Теория магнитного поля и интересные факты о магнитном поле земли. Интересные сведения о магнитном поле земли

Магнитное поле Земли, можно сказать, и есть причиной всего живого, движения, притяжения, зарождения и прекращения, но как ни странно даже его образование никто сегодня с достоверной точностью объяснить не может. Есть лишь множество недоказанных теорий. К наиболее существенной из них можно отнести ту, что оно создается в жидком ядре Земли. Так как эта жидкость по сути перемещающийся расплавленный метал, своим движением он порождает токи, рождающие магнитное поле.

Землетрясения

Ежедневно по всей земле происходит примерно 8 тысяч землетрясений . Но большая их часть незаметна для человека. Землетрясения возникают во время движения тектонических плит. А те, в свою очередь, движутся под действием вулканической активности в недрах земли. Эта активность и есть энергия земли. Если завершиться ее активность – это будет означать, что энергия исчерпалась. Да, землетрясения прекратятся, но и жизнь на планете, скорее всего тоже. Так что «дрожь земли» это не всегда плохо.


Связь между магнитным полем, которое появляется с недр земли и землетрясениями, оттуда же неоспорима. Изменения в магнитном поле отражают изменения в ядре. На сегодняшний день непонятно только как извлечь из этого реальную выгоду.

Во всем известной долине смерти в Калифорнии происходят интереснейшие вещи. Давно уже замечено, что камни, находящиеся на поверхности высохшего озера, загадочным образом перемещаются – за ними виден отчетливый след. Причину движения не установили до сих пор, несмотря на то, что это явление интересует многих современных ученых. Это движение очень медленное, известно лишь, что за 7 лет они преодолевают примерно 200 метров и большую часть расстояния преодолевают зимой. Одним из возможных объяснений может быть магнитное поле земли, возможно, эти камни просто притягивает. Но это недоказанная теория.

Радиация

Магнитное поле земли не только влияет на земную жизнь, но и защищает ее от влияния открытого космоса. Наиболее значительной опасностью, которая может угрожать Земле является радиация, исходящая от Солнца. Если бы не было магнитного поля, все живое уже давно бы вымерло под воздействием всеми любимого светила. Солнечный ветер – это наибольший источник радиации. Солнце выплескивает его, а магнитное поле земли, словно купол, ограждающий планету, не дает ему пройти сквозь защиту. В результате этот ветер скользит по магнитному полю, огибая всю землю, но, не вредя людям и природе.

Полюса

Магнитное поле не постоянное, оно сменяет полюса примерно раз в 250000 лет . Северный и южный полюса меняются местами. Нет точного объяснения подобному факту, но есть значительная вероятность, что в ближайшее время полюса вновь сменятся. При этом мнения ученых по этому вопросу сильно разятся. Одни считают, что это нормальное и естественное изменение, которое нисколько не повлияет на земную жизнь. Другие же уверенны в том, что такие события могут привести к катастрофе мирового масштаба и привести к тому, что цивилизация будет на гране уничтожения. Они утверждают что динозавры, жившие ранее на планете, вымерли именно во время смены полюсов.

Трещины

Под ежедневными атаками солнечной активности в атмосфере земли, находящейся под защитой магнитного поля появляются дыры. Это сильно тревожит ученых всего мира, ведь солнечная радиация способна полностью изменить жизнь на планете. Проблема состоит в том, что человечество не в силах что-либо изменить. И в случае увеличения этих дыр может появиться реальная угроза жизни на планете. Современные технология и познания человека о Вселенной, планете, Солнце ничем не помогут в данной ситуации, поэтому остается лишь надеяться на лучшее.

Ослабевание поля

В южной части Атлантического океана толщина магнитного поля заметно снизилась и составляет на сегодняшний день лишь треть от нормы. Этот факт сильно настораживает всех ученых в мире, ведь подобная брешь может уничтожить планету за достаточно короткий срок. За последние 150 лет толщина поля в этом месте ослабла на 10 % .

Земная жизнь

Влияние магнитного поля на земную жизнь очень велико. Возможно, люди его не видят, но уж точно ощущают его влияние. Так, например, мигрирующие птицы находят дорогу при помощи его. Одно из объяснений подобного явления кроится в том, что птицы якобы его видят. Любые магнитные аномалии или бури влияют на их способность находить правильную дорогу. Также по нему ориентируются черепахи и некоторые другие животные, например, коровы. Благодаря ему также появляется полярное сияние.

