Магнитное поле Земли

Земной шар обладает собственным магнитным полем. Природа этого магнитного поля до сих пор окончательно не выяснена.

Считается, что земное ядро состоит из твердой внутренней и жидкой наружной частей. Современные теории геомагнетизма исходят из предположения, что в жидкой части проводящего ядра, состоящего из раскаленного железа (хорошего проводника электрических токов), в результате вращения Земли возникает тепловая и гравитационная конвекция, которые приводят к системе гидродинамических течений.

Согласно одной из самых распространенных теорий – теории динамо-эффекта – предполагается, что конвекционные или турбулентные движения проводящей жидкости в ядре способствуют самовозбуждению и поддержанию поля в стационарном состоянии.

Естественно, жидкое ядро планеты – это не динамо-машина. Но когда в жидком проводнике появляется тепловая конвекция, то формируется некая система течений электропроводящей жидкости, что аналогично движению проводника. Предполагается, что в твердом ядре существуют «затравочные» магнитные поля. Следовательно, если жидкий проводник при своем относительном движении пересекает силовые линии этих полей, то в нем формируется электрический ток, создающий магнитное поле, что увеличивает внешнее «затравочное» поле, а это, в свою очередь, увеличивает электрический ток и так далее. Процесс будет продолжаться вплоть до установления стационарного магнитного поля, когда различные динамические процессы уравновесят друг друга.

Структура магнитного поля Земли аналогична структуре магнитного поля магнитного диполя, помещенного в центр Земли (рис.4). Точки Земли, в которых вектор напряженности магнитного поля имеет вертикальное направление, называют магнитными полюсами. Таких точек на Земле две: северный магнитный полюс (в южном полушарии) и южный магнитный полюс (в северном полушарии). Прямая, проходящая через магнитные полюсы, называетсямагнитной осью Земли.

Магнитные силовые линии выходят из северного (N) и входят в южный (S) магнитный полюс.Ось магнитного поля наклонена по отношению к оси вращения Земли на 11, 6 градуса, поэтому южный и северный магнитные полюсы не совпадают с географическими.А это значит, что на севере Земли лежит южный магнитный полюс Земли, его координаты 75°6′ с.ш., 101° з.д. Северный магнитный полюс Земли находится в Антарктиде, его координаты 66°3′ ю.ш., 141° в. д. ( по данным на 1965 г.). Магнитные полюсы Земли медленно дрейфуют.В настоящее время южный магнитный полюс земли находится в Канаде на расстоянии около 2100 км от географического северного полюса.

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.

В пространстве над поверхностью Земли магнитное поле образует магнитосферу, простирающуюся на 70-80 тыс. км. в направление Солнца. Она экранирует поверхность Земли, защищает от вредного влияния заряженных частиц, высоких энергий и космических лучей и определяет характер погоды.

Тангенс-гальванометр

Принцип работы тангенс-гальванометра заключается во взаимодействии магнитного поля катушки, в которой течет ток, с магнитным полем Земли.

Если подвесить магнитную стрелку так, чтобы точка подвеса совпадала с центром тяжести стрелки, то она установится по касательной к направлению силовой магнитной линии Земли (рис. 5).

Рис. 5.

Конец стрелки будет наклонен к Земле и составит с горизонтом угол, который называется углом наклонения. Следовательно, вектор напряженности может быть разложен на две составляющие – горизонтальную H_Ги вертикальнуюH_B(рис. 5).

Плоскость, в которой устанавливается магнитная стрелка, называется плоскостью магнитного меридиана. Угол между плоскостью магнитного меридиана и плоскостью географического меридиана называется углом магнитного склонения.

На практике, при проведении геофизических измерений используются горизонтально установленные компