Magneter och materiens magnetiska egenskaper. Jordmagnetism Jordmagnetism dess egenskaper magnetisk intensitet
Det finns två olika typer av magneter. Vissa är de så kallade permanentmagneterna, gjorda av "hårda magnetiska" material. Deras magnetiska egenskaper är inte relaterade till användningen av externa källor eller strömmar. En annan typ inkluderar de så kallade elektromagneterna med en kärna av "mjukt magnetiskt" järn. De magnetiska fälten som skapas av dem beror främst på det faktum att en elektrisk ström passerar genom tråden i lindningen som täcker kärnan.
Magnetiska poler och magnetfält.
De magnetiska egenskaperna hos en stångmagnet är mest märkbara nära dess ändar. Om en sådan magnet är upphängd från mittdelen så att den fritt kan rotera i ett horisontellt plan, kommer den att ta en position ungefär som motsvarar riktningen från norr till söder. Den ände av staven som pekar mot norr kallas nordpolen, och den motsatta änden kallas sydpolen. Motsatta poler av två magneter attraherar varandra, medan lika poler stöter bort varandra.
Om en stång av omagnetiserat järn förs nära en av polerna på en magnet, kommer den senare tillfälligt att magnetiseras. I det här fallet kommer polen på den magnetiserade stången närmast magnetens pol att vara motsatt i namnet, och den bortre delen kommer att ha samma namn. Attraktionen mellan magnetens pol och den motsatta polen som induceras av den i stapeln förklarar magnetens verkan. Vissa material (som stål) blir själva svaga permanentmagneter efter att ha varit nära en permanentmagnet eller elektromagnet. En stålstav kan magnetiseras genom att helt enkelt föra änden av en permanentmagnet över dess ände.
Så magneten attraherar andra magneter och föremål gjorda av magnetiska material utan att vara i kontakt med dem. En sådan åtgärd på avstånd förklaras av att det finns ett magnetfält i utrymmet runt magneten. En uppfattning om intensiteten och riktningen av detta magnetfält kan erhållas genom att hälla järnspån på ett ark av kartong eller glas placerat på en magnet. Sågspånet kommer att radas upp i kedjor i fältets riktning, och sågspånslinjernas täthet kommer att motsvara intensiteten på detta fält. (De är tjockast i ändarna av magneten, där intensiteten på magnetfältet är störst.)
M. Faraday (1791–1867) introducerade konceptet med slutna induktionslinjer för magneter. Induktionslinjerna lämnar magneten vid dess nordpol in i det omgivande utrymmet, går in i magneten vid sydpolen och passerar in i magnetens material från sydpolen tillbaka till norr och bildar en sluten slinga. Det totala antalet induktionslinjer som kommer ut ur en magnet kallas magnetiskt flöde. Magnetisk flödestäthet eller magnetisk induktion ( PÅ) är lika med antalet induktionslinjer som passerar längs normalen genom ett elementärt område av enhetsstorlek.
Magnetisk induktion bestämmer kraften med vilken ett magnetfält verkar på en strömförande ledare som finns i den. Om ledaren som bär strömmen jag, är placerad vinkelrätt mot induktionslinjerna, då enligt Ampères lag, kraften F, som verkar på ledaren, är vinkelrät mot både fältet och ledaren och är proportionell mot den magnetiska induktionen, strömstyrkan och längden på ledaren. Alltså för magnetisk induktion B du kan skriva ett uttryck
var Fär kraften i newton, jag- ström i ampere, l- längd i meter. Måttenheten för magnetisk induktion är tesla (T).
Galvanometer.
En galvanometer är en känslig enhet för att mäta svaga strömmar. Galvanometern använder vridmomentet som genereras av interaktionen av en hästskoformad permanentmagnet med en liten strömförande spole (svag elektromagnet) upphängd i gapet mellan magnetens poler. Vridmomentet, och därmed spolens avböjning, är proportionell mot strömmen och den totala magnetiska induktionen i luftgapet, så att instrumentets skala är nästan linjär med små avböjningar av spolen.
Magnetiseringskraft och magnetfältstyrka.
Därefter bör ytterligare en storhet införas som kännetecknar den magnetiska effekten av den elektriska strömmen. Låt oss anta att strömmen går genom tråden till en lång spole, inuti vilken det magnetiserbara materialet är beläget. Magnetiseringskraften är produkten av den elektriska strömmen i spolen och antalet varv (denna kraft mäts i ampere, eftersom antalet varv är en dimensionslös storhet). Magnetisk fältstyrka H lika med magnetiseringskraften per längdenhet av spolen. Alltså värdet H mätt i ampere per meter; den bestämmer magnetiseringen som förvärvas av materialet inuti spolen.
I vakuum magnetisk induktion B proportionell mot magnetfältets styrka H:
var m 0 - sk. magnetisk konstant med ett universellt värde på 4 sid Ch 10 –7 H/m. I många material, värdet B ungefär proportionell H. Men i ferromagnetiska material är förhållandet mellan B och H något mer komplicerat (vilket kommer att diskuteras nedan).
På fig. 1 visar en enkel elektromagnet utformad för att fånga upp laster. Energikällan är ett DC-batteri. Figuren visar också kraftlinjerna för en elektromagnets fält, som kan detekteras med den vanliga metoden för järnspån.
Stora elektromagneter med järnkärnor och ett mycket stort antal amperevarv, som arbetar i kontinuerligt läge, har en stor magnetiseringskraft. De skapar en magnetisk induktion upp till 6 T i gapet mellan polerna; denna induktion begränsas endast av mekaniska påkänningar, uppvärmning av spolarna och magnetisk mättnad av kärnan. Ett antal gigantiska elektromagneter (utan kärna) med vattenkylning, samt installationer för att skapa pulserande magnetfält, designades av P.L. Massachusetts Institute of Technology. På sådana magneter var det möjligt att uppnå induktion upp till 50 T. En relativt liten elektromagnet, som producerar fält upp till 6,2 T, förbrukar 15 kW elektrisk effekt och kyls av flytande väte, utvecklades vid Losalamos National Laboratory. Liknande fält erhålls vid kryogena temperaturer.
Magnetisk permeabilitet och dess roll i magnetism.
Magnetisk permeabilitet mär ett värde som kännetecknar materialets magnetiska egenskaper. Ferromagnetiska metaller Fe, Ni, Co och deras legeringar har mycket höga maximala permeabiliteter - från 5000 (för Fe) till 800 000 (för supermalloy). I sådana material vid relativt låga fältstyrkor H stora induktioner förekommer B, men förhållandet mellan dessa storheter är generellt sett icke-linjärt på grund av mättnads- och hysteresfenomen, som diskuteras nedan. Ferromagnetiska material attraheras starkt av magneter. De förlorar sina magnetiska egenskaper vid temperaturer över Curie-punkten (770°C för Fe, 358°C för Ni, 1120°C för Co) och beter sig som paramagneter, för vilka induktion B upp till mycket höga spänningsvärden Här proportionell mot det - exakt samma som det sker i ett vakuum. Många grundämnen och föreningar är paramagnetiska vid alla temperaturer. Paramagnetiska ämnen kännetecknas av att de magnetiseras i ett externt magnetfält; om detta fält stängs av återgår paramagneterna till det icke-magnetiserade tillståndet. Magnetiseringen i ferromagneter bevaras även efter att det yttre fältet stängts av.
