 северни и 2 јужни пола. Ова воопшто не се вклопува во ниту една теорија на конвекција.
Во исто време, се верува дека планетите на гасните џинови воопшто немаат метално јадро. Значи, од каде доаѓа магнетното поле? И пропорциите повторно не даваат никаков одговор. Јупитер и Сатурн се приближно со иста големина и состав, но нивните магнетни полиња се разликуваат за 40 пати!
Треба да се исклучи и растојанието до Сонцето и неговото можно влијание. Што тогаш останува? И не остана многу. Имаме директен поим - врската помеѓу објаснувањето на ѕвездениот и планетарниот магнетизам. нивната заедничка природа. И иако оваа природа сè уште не е јасна и нема точно научно објаснување, општоста на процесите е недвосмислена.
Очигледно, сè уште треба да ја признаеме заблудата на теоријата за потеклото на планетите од прашина. Таквата заедништво на процеси може да ги потврди моите заклучоци дека планетите се емисии на ѕвезди и имаат многу заедничко со нив, имено, во нивните длабочини тие носат честичка од ѕвездата што ги родила, која самата е дел од Белата дупка. . Таквото несовпаѓање во јачината на магнетното поле на слични планети може да се случи поради нивната разлика во староста, за што повеќепати пишував. Различни планети по исфрлањето добија различни количества неизгорена ѕвездена материја, некаде таа беше потрошена порано и затоа магнетното поле ослабе, но некаде сè уште не. Оладеното метално јадро ја губи својата магнетизација толку брзо како и течното јадро во кое ѕвездената честичка престанала да гори. Не постои магнетна динамо - многу е тешко да се биде природен феномен и магнетизмот брзо исчезнува без полнење.
Чувствувам дека наскоро науката ќе се соочи со голема револуција во разбирањето на еволутивните процеси на планетите и ѕвездите. Би живеел.
Кога Земјата ротира околу сопствената оска, течниот слој на надворешното јадро и овозможува на обвивката и цврстата кора да ротираат побрзо од внатрешното јадро. Како резултат на тоа, електроните во јадрото се движат во однос на електроните во мантија и кора. Ова движење на електроните формира природна динамо. Создава магнетно поле слично на полето индуктори.
Магнетната оска на Земјата е наклонета под агол од околу 11° во однос на нејзината географска оска. Постојано го менува својот агол на наклон, но толку бавно што неколку десетици илјади години речиси ја задржува својата релативна положба.
Стрелката на компасот малку отстапува од географските полови. Аголот помеѓу магнетниот меридијан и географскиот меридијан варира од еден до друг регион. Малите отстапувања на магнетното поле веројатно се должат на локално вителски движења во надворешното јадро, на спојот на јадрото и мантија. Сличен ефект може да предизвикаат големи тела на магнетизирани карпи и руди во земјината кора.
Зафатено е геомагнетното поле соларен ветер- протокот на електрично наелектризираните честички што ги испушта Сонцето. Влегувајќи во надворешната атмосфера на Земјата, овие честички предизвикуваат мали промени во нејзиното магнетно поле во близина на површината на земјата, кои се систематски (како ноќе и дење) или неправилни (како магнетни бури) по природа.
Земјиното магнетно поле во минатото
Под влијание на магнетното поле на планетата, карпите биле магнетизирани за време на формирањето, задржувајќи ја оваа магнетизација во следните епохи. Овој феномен се нарекува палеомагнетизам. Кога се загреваат, карпите, како постојан магнет, ја губат својата магнетизација. Оладените карпи повторно се магнетизираат од полето на земјата. Оваа природна реманенција е ориентирана паралелно со линиите на сила на геомагнетното поле што постоело во времето на формирањето на карпите. Затоа, правецот на полето кој бил во сила во времето на нивното зацврстување е засекогаш втиснат во карпите, кои можат да се користат за проучување геолошка историја на магнетното поле на Земјата.
