А существует ли магнитное поле? Альтернативные версии объяснения магнитного поля
Часть I. Стационарное поле
На поставленный в заголовке вопрос любой ответит утвердительно. Иначе чем кусок железа притягивается к магниту, чем стрелка компаса поворачивается на север? Магнитное поле (МП) всесторонне изучено экспериментально, строго описано теоретически, а критерием истинности представлений о нем служит практика. МП вращает роторы электродвигателей, генерирует ток на электростанциях, служит рабочей средой в электромагнитах, трансформаторах, ускорителях заряженных частиц и многих других устройствах современной техники. Этим полем закаляют сталь, устраняют усадочные раковины при выплавке металлов, уничтожают накипь в паровых котлах и трубах теплоснабжения, а также парафиновые отложения в нефтепроводах. Магнитная обработка картофеля, семян растений, автомобильного топлива, простой воды и т.д. приводит к фантастическим результатам, не объяснимым современной наукой.
«Магнетические» явления, как и в средние века, окружены туманом таинственности и соседствуют с магическими. Этим пользуются лжеученые, мошенники и шарлатаны. Если средневековые знахари лечили магнитом порчу и сглаз, то ряд ведущих институтов страны продают магнитотерапевтические аппараты, якобы излечивающие сотни болезней самой разной природы. Астрологи «научно» подкрепляют истинность своих предсказаний воздействием космического МП планет. Не обходятся без МП и многочисленные изобретатели вечных двигателей, обещающие неограниченные потоки бесплатной и экологически чистой энергии.
Вращением магнита создают мифическое торсионное поле, которым обрабатывают настои трав, получая чудодейственные лекарства от различных болезней. Изобретены магниты, защищающие доверчивых людей от шаровых молний. Магнетизмом объясняют прилипание тарелок к человеческому телу и многие другие непонятные явления. МП мы ощущаем руками, поднося кусок железа к магниту, а его структуру можем увидеть глазами, воспользовавшись железными опилками.
Поскольку МП дано нам в ощущениях, измеряется приборами и используется на практике, оно признано особым видом материи. Ему приписали массу и энергию. Однако далеко не все то, что дано нам в ощущениях, является объективной реальностью, то есть материей. Человек обладает богатым воображением и часто чувствует то, чего нет на самом деле. Вспомним «чистую» и «нечистую» силы, леших, барабашек, снежного человека, лох-несское чудовище, НЛО.
Ведь все это кто-то видел, слышал, трогал руками, зафиксировал на фотографиях и в протоколах, а на тарелках инопланетян некоторые даже летали. Ученые тоже часто наблюдают несуществующее — квантование напряжения и температуры, холодный ядерный синтез, многие элементарные частицы, торсионное поле и т.д. Вспомним также историю с флогистоном, учение о котором было господствующим в термодинамике времен Ломоносова. Перетекание этой «огненной материи» от горячей печки хорошо ощущается поднесенной к ней рукой. Теория флогистона давала точное описание тепловых явлений и подтверждалась практикой. Несмотря на это, с развитием науки от флогистона пришлось отказаться.
При этом понимание тепловых процессов стало более строгим, глубоким и простым. А не таким ли «флогистоном» является и МП, понятие о котором досталось нам из истории? В самом деле, что это за материя, которая исчезает при переходе от неподвижной системы отсчета к движущейся вместе с зарядом? Что за поле, если оно не имеет своих материальных носителей — магнитных зарядов, монополей (даже у элементарных частиц магнетизм обусловлен круговыми токами)?
Может ли материальное МП заставить двигаться носители заряда во вторичной обмотке трансформатора, если на них непосредственно не действует, оставаясь локализованным в железном сердечнике? Возможно ли с материалистических позиций объяснить этим полем отклонение заряженной частицы, пролетающей мимо магнита, вне его МП (эффект Ааронова-Бома)? Таких вопросов, как будет показано ниже, можно задавать множество.
Классическая электродинамика Ампера-Фарадея-Максвелла не дает на них ответа. Основываясь на существовании МП, электродинамика часто противоречит логике и фундаментальным законам природы. В настоящей работе будет показано, что МП не существует в природе, оно является нашим вымыслом. Все явления и эффекты, приписываемые магнетизму, имеют чисто электрическую природу и без МП описываются более строго, просто и ясно. По существующим представлениям МП проявляется и фиксируется в двух группах явлений:
стационарное — в силовых эффектах взаимодействия движущихся зарядов, переменное — в появлении ЭДС в замкнутом контуре. Эти эффекты будут рассмотрены, соответственно, в первой и второй частях работы. Взаимодействие точечных зарядов Термин стационарный, то есть постоянный во времени, создает иллюзию чего-то неизменного и неподвижного.
Однако стационарное МП — это принципиально динамическое явление. Оно создается только движущимися зарядами и обнаруживается только ими. Считается, что стационарное МП имеется у пролетающих мимо нас электрических зарядов, вокруг пучков заряженных частиц и проводов с током, внутри соленоидов, у полюсов постоянных магнитов. Во всех этих случаях его источником являются движущиеся заряды (в постоянных магнитах из ферромагнетиков имеются молекулярные кольцевые токи, а в магнитах из сверхпроводников — кольцевые макротоки). Даже у элементарных частиц — электронов, протонов, нейтронов МП обусловлено круговым движением заряженной материи.
Доказательством реальности стационарного МП служат силы, действующие с его стороны на движущиеся электрические заряды. Его регистрируют и измеряют по отклонению пролетающих заряженных частиц, по притяжению или отталкиванию проводов с током, магнитов, соленоидов, по повороту магнитной стрелки, намагничиванию вещества и поляризации элементарных частиц.