På fig. 2 visar en typisk hysteresloop för ett magnetiskt hårt (högförlust) ferromagnetiskt material. Det kännetecknar det tvetydiga beroendet av magnetiseringen av ett magnetiskt ordnat material på styrkan hos magnetiseringsfältet. Med en ökning av magnetfältets styrka från den initiala (noll) punkten ( 1 ) magnetisering går längs den streckade linjen 1 –2 , och värdet m förändras signifikant när magnetiseringen av provet ökar. Vid punkten 2 mättnad uppnås, dvs. med en ytterligare ökning av intensiteten ökar inte längre magnetiseringen. Om vi nu gradvis minskar värdet H till noll, sedan kurvan B(H) följer inte längre samma väg, utan passerar genom punkten 3 , som avslöjar så att säga "minnet" av materialet om den "förflutna historien", därav namnet "hysteres". Uppenbarligen, i det här fallet, bibehålls viss restmagnetisering (segmentet 1 –3 ). Efter att ha ändrat riktningen på magnetiseringsfältet till motsatt, kurvan PÅ (H) passerar poängen 4 , och segmentet ( 1 )–(4 ) motsvarar den koercitivkraft som förhindrar avmagnetisering. Ytterligare tillväxt av värden (- H) leder hystereskurvan till den tredje kvadranten - sektionen 4 –5 . Den efterföljande minskningen av värdet (- H) till noll och sedan ökande positiva värden H kommer att stänga hysteresloopen genom punkterna 6 , 7 och 2 .
Magnetiskt hårda material kännetecknas av en bred hysteres-slinga som täcker ett betydande område på diagrammet och därför motsvarar stora värden av restmagnetisering (magnetisk induktion) och koercitivkraft. En smal hysteresögla (fig. 3) är karakteristisk för mjuka magnetiska material som mjukt stål och speciallegeringar med hög magnetisk permeabilitet. Sådana legeringar skapades för att minska energiförluster på grund av hysteres. De flesta av dessa speciallegeringar, som ferriter, har ett högt elektriskt motstånd, vilket minskar inte bara magnetiska förluster, utan också elektriska förluster på grund av virvelströmmar.
Magnetiska material med hög permeabilitet framställs genom glödgning, utförd vid en temperatur av cirka 1000 ° C, följt av anlöpning (gradvis kylning) till rumstemperatur. I detta fall är preliminär mekanisk och termisk behandling, såväl som frånvaron av föroreningar i provet, mycket betydande. För transformatorkärnor i början av 1900-talet. kiselstål utvecklades, värdet m som ökade med ökande kiselhalt. Mellan 1915 och 1920 dök permalloys (legeringar av Ni med Fe) upp med sin karakteristiska smala och nästan rektangulära hysteresögla. Särskilt höga värden på magnetisk permeabilitet m för små värden H hyperniska (50% Ni, 50% Fe) och mu-metall (75% Ni, 18% Fe, 5% Cu, 2% Cr) legeringar skiljer sig åt, medan i perminvar (45% Ni, 30% Fe, 25% Co ) värde m praktiskt taget konstant över ett brett spektrum av förändringar i fältstyrkan. Bland moderna magnetiska material bör vi nämna supermalloy, en legering med den högsta magnetiska permeabiliteten (den innehåller 79% Ni, 15% Fe och 5% Mo).
Teorier om magnetism.
För första gången uppstod idén om att magnetiska fenomen i slutändan reduceras till elektriska från Ampère 1825, när han uttryckte idén om slutna interna mikroströmmar som cirkulerar i varje atom i en magnet. Men utan någon experimentell bekräftelse på närvaron av sådana strömmar i materia (elektronen upptäcktes av J. Thomson först 1897, och beskrivningen av atomens struktur gavs av Rutherford och Bohr 1913), "bleknade denna teori ut ”. År 1852 föreslog W. Weber att varje atom i ett magnetiskt ämne är en liten magnet, eller en magnetisk dipol, så att den fullständiga magnetiseringen av ett ämne uppnås när alla individuella atommagneter är uppradade i en viss ordning (Fig. 4) , b). Weber trodde att molekylär eller atomär "friktion" hjälper dessa elementära magneter att behålla sin ordning trots den störande inverkan av termiska vibrationer. Hans teori kunde förklara magnetiseringen av kroppar vid kontakt med en magnet, såväl som deras avmagnetisering vid stöt eller uppvärmning; slutligen förklarades "multiplikationen" av magneter också när en magnetiserad nål eller magnetisk stav skars i bitar. Och ändå förklarade denna teori varken ursprunget till själva de elementära magneterna eller fenomenen mättnad och hysteres. Webers teori förbättrades 1890 av J. Eving, som ersatte sin hypotes om atomfriktion med idén om interatomiska begränsande krafter som hjälper till att upprätthålla ordningen av de elementära dipolerna som utgör en permanentmagnet.
Tillvägagångssättet till problemet, som en gång föreslagits av Ampère, fick ett andra liv 1905, när P. Langevin förklarade beteendet hos paramagnetiska material genom att tillskriva varje atom en inre okompenserad elektronström. Enligt Langevin är det dessa strömmar som bildar små magneter, slumpmässigt orienterade när det yttre fältet saknas, men som får en ordnad orientering efter dess applicering. I detta fall motsvarar approximationen av fullständig ordning mättnaden av magnetiseringen. Dessutom introducerade Langevin konceptet med ett magnetiskt moment, som för en enda atommagnet är lika med produkten av polens "magnetiska laddning" och avståndet mellan polerna. Således beror den svaga magnetismen hos paramagnetiska material på det totala magnetiska momentet som skapas av okompenserade elektronströmmar.
1907 introducerade P. Weiss begreppet "domän", som blev ett viktigt bidrag till den moderna teorin om magnetism. Weiss föreställde sig domäner som små "kolonier" av atomer, inom vilka de magnetiska momenten för alla atomer, av någon anledning, tvingas behålla samma orientering, så att varje domän magnetiseras till mättnad. En separat domän kan ha linjära dimensioner i storleksordningen 0,01 mm och följaktligen en volym i storleksordningen 10–6 mm 3 . Domänerna är åtskilda av de så kallade Bloch-väggarna, vars tjocklek inte överstiger 1000 atomdimensioner. "Väggen" och två motsatt orienterade domäner visas schematiskt i fig. 5. Sådana väggar är "övergångsskikt" i vilka riktningen för domänmagnetiseringen ändras.