Техниката на палеомагнетното истражување е да се измери природниот резидуален магнетизам во цилиндрични столбови издупчени од карпестата маса. Добиените палеомагнетни координати на примероците овозможуваат да се одреди почетната локација на карпите. Палеомагнетни координати, изразени во магнетни широчини, се слични на географските широчини (но само во однос на магнетниот пол) и се однесуваат на положбата на магнетниот пол за време на периодот на магнетизација на карпите. Податоците добиени како резултат на ваквите мерења укажуваат на тоа дека магнетните полови долго време „талкале“, менувајќи ја својата положба. Талкањето на половите по континентите е фиксирано на различни начини. Но, за одреден период од геолошката историја, поларните насоки воспоставени на различни континенти можат да се комбинираат во една линија ако овие континенти се замислат на позиции различни од денешните. На тој начин беше можно да се воспостави и мапира патека на континентален нанос. Резултатите добиени со овој метод се во прилично добра согласност со другите докази. континентален нанос- ширење на морското дно и податоци добиени од проучувањето на карпите и фосилите кои ги карактеризираат палеоклиматските услови.
Поларитетот на реманентната магнетизација („фосилно“ магнетно поле) на карпите формирани во кратки временски периоди се покажува како обратен. Овој факт не се објаснува со ротацијата на континентот за 180° (за ова би било потребно премногу време), туку промена на поларитетот на геомагнетното поле. Таквата промена во насоката на магнетното поле на земјата се нарекува пресврт или инверзија. Инверзиите ги означуваат границите на периодите од геолошката историја за време на кои геомагнетното поле одржуваше постојан поларитет. Овие периоди беа со различно времетраење. Старосното датирање на пресврти (со проучување на распаѓањето на радиоактивните изотопи во карпите) овозможи да се создаде палеомагнетна геолошка временска скала. Оваа скала може да се користи за да се одреди староста на карпите со анализа на нивната реманентност. Споредбата на палеомагнетната временска скала со „магнетните аномалии“ на морското дно ја потврди хипотезата за ширење.
Магнетно и електрично истражување
Многу рудни тела и карпи богати со магнетни минерали создаваат силно локално магнетно поле. Овој имот се користи за геофизичко истражување и истражување на наоѓалишта на минерали. Со помош на чувствителни инструменти - магнетометри, се детектираат индустриски вредни акумулации на минерали. Постои и метод кој користи природни електрични струи кои се јавуваат помеѓу површината на земјата и рудното тело поради навлегувањето на подземните води. Интеракцијата на таквите струи со геомагнетното поле е мерлива и служи како основа за откривање на наоѓалишта.
Земјата има магнетно поле, чии причини за постоење не се утврдени. Магнетното поле има два магнетни пола и магнетна оска. Положбата на магнетните полови не се совпаѓа со положбата на географските. Магнетните полови се наоѓаат во северната и јужната хемисфера асиметрично релативно едни на други. Во овој поглед, линијата што ги поврзува - магнетната оска на Земјата формира агол до 11 ° со оската на нејзината ротација.
Земјиниот магнетизам се карактеризира со магнетен интензитет, деклинација и наклонетост. Магнетната сила се мери во еерстед.
Магнетна деклинација е аголот на отстапување на магнетната игла од географскиот меридијан на дадена локација. Бидејќи магнетната игла ја покажува насоката на магнетниот меридијан, магнетната деклинација ќе одговара на аголот помеѓу магнетните и географските меридијани. Деклинацијата може да биде исток или запад. Линиите што поврзуваат идентични деклинации на картата се нарекуваат изогони. Изогонот на деклинација еднаков на нула се нарекува нулти магнетен меридијан. Изогоните зрачат од магнетниот пол на јужната хемисфера и се спојуваат на магнетниот пол на северната хемисфера.
Магнетна наклонетост е аголот на наклон на магнетната игла до хоризонтот. Линиите што ги поврзуваат точките со еднаков наклон се нарекуваат изоклинини. Нултата изоклин се нарекува магнетен екватор. Изоклините, како и паралелите, се протегаат во географска насока и варираат од 0 до 90 °.
Мазниот тек на изогоните и изоклинините на некои места од земјината површина е прилично нагло нарушен, што е поврзано со постоење на магнетни аномалии. Големите акумулации на железни руди можат да послужат како извори на такви аномалии. Најголемата магнетна аномалија е Курск. Магнетни аномалии може да бидат предизвикани и од прекини во земјината кора - раседи, обратни дефекти, како резултат на кои карпите со различни магнетни карактеристики доаѓаат во контакт итн. подлогата.