Бури

Это явление многие прочувствовали на себе, другие лишь слышали о нем. Сильные магнитные бури способны повредить электронику, а слабые и средние могут сильно отразиться на здоровье некоторых людей. Магнитные бури – это следствие вспышек на Солнце. Выбрасываемая энергия на протяжении пары дней несется по направлению Земли.

Поле планеты ее отталкивает, и все же ее влияние ощущает минимум 15 % населения. Некоторые чувствуют себя плохо во время самих солнечных выбросов, другие во время их соприкосновения с полем земли, третьи пару дней после этого. Это явление вполне объяснимо, ведь люди обладают личным электрическим и магнитным полем получающим свое влияние извне.

• Самыми сильными магнитами во Вселенной являются нейтронные звезды. Такое поле в миллион миллионов раз мощнее магнитного поля Земли.
• Существует теория, что именно радиация от Солнца уничтожила на Марсе все живое, так как там нет такого же магнитного поля как на Земле.
• Сегодня нет реальной возможности усилить магнитное поле Земли и еще более защитить планету от внешнего влияния Солнца. Однако современные исследования уже стоят на пути того, чтобы «излечить» атмосферу и «залатать» в ней дыры при помощи имеющихся или разрабатывающихся технологий.

Еще за тысячу лет до первых наблюдений электрических явлений, человечество уже начало накапливать знания о магнетизме . И всего четыреста лет тому назад, когда становление физики как науки только началось, исследователи отделили магнитные свойства веществ от их электрических свойств, и только после этого начали изучать их самостоятельно. Так было положено экспериментальное и теоретическое начало, ставшее к середине 19 века фундаментом единой теории электрических и магнитных явлений .

Похоже, что необычные свойства магнитного железняка были известны еще в период бронзового века в Месопотамии. А после начала развития железной металлургии люди заметили, что он притягивает изделия из железа. О причинах этого притяжения задумывался и древнегреческий философ и математик Фалес из города Милет (640−546 гг. до н. э.), он объяснял это притяжение одушевленностью минерала.

Греческие мыслители представляли, как невидимые пары окутывают магнетит и железо, как эти пары влекут вещества друг к другу. Слово «магнит» могло произойти он названия города Магнесии-у-Сипила в Малой Азии, недалеко от которого залегал магнетит. Одна из легенд рассказывает, что пастух Магнис как-то оказался со своими овцами рядом со скалой, которая притянула к себе железный наконечник его посоха и сапоги.

В древнекитайском трактате «Весенние и осенние записи мастера Лю» (240 г. до н. э.) упоминается свойство магнетита притягивать к себе железо. Через сто лет китайцы отметили, что магнетит не притягивает ни медь, ни керамику. В 7-8 веках они заметили, что намагниченная железная игла, будучи свободно подвешена, поворачивается по направлению к Полярной звезде.

Так ко второй половине 11 века в Китае начали изготавливать морские компасы, которые европейские мореплаватели освоили лишь через сто лет после китайцев. Тогда китайцы уже обнаружили способность намагниченной иглы отклоняться в направлении восточнее северного, и открыли таким образом магнитное склонение, опередив в этом европейских мореплавателей, пришедших к точно такому выводу только в 15 столетии.

В Европе первым свойства природных магнитов описал философ из Франции Пьер де Марикур, который в 1269 году пребывал на службе в армии сицилийского короля Карла Анжуйского. В период осады одного из итальянских городов, он отправил другу в Пикардию документ, вошедший в историю науки под названием «Письмо о магните», где и рассказал о своих экспериментах с магнитным железняком.

Марикур отметил, что в любом куске магнетита есть две области, которые особенно сильно притягивают к себе железо. Он заметил в этом сходство с полюсами небесной сферы, поэтому позаимствовал их названия для обозначения областей максимума магнитной силы. Оттуда и пошла традиция называть полюса магнитов южным и северным магнитными полюсами.

Марикур писал, что если разбить любой кусок магнетита на две части, то в каждом осколке появятся собственные полюса.

Марикур впервые связал эффект отталкивания и притяжения магнитных полюсов с взаимодействием разноименных (южного и северного), либо одноименных полюсов. Марикур по праву считается пионером европейской экспериментальной научной школы, его заметки о магнетизме воспроизводились в десятках списков, а с появлением книгопечатания издавались в форме брошюры. Их цитировали многие ученые натуралисты вплоть до 17 столетия.

С трудом Марикура был хорошо знаком и английский естествоиспытатель, ученый и врач Уильям Гильберт. В 1600 году он опубликовал труд «О магните, магнитных телах и большом магните - Земле». В этом труде Гильберт привел все известные на тот момент сведения о свойствах природных магнитных материалов и намагниченного железа, а также описал свои собственные опыты с магнитным шаром, в которых воспроизвел модель земного магнетизма.