I det allmänna fallet kan tre sektioner urskiljas på den initiala magnetiseringskurvan (fig. 6). I den initiala sektionen rör sig väggen, under inverkan av ett yttre fält, genom ämnets tjocklek tills den stöter på en kristallgitterdefekt, som stoppar den. Genom att öka fältstyrkan kan väggen tvingas röra sig längre genom mittsektionen mellan de streckade linjerna. Om efter det fältstyrkan återigen reduceras till noll, kommer väggarna inte längre att återgå till sin ursprungliga position, så att provet kommer att förbli delvis magnetiserat. Detta förklarar magnetens hysteres. I slutet av kurvan slutar processen med mättnad av provets magnetisering på grund av ordningen av magnetiseringen inom de sista oordnade domänerna. Denna process är nästan helt reversibel. Magnetisk hårdhet uppvisas av de material där atomgittret innehåller många defekter som förhindrar rörelsen av interdomänväggar. Detta kan uppnås genom mekanisk och termisk bearbetning, till exempel genom att komprimera och sedan sintra det pulverformiga materialet. I alnico-legeringar och deras analoger uppnås samma resultat genom att smälta metaller till en komplex struktur.
Förutom paramagnetiska och ferromagnetiska material finns det material med så kallade antiferromagnetiska och ferrimagnetiska egenskaper. Skillnaden mellan dessa typer av magnetism illustreras i fig. 7. Baserat på begreppet domäner kan paramagnetism betraktas som ett fenomen som beror på förekomsten i materialet av små grupper av magnetiska dipoler, där enskilda dipoler interagerar mycket svagt med varandra (eller inte interagerar alls) och därför , i frånvaro av ett externt fält, tar de endast slumpmässiga orienteringar (fig. 7, a). I ferromagnetiska material, inom varje domän, finns det en stark interaktion mellan individuella dipoler, vilket leder till deras ordnade parallella inriktning (Fig. 7, b). I antiferromagnetiska material, tvärtom, leder interaktionen mellan individuella dipoler till deras antiparallellt ordnade inriktning, så att det totala magnetiska momentet för varje domän är noll (fig. 7, i). Slutligen, i ferrimagnetiska material (till exempel ferriter) finns både parallell och antiparallell ordning (Fig. 7, G), vilket resulterar i svag magnetism.
Det finns två övertygande experimentella bekräftelser på existensen av domäner. Den första av dem är den så kallade Barkhausen-effekten, den andra är puderfigurmetoden. År 1919 fastställde G. Barkhausen att när ett externt fält appliceras på ett prov av ett ferromagnetiskt material, förändras dess magnetisering i små diskreta delar. Ur domänteorins synvinkel är detta inget annat än ett hoppliknande framsteg av interdomänväggen, som stöter på individuella defekter som håller tillbaka den på vägen. Denna effekt detekteras vanligtvis med hjälp av en spole i vilken en ferromagnetisk stav eller tråd är placerad. Om en stark magnet växelvis förs till provet och avlägsnas från det, kommer provet att magnetiseras och ommagnetiseras. Hoppliknande förändringar i magnetiseringen av provet ändrar det magnetiska flödet genom spolen, och en induktionsström exciteras i den. Spänningen som i detta fall uppstår i spolen förstärks och matas till ingången på ett par akustiska hörlurar. Klick som uppfattas genom hörlurarna indikerar en abrupt förändring i magnetiseringen.
För att avslöja domänstrukturen hos en magnet med hjälp av pulverfigurer appliceras en droppe av en kolloidal suspension av ett ferromagnetiskt pulver (vanligtvis Fe 3 O 4) på en välpolerad yta av ett magnetiserat material. Pulverpartiklar sätter sig huvudsakligen på platser med maximal inhomogenitet hos magnetfältet - vid domänernas gränser. En sådan struktur kan studeras i mikroskop. En metod har också föreslagits baserat på passage av polariserat ljus genom ett transparent ferromagnetiskt material.
Weiss ursprungliga teori om magnetism i dess huvuddrag har behållit sin betydelse fram till idag, dock efter att ha fått en uppdaterad tolkning baserad på begreppet okompenserade elektronsnurr som en faktor som bestämmer atommagnetism. Hypotesen om existensen av ett inneboende moment hos en elektron lades fram 1926 av S. Goudsmit och J. Uhlenbeck, och för närvarande är det elektroner som spinnbärare som betraktas som "elementära magneter".
För att förtydliga detta koncept, betrakta (Fig. 8) en fri atom av järn, ett typiskt ferromagnetiskt material. Dess två skal ( K och L), närmast kärnan, är fyllda med elektroner, med två på den första av dem och åtta på den andra. PÅ K-skal, spinn av en av elektronerna är positiv, och den andra är negativ. PÅ L-skal (mer exakt, i sina två underskal), fyra av de åtta elektronerna har positiva snurr, och de andra fyra har negativa snurr. I båda fallen tar elektronernas spinn inom samma skal ut helt, så att det totala magnetiska momentet är noll. PÅ M-skal, situationen är annorlunda, på grund av de sex elektronerna i det tredje underskalet har fem elektroner snurr riktade i en riktning, och bara den sjätte - i den andra. Som ett resultat återstår fyra okompenserade snurr, vilket bestämmer järnatomens magnetiska egenskaper. (I det yttre N-skal har bara två valenselektroner, som inte bidrar till järnatomens magnetism.) Magnetismen hos andra ferromagneter, som nickel och kobolt, förklaras på liknande sätt. Eftersom angränsande atomer i ett järnprov interagerar starkt med varandra, och deras elektroner är delvis kollektiviserade, bör denna förklaring endast betraktas som ett beskrivande, men mycket förenklat, schema över den verkliga situationen.
Teorin om atommagnetism, baserad på elektronspinnet, stöds av två intressanta gyromagnetiska experiment, varav det ena utfördes av A. Einstein och W. de Haas, och det andra av S. Barnett. I det första av dessa experiment hängdes en cylinder av ferromagnetiskt material upp som visas i fig. 9. Om en ström passerar genom lindningstråden, roterar cylindern runt sin axel. När strömmens riktning (och därmed magnetfältet) ändras vänder den i motsatt riktning. I båda fallen beror cylinderns rotation på ordningen av elektronsnurrarna. I Barnetts experiment, tvärtom, magnetiseras en upphängd cylinder, skarpt förd i ett rotationstillstånd, i frånvaro av ett magnetfält. Denna effekt förklaras av det faktum att under magnetens rotation skapas ett gyroskopiskt moment, som tenderar att rotera spinnmomenten i riktning mot sin egen rotationsaxel.
För en mer fullständig förklaring av karaktären och ursprunget för kortdistanskrafter som ordnar närliggande atommagneter och motverkar den oordnade effekten av termisk rörelse, bör man vända sig till kvantmekaniken. En kvantmekanisk förklaring av dessa krafters natur föreslogs 1928 av W. Heisenberg, som postulerade förekomsten av utbytesinteraktioner mellan närliggande atomer. Senare visade G. Bethe och J. Slater att utbyteskrafterna ökar markant med minskande avstånd mellan atomerna, men efter att ha nått ett visst minsta interatomiskt avstånd sjunker de till noll.
