Магнітне поле Землі. Компас

РЕФЕРАТ

на тему:

Магнітне поле Землі. Компас

ПЛАН

1. Магнітне поле Землі

2. Компас, його різновиди та принцип дії

Список використаної літератури

1. Магнітне поле Землі

Точки Землі, у яких напруженість магнітного поля має вертикальний напрямок, називають магнітними полюсами. Таких точок на Землі дві: північний магнітний полюс (у південній півкулі) і південний магнітний полюс (у північній півкулі).

Пряма, що проходить через магнітні полюси, називається магнітною віссю Землі. Окружність великого кола в площині, яка перпендикулярна до магнітної осі, називається магнітним екватором. Напруженість магнітного поля в точках магнітного екватора має горизонтальний напрямок.

Середня напруженість поля на поверхні Землі складає близько 0,5 е (50 мкТл) і сильно залежить від географічного положення.Напруженість магнітного поля на магнітному екваторі близько 0,34 е (Ерстед),у магнітних полюсів близько 0,66 е. У деяких районах ( у так званих районах магнітних аномалій) напруженість різко зростає. У районі Курської магнітної аномалії вона досягає 2 е.

Дипольний магнітний момент Землі на 1970 складав 7,98·10²⁵ Гс/див3 (або 8,3·10²² А.м2), зменшуючись за десятиліття на 0,04·10²⁵ Гс/див3.

Магнітне поле Землі пульсує з частотою від 0,1 до 100 Гц.

Існує ряд гіпотез, що пояснюють виникнення магнітного поля Землі. Останнім часом одержала розвиток теорія, що зв'язує виникнення магнітного полючи Землі з протіканням струмів у рідкому металевому ядрі. Підраховано, що зона, у якій діє механізм «магнітне динамо» знаходиться на відстані 0,25-0,3 радіуси Землі.

Воно чуйно реагує на сонячну активність. У той же час спалах на Сонці не може зробити помітного впливу на ядро Землі. З іншого боку, якщо зв'язувати виникнення магнітного полючи планет з токовими шарами в рідкому ядрі, то можна зробити висновок, що планети сонячної системи, що мають однаковий напрямок обертання, повинні мати однаковий напрямок магнітних полів. Так Юпітер, обертовий навколо своєї осі в ту ж сторону що і Земля, має магнітне поле спрямоване протилежне земному.

Магнітне поле Землі досить велике. З віддаленням від Землі індукція магнітного поля слабшає.

Дослідження навколоземного простору космічними апаратами показало, що наша планета оточена потужним радіаційним поясом, який складається із заряджених елементарних частинок – протонів і електронів, які швидко рухаються. Його називають також поясом частинок високих енергій .

Внутрішня частина поясу простягається приблизно на 500 –5000км від поверхні Землі. Зовнішня частина радіаційного поясу знаходиться на висоті від одного до п`яти радіусів Землі і складається переважно з електронів, що мають енергію десятки тисяч електон-вольтів – у 10 раз меншу за енергію частинок внутрішнього часу.

Частинки, які утворюють радіаційний пояс, напевно, захоплює земне магнітне поле з тих частинок що безперервно викидає Сонце.Такий посилений корпускулярний потік збурює магнітне поле, що називається магнітнею бурею. Стрілка компаса коливається. Виникає збурення іоносфери, яке порушує рідіозв`язок, відбуваються полярні сяйва. Полярні сяйва мають електричну природу. Кольорові відтінки полярного сяйва зумовлені світінням різних газів атмосфери. Отже, ми з`ясували, що на Землі і в її атмосфері відбувається різноманітні процеси, багато з яких пов`язані із Сонцем, віддаленим від нас на 150 млн. км тобто Земля не ізольована від космосу.

Деякі сучасні вчені вважають, що систематичне «переполюсування» магнітного поля Землі залежить від внутрішнього розігріву планети та охолодження її поверхні.

Наша Земля шарувата. Під твердою корою знаходиться мантія, під нею — рідке ядро, у самісінькій глибині — тверде. Усі земні шари обертаються в одному напрямку, але з різною швидкістю, і на їхніх межах неминуче виникає тертя та електричні заряди. Магнітне поле Землі виникає завдяки обертальному руху електричних зарядів на межі рідкого ядра та мантії. Положення магнітних полюсів планети залежить від напрямку руху цих зарядів. Аби магнітний полюс змінив знак, потрібно, щоб електричні заряди почали рухатися в іншому напрямку, хоча планета й далі обертається в тому самому напрямку. С.Циганков пояснює це явище впливом двох чинників: зовнішнього охолодження поверхні Землі та її внутрішнього розігріву.