В частности он опытным путем установил, что на обоих полюсах «маленькой Земли» стрелка компаса поворачивается перпендикулярно ее поверхности, у экватора устанавливается параллельно, а на средних широтах - поворачивается в промежуточное положение. Таким образом Гильберту удалось смоделировать магнитное наклонение, о котором в Европе знали более 50 лет (в 1544 году его описал Георг Хартман, механик из Нюрнберга).

Гильберт воспроизвел также геомагнитное склонение, которое он приписал не идеально гладкой поверхности шара, а в масштабе планеты объяснил этот эффект притяжением между континентами. Он обнаружил, как сильно разогретое железо теряет свои магнитные свойства, а при охлаждении - восстанавливает их. Наконец, Гильберт первым четко различил притяжение магнита и притяжение янтаря, натертого шерстью, которое назвал электрической силой. Это был поистине новаторский труд, оцененный как современниками, так и потомками. Гильберт открыл, что Землю будет правильным считать «большим магнитом».

До самого начала XIX века наука о магнетизме продвинулась очень немного. В 1640 году Бенедетто Кастелли, ученик Галилея, объяснил притяжение магнетита множеством очень маленьких магнитных частиц, входящих в его состав.

В 1778 году Себальд Бругманс, уроженец Голландии, заметил, как висмут и сурьма отталкивали полюса магнитной стрелки, что стало первым примером физического феномена, который позже Фарадей назовет диамагнетизмом .

Шарль-Огюстен Кулон в 1785 году, посредством точных измерений на крутильных весах, доказал, что сила взаимодействия магнитных полюсов между собой обратно пропорциональна квадрату расстояния между полюсами - так же точно, как и сила взаимодействия электрических зарядов.

С 1813 года датский физик Эрстед усердно пытался экспериментально установить связь электричества с магнетизмом. В качестве индикаторов исследователь использовал компасы, но долго не мог достичь цели, ведь он ожидал, что магнитная сила параллельна току, и располагал электрический провод под прямым углом к стрелке компаса. Стрелка никак не реагировала на возникновение тока.

Весной 1820 года, во время одной из лекций, Эрстед натянул провод параллельно стрелке, причем не ясно, что привело его к этой идее. И вот стрелка качнулась. Эрстед почему-то прекратил эксперименты на несколько месяцев, после чего вернулся к ним и понял, что «магнитное воздействие электрического тока направлено по окружностям, охватывающим этот ток».

Вывод был парадоксальным, ведь раньше вращающиеся силы не проявляли себя ни в механике, ни где-либо еще в физике. Эрстед написал статью, где изложил свои выводы, и больше электромагнетизмом так и не занимался.

Осенью того же года француз Андре-Мари Ампер приступил к опытам. Перво-наперво повторив и подтвердив результаты и выводы Эрстеда, в начале октября он обнаружил притяжение проводников, если токи в них направлены одинаково, и отталкивание, если токи противоположны.

Ампер изучил также взаимодействие между непараллельными проводниками с током, после чего описал его формулой, названой позже законом Ампера. Ученый показал и то, что свернутые в спираль провода с током поворачиваются под действием магнитного поля, как это происходит со стрелкой компаса.

Наконец, он выдвинул гипотезу о молекулярных токах, согласно которой внутри намагниченных материалов имеют место непрерывные микроскопические параллельные друг другу круговые токи, служащие причиной магнитного действия материалов.

В то же время Био и Савар совместно вывели математическую формулу, позволяющую вычислять интенсивность магнитного поля постоянного тока.

И вот, к концу 1821 года Майкл Фарадей, уже работавший в Лондоне, изготовил устройство, в котором проводник с током вращался вокруг магнита, а другой магнит поворачивался вокруг другого проводника.

Фарадей выдвинул предположение, что и магнит, и провод окутаны концентрическими силовыми линиями, которые и обуславливают их механическое воздействие.

Со временем Фарадей уверился в физической реальности силовых магнитных линий. К концу 1830-х ученый уже четко осознавал, что энергия как постоянных магнитов, так и проводников с током, распределена в окружающем их пространстве, которое заполнено силовыми магнитными линиями. В августе 1831 года исследователю удалось заставить магнетизм производить генерацию электрического тока.

Устройство состояло из железного кольца с расположенными на нем двумя противоположными обмотками. Первую обмотку можно было замыкать на электрическую батарею, а вторая соединялась с проводником, помещенным над стрелкой магнитного компаса. Когда по проводу первой катушки тек постоянный ток, стрелка не меняла своего положения, но начинала качаться в моменты его выключения и включения.