Все эти случаи сводятся к силе взаимодействия двух движущихся зарядов, которую и рассмотрим в первую очередь. Неподвижный точечный заряд создает в окружающем пространстве электрическое поле, напряженность Е которого одинакова во всех направлениях и убывает с расстоянием r как 1/r2. Вектор Е направлен по радиусу, а эквипотенциальные поверхности имеют вид сфер с общим центром на заряде (рис. 1, а). Взаимодействие двух неподвижных зарядов q1, q2 описывается законом Кулона: 
где a — расстояние между зарядами, ε —
абсолютная диэлектрическая проницаемость среды. При этом силы F12, действующая со стороны первого заряда на второй, и F21 — со стороны второго на первый, равны и противоположны, то есть в соответствии с третьим законом Ньютона действие равно противодействию. 
Поле движущегося заряда отлично от поля неподвижного (рис. 1, б). Эквипотенциальные поверхности уже не являются концентрическими сферами, а их центры смещаются вместе с движущимся зарядом. Это связано с тем, что поле распространяется с конечной скоростью, равной скорости света, а каждая следующая его порция испускается из новой точки пространства, куда смещается заряд. Ввиду отличия полей движущегося и неподвижного зарядов сила взаимодействия движущихся зарядов не равна кулоновской Fk(1), а отличается от нее: F = Fk+ Fм (сумма здесь векторная). Добавочная сила Fм, возникающая за счет движения, в классической электродинамике называется магнитной силой и связывается с наличием у движущихся зарядов МП. Она определяется законом Ампера: 
Прямые скобки здесь означают векторное произведение, В1 — магнитная индукция, создаваемая первым зарядом в месте нахождения второго, В2 — вторым на месте первого, v1 и v2 — скорости зарядов. Если заряды движутся параллельно друг другу, то магнитная сила, как и кулоновская, является центральной и одинаковой на оба заряда, то есть действие равно противодействию.
Однако в случае непараллельного движения силы F12М и F21М не равны друг другу и направлены не по одной линии. А если заряды движутся перпендикулярно друг другу, то магнитная сила действует лишь на один из них, без противодействия на второй (рис. 2) Этот результат противоречит одному из фундаментальных законов природы, гласящему, что действие равно противодействию.
Выражения для магнитных сил (2, 3) противоречат и другому фундаментальному закону природы — принципу относительности Галилея, так как силы зависят от абсолютных скоростей, а должны определяться относительными. Ампер понимал эти противоречия и давал более сложные выражения для сил, которые в дальнейшем забылись. Разрешая противоречия классической электродинамики, Эйнштейн разработал теорию относительности, введя сокращение размеров, замедление времени и прочее для движущихся тел. 
Введение магнитных сил в классической электродинамике оказалось необходимым ввиду того, что в ней не учитывается отличие электрического поля движущегося заряда от поля неподвижного, а сила взаимодействия движущихся зарядов рассчитывается по статической формуле Кулона (1).
Соответственно электрическое поле движущихся зарядов определяют по статическому уравнению Максвелла divD = ρ (D = εE — электрическая индукция, ρ — объемная плотность заряда). Если бы Эрстед, Ампер, Фарадей, Максвелл и их последователи учли разницу электрических полей, изображенных на рис. 1, а и 1, б, то необходимость введения МП и магнитных сил отпала бы.
Продемонстрируем это на примере взаимодействия токов. Поле тока Проводник, по которому течет постоянный электрический ток, является электрически незаряженным, так как число положительных зарядов в нем равно числу отрицательных и сколько зарядов входит с одной стороны, столько и выходит с другой. Однако, несмотря на компенсацию зарядов, ток создает в окружающем пространстве электрическое поле. Это связано с тем, что поле движущихся зарядов (в металлах электроны) отлично от поля неподвижных (положительных ионов).
Напряженность поля проводника с током Е = ЕД— ЕС, где ЕД — напряженность, создаваемая движущимися зарядами, а ЕС — статическими той же плотности. Электрическое поле цепочки неподвижных зарядов (заряженной нити) из электростатики равно Ес= τ /(2 πε r), где τ — линейная плотность заряда. Вектор ЕС перпендикулярен оси нити и направлен по радиусу r. Если же цепочка зарядов движется со скоростью v, то их поле, как говорят, сносится назад эфирным ветром — оно отстает за счет конечной скорости распространения c (рис. 3). Поэтому его напряженность 
Приближение справедливо при скоростях v много меньших скорости света с. * ) Суммарное электрическое поле проводника с током 
где I = v τ — ток,
µ — абсолютная магнитная проницаемость среды. Здесь учтено, что с2 = 1/( εµ ). Хотя это поле и обнаружено экспериментально (оно особенно сильно вблизи сверхпроводниковых соленоидов, где протекают большие токи), оно не признается классической электродинамикой. Для описания же создаваемых им эффектов вводят МП с индукцией 
Однако МП объясняет лишь часть эффектов (например, взаимодействие двух токов) и не может объяснить, например, воздействие постоянного тока на неподвижный заряд, предсказываемое (5). Взаимодействие токов В 1820 г. Ампер открыл, что два параллельных провода с токами I1 и I2 притягиваются, если токи текут в одном направлении, и отталкиваются, если токи встречные, с силой 
где а — расстояние между проводами, l — их длина. Он объяснил этот факт взаимодействием магнитных полей токов (6). При этом Ампер не знал о существовании у проводов с током электрических полей (5) и не учитывал силу их взаимодействия.