Вредностите на магнетните интензитети, деклинации и склоности доживуваат дневни и секуларни флуктуации (варијации).
Дневните варијации се предизвикани од соларните и лунарните пертурбации на јоносферата и се поизразени во лето отколку во зима, а повеќе во текот на денот отколку во текот на ноќта. Многу поинтензивно
век варијации. Се верува дека тие се должат на промените што се случуваат во горните слоеви на земјиното јадро. Секуларните варијации во различни географски точки се различни.
Ненадејни, кои траат неколку дена, магнетните флуктуации (магнетни бури) се поврзани со сончевата активност и се најинтензивни на големи географски широчини.
§ 4. Топлина на Земјата
Земјата добива топлина од два извора: од Сонцето и од сопствените утроба. Термичката состојба на површината на Земјата речиси целосно зависи од нејзиното загревање од Сонцето. Меѓутоа, под влијание на многу фактори, доаѓа до прераспределба на сончевата топлина која паднала на површината на Земјата. Различни точки на земјината површина добиваат нееднаква количина на топлина поради навалената положба на оската на ротација на Земјата во однос на рамнината на еклиптиката.
За да се споредат температурните услови, воведени се концептите на просечни дневни, просечни месечни и просечни годишни температури во одредени делови од површината на Земјата.
Највисоки температурни флуктуации доживува горниот слој на Земјата. Подлабоко од површината, дневните, месечните и годишните температурни флуктуации постепено се намалуваат. Дебелината на земјината кора, во која карпите се под влијание на сончевата топлина, се нарекува хелиотермална зона. Длабочината на оваа зона варира од неколку метри до 30 m.
Под сончевата термална зона постои појас на константна температура, каде што сезонските температурни флуктуации не влијаат. Во областа Москва, се наоѓа на длабочина од 20 m.
Под појасот на константна температура се наоѓа геотермалната зона. Во оваа зона, температурата се зголемува со длабочина поради внатрешната топлина на Земјата - во просек за 1 ° C на секои 33 m. Овој длабински интервал се нарекува „геотермален чекор“. Зголемувањето на температурата при продлабочување во Земјата за 100 m се нарекува геотермички градиент. Вредностите на геотермалниот чекор и градиент се обратно пропорционални и различни за различни региони на Земјата. Нивниот производ е константна вредност и е еднаков на 100. Ако, на пример, чекорот е 25 m, тогаш градиентот е 4 °C.
Разликите во вредностите на геотермалниот чекор може да се должат на различната радиоактивност и топлинска спроводливост на карпите, хидрохемиските процеси во цревата, природата на појавата на карпите, температурата на подземните води и оддалеченоста од океаните и морињата.
Вредноста на геотермалниот чекор варира во широк опсег. Во областа Пјатигорск е 1,5 m, Ленинград - 19,6 m, Москва - 38,4 m, во Карелија - повеќе од 100 m, во регионот на регионот Волга и Башкирија - 50 m, итн. 14
Главниот извор на внатрешна топлина на Земјата е радиоактивното распаѓање на супстанции концентрирани главно во земјината кора. Се претпоставува дека топлината во него се зголемува во согласност со геотермалниот чекор до длабочина од 15-20 km. Подлабоко има нагло зголемување на вредноста на геотермалниот чекор. Експертите веруваат дека температурата во центарот на Земјата не надминува 4000 ° C. Ако вредноста на геотермалниот чекор остане иста до центарот на Земјата, тогаш температурата на длабочина од 900 km би била 27.000 °C, а во центарот на Земјата би достигнала приближно 193.000 °C.
ТЕРЕСТРИАЛЕН МАГНЕТИЗАМ (геомагнетизам), магнетното поле на Земјата и вселената во близина на Земјата; гранка на геофизиката која го проучува Земјиното магнетно поле и сродните феномени (магнетизам на карпите, телурични струи, аурори, струи во јоносферата и магнетосферата на Земјата).