ÄMNETS MAGNETISKA EGENSKAPER
En av de första omfattande och systematiska studierna av materiens magnetiska egenskaper utfördes av P. Curie. Han fann att enligt deras magnetiska egenskaper kan alla ämnen delas in i tre klasser. Den första inkluderar ämnen med uttalade magnetiska egenskaper, liknande de av järn. Sådana ämnen kallas ferromagnetiska; deras magnetfält är märkbart på avsevärda avstånd ( centimeter. ovan). Ämnen som kallas paramagnetiska faller i den andra klassen; deras magnetiska egenskaper liknar i allmänhet de för ferromagnetiska material, men mycket svagare. Till exempel kan attraktionskraften till polerna på en kraftfull elektromagnet dra en järnhammare ur dina händer, och för att upptäcka attraktionen av ett paramagnetiskt ämne till samma magnet behövs som regel mycket känsliga analytiska balanser . Den sista, tredje klassen omfattar de så kallade diamagnetiska ämnena. De stöts bort av en elektromagnet, d.v.s. kraften som verkar på diamagneter är riktad motsatt den som verkar på ferro- och paramagneter.
Mätning av magnetiska egenskaper.
Vid studiet av magnetiska egenskaper är mätningar av två typer viktigast. Den första av dem är mätningen av kraften som verkar på provet nära magneten; så här bestäms magnetiseringen av provet. Den andra inkluderar mätningar av "resonans" frekvenser associerade med magnetisering av materia. Atomer är små "gyroskop" och i ett magnetfältsprecess (som en vanlig snurra under påverkan av ett vridmoment skapat av gravitationen) med en frekvens som kan mätas. Dessutom verkar en kraft på fria laddade partiklar som rör sig i rät vinkel mot linjerna för magnetisk induktion, såväl som på elektronströmmen i en ledare. Det får partikeln att röra sig i en cirkulär bana, vars radie ges av
R = mv/eB,
var mär massan av partikeln, v- hennes hastighet eär dess laddning, och Bär den magnetiska induktionen av fältet. Frekvensen av en sådan cirkulär rörelse är lika med
var f mätt i hertz e- i hängen, m- i kilogram, B- i Tesla. Denna frekvens kännetecknar rörelsen av laddade partiklar i ett ämne i ett magnetfält. Båda typerna av rörelse (precession och rörelse i cirkulära banor) kan exciteras genom alternerande fält med resonansfrekvenser lika med de "naturliga" frekvenserna som är karakteristiska för ett givet material. I det första fallet kallas resonansen magnetisk och i det andra cyklotron (med tanke på likheten med den cykliska rörelsen hos en subatomär partikel i en cyklotron).
På tal om atomers magnetiska egenskaper är det nödvändigt att ägna särskild uppmärksamhet åt deras vinkelmoment. Magnetfältet verkar på en roterande atomär dipol och försöker rotera den och ställa den parallellt med fältet. Istället börjar atomen att precessera runt fältets riktning (fig. 10) med en frekvens som beror på dipolmomentet och styrkan på det applicerade fältet.
Precessionen av atomer kan inte direkt observeras, eftersom alla atomer i provet precesserar i en annan fas. Om emellertid ett litet växelfält riktat vinkelrätt mot det konstantordnande fältet appliceras, etableras ett visst fasförhållande mellan de föregående atomerna, och deras totala magnetiska moment börjar precessera med en frekvens som är lika med frekvensen för precessionen hos individen. magnetiska moment. Precessionens vinkelhastighet är av stor betydelse. Som regel är detta värde i storleksordningen 10 10 Hz/T för magnetiseringen associerad med elektroner, och i storleksordningen 10 7 Hz/T för magnetiseringen associerad med positiva laddningar i atomkärnorna.
Ett schematiskt diagram av anläggningen för observation av kärnmagnetisk resonans (NMR) visas i fig. 11. Ämnet som studeras införs i ett enhetligt konstant fält mellan polerna. Om ett RF-fält sedan exciteras med en liten spole runt provröret, kan resonans uppnås vid en viss frekvens, lika med precessionsfrekvensen för alla nukleära "gyroskop" i provet. Mätningar liknar att ställa in en radiomottagare till frekvensen för en viss station.
Magnetiska resonansmetoder gör det möjligt att studera inte bara de magnetiska egenskaperna hos specifika atomer och kärnor, utan också egenskaperna hos deras miljö. Poängen är att magnetfält i fasta ämnen och molekyler är inhomogena, eftersom de är förvrängda av atomladdningar, och detaljerna i den experimentella resonanskurvans förlopp bestäms av det lokala fältet i regionen där den föregående kärnan är belägen. Detta gör det möjligt att studera egenskaperna hos strukturen hos ett visst prov med resonansmetoder.
Beräkning av magnetiska egenskaper.
Den magnetiska induktionen av jordens fält är 0,5×10 -4 T, medan fältet mellan polerna på en stark elektromagnet är i storleksordningen 2 T eller mer.
Det magnetiska fältet som skapas av valfri konfiguration av strömmar kan beräknas med hjälp av Biot-Savart-Laplace-formeln för den magnetiska induktionen av fältet som skapas av strömelementet. Beräkningen av fältet som skapas av konturer av olika former och cylindriska spolar är i många fall mycket komplicerad. Nedan finns formler för ett antal enkla fall. Magnetisk induktion (i tesla) av fältet som skapas av en lång rak tråd med ström jag
Fältet hos en magnetiserad järnstav liknar det yttre fältet hos en lång solenoid med antalet amperevarv per längdenhet motsvarande strömmen i atomerna på ytan av den magnetiserade staven, eftersom strömmarna inuti staven upphäver varje andra ut (fig. 12). Med namnet Ampere kallas en sådan ytström för Ampère. Magnetisk fältstyrka H a, skapad av Ampere-strömmen, är lika med det magnetiska momentet för stavens enhetsvolym M.
Om en järnstång sätts in i solenoiden, utöver det faktum att solenoidströmmen skapar ett magnetfält H, ordningen av atomära dipoler i stavens magnetiserade material skapar magnetisering M. I detta fall bestäms det totala magnetiska flödet av summan av de reella strömmarna och ampereströmmarna, så att B = m 0(H + H a), eller B = m 0(H+M). Attityd M/H kallad magnetisk känslighet och betecknas med den grekiska bokstaven c; cär en dimensionslös storhet som kännetecknar ett materials förmåga att magnetiseras i ett magnetfält.
Värde B/H, som kännetecknar materialets magnetiska egenskaper, kallas magnetisk permeabilitet och betecknas med m a, och m a = m 0m, var m aär absolut, och m- relativ permeabilitet,
I ferromagnetiska ämnen, värdet c kan ha mycket stora värden - upp till 10 4 ё 10 6 . Värde c paramagnetiska material har lite mer än noll och diamagnetiska material har lite mindre. Endast i vakuum och i mycket svaga fält är mängderna c och mär konstanta och är inte beroende av det yttre fältet. Beroendeinduktion B från Här vanligtvis icke-linjär, och dess grafer, den sk. magnetiseringskurvor för olika material och även vid olika temperaturer kan skilja sig avsevärt (exempel på sådana kurvor visas i fig. 2 och 3).