Посмотрим, а не получится ли та же экспериментально измеряемая сила (7) при учете только электрического взаимодействия проводов, без магнитного. Для определенности свободными носителями заряда будем считать положительные частицы. Сила взаимодействия двух проводов с токами I1, I2 складывается из четырех составляющих: отталкивания положительных зарядов первого и положительных второго провода F+1-2, притяжения отрицательных первого и положительных второго F-1+2, притяжения положительных первого и отрицательных второго F+1-2, а также отталкивания отрицательных первого и отрицательных второго F-1-2 (рис. 4) — 
Последняя составляющая силы между неподвижными отрицательными зарядами определяется из электростатики: 
где τ1,
τ2 — линейные плотности зарядов в проводах. Расчет остальных сил следует вести с учетом движения цепочек зарядов относительно друг друга согласно (4). При этом в соответствии с принципом относительности в качестве скорости v нужно брать относительною скорость, то есть для F+1-2 v1, для F-1+2 v2, а для F+1+2 (v1-v2). В результате после сокращения статических составляющих сил получим 
Подставив сюда значение Fc по (9), заменив с 2 на 1/( εµ ), v1τ1 на I1 и v2τ2 на I2, получим выражение Ампера (7). Знак минус означает притяжение. Если один изтоков будет обратного направления, то есть отрицательным, то будет сила отталкивания со знаком плюс. Следовательно, для описания взаимодействия проводов с током не нужно вводить промежуточную среду — МП. Не потеряв, как это сделал Ампер и его последователи, электрическое поле тока, понять и рассчитать это взаимодействие становится проще, строже и нагляднее. При этом отпадают проблемы противоречий с принципом относительности и третьим законом Ньютона.
Намагничивание Наряду с описанными силовыми эффектами стационарное МП проявляет себя в намагничивании вещества. Намагничивание — это приобретение телом магнитного момента pМ= qМl, где qМ — положительный и отрицательный магнитные заряды, а l — расстояние между ними (рис. 5, а). Магнитный момент единицы объема вещества M = рМ/V, где V — объем тела, называется намагниченностью. Считается, что она пропорциональна напряженности МП Н: 
а коэффициент пропорциональности 
называют магнитной восприимчивостью вещества. Чем больше , тем лучше намагничивается данное вещество.
На самом деле никаких магнитных зарядов qМ типа изображенных на рис. 5, а у намагниченных тел не существует. Реальны же только круговые токи, представляющие собой векторную сумму круговых молекулярных токов и называемые токами Ампера IА (рис. 5, б). Замена реальной физической картины намагниченного тела (рис. 5, б) на мифический магнитный диполь (рис. 5, а) возможна потому, что на достаточно большом расстоянии от тела МП В этих структур практически одинаково, а именно оно и наблюдается в эксперименте. Различие ближнего МП структур проявляется лишь в специально поставленных экспериментах, в которых, в частности, оказано, что элементарные частицы обладают круговыми токами по рис. 5, б, а не магнитными зарядами по рис. 5, а. 
Если площадь основания тела S, а высота l , то в соответствии с рис. 5, а его магнитный момент рМ= МSl, а по рис. 5, б pМ= SIA. Приравнивая эти значения, получим, что IA = Мl. Если теперь от тока IA перейти к его плотности на единицу длины тела JA= IA/l, то окажется, что
Следовательно, намагниченность М есть не что иное, как линейная плотность кругового тока Ампера. Известно, что ток не может создаваться стационарным МП, как это утверждает соотношение (11) классической электродинамики. ток возбуждается только электрическим полем. Причем, для возбуждения кругового тока электрическое поле должно иметь круговую ЭДС E, то есть быть вихревым. Тогда только при неравной нулю круговой проводимости G o будет ток IA= GoE. В дифференциальной форме это уравнение выглядит так: 
где
γo= Gol/S — удельная круговая электрическая проводимость вещества, имеющая размерность 1/(Ом•м) или См/м. Из полученного уравнения (13) следует, что для «намагничивания» вещества нужно не МП, а неоднородное, вихревое электрическое поле, ротор которого (то есть dEy/dx — dEx/dy) не равен нулю. Такое поле и создают намагничивающие устройства — соленоиды, магниты. Круговая проводимость γo характеризует способность вещества «намагничиваться» (по существующей терминологии), а точнее — проводить круговой электрический ток. В диамагнетиках γo мала и отрицательна. В парамагнетиках, где имеются круговые токи неспаренных электронов, ориентируемые вихревым электрическим полем, γo положительна.
В ферромагнетиках ниже точки Кюри происходит спонтанная ориентация орбит круговых токов неспаренных электронов и ток Ампера возникает сам собой, без внешних воздействий. При этом γo оказывается равной бесконечности. Это означает, что ферромагнетики являются сверхпроводниками, но не обычными с бесконечной линейной проводимостью, а круговыми с бесконечно текущим круговым током. Критическая температура ферромагнитных сверхпроводников равна их точке Кюри. Поэтому ферромагнитные вещества являются самыми высокотемпературными сверхпроводниками. Классические (то есть линейные) сверхпроводники также могут «намагничиваться» вихревым электрическим полем и оставаться постоянными магнитами сколь угодно долго.
Однако протекающий в них круговой ток непрерывный, а не складывающийся из множества молекулярных круговых токов, как в ферромагнетиках. ВЫВОДЫ Таким образом, силы магнитного взаимодействия имеют чисто электрическую природу. Они связаны с отличием электрического поля движущихся зарядов от поля неподвижных. Для их понимания и расчета нет нужды во введении магнитного поля. «Намагничивание» вещества также связано не с магнитным полем, а с возбуждением круговых токов вихревым электрическим полем. Поэтому ферромагнетики являются высокотемпературными сверхпроводниками по круговым токам.
Автор: Петров В.М., канд. физ.- мат. наук, доцент
Магнитное поле — урок. Физика, 8 класс.
Одним из свойств электрического тока является магнитное поле, оно возникает при протекании тока по проводнику.
Пример:
При прохождении тока по двум параллельно расположенным проводникам между проводниками возникают силы взаимодействия, которые называются магнитными силами. Действие этих сил может привести к деформации проводников (см. рисунок).
Для изучения магнитного действия тока используют магнитную стрелку.
Обрати внимание!
У магнитной стрелки есть два полюса — северный (обозначается буквой \(N\), окрашен в синий цвет) и южный (обозначается буквой \(S\), окрашен в красный цвет).
Линию, соединяющую полюсы магнитной стрелки, называют её осью.
Магнитную стрелку ставят на острие, чтобы она могла свободно поворачиваться.