Фарадей пришел к заключению, что в эти моменты в проводе второй обмотки возникали электрические импульсы, связанные с исчезновением или возникновением магнитных силовых линий. Он сделал открытие, что причиной возникающей электродвижущей силы является изменение магнитного поля.

В ноябре 1857 года Фарадей написал письмо в Шотландию профессору Максвеллу с просьбой придать математическую форму знаниям об электромагнетизме. Максвелл просьбу выполнил. Понятие электромагнитного поля нашло место в 1864 году в его мемуарах.

Максвелл ввел термин «поле» для обозначения части пространства, которая окружает и содержит тела, пребывающие в магнитном или электрическом состоянии, причем он особо подчеркнул, что само это пространство может быть и пустым и заполненным совершенно любым видом материи, а поле все равно будет иметь место.

В 1873 году Максвелл издал «Трактат об электричестве и магнетизме», где представил систему уравнений, объединяющих электромагнитные явления. Он дал им название общих уравнений электромагнитного поля, и по сей день они зовутся уравнениями Максвелла. По теории Максвелла магнетизм - это взаимодействие особого рода между электрическими токами . Это фундамент, на котором построены все теоретические и экспериментальные работы, относящиеся к магнетизму.

Магниты и магнетизм известны человечеству очень давно. Однако и в современном мире удивительные свойства магнитов применяются повсеместно. Из нашего материала вы узнаете несколько любопытных фактов, связанных с постоянными магнитами.

Почему магнит называется именно так?

Есть две легенды происхождения этого слова. Одна из них достаточно поэтична и повествует о некоем пастухе Магнусе. В повествовании Плиния говорится о том, что этот пастух как-то пас стадо овец в новом месте. Наступив на большой черный камень, он с удивлением понял, что не может оторвать от него ног. Причиной тому стали гвозди, которыми была подбита его обувь.

Вторая легенда говорит о том, что в древние времена люди, жившие в греческой области Магнисии, нашли залежи необычного камня, притягивающего железные предметы. Сначала находку называли «камнем из Магнисии», а после наименование упростилось до магнита.

Под таким названием знали притягивающий железо камень китайцы. Они называли его цы-ши, что можно перевести как «любящий камень» или «камень материнской любви». Такое название появилось из-за того, что магнит притягивает металлические предметы подобно тому, как любящая мать старается приблизить к себе своих детей.

Сохранившиеся источники говорят о том, что еще за несколько веков до Рождества Христова в Китае использовалось некое подобие компаса, представляющее собой ложку из магнита. Что касается европейского региона, то упоминание о первом компасе для путешественников датируются 1300 годом. Автором изобретения является Иоанн Жира.

Как магнитному томографу удается видеть человека изнутри?

Многие знают о том, что в составе человеческого организма преобладает вода. Ее уровень может колебаться от 60% до 80%. Когда на атомы водорода, содержащиеся в воде, воздействует мощный магнит, происходит излучение особых волн. Они характеризуются разными свойствами и позволяют фиксировать изменения, происходящие в организме. Когда человека помещают внутрь магнитного поля, его тело начинает излучать множество разных волн, которые обрабатываются специальной аппаратурой и превращаются в цветное изображение.

Поезда на магнитной подушке

Скоростные поезда на магнитной подушке перемещаются благодаря особой технологии. Вагоны состава размещаются на направляющих, охватывающих рельс. За счет этого, вагоны постоянно находятся над поверхностью рельсов из-за вертикального магнитного поля. В свою очередь, горизонтальное магнитное поле продолжает сохранять центровку. Помимо этого, на рельсах размещаются электромагниты, взаимодействующие с двигателями поезда. Такой подход позволяет обеспечить разгон и торможение.

Сейчас магнитное поле Земли находится под пристальным вниманием каждого, кому интересна астрономия, астрология, астрофизика. К тому же научные информационные сайты в последнее время так и пестрят различными новостями про магнитное поле Земли.

Например, есть новость, которая говорит о том, что магнитное поле Земли в последнее время существенно меняется, либо о том, что благодаря полю происходит утечка кислорода из земной атмосферы. Но мало, кто вообще представляет, что это такое магнитное поле Земли, что оно собой является и насколько оно важно для нас, как для людей, да и для всех живых организмов. По сути, магнитное поле представляет собой специальную область, которая находится вокруг всей нашей планеты, где происходит взаимодействие магнитных сил.