Materiens magnetiska egenskaper är mycket komplexa, och en grundlig förståelse av deras struktur kräver en grundlig analys av atomernas struktur, deras interaktioner i molekyler, deras kollisioner i gaser och deras ömsesidiga påverkan i fasta ämnen och vätskor; de magnetiska egenskaperna hos vätskor är fortfarande de minst studerade.
I fortsättningen av det tidigare ämnet stjärnmagnetism vill jag säga något om den planetariska. En speciell gren av geofysiken som studerar ursprunget och naturen av jordens magnetfält kallas geomagnetism. Han förklarar ursprunget till planeternas magnetfält på detta sätt:
"det initiala magnetfältet förstärks som ett resultat av rörelser (vanligtvis konvektiva eller turbulenta) av elektriskt ledande material i planetens flytande kärna eller i stjärnans plasma".
Detta så kallade " magnetisk dynamo". Som du kan se av definitionen talar vi återigen om något slags mystiskt initialt magnetfält, som är orsaken till elektromagnetism. Men ingenstans finns det ett ord om var detta initiala fält kommer ifrån. Och denna förklaring övervägs den mest korrekta.
Konstigt, eftersom artikeln om den magnetiska dynamo direkt säger: " under verkliga förhållanden har en magnetisk dynamo inte erhållits". För att skapa det behövs mycket komplexa förhållanden och installationer. Var kan då en sådan installation komma inifrån solen och planeterna? Dessutom har nästan alla planeter magnetism i en eller annan grad, vilket betyder att det inte finns något övernaturligt i dess ursprung. och förutsättningarna för dess förekomst måste vara ganska enkla.
Låt oss sedan titta på de enskilda planeterna:
"I avtagande dipolmagnetiskt moment är Jupiter och Saturnus på första plats, följt av jorden, Merkurius och Mars, och i förhållande till jordens magnetiska moment är värdet på deras moment 20 000, 500, 1, 3/5000, 3/10000".
Det första som fångar ögat är frånvaron av Venus i listan. Venus och jorden har liknande storlekar, medeldensitet och till och med inre struktur, men jorden har ett ganska starkt magnetfält, medan Venus inte har det. Moderna antaganden om Venus svaga magnetfält är att det inte finns några konvektiva strömmar i Venus förmodligen järnkärna. Men varför? Om strukturen är densamma som jordens, och temperaturen är högre, måste kärnan också vara flytande och med samma flöden.
Vidare visar det sig att Merkurius magnetfält är 2 gånger större än Mars, även om det är mycket mindre och samtidigt nästan 2000 gånger svagare än jordens. Det visar sig att varken temperaturen eller planetens storlek spelar någon roll. Kanske skillnad på kärnorna?
Jorden, Mars, Venus och Merkurius är steniga planeter med en metallisk kärna. Man tror att kärnan på Mars kunde ha svalnat och stelnat. Det finns ingen vulkanism på den, det finns ingen konvektion och därför har magnetfältet försvagats. Men av någon anledning har den inte avmagnetiserat under hela denna tid. Med Venus är det tvärtom. Här har man både temperatur och vulkanism, men det finns inget fält.
Magnetfälten hos Uranus och Neptunus är, till skillnad från alla andra planeter i solsystemet, inte dipoler, utan kvadrupol, d.v.s. de har 2 nordpoler och 2 sydpoler. Detta passar inte in i någon konvektionsteori alls.
Samtidigt tror man att gasjättarnas planeter inte alls har en metallkärna. Så var kommer magnetfältet ifrån? Och proportionerna återigen ger inget svar. Jupiter och Saturnus har ungefär samma storlek och sammansättning, men deras magnetfält skiljer sig 40 gånger!
Avståndet till solen och dess eventuella påverkan måste också uteslutas. Vad återstår då? Och det är inte mycket kvar. Vi har en direkt ledtråd - sambandet mellan förklaringen av stjärnmagnetism och planetarisk magnetism. deras gemensamma natur. Och även om denna natur ännu inte är klar och inte har en exakt vetenskaplig förklaring, är processernas generalitet entydig.
Tydligen måste vi fortfarande erkänna felaktigheten i teorin om planeternas ursprung från damm. En sådan gemensamhet av processer kan bekräfta mina slutsatser att planeterna är utsläpp av stjärnor och har mycket gemensamt med dem, nämligen att de i sina djup bär på en partikel av stjärnan som födde dem, som i sig är en del av Vita hålet . En sådan diskrepans i styrkan hos magnetfältet hos liknande planeter kan uppstå på grund av deras åldersskillnad, vilket jag upprepade gånger har skrivit om. Olika planeter fick efter utstötningen olika mängder oförbränd stjärnmateria, någonstans användes den tidigare och därför försvagades magnetfältet, men någonstans inte ännu. En kyld metallkärna förlorar sin magnetisering lika snabbt som en flytande kärna där en stjärnpartikel har slutat brinna. Ingen magnetisk dynamo existerar - det är väldigt svårt att vara ett naturfenomen och magnetismen försvinner snabbt utan att laddas upp.
Jag känner att vetenskapen ganska snart kommer att möta en stor revolution när det gäller att förstå planeters och stjärnors evolutionära processer. Skulle leva.
När jorden roterar runt sin egen axel tillåter vätskeskiktet i den yttre kärnan manteln och den fasta skorpan att rotera snabbare än den inre kärnan. Som ett resultat rör sig elektronerna i kärnan i förhållande till elektronerna i manteln och skorpan. Denna rörelse av elektroner bildar en naturlig dynamo. Det skapar ett magnetfält som liknar fältet induktorer.
Jordens magnetiska axel lutar i en vinkel på cirka 11° mot sin geografiska axel. Den ändrar kontinuerligt sin lutningsvinkel, men så långsamt att den under flera tiotusentals år nästan behåller sin relativa position.
Pilen på kompassen avviker något från de geografiska polerna. Vinkeln mellan den magnetiska meridianen och den geografiska meridianen varierar från en region till en annan. Små avvikelser i magnetfältet beror troligen på lokala virvelrörelser i den yttre kärnan, vid korsningen mellan kärnan och manteln. En liknande effekt kan orsakas av stora kroppar av magnetiserade stenar och malmer i jordskorpan.
Det geomagnetiska fältet påverkas solvind- flödet av elektriskt laddade partiklar som emitteras av solen. När de kommer in i jordens yttre atmosfär orsakar dessa partiklar små förändringar i dess magnetfält nära jordytan, som är systematiska (som natt och dag) eller oregelbundna (som magnetiska stormar) i naturen.