Рассмотрим опыт, который показывает взаимодействие проводника с током и магнитной стрелки. Такое взаимодействие впервые обнаружил в \(1820\) г. датский учёный Ханс Кристиан Эрстед.
Эрстед Ханс Кристиан
Расположим проводник, включённый в цепь источника тока, над магнитной стрелкой параллельно её оси.
При замыкании цепи магнитная стрелка отклоняется от своего первоначального положения. При размыкании цепи магнитная стрелка возвращается в своё начальное положение. Это означает, что проводник с током и магнитная стрелка взаимодействуют друг с другом.
Опыт Эрстеда подтверждает существование вокруг проводника с электрическим током магнитного поля, которое и действует на магнитную стрелку, отклоняя её.
Обрати внимание!
Магнитное поле существует вокруг любого проводника с током, т.е. вокруг движущихся электрических зарядов. Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга.
Опыт Эрстеда устанавливает связь между электрическими и магнитными явлениями. О существовании такой связи догадывались ещё первые исследователи, которых поражала аналогия электрических и магнитных явлений, например, притягивание и отталкивание: в электричестве — разноимённых и одноимённых зарядов, а в магнетизме — разноимённых и одноимённых полюсов.
Таким образом, вокруг неподвижных электрических зарядов существует только электрическое поле. Вокруг движущихся зарядов, то есть электрического тока, существует и электрическое, и магнитное поле. Магнитное поле появляется вокруг проводника, когда в последнем возникает ток, поэтому ток можно рассматривать как источник магнитного поля. В этом смысле надо понимать выражения «магнитное поле тока» или «магнитное поле, созданное током».
Тест по физике Электромагнитные явления для 8 класса
Тест по физике Электромагнитные явления для 8 класса с ответами. Тест включает два варианта, в каждом по 7 заданий.
Вариант 1
A1. Магнитное поле существует
1) вокруг любых предметов
2) вокруг неподвижных электрических зарядов
3) вокруг проводника в отсутствие тока
4) вокруг движущихся зарядов и проводников с током
А2. Направление магнитных линий поля проводника с током связано
1) с направлением линий электрического поля
2) с направлением тока в проводнике
3) с направлением магнитного поля окружающих тел
4) с положением проводника относительно Земли
А3. Катушка с железным сердечником внутри называется
1) постоянным магнитом
2) электромагнитом
3) электродом
4) якорем двигателя
А4. Катушка с током и постоянный магнит
1) не взаимодействуют между собой
2) будут всегда отталкиваться
3) будут всегда притягиваться
А5. Вблизи полюсов постоянного магнита магнитная стрелка установится в положение, показанное на рисунке
А6. Магнитные линии проводника с током правильно показаны на рисунке
B1. Установите соответствие между устройствами и принципами их действия.
УСТРОЙСТВО
А) Электромагнит
Б) Компас
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
1) Искривление проводника в электрическом поле
2) Возникновение магнитного поля вокруг проводника с током
3) Вращение катушки с током в магнитном поле
4) Свойство магнитной стрелки устанавливаться по направлению магнитных линий
Номера выбранных вариантов запишите в таблицу. Цифры в ответе могут повторяться.
Вариант 2
A1. Вокруг проводника с током или движущихся зарядов существует
1) только электрическое поле
2) только магнитное поле
3) электрическое и магнитное поля
4) только поле силы тока
А2. Магнитные линии поля проводника с током представляют собой
1) прямые, параллельные проводнику
2) прямые, перпендикулярные проводнику
3) окружности, охватывающие проводник
4) квадраты, охватывающие проводник
А3. Тела, длительное время сохраняющие намагниченность, называются
1) постоянными магнитами
2) электромагнитами
3) электродами
4) якорями двигателя
А4. Полюсы постоянных магнитов
1) не взаимодействуют
2) только отталкиваются
3) только притягиваются
А5. В магнитном поле, магнитные линии которого показаны на рисунке, магнитная стрелка установится в положение
А6. Магнитные линии постоянного полосового магнита правильно показаны на рисунке
B1. Установите соответствие между устройствами и принципами их действия.
УСТРОЙСТВО
А) Электродвигатель
Б) Гальванометр
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
1) Искривление проводника в электрическом поле
2) Возникновение магнитного поля вокруг проводника с током
3) Вращение катушки с током в магнитном поле
5) Нагревание проводника с током
Номера выбранных вариантов запишите в таблицу. Цифры в ответе могут повторяться.
Ответы на тест по физике Электромагнитные явления для 8 класса
Вариант 1
А1-4
А2-2
А3-2
А4-4
А5-1
А6-1
В1. А2 Б4
Вариант 2
А1-3
А2-3
А3-1
А4-4
А5-2
А6-3
В1. А3 Б3
Билет №1 Магнитное поле как вид материи. Вокруг чего существует магнитное поле? На что оно действует? — Администратор — Каталог статей
Билет №1 Магнитное поле как вид материи. Вокруг чего существует магнитное поле? На что оно действует?Ответ:
Магнитное поле — это особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом.
Магни́тное по́ле — силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения.[1] Магнитное поле может создаваться током заряженных частиц, либо магнитными моментами электронов в атомах (постоянные магниты). Кроме этого, оно появляется при наличии изменяющегося во времени электрического поля. С точки зрения квантовой теории поля электромагнитное взаимодействие переносится без массовым бозон-фотоном (частицей, которую можно представить как квантовое возбуждение электромагнитного поля). Основной характеристикой магнитного поля является его сила, определяемая вектором магнитной индукции (вектор индукции магнитного поля)[2]. В СИ магнитная индукция измеряется в теслах (Тл), в системе СГС в гауссах.
Магнитное поле — это особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом.
Можно также рассматривать магнитное поле как релятивистскую составляющую электрического поля. Точнее, магнитные поля являются необходимым следствием существования электрических полей и специальной теории относительности. Вместе, магнитное и электрическое поля образуют электромагнитное поле, проявлениями которого являются свет и прочие электромагнитные волны.