Историја на проучувањето на магнетното поле на Земјата. Постоењето на магнетизам е познато уште од античко време. Се верува дека првиот компас се појавил во Кина (датумот на појавување е дискутабилен). На крајот на 15 век, за време на патувањето на Х. Колумбо, беше откриено дека магнетната деклинација е различна за различни точки на површината на Земјата. Ова откритие го означи почетокот на развојот на науката за копнениот магнетизам. Во 1581 година, англискиот истражувач Р. Норман предложил иглата на компасот да се врти на одреден начин од сили чиј извор е под површината на Земјата. Следниот значаен чекор беше појавувањето во 1600 година на книгата на В. Гилберт „За магнетот, магнетните тела и големиот магнет - Земјата“, каде беше дадена идеја за причините за копнениот магнетизам. Во 1785 година, започна развојот на методот за мерење на јачината на магнетното поле, врз основа на методот на вртежен момент предложен од С. Кулон. Во 1839 година, К. Гаус теоретски потврдил метод за мерење на хоризонталната компонента на векторот на магнетното поле на планетата. На почетокот на 20 век беше утврдена врската помеѓу магнетното поле на Земјата и неговата структура.
Како резултат на набљудувањата, беше откриено дека магнетизацијата на земјината топка е повеќе или помалку униформа, а магнетната оска на Земјата е блиску до нејзината оска на ротација. И покрај релативно големиот број на експериментални податоци и бројните теоретски студии, прашањето за потеклото на копнениот магнетизам не е конечно решено. До почетокот на 21 век, набљудуваните својства на магнетното поле на Земјата почнаа да се поврзуваат со физичкиот механизам на хидромагнетната динамо (види Магнетна хидродинамика), според која првичното магнетно поле што навлезе во јадрото на Земјата од меѓупланетарниот простор може да се зајакне и ослаби како резултат на движењето на материјата во течното јадро на планетата. За да се зајакне полето, доволно е да се има одредена асиметрија на таквото движење. Процесот на засилување продолжува додека растот на загубите за загревање на медиумот, што се јавува поради зголемување на јачината на струите, не го избалансира приливот на енергија што доаѓа од неговото хидродинамичко движење. Сличен ефект се забележува кога се генерира електрична струја и магнетно поле во самовозбудена динамо.
Интензитетот на магнетното поле на Земјата.Карактеристика на секое магнетно поле е векторот на неговата јачина H - вредност што не зависи од медиумот и е нумерички еднаква на магнетната индукција во вакуум. Сопственото магнетно поле на Земјата (геомагнетно поле) е збир на полиња создадени од различни извори. Општо е прифатено дека магнетното поле H T на површината на планетата се состои од: полето создадено од еднообразната магнетизација на земјината топка (диполско поле, H 0); полето поврзано со хетерогеноста на длабоките слоеви на земјината топка (полето на светските аномалии, H a); поле поради магнетизирање на горните делови на земјината кора (H до); поле предизвикано од надворешни причини (H B); полето на варијации (δH), исто така поврзано со извори лоцирани надвор од земјината топка: H T = H o + H c + H a + H c + δH. Збирот на полињата H 0 + H k го формира главното магнетно поле на Земјата. Нејзиниот придонес во полето забележано на површината на планетата е повеќе од 95%. Аномалното поле H a (придонесот на H a во H t е околу 4%) е поделено на поле од регионален карактер (регионална аномалија) што се шири на големи површини и поле со локален карактер (локална аномалија) . Збирот на полињата H 0 + H k + H и често се нарекува нормално поле (H n). Бидејќи H е мал во споредба со H o и H k (околу 1% од H t), нормалното поле практично се совпаѓа со главното магнетно поле. Реално забележаното поле (минус полето на варијации δH) е збир на нормалното и аномалното магнетно поле: Ht = Hn + Ha. Задачата да се подели полето на површината на Земјата на овие два дела е неизвесна, бидејќи поделбата може да се изврши на бесконечен број начини. За недвосмислено решение на овој проблем, потребни се информации за изворите на секоја од компонентите на магнетното поле на Земјата. До почетокот на 21 век, беше утврдено дека изворите на аномалното магнетно поле се магнетизирани карпи кои лежат на длабочини кои се мали во споредба со радиусот на Земјата. Изворот на главното магнетно поле се наоѓа на длабочина од повеќе од половина од радиусот на Земјата. Бројни експериментални податоци овозможуваат да се конструира математички модел на магнетното поле на Земјата врз основа на формално проучување на неговата структура.