Jordens magnetfält i det förflutna
Under påverkan av planetens magnetfält magnetiserades stenarna under bildningen, vilket bibehöll denna magnetisering i följande epoker. Detta fenomen kallas paleomagnetism. När de värms upp förlorar stenar, som en permanentmagnet, sin magnetisering. De kylda stenarna magnetiseras återigen av jordens fält. Denna naturliga remanens är orienterad parallellt med kraftlinjerna för det geomagnetiska fältet som fanns vid tiden för bergbildningen. Därför är riktningen för fältet som var i kraft vid tidpunkten för deras stelning för alltid inpräntad i klipporna, som kan användas för att studera geologisk historia av jordens magnetfält.
Tekniken för paleomagnetisk forskning är att mäta den naturliga kvarvarande magnetismen i cylindriska pelare som borras från bergmassan. De erhållna paleomagnetiska koordinaterna för proverna gör det möjligt att bestämma den ursprungliga platsen för stenarna. Paleomagnetiska koordinater, uttryckt i magnetiska breddgrader, liknar geografiska breddgrader (men bara i förhållande till den magnetiska polen) och hänvisar till den magnetiska polens position under bergets magnetiseringsperiod. Data som erhållits som ett resultat av sådana mätningar indikerar att magnetpolerna under lång tid "vandrade" och ändrade sin position. Polarnas vandring på kontinenterna är fixerad på olika sätt. Men under en viss period av geologisk historia kan de polära riktningarna som etablerats på olika kontinenter kombineras till en linje om dessa kontinenter föreställs i andra positioner än idag. Det var på så sätt det gick att etablera och kartlägga kontinentaldriftsväg. Resultaten som erhålls med denna metod stämmer ganska bra överens med andra bevis. kontinentaldrift- Havsbottenspridning och data erhållna från studier av stenar och fossiler som karakteriserar paleoklimatiska förhållanden.
Polariteten hos den remanenta magnetiseringen ("fossila" magnetfältet) av bergarter som bildas under korta tidsperioder visar sig vara omvänd. Detta faktum förklaras inte av kontinentens rotation med 180° (detta skulle ta för mycket tid), men förändring i det geomagnetiska fältets polaritet. En sådan förändring av riktningen för jordens magnetfält kallas omkastning eller inversion. Inversioner markerar gränserna för perioder av geologisk historia under vilka det geomagnetiska fältet bibehöll en konstant polaritet. Dessa perioder var av olika längd. Åldersdatering av reverseringar (genom att studera sönderfallet av radioaktiva isotoper i bergarter) har gjort det möjligt att skapa en paleomagnetisk geologisk tidsskala. Denna skala kan användas för att bestämma åldern på stenar genom att analysera deras remanens. Jämförelse av den paleomagnetiska tidsskalan med de "magnetiska anomalierna" på havsbotten bekräftade spridningshypotesen.
Magnetisk och elektrisk utforskning
Många malmkroppar och bergarter rika på magnetiska mineraler skapar ett starkt lokalt magnetfält. Denna egenskap används vid geofysisk prospektering och prospektering av mineralfyndigheter. Med hjälp av känsliga instrument - magnetometrar, upptäcks industriellt värdefulla ansamlingar av mineraler. Det finns också en metod som använder naturliga elektriska strömmar som uppstår mellan jordytan och malmkroppen på grund av sippande grundvatten. Interaktionen mellan sådana strömmar och det geomagnetiska fältet är mätbar och fungerar som grund för att upptäcka avlagringar.
Jorden har ett magnetfält, vars orsaker inte har fastställts. Ett magnetfält har två magnetiska poler och en magnetaxel. De magnetiska polernas position sammanfaller inte med de geografiska. De magnetiska polerna är placerade på norra och södra halvklotet asymmetriskt i förhållande till varandra. I detta avseende bildar linjen som förbinder dem - jordens magnetiska axel en vinkel på upp till 11 ° med rotationsaxeln.
Jordens magnetism kännetecknas av magnetisk intensitet, deklination och lutning. Magnetisk styrka mäts i oersted.
Magnetisk deklination är vinkeln för avvikelsen för den magnetiska nålen från den geografiska meridianen på en given plats. Eftersom den magnetiska nålen indikerar den magnetiska meridianens riktning, kommer den magnetiska deklinationen att motsvara vinkeln mellan den magnetiska och geografiska meridianen. Deklination kan vara öst eller väst. Linjer som förbinder identiska deklinationer på en karta kallas isogoner. Deklinationsisogonen lika med noll kallas den magnetiska nollmeridianen. Isogonerna strålar ut från den magnetiska polen på södra halvklotet och konvergerar vid den magnetiska polen på norra halvklotet.
Magnetisk lutning är den magnetiska nålens lutningsvinkel mot horisonten. Linjer som förbinder punkter med samma lutning kallas isokliner. Nollisoklinen kallas den magnetiska ekvatorn. Isokliner, liksom paralleller, sträcker sig i latitudinell riktning och varierar från 0 till 90°.
Det jämna förloppet av isogoner och isokliner på vissa platser på jordens yta är ganska kraftigt störd, vilket är förknippat med förekomsten av magnetiska anomalier. Stora ansamlingar av järnmalm kan fungera som källor till sådana anomalier. Den största magnetiska anomalien är Kursk. Magnetiska anomalier kan också orsakas av brott i jordskorpan - förkastningar, omvända förkastningar, som ett resultat av vilka bergarter med olika magnetiska egenskaper kommer i kontakt, etc. Magnetiska anomalier används i stor utsträckning för att söka efter mineralfyndigheter och studera strukturen hos alv.
Värdena på magnetiska intensiteter, deklinationer och lutningar upplever dagliga och sekulära fluktuationer (variationer).
Dygnsvariationer orsakas av sol- och månstörningar i jonosfären och är mer uttalade på sommaren än på vintern och mer under dagen än på natten. Mycket mer intensiv
århundrades variationer. Man tror att de beror på förändringar som sker i de övre lagren av jordens kärna. Sekulära variationer i olika geografiska punkter är olika.
Plötsliga, som varar flera dagar, är magnetiska fluktuationer (magnetiska stormar) förknippade med solaktivitet och är mest intensiva på höga breddgrader.
§ 4. Jordens värme
Jorden tar emot värme från två källor: från solen och från sina egna tarmar. Det termiska tillståndet på jordens yta beror nästan helt på dess uppvärmning av solen. Men under påverkan av många faktorer sker en omfördelning av solvärme som fallit på jordens yta. Olika punkter på jordens yta får en ojämn mängd värme på grund av den lutande positionen för jordens rotationsaxel i förhållande till ekliptikans plan.
För att jämföra temperaturförhållanden introduceras begreppen genomsnittliga dygns-, månads- och medelårstemperaturer i vissa delar av jordens yta.
De högsta temperaturfluktuationerna upplevs av det övre lagret av jorden. Djupare från ytan minskar gradvis dagliga, månatliga och årliga temperaturfluktuationer. Tjockleken på jordskorpan, inom vilken bergarter påverkas av solvärme, kallas den heliotermiska zonen. Djupet på denna zon varierar från några meter till 30 meter.
Under den termiska solzonen finns ett bälte med konstant temperatur, där säsongsmässiga temperaturfluktuationer inte påverkar. I Moskva-området ligger det på ett djup av 20 m.