Чем создаётся
Магнитное поле формируется изменяющимся во времени электрическим полем либо собственными магнитными моментами частиц. Кроме того, магнитное поле может создаваться током заряженных частиц.
Приращение плотности энергии магнитного поля равно:
где:
— напряжённость магнитного поля,
— магнитная индукция
В изотропном линейном магнетике:
где:
μ — относительная магнитная проницаемость
В вакууме μ = 1 и:
Энергию магнитного поля в катушке индуктивности можно найти по формуле:
где:
Φ — магнитный поток,
I — ток,
L — индуктивность катушки или витка с током.
Интересные сведения о магнитном поле Земли: Наука и техника: Lenta.ru
В последние дни на научных информационных сайтах появилось большое количество новостей, посвященных магнитному полю Земли. Например, новость о том, что в последнее время оно существенно изменяется, или о том, что магнитное поле способствует утечке кислорода из земной атмосферы и даже про то, что вдоль линий магнитного поля ориентируются коровы на пастбищах. Что представляет собой магнитное поле и насколько важны все перечисленные новости?
Магнитное поле Земли – это область вокруг нашей планеты, где действуют магнитные силы. Вопрос о происхождении магнитного поля до сих пор окончательно не решен. Однако большинство исследователей сходятся в том, что наличием магнитного поля Земля хотя бы отчасти обязана своему ядру. Земное ядро состоит из твердой внутренней и жидкой наружной частей. Вращение Земли создает в жидком ядре постоянные течения. Как читатель может помнить из уроков физики, движение электрических зарядов приводит к появлению вокруг них магнитного поля.
Одна из самых распространенных теорий, объясняющих природу поля, — теория динамо-эффекта — предполагает, что конвективные или турбулентные движения проводящей жидкости в ядре способствуют самовозбуждению и поддержанию поля в стационарном состоянии.
Землю можно рассматривать как магнитный диполь. Его южный полюс находится на географическом Северном полюсе, а северный, соответственно, на Южном. На самом деле, географический и магнитный полюса Земли не совпадают не только по «направлению». Ось магнитного поля наклонена по отношению к оси вращения Земли на 11,6 градуса. Из-за того что разница не очень существенная, мы можем пользоваться компасом. Его стрелка точно указывает на южный магнитный полюс Земли и почти точно на Северный географический. Если бы компас был изобретен 720 тысяч лет назад, то он бы указывал и на географический и на магнитный северный полюс. Но об этом чуть ниже.
Магнитное поле защищает жителей Земли и искусственные спутники от губительного воздействия космических частиц. К таким частицам относятся, например, ионизированные (заряженные) частицы солнечного ветра. Магнитное поле изменяет траекторию их движения, направляя частицы вдоль линий поля. Необходимость наличия магнитного поля для существования жизни сужает круг потенциально обитаемых планет (если мы исходим из предположения, что гипотетически возможные формы жизни похожи на земных обитателей).
Ученые не исключают, что часть планет земного типа не имеют металлического ядра и, соответственно, лишены магнитного поля. До сих пор считалось, что планеты, состоящие из твердых скальных пород, как и Земля, содержат три основных слоя: твердую кору, вязкую мантию и твердое или расплавленное железное ядро. В недавней работе ученые из Массачусетского технологического института предложили сразу два возможных механизма образования «скалистых» планет без ядра. Если теоретические выкладки исследователей подтвердятся наблюдениями, то формулу для расчета вероятности встретить во Вселенной гуманоидов или хотя бы что-то, напоминающее иллюстрации из учебника биологии, придется переписать.
Земляне тоже могут лишиться своей магнитной защиты. Правда, точно сказать, когда это произойдет, геофизики пока не могут. Дело в том, что магнитные полюса Земли непостоянны. Периодически они меняются местами. Не так давно исследователи установили, что Земля «помнит» о смене полюсов. Анализ таких «воспоминаний» показал, что за последние 160 миллионов лет магнитные север и юг менялись местами около 100 раз. Последний раз это событие произошло около 720 тысяч лет назад.
Смена полюсов сопровождается изменением конфигурации магнитного поля. Во время «переходного периода» на Землю проникает существенно больше космических частиц, опасных для живых организмов. Одна из гипотез, объясняющих исчезновение динозавров, утверждает, что гигантские рептилии вымерли именно во время очередной смены полюсов.
Кроме «следов» плановых мероприятий по смене полюсов исследователи заметили в магнитном поле Земли опасные подвижки. Анализ данных о его состоянии за несколько лет показал, что в последние месяцы в нем начали происходить опасные изменения. Настолько резких «движений» поля ученые не регистрировали уже очень давно. Вызывающая беспокойства исследователей зона находится в южной части Атлантического океана. «Толщина» магнитного поля в этом районе не превышает трети от «нормальной». Исследователи давно обратили внимание на эту «прореху» в магнитном поле Земли. Собранные за 150 лет данные показывают, что за этот период поле здесь ослабло на десять процентов.
На данный момент трудно сказать, чем это грозит человечеству. Одним из последствий ослабления напряженности поля может стать увеличение (пусть и незначительное) содержания кислорода в земной атмосфере. Связь между магнитным полем Земли и этим газом была установлена с помощью системы спутников Cluster – проекта Европейского космического агентства. Ученые выяснили, что магнитное поле ускоряет ионы кислорода и «выбрасывает» их в космическое пространство.
Несмотря на то, что магнитное поле нельзя увидеть, обитатели Земли хорошо его чувствуют. Перелетные птицы, например, отыскивают дорогу, ориентируясь именно на него. Существует несколько гипотез, объясняющих, как именно они ощущают поле. Одна из последних предполагает, что птицы воспринимают магнитное поле визуально. Особые белки – криптохромы – в глазах перелетных птиц способны менять свое положение под воздействием магнитного поля. Авторы теории считают, что криптохромы могут выполнять роль компаса.