Елементи на копнениот магнетизам.За да се разложи векторот H t на компоненти, обично се користи правоаголен координатен систем со почеток на мерната точка на полето O (слика). Во овој систем, оската Ox е ориентирана во правец на географскиот меридијан кон север, оската Oy е ориентирана во правец на паралела кон исток, оската Оз е насочена од врвот до дното кон центарот на земјината топка. . Проекцијата на H T на оската Ox се нарекува северна компонента на полето, проекцијата на оската Oy се нарекува источна компонента, проекцијата на оската Оз се нарекува вертикална компонента; тие се означени соодветно со X, Y, Z. Проекцијата на H t на xy рамнината се означува како H и се нарекува хоризонтална компонента на полето. Вертикалната рамнина што минува низ векторот H t и оската Oz се нарекува рамнина на магнетниот меридијан, а аголот помеѓу географскиот и магнетниот меридијан се нарекува магнетна деклинација, означена со D. Ако векторот H е отстапен од насоката од оската Ox на исток, деклинацијата ќе биде позитивна (источна деклинација), а ако на запад - негативна (западна деклинација). Аголот помеѓу векторите H и H t во рамнината на магнетниот меридијан се нарекува магнетна наклонетост и се означува со I. Наклонот I е позитивен кога векторот H t е насочен надолу од површината на земјата, што се одвива во Северната хемисфера на Земјата и негативна кога H t е насочена нагоре, односно во јужната хемисфера. Деклинација, наклон, хоризонтални, вертикални, северни, источни компоненти се нарекуваат елементи на копнениот магнетизам, кои можат да се сметаат како координати на крајот на векторот H t во различни координатни системи (правоаголни, цилиндрични и сферични).
Ниту еден од елементите на копнениот магнетизам не останува константен во времето: нивната големина варира од час до час и од година во година. Ваквите промени се нарекуваат варијации на елементите на копнениот магнетизам (види Магнетни варијации). Промените што се случуваат во краток временски период (околу еден ден) се периодични; нивните периоди, амплитуди и фази се исклучително различни. Промените во просечните годишни вредности на елементите се монотони; нивната периодичност се открива само при многу долго времетраење на набљудувања (од редот на многу десетици и стотици години). Бавните варијации на магнетната индукција се нарекуваат секуларни; нивната вредност е околу 10 -8 T/годишно. Секуларните варијации на елементите се поврзани со изворите на полето, кои се наоѓаат во внатрешноста на земјината топка, а се предизвикани од истите причини како и самото магнетно поле на Земјата. Брзите варијации од периодична природа се должат на електричните струи во средината блиску до Земјата (види Јоносфера, Магнетосфера) и се разликуваат во голема мера во амплитудата.
Современи студии за магнетното поле на Земјата.До почетокот на 21 век, вообичаено е да се издвојат следните причини кои предизвикуваат копнеен магнетизам. Изворот на главното магнетно поле и неговите секуларни варијации се наоѓа во јадрото на планетата. Аномалното поле се должи на комбинација на извори во тенок горен слој наречен магнетно активна обвивка на Земјата. Надворешното поле е поврзано со извори во просторот блиску до Земјата. Полето со надворешно потекло се нарекува наизменично електромагнетно поле на Земјата, бидејќи не е само магнетно, туку и електрично. Главните и аномалните полиња често се комбинираат со заедничкиот условен термин „постојано геомагнетно поле“.