Under bältet med konstant temperatur finns den geotermiska zonen. I denna zon stiger temperaturen med djupet på grund av jordens inre värme - med i genomsnitt 1 ° C för varje 33 m. Detta djupintervall kallas det "geotermiska steget". Temperaturökningen när man fördjupar sig i jorden med 100 m kallas geotermisk gradient. Värdena för det geotermiska steget och gradienten är omvänt proportionella och olika för olika delar av jorden. Deras produkt är ett konstant värde och är lika med 100. Om till exempel steget är 25 m, så är gradienten 4 °C.
Skillnader i värdena för det geotermiska steget kan bero på olika radioaktivitet och värmeledningsförmåga hos bergarter, hydrokemiska processer i tarmarna, arten av förekomsten av stenar, grundvattnets temperatur och avstånd från hav och hav.
Värdet på det geotermiska steget varierar över ett brett intervall. I området Pyatigorsk är det 1,5 m, Leningrad - 19,6 m, Moskva - 38,4 m, i Karelen - mer än 100 m, i regionen Volga-regionen och Bashkiria - 50 m, etc. 14
Den huvudsakliga källan till jordens inre värme är det radioaktiva sönderfallet av ämnen som huvudsakligen är koncentrerade i jordskorpan. Det antas att värmen i den ökar i enlighet med det geotermiska steget till ett djup av 15-20 km. Djupare finns en kraftig ökning av värdet på det geotermiska steget. Experter tror att temperaturen i jordens mitt inte överstiger 4000 ° C. Om värdet på det geotermiska steget förblev detsamma till jordens mitt, skulle temperaturen på ett djup av 900 km vara 27 000 °C, och i jordens centrum skulle den nå cirka 193 000 °C.
TERRESTRISK MAGNETISM (geomagnetism), jordens magnetfält och yttre rymden nära jorden; en gren av geofysiken som studerar jordens magnetfält och relaterade fenomen (bergmagnetism, tellurströmmar, norrsken, strömmar i jordens jonosfär och magnetosfär).
Historia om studiet av jordens magnetfält. Förekomsten av magnetism har varit känd sedan urminnes tider. Man tror att den första kompassen dök upp i Kina (datumet för framträdandet är diskutabelt). I slutet av 1400-talet, under H. Columbus resa, fann man att den magnetiska deklinationen är olika för olika punkter på jordens yta. Denna upptäckt markerade början på utvecklingen av vetenskapen om jordmagnetism. År 1581 föreslog den engelske upptäcktsresanden R. Norman att kompassnålen vrids på ett visst sätt av krafter vars källa är under jordens yta. Nästa viktiga steg var uppkomsten år 1600 av W. Gilberts bok "On the Magnet, Magnetic Bodies, and the Great Magnet - the Earth", där en idé gavs om orsakerna till jordmagnetism. År 1785 påbörjades utvecklingen av en metod för att mäta styrkan hos ett magnetfält, baserad på vridmomentmetoden som S. Coulomb föreslagit. År 1839 underbyggde K. Gauss teoretiskt en metod för att mäta den horisontella komponenten av planetens magnetfältsvektor. I början av 1900-talet bestämdes förhållandet mellan jordens magnetfält och dess struktur.
Som ett resultat av observationer fann man att jordklotets magnetisering är mer eller mindre enhetlig och jordens magnetiska axel är nära dess rotationsaxel. Trots den relativt stora mängden experimentella data och många teoretiska studier har frågan om ursprunget till jordmagnetism inte slutgiltigt lösts. I början av 2000-talet började de observerade egenskaperna hos jordens magnetfält att förknippas med den fysiska mekanismen för den hydromagnetiska dynamo (se Magnetisk hydrodynamik), enligt vilken det initiala magnetfältet som trängde in i jordens kärna från interplanetär rymden kan förstärkas och försvagas som ett resultat av materiens rörelse i planetens flytande kärna. För att stärka fältet är det tillräckligt att ha en viss asymmetri i sådan rörelse. Förstärkningsprocessen fortsätter tills tillväxten av förluster för uppvärmning av mediet, som uppstår på grund av en ökning av strömstyrkan, balanserar inflödet av energi som kommer från dess hydrodynamiska rörelse. En liknande effekt observeras när en elektrisk ström och ett magnetfält genereras i en självexciterad dynamo.
Intensiteten av jordens magnetfält. En egenskap hos varje magnetfält är vektorn för dess styrka H - ett värde som inte beror på mediet och är numeriskt lika med den magnetiska induktionen i vakuum. Jordens eget magnetfält (geomagnetiskt fält) är summan av fält som skapas av olika källor. Det är allmänt accepterat att magnetfältet H T på planetens yta består av: det fält som skapas av den enhetliga magnetiseringen av jordklotet (dipolfält, H 0); fältet som är associerat med heterogeniteten hos de djupa lagren av jordklotet (fältet för världsanomalier, Ha); fält på grund av magnetiseringen av de övre delarna av jordskorpan (H till); fält orsakat av yttre orsaker (H B); variationsfältet (δH), även associerat med källor belägna utanför jordklotet: H T = H o + H c + H a + H c + δH. Summan av fälten H 0 + H k bildar jordens huvudmagnetfält. Dess bidrag till fältet som observeras på planetens yta är mer än 95%. Det anomala fältet Ha (bidraget från H a till H t är cirka 4%) är uppdelat i ett fält av regional karaktär (regional anomali) som sprider sig över stora områden, och ett fält av lokal karaktär (lokal anomali) . Summan av fälten H 0 + H k + H och kallas ofta för normalfältet (H n). Eftersom H är litet jämfört med H o och H k (ca 1 % av H t), sammanfaller det normala fältet praktiskt taget med huvudmagnetfältet. Det faktiskt observerade fältet (minus variationsfältet δH) är summan av de normala och anomala magnetfälten: Ht = Hn + Ha. Uppgiften att dela upp fältet på jordens yta i dessa två delar är osäker, eftersom uppdelningen kan göras på ett oändligt antal sätt. För en entydig lösning av detta problem krävs information om källorna till var och en av komponenterna i jordens magnetfält. I början av 2000-talet konstaterades det att källorna till det anomala magnetfältet är magnetiserade stenar som ligger på djup som är små jämfört med jordens radie. Källan till huvudmagnetfältet ligger på ett djup av mer än halva jordens radie. Många experimentella data gör det möjligt att konstruera en matematisk modell av jordens magnetfält baserat på en formell studie av dess struktur.