Кроме птиц магнитное поле Земли вместо GPS используют морские черепахи. И, как показал анализ спутниковых фотографий, представленных в рамках проекта Google Earth, коровы. Изучив фотографии 8510 коров в 308 районах мира, ученые заключили, что эти животные предпочтительно ориентируют свои тела с севера на юг (или с юга на север). Причем «реперными точками» для коров служат не географические, а именно магнитные полюса Земли. Механизм восприятия коровами магнитного поля и причины именно такой реакции на него остаются неясными.
Кроме перечисленных замечательных свойств магнитное поле способствует появлению полярных сияний. Они возникают в результате резких изменений поля, происходящих в удаленных регионах поля.
Магнитное поле не обошли своим вниманием сторонники одной из «теорий заговора» – теории о лунной мистификации. Как уже упоминалось выше, магнитное поле защищает нас от космических частиц. «Собранные» частицы скапливаются в определенных частях поля – так называемых радиационных поясах Ван Алена. Скептики, не верящие в реальность высадок на Луну, считают, что во время пролета сквозь радиационные пояса астронавты получили бы смертельную дозу радиации.
Магнитное поле Земли — удивительное следствие законов физики, защитный щит, ориентир и создатель полярных сияний. Если бы не оно, жизнь на Земле, возможно, выглядела бы совсем иначе. В общем, если бы магнитного поля не было — его необходимо было бы придумать.
магнетизм | Национальное географическое общество
Магнетизм — это сила, проявляемая магнитами, когда они притягиваются или отталкиваются друг от друга. Магнетизм вызывается движением электрических зарядов.
Каждое вещество состоит из крошечных единиц, называемых атомами. В каждом атоме есть электроны, частицы, несущие электрические заряды. Вращаясь, как волчки, электроны вращаются вокруг ядра или ядра атома. Их движение генерирует электрический ток и заставляет каждый электрон действовать как микроскопический магнит.
В большинстве веществ одинаковое количество электронов вращается в противоположных направлениях, что нейтрализует их магнетизм. Вот почему такие материалы, как ткань или бумага, считаются слабомагнитными. В таких веществах, как железо, кобальт и никель, большинство электронов вращаются в одном направлении. Это делает атомы в этих веществах сильно магнитными, но они еще не являются магнитами.
Чтобы стать намагниченным, другое сильномагнитное вещество должно войти в магнитное поле существующего магнита.Магнитное поле — это область вокруг магнита, обладающая магнитной силой.
Все магниты имеют северный и южный полюса. Противоположные полюса притягиваются друг к другу, а одни и те же полюса отталкиваются. Когда вы протираете кусок железа по магниту, северные полюса атомов в железе выстраиваются в одном направлении. Сила, создаваемая выровненными атомами, создает магнитное поле. Железка стала магнитом.
Некоторые вещества могут намагничиваться электрическим током.Когда электричество проходит через катушку с проволокой, создается магнитное поле. Однако поле вокруг катушки исчезнет, как только отключится электрический ток.
Геомагнитные полюса
Земля — это магнит. Ученые не до конца понимают, почему, но они считают, что движение расплавленного металла во внешнем ядре Земли порождает электрические токи. Токи создают магнитное поле с невидимыми силовыми линиями, протекающими между магнитными полюсами Земли.
Геомагнитные полюса не совпадают с Северным и Южным полюсами. Магнитные полюса Земли часто перемещаются из-за активности далеко под поверхностью Земли. Смещение геомагнитных полюсов фиксируется в породах, которые образуются, когда расплавленный материал, называемый магмой, поднимается вверх через земную кору и изливается в виде лавы. Когда лава охлаждается и превращается в твердую породу, сильно магнитные частицы внутри породы намагничиваются магнитным полем Земли. Частицы выстраиваются вдоль силовых линий в поле Земли.Таким образом, камни фиксируют положение геомагнитных полюсов Земли в то время.
Как ни странно, магнитные записи пород, образовавшихся в одно и то же время, похоже, указывают на разные местоположения полюсов. Согласно теории тектоники плит, скальные плиты, составляющие твердую оболочку Земли, постоянно перемещаются. Таким образом, плиты, на которых застывала порода, переместились, так как породы зафиксировали положение геомагнитных полюсов. Эти магнитные записи также показывают, что геомагнитные полюса менялись местами — превращались в полюсы противоположного типа — сотни раз с момента образования Земли.
Магнитное поле Земли не движется быстро и часто не меняется. Следовательно, это может быть полезным инструментом, помогающим людям сориентироваться. Сотни лет люди использовали магнитные компасы для навигации по магнитному полю Земли. Магнитная стрелка компаса совпадает с магнитными полюсами Земли. Северный конец магнита указывает на северный магнитный полюс.
Магнитное поле Земли доминирует в области, называемой магнитосферой, которая охватывает планету и ее атмосферу.Солнечный ветер, заряженные частицы от Солнца, прижимает магнитосферу к Земле со стороны, обращенной к Солнцу, и растягивает ее в форме капли на теневой стороне.
Магнитосфера защищает Землю от большинства частиц, но некоторые из них просачиваются сквозь нее и попадают в ловушку. Когда частицы солнечного ветра сталкиваются с атомами газа в верхних слоях атмосферы вокруг геомагнитных полюсов, они создают световые эффекты, называемые полярными сияниями. Эти полярные сияния появляются над такими местами, как Аляска, Канада и Скандинавия, где их иногда называют «Северным сиянием».«Южное сияние» можно увидеть в Антарктиде и Новой Зеландии.
.Новые данные помогают объяснить недавние колебания магнитного поля Земли
Используя новые данные, собранные с мест на юге Африки, исследователи из Рочестерского университета расширили свои записи магнитного поля Земли на тысячи лет назад до первого тысячелетия.