Главниот метод за проучување на геомагнетното поле е директно набљудување на просторната дистрибуција на магнетното поле и неговите варијации на површината на Земјата и во просторот блиску до Земјата. Набљудувањата се сведуваат на мерења на елементите на копнениот магнетизам во различни точки во вселената и се нарекуваат магнетни истражувања. Во зависност од локацијата на снимањето, тие се поделени на земја, морска (хидромагнетна), воздушна (аеромагнетна) и сателитска. Во зависност од големината на територијата опфатена со истражувањата, се разликуваат глобални, регионални и локални истражувања. Според измерените елементи, истражувањата се делат на модуларни (Т-истражувања, во кои се мери модулот на векторот на полето) и компонента (се мери само една или повеќе компоненти од овој вектор).
Земјиното магнетно поле е под влијание на протокот на сончевата плазма - сончевиот ветер. Како резултат на интеракцијата на сончевиот ветер со магнетното поле на Земјата, се формира надворешната граница на магнетното поле блиску до Земјата (магнетопаузата), што ја ограничува магнетосферата на Земјата. Обликот на магнетосферата постојано се менува под влијание на сончевиот ветер, чиј дел од енергијата навлегува во неа и се пренесува во сегашните системи кои постојат во блискиот простор на Земјата. Промените во магнетното поле на Земјата со текот на времето, предизвикани од дејството на овие тековни системи, се нарекуваат геомагнетни варијации и се разликуваат и по нивното времетраење и по локализација. Постојат многу различни типови на временски варијации, секој со своја морфологија. Под дејство на сончевиот ветер, магнетното поле на Земјата се искривува и добива „опашка“ во правец од Сонцето, која се протега на стотици илјади километри, оди подалеку од орбитата на Месечината.
Диполскиот магнетен момент на Земјата е околу 8·10 22 A·m 2 и постојано се намалува. Просечната индукција на геомагнетното поле на површината на планетата е околу 5·10 -5 Т. Главното магнетно поле на Земјата (на растојание помало од три радиуси на Земјата од нејзиниот центар) е во форма блиску до полето на еквивалентен магнетен дипол, чиј центар е поместен во однос на центарот на Земјата со околу 500 km во правец на точка со координати 18 ° северна географска ширина и 147,8 ° источна географска должина. Оската на овој дипол е наклонета кон оската на ротација на Земјата за 11,5°. Под истиот агол, геомагнетните полови се одвоени од соодветните географски полови. Во исто време, јужниот геомагнетен пол се наоѓа на северната хемисфера.
Набљудувањата од големи размери на промените во елементите на копнениот магнетизам се вршат во магнетни опсерватории кои формираат светска мрежа. Варијациите на геомагнетното поле се снимаат со специјални инструменти, податоците од мерењето се обработуваат и се испраќаат до светските центри за собирање податоци. За визуелно прикажување на сликата на просторната дистрибуција на елементите на копнениот магнетизам, се конструираат контурни карти, односно криви што ги поврзуваат точките на картата со исти вредности на еден или друг елемент на копнениот магнетизам (види карти) . Кривите што ги поврзуваат точките на идентични магнетни деклинации се нарекуваат изогони, кривите со идентични магнетни наклонетости се нарекуваат изоклинини, идентичните хоризонтални или вертикални, северните или источните компоненти на векторот Ht се нарекуваат изодинамика на соодветните компоненти. Линиите со еднакви промени на полето обично се нарекуваат изопори; линии со еднакви вредности на поле (на карти на аномалното поле) - изоаномалии.
Резултатите од студиите за копнениот магнетизам се користат за проучување на Земјата и вселената во близина на Земјата. Мерењата на интензитетот и насоката на магнетизацијата на карпите овозможуваат да се процени промената на геомагнетното поле со текот на времето, што служи како клучна информација за одредување на нивната старост и развивање на теоријата за литосферските плочи. Податоците за геомагнетните варијации се користат во магнетните истражувања за минерали. Во вселената блиску до Земјата, на растојание од илјада или повеќе километри од површината на Земјата, неговото магнетно поле ги отфрла космичките зраци, заштитувајќи го целиот живот на планетата од тешко зрачење.
Лит .: Јановски Б. М. Земјански магнетизам. Л., 1978; Калинин Ју Д. Секуларни геомагнетни варијации. Новосиб., 1984; Колесова VI Аналитички методи на магнетна картографија. М., 1985; Parkinson W. Вовед во геомагнетизмот. М., 1986 година.