Element av jordisk magnetism. För att dekomponera vektorn H t till komponenter används vanligtvis ett rektangulärt koordinatsystem med origo i mätpunkten för fältet O (figur). I detta system är Ox-axeln orienterad i riktning mot den geografiska meridianen i norr, Oy-axeln är orienterad i riktning mot parallellen mot öst, Oz-axeln är riktad från topp till botten mot mitten av jordklotet . Projektionen av H T på Ox-axeln kallas den norra komponenten av fältet, projektionen på Oy-axeln kallas den östra komponenten, projektionen på Oz-axeln kallas den vertikala komponenten; de betecknas med X, Y, Z. Projektionen av H t på xy-planet betecknas som H och kallas fältets horisontella komponent. Det vertikala planet som går genom vektorn H t och Oz-axeln kallas planet för den magnetiska meridianen, och vinkeln mellan den geografiska och magnetiska meridianen kallas magnetisk deklination, betecknad med D. Om vektorn H avviker från riktningen av Ox-axeln i öster kommer deklinationen att vara positiv (östlig deklination) och om den västerut - negativ (västlig deklination). Vinkeln mellan vektorerna H och H t i den magnetiska meridianens plan kallas magnetisk lutning och betecknas med I. Lutningen I är positiv när vektorn H t är riktad nedåt från jordytan, vilket sker i Jordens norra halvklot, och negativ när H t är riktad uppåt, dvs på södra halvklotet. Deklination, lutning, horisontella, vertikala, nordliga, östliga komponenter kallas elementen för jordmagnetism, som kan betraktas som koordinaterna för änden av vektorn H t i olika koordinatsystem (rektangulära, cylindriska och sfäriska).
Inget av elementen i jordmagnetism förblir konstant i tiden: deras storlek varierar från timme till timme och från år till år. Sådana förändringar kallas variationer av elementen i jordmagnetism (se Magnetiska variationer). Förändringar som sker under en kort tidsperiod (ungefär en dag) är periodiska; deras perioder, amplituder och faser är extremt varierande. Förändringar i de genomsnittliga årliga värdena för element är monotona; deras periodicitet avslöjas endast vid en mycket lång varaktighet av observationer (i storleksordningen många tiotals och hundratals år). Långsamma variationer av magnetisk induktion kallas sekulära; deras värde är cirka 10 -8 T/år. De sekulära variationerna av elementen är förknippade med fältets källor, som ligger inuti jordklotet, och orsakas av samma orsaker som själva jordens magnetfält. Snabba variationer av periodisk karaktär beror på elektriska strömmar i det nära jordens medium (se Jonosfär, Magnetosfär) och varierar mycket i amplitud.
Moderna studier av jordens magnetfält. I början av 2000-talet är det vanligt att peka ut följande orsaker som orsakar jordbunden magnetism. Källan till huvudmagnetfältet och dess sekulära variationer ligger i planetens kärna. Det anomala fältet beror på en kombination av källor i ett tunt övre lager som kallas jordens magnetiskt aktiva skal. Det yttre fältet är associerat med källor i jordens närhet. Fältet med externt ursprung kallas jordens växlande elektromagnetiska fält, eftersom det inte bara är magnetiskt utan också elektriskt. De huvudsakliga och anomala fälten kombineras ofta med den vanliga villkorliga termen "permanent geomagnetiskt fält".
Den huvudsakliga metoden för att studera det geomagnetiska fältet är direkt observation av den rumsliga fördelningen av magnetfältet och dess variationer på jordens yta och i rymden nära jorden. Observationer reduceras till mätningar av jordmagnetismens element vid olika punkter i rymden och kallas magnetiska undersökningar. Beroende på platsen för inspelningen är de uppdelade i mark, hav (hydromagnetisk), luft (aeromagnetisk) och satellit. Beroende på storleken på det territorium som omfattas av undersökningarna särskiljs globala, regionala och lokala undersökningar. Enligt de uppmätta elementen delas undersökningar in i modulära (T-mätningar, där fältvektorns modul mäts) och komponent (endast en eller flera komponenter i denna vektor mäts).
Jordens magnetfält påverkas av flödet av solplasma - solvinden. Som ett resultat av solvindens växelverkan med jordens magnetfält bildas den yttre gränsen för det jordnära magnetfältet (magnetopausen), vilket begränsar jordens magnetosfär. Formen på magnetosfären förändras ständigt under påverkan av solvinden, vars energi en del tränger in i den och överförs till de nuvarande systemen som finns i rymden nära jorden. Förändringar i jordens magnetfält över tid, orsakade av verkan av dessa strömsystem, kallas geomagnetiska variationer och skiljer sig både i deras varaktighet och lokalisering. Det finns många olika typer av tidsvariationer, var och en med sin egen morfologi. Under inverkan av solvinden förvrängs jordens magnetfält och får en "svans" i riktning från solen, som sträcker sig över hundratusentals kilometer och går bortom månens omloppsbana.
Jordens magnetiska dipolmoment är cirka 8·10 22 Am 2 och minskar konstant. Den genomsnittliga induktionen av det geomagnetiska fältet på planetens yta är cirka 5·10 -5 T. Jordens huvudmagnetiska fält (på ett avstånd av mindre än tre radier från jorden från dess centrum) är i form nära fältet för en ekvivalent magnetisk dipol, vars centrum är förskjutet i förhållande till jordens centrum av cirka 500 km i riktning mot en punkt med koordinaterna 18° nordlig latitud och 147,8° östlig longitud. Denna dipols axel lutar mot jordens rotationsaxel med 11,5°. Vid samma vinkel är de geomagnetiska polerna separerade från motsvarande geografiska poler. Samtidigt är den sydliga geomagnetiska polen belägen på norra halvklotet.
Storskaliga observationer av förändringar i elementen i jordmagnetism utförs i magnetiska observatorier som bildar ett världsomspännande nätverk. Variationer i geomagnetiska fält registreras av speciella instrument, mätdata bearbetas och skickas till världens datainsamlingscenter. För en visuell representation av bilden av den rumsliga fördelningen av elementen i jordmagnetism konstrueras konturkartor, det vill säga kurvor som förbinder punkter på kartan med samma värden för ett eller annat element av jordmagnetism (se kartor) . Kurvor som förbinder punkter med identiska magnetiska deklinationer kallas isogoner, kurvor med identiska magnetiska lutningar kallas isokliner, identiska horisontella eller vertikala, norra eller östra komponenter i Ht-vektorn kallas isodynamik för motsvarande komponenter. Linjer med lika fältförändringar kallas vanligtvis isoporer; linjer med lika fältvärden (på kartor över det anomala fältet) - isoanomalier.
Resultaten av studier av jordmagnetism används för att studera jorden och rymden nära jorden. Mätningar av intensiteten och riktningen av magnetiseringen av bergarter gör det möjligt att bedöma förändringen i det geomagnetiska fältet över tiden, vilket fungerar som nyckelinformation för att bestämma deras ålder och utveckla teorin om litosfäriska plattor. Data om geomagnetiska variationer används vid magnetisk prospektering efter mineraler. I rymden nära jorden, på ett avstånd av tusen eller fler kilometer från jordens yta, avleder dess magnetfält kosmiska strålar och skyddar allt liv på planeten från hård strålning.
Lit.: Yanovsky B. M. Terrestrial magnetism. L., 1978; Kalinin Yu. D. Sekulära geomagnetiska variationer. Novosib., 1984; Kolesova VI Analytiska metoder för magnetisk kartografi. M., 1985; Parkinson W. Introduktion till geomagnetism. M., 1986.