Запись обеспечивает исторический контекст, чтобы помочь объяснить недавние текущие изменения магнитного поля, наиболее заметные в области Южного полушария, известной как Южноатлантическая аномалия.
«Мы уже довольно давно знаем, что магнитное поле меняется, но на самом деле мы не знали, было ли это необычным для этого региона в более длительном масштабе времени, или это было нормально», — говорит Винсент Хейр, который недавно закончил постдокторантуру в Департаменте наук о Земле и окружающей среде (EES) Университета Рочестера и является ведущим автором статьи, опубликованной в Geophysical Research Letters .
Ослабление магнитного поля рекуррентная аномалия
Новые данные также предоставляют больше доказательств того, что регион на юге Африки может играть уникальную роль в изменении полярности магнитного полюса.
Магнитное поле, окружающее Землю, не только определяет направление стрелки компаса на север или юг, но также защищает планету от вредного излучения из космоса. Около 800000 лет назад полюса поменялись местами: север указывал на юг и наоборот. С тех пор полюса никогда полностью не менялись местами, но за последние 160 лет сила магнитного поля снижалась с угрожающей скоростью. Район, где он наиболее слаб и продолжает ослабевать, — это большая территория, простирающаяся от Чили до Зимбабве, которая называется Южноатлантической аномалией.
Чтобы представить эти относительно недавние изменения в исторической перспективе, исследователи из Рочестера во главе с Джоном Тардуно, профессором и председателем EES, собрали данные с участков на юге Африки, которая находится в пределах Южно-Атлантической аномалии, чтобы составить отчет о земных изменениях. напряженность магнитного поля на протяжении многих веков. Данные, ранее собранные Тардуно и Рори Коттреллом, ученым-исследователем EES, вместе с теоретическими моделями, разработанными Эриком Блэкманом, профессором физики и астрономии из Рочестера, предполагают, что центральный регион под югом Африки может быть местом рождения недавних и будущих инверсий полюсов.
«Мы искали повторяющееся поведение аномалий, потому что думаем, что именно это происходит сегодня и вызывает Южно-Атлантическую аномалию», — говорит Тардуно. «Мы нашли доказательства того, что эти аномалии случались в прошлом, и это помогает нам контекстуализировать текущие изменения магнитного поля».
Исследователи обнаружили, что магнитное поле в этом регионе колебалось от 400-450 до н.э., от 700-750 до н.э. и снова от 1225-1550 до н.э.Таким образом, эта южноатлантическая аномалия является самым последним проявлением повторяющегося явления в ядре Земли под Африкой, которое затем затрагивает весь земной шар.
«Мы получаем более убедительные доказательства того, что есть что-то необычное в границе сердцевина-камин под Африкой, что может иметь важное влияние на глобальное магнитное поле», — говорит Тардуно.
Джон Тардуно и его ученики собирают измерения на полевом участке в южной части Африки. Предоставлено: фото Рочестерского университета / Джон Тардуно.А изменение полярности? Еще нет, говорят исследователи
Магнитное поле создается закрученным жидким железом во внешнем ядре Земли.Именно здесь, примерно на 1800 миль под африканским континентом, существует особенность. Сейсмологические данные выявили более плотную область глубоко под югом Африки, названную Африканской провинцией с большой низкой скоростью сдвига. Область расположена прямо над границей между внешним ядром из горячей жидкости и более жесткой, более холодной мантией. Находясь на поверхности жидкого внешнего ядра, он может слегка опуститься, нарушая поток железа и в конечном итоге влияя на магнитное поле Земли.
Сильное изменение магнитного поля будет иметь далеко идущие последствия; магнитное поле стимулирует токи во всем, что связано с длинными проводами, включая электрическую сеть.Поэтому изменения в магнитном поле могут вызвать сбои в электросети, сбои в работе навигационной системы и поломки спутников. Ослабление магнитного поля также может означать, что на Землю попадает больше вредной радиации, что может вызвать рост заболеваемости раком кожи.
Заяц и Тардуно предупреждают, однако, что их данные не обязательно предвещают полное изменение полярности.
«Теперь мы знаем, что это необычное поведение имело место по крайней мере пару раз за последние 160 лет и является частью более крупной долгосрочной модели», — говорит Хэйр.«Однако пока рано говорить наверняка, приведет ли такое поведение к полному изменению полярности».
Даже если полное изменение полярности не произойдет в ближайшем будущем, ослабление напряженности магнитного поля заинтриговало ученых, говорит Тардуно. «Возможность продолжающегося снижения напряженности магнитного поля — это общественная проблема, которая заслуживает постоянного изучения и мониторинга».
В поле: «Археомагнетизм» в действии
Исследователи собрали данные для этого проекта из невероятного источника: остатков древней глины из южной Африки, относящихся к раннему и позднему железному веку.В рамках области, называемой «археомагнетизм», геофизики объединяются с археологами для изучения магнитного поля прошлого.
Группа из Рочестера, в которую вошли несколько студентов, сотрудничала с археологом Томасом Хаффманом из Университета Витватерсранда в Южной Африке, ведущим экспертом по железному веку на юге Африки. Группа раскопала образцы глины на участке в долине реки Лимпопо, которая граничит с Зимбабве, Южной Африкой и Ботсваной.
Во время железного века на юге Африки, примерно в первом тысячелетии, существовала группа людей, говорящих на банту, которые выращивали зерно и жили в деревнях, состоящих из зерновых бункеров, хижин и загонов для скота.Сквозняки были разрушительными для их сельскохозяйственной культуры. Во время засухи они проводили сложные ритуальные чистки деревень, сжигая хижины и зернохранилища.
«Когда вы обжигаете глину при очень высоких температурах, вы фактически стабилизируете магнитные минералы, а когда они охлаждаются от этих очень высоких температур, они фиксируют запись магнитного поля Земли», — говорит Тардуно.