Правда, до сих пор ещё не нашли окончательного решения о происхождении магнитного поля. Существует масса мнений на этот счёт, причём одно противоречит другому, но всё же большая часть исследователей говорит о том, что магнитное поле Земли находится вокруг из-за ядра планеты. Собственно, в земном ядре внутри есть и твёрдая часть, и жидкая часть. Земля вращается и не останавливается, из-за этого в жидкой части ядра всегда происходят течения. Тут уж нужно вспомнить физику школы, когда электрические заряды создают во время своего движения магнитное поле.

Есть очень распространённая теория о том, как же всё-таки это поле появилось. Суть теории заключается в том, что это бы динамо-эффект. То есть, в жидкой части ядра происходят турбулентные движения, которые способствуют поддержанию поля стационарного состояния, при этом же оно само и возбуждается. Магнитное поле Земли определённо очень помогает Земле и всему живому на планете. Ведь различные космические частицы очень негативно влияют на планету Земля, а магнитное поле призвано защищать от этого губительного действия жителей и искусственные спутники планеты.

Эти частицы являются частичками солнечного ветра. Так получилось, что магнитному полю удаётся скорректировать их траекторию движения, изменяя её вдоль линии поля. Но если думать о том, что магнитное поле необходимо для того, чтобы формировалась жизнь на планете, то это существенно влияет на количество таких обитаемых планет. Ведь есть такие планеты, которые вовсе не имеют металлического ядра, а значит, нет у них и магнитного поля. Правда, и земляне могут потерять своего «магнитного защитника». Только пока нет официальных подтверждений, когда именно это может произойти.

«Любящий камень» — Такое поэтическое название дали китайцы естественному магниту. Любящий камень (тшу-ши), – молвят китайцы, – притягивает железо, как теплая мать притягивает своих малышей. Интересно, что у французов, народа живущего на обратном конце Старого Света, мы встречаем схожее заглавие для магнита: фран­цузское слово «aimant» значит и «магнит» и «любящий». Сила этой «любви» у естественных магнитов малозначительна, и поэтому очень наивно звучит греческое заглавие магнита - «геркулесов камень». Если жители старой Эллады так поражались умеренной силой притяжения естественного магнита, то что бы они сказали, увидев на современном металлургическом заводе магниты, поднимающие глыбы в целые тонны весом! Правда, это не естественные магниты, а «электромагниты», т. е. железные массы, намагниченные электрическим током, проходящим по окружающей их обмотке. Но в обоих случаях действует сила одной и той же природы - магнетизм.

Не следует думать, что магнит действует лишь на железо. Есть ряд других тел, которые тоже испытывают для себя действие сильного магнита, хотя и не в такой степени как железо. Металлы: никель, кобальт, марганец, платина, золото, серебро, алюминий в слабой степени притягиваются магнитом. Ещё замечательнее характеристики так называемых диамагнитных тел, к примеру цинка, свинца, серы, висмута: эти тела отталкиваются от сильного магнита!

Жидкости и газы также испытывают на себе притяжение либо отталкивание магнита правда, в весьма слабой степени; магнит должен быть очень силен, чтоб проявить своё влияние на эти вещества. Чистый кислород, к примеру, парамагнитен т. е. притягивается магнитом; если наполнить кислородом мыльный пузырь и поместить его меж полюсами сильного электромагнита, пузырь заметно вытянется от 1-го полюса к другому, растягиваемый невидимыми магнитными силами. Пламя свечки между концами сильного магнита изменяет свою обычную форму, доказывая чувствительность к магнитным силам (рис.1).

Мы привыкли думать, что стрелка компаса всегда обращена одним концом на север, другим - на юг. Поэтому нам покажется не совсем понятным следующий вопрос:

Где на земном шаре магнитная стрелка указывает на север обоими концами?

И так же нелепо прозвучит вопрос:

Где на земном шаре магнитная стрелка обоими концами указывает на юг?

Вы готовы утверждать, что таких мест на нашей планетке нет и быть не может. Но они сущест­вуют.

Вспомните, что магнитные полюсы Земли не совпадают с ее географическими полюсами - и вы, возможно, сами ­догадаетесь, о каких местах нашей планеты идет речь. Куда будет указывать стрелка компаса, помещенная на южном географическом полюсе? Один её конец будет направлен в сторону наиблежайшего магнитного полюса, другой - в обратную. Но в какую бы сторону ни идти от южного географического полюса, мы всегда будем направляться на север; другого направления от южного географического полюса нет,- кругом него везде се­вер. Поэтому, помещенная там магнитная стрелка будет показывать север обоими концами.

Точно так же стрелка компаса, перенесенного на северный географический полюс, обоими концами должна указывать на юг.

Литература: 1936 г. Я. Перельман “Занятная физика” Книжка 2