Якщо дуже спрощено, то картина має такий вигляд. У якийсь початковий період Земля була розплавлена, а потім її поверхня почала остигати і кристалізуватися. Процес кристалізації завжди спричиняє усадку. Форма нашої планети, геоїд, напрочуд збігається з формою сферичної оболонки, «осілої» після кристалізації. Коли зовнішній шар планети кристалізується й «осідає», він виділяє енергію, що йде на додаткове розігрівання та розширення внутрішніх шарів. Зрештою, розпечена речовина мантії руйнує зовнішню тверду оболонку і через розлами виливається назовні. Радіус планети при цьому збільшується, а її потепліла поверхня знову починає охолоджуватися й твердіти. Процес повторюється.

У процесі розширення та стискання планети коливання її радіуса можуть сягати кількох десятків кілометрів, впливаючи на відносну швидкість обертання її шарів. Так, за посиленого розігрівання Землі та збільшенні її радіуса рідке ядро у своєму обертанні дедалі більше відстає від мантії. Коли розширення планети змінюється усадкою, мантія обертається повільніше від ядра.

Щоб краще уявити, як ці зміни швидкостей позначаються на інверсії магнітного поля, уявімо себе «пасажирами» мантії. Якщо рідке ядро і розташовані на його межах електричні заряди рухаються швидше від мантії, заряди нас обганятимуть, мчатимуть уперед. Якщо Земля розширюється і ядро обертається повільніше за мантію, заряди відносно нас поповзуть «назад», тобто поміняють напрямок руху, що призведе до зміни знаків магнітних полюсів.

Процеси руйнування мантії та інверсія магнітного поля тісно взаємопов’язані. Епохи тривалого стійкого стану магнітного поля з інтервалом 160—200 млн. років збігаються з геодинамічними та кліматичними циклами, пов’язаними з вулканічною діяльністю. Останні дослідження взаємозв’язку інверсій геомагнітного поля з геодинамічними проявами (плюмами) і змінами в органічному світі протягом 370 млн. років також показали, що ці явища близькі до синхронних. Можливо, розгадку регулярної зміни напрямку геомагнітного поля знайдено.

А ще деякі вчені стверджують, що магнітне поле Землі може зникнути через півтори тисячі років. До такого висновку дійшли американські науковці. Вони твердять, що нині сила магнітного поля Землі, яке захищає нас від дуже небезпечних викидів Сонця, постійно знижується. Починаючи із 1845-го року і до сьогодні магнітне поле Землі стало слабшим на 10 відсотків. За підрахунками фахівців, набільше від цього страждають ті, хто літає із США в Європу. Над Атлантикою через слабке магнітне поле підвищився рівень космічної радіації.

2. Компас, його різновиди та принцип дії

Ко́мпас (у професійній мові моряків:компа́с) — це пристрій, який полегшує орієнтування на місцевості. Існують три принципово різних види компасу: магнітний компас, гірокомпас і електронний компас.

Магнітний компас

1 — корпус, 2 — шкала (лімб), 3 — магнітна стрілка, 4 — візирне пристосування (мушка і цілина), 5 — покажчик відліку, 6 — гальмо

Для прикладу буде розглянутий компас Адріанова. Компас Адріанова складається з корпусу 1, у центрі якого на вістря голки поміщена магнітна стрілка 3. При незагальмованому стані північний кінець стрілки встановлюється в напрямку на Північний магнітний полюс, а південний — на Південний магнітний полюс. У неробочому стані стрілка закріплюється гальмом 6. Усередині корпуса компаса поміщена кругова шкала (лімб) 2, розділена на 120 поділок. Ціна одної поділки складає 3°, чи 50 малих поділок кутоміра (0-50). Шкала має подвійну оцифровку. Внутрішня оцифровка нанесена по ходу годинної стрілки від 0 до 360° через 15° (5 поділок шкали). Зовнішня оцифровка шкали нанесена проти ходу годинної стрілки через 5 великих розподілів кутоміра (10 розподілів шкали). Для візування на місцеві предмети (орієнтири) і зняття відліків по шкалі компаса на обертовому кільці компаса закріплене візирне пристосування (мушка і цілина) 4 і покажчик відлкіу 5.

Принцип дії компаса заснований на взаємодії магнітного поля постійних магнітів компаса з горизонтальної складової магнітного поляЗемлі. Вільно обертова магнітна стрілка повертається навколо осі, розташовуючи уздовж силових ліній магнітного поля. Таким чином, стрілка завжди вказує одним з кінців у напрямку лінії магнітного полючи, що йде до Північного магнітного полюсу.

Список використаної літератури

1. Кононович Э. Магнитное поле Земли. – М., 1996.

2. Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г. Справочник по элементарной физике. — М.: Наука, 1996.

3. Сивухин Д.В. Общий курс физики, т.3.. — М.: Наука, 1995.