Исследователи выкапывают образцы, ориентируют их в поле и приносят обратно в лабораторию для проведения измерений с помощью магнитометров.Таким образом, они могут использовать образцы для составления записи магнитного поля Земли в прошлом.
Первые измерения истории магнитного поля железного века в Южной Африке
Дополнительная информация: Винсент Дж.Hare et al. Новые археомагнитные направленные записи из южной части Африки железного века (примерно 425-1550 гг. Н.э.) и последствия для южноатлантической аномалии, Geophysical Research Letters (2018). DOI: 10.1002 / 2017GL076007 Предоставлено Университет Рочестера
Ссылка : Новые данные помогают объяснить недавние колебания магнитного поля Земли (2018, 28 февраля) получено 17 сентября 2020 с https: // физ.org / news / 2018-02-флуктуация-земля-магнитное-поле.html
Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.
.Существует ли магнитное поле?
Уведомление о конфиденциальности для «Бесплатная энергия | поиск бесплатной энергии и обсуждение бесплатной энергии»
В соответствии с законодательством Европейского Союза мы обязаны информировать пользователей, получающих доступ к сайту www.overunity.com изнутри ЕС о файлах cookie, которые использует этот сайт, и информации, которую они содержат, а также о предоставлении им средств для «согласия» — другими словами, разрешить сайту устанавливать файлы cookie. Файлы cookie — это небольшие файлы, которые хранятся в вашем браузере, и у всех браузеров есть опция, с помощью которой вы можете проверять содержимое этих файлов и при желании удалите их.
В следующей таблице подробно указано имя каждого файла cookie, его источник и то, что мы знаем об информации. этот файл cookie хранит:
Cookie | Происхождение | Стойкость | Информация и использование |
| ecl_auth | www.overunity.com | Истекает через 30 дней | Этот файл cookie содержит текст «Закон ЕС о файлах cookie — файлы cookie LiPF разрешены».Без этого файла cookie программное обеспечение Форумов не может устанавливать другие файлы cookie. |
| SMFCookie648 | www.overunity.com | Истекает согласно выбранной пользователем продолжительности сеанса | Если вы входите в систему как участник этого сайта, этот файл cookie будет содержать ваше имя пользователя, зашифрованный хэш ваш пароль и время входа в систему. Он используется программным обеспечением сайта для обеспечения того, чтобы такие функции, как указание Вам указываются новые сообщения форума и личные сообщения.Этот файл cookie необходим для правильной работы программного обеспечения сайта. |
| PHPSESSID | www.overunity.com | Только текущая сессия | Этот файл cookie содержит уникальное значение идентификации сеанса. Он установлен как для участников, так и для не-члены (гости), и это важно для правильной работы программного обеспечения сайта. Этот файл cookie не является постоянным и должен автоматически удаляться при закрытии окна браузера. |
| pmx_upshr {ИМЯ} | www.overunity.com | Только текущая сессия | Эти файлы cookie устанавливаются для записи ваших предпочтений отображения для страницы портала сайта, если панель или отдельный блок свернут или развернут |
| pmx_pgidx_blk {ID} | www.overunity.com | Только текущая сессия | Эти файлы cookie предназначены для записи номера страницы для страницы портала сайта, если страница для индивидуальный блок изменен. |
| pmx_cbtstat {ID} | www.overunity.com | Только текущая сессия | Эти файлы cookie настроены для записи состояния раскрытия / свертывания содержимого блока CBT Navigator. |
| pmx_poll {ID} | www.overunity.com | Только текущая сессия | Эти файлы cookie настроены на запись идентификатора текущего опроса в блоке с несколькими опросами. |
| pmx_ {fadername} | www.overunity.com | Только текущая сессия | Эти файлы cookie предназначены для записи состояния блока Opac-Fader. |
| pmx_LSBsub {ID} | www.overunity.com | Только текущая сессия | Эти файлы cookie предназначены для записи текущей категории и состояния статического блока категории. |
| pmx_shout {ID} | www.overunity.com | Только текущая сессия | Эти куки-файлы предназначены для записи текущего состояния блока Shout box. |
| pmx_php_ckeck | www.overunity.com | Время загрузки страницы | Этот файл cookie, вероятно, никогда вас не увидит. Устанавливается, если инициирована проверка синтаксиса блока PHP. и будет удален при выполнении функции. |
| pmx_YOfs | www.overunity.com | Время загрузки страницы | Этот файл cookie, вероятно, никогда вас не увидит. Он устанавливается на действия портала, такие как щелчок по номеру страницы. Файл cookie оценивается при загрузке нужной страницы и затем удаляется.Используется для восстановления вертикального положения экрана как до щелчка. |
Примечания:
| 1 | Нам известно, что Google использует дополнительные файлы cookie, которые он хранит на вашем компьютере, и когда вы просматриваете наш сайт и все другие места. Они используются для таргетинга рекламы, и в настоящее время Google делает это без вашего разрешения. Четыре из эти файлы cookie, о которых мы знаем, называются «Rememberme», «NID», «PREF» и «PP_TOS_ACK» и хранятся в кеше Google на вашем компьютере. |
| 2 | Если вы заходите на этот сайт с чужого компьютера, пожалуйста, спросите разрешения владельца перед прием файлов cookie. |
| 3 | Ваш браузер предоставляет вам возможность проверять все файлы cookie, хранящиеся на вашем компьютере. Кроме того, ваш браузер отвечает за удаление файлов cookie «только текущего сеанса» и тех, срок действия которых истек; если ваш браузер в противном случае вы должны сообщить об этом авторам вашего браузера. |
| 4 | Приносим извинения и приносим извинения за любые неудобства участникам и гостям, посещающим наш веб-сайт. из-за пределов Европейского Союза. В настоящее время мы не можем опросить ваш браузер и получить информация о местоположении, чтобы решить, предлагать ли вам принимать файлы cookie. |
Для получения более подробной информации о файлах cookie и их использовании посетите Все о файлах cookie
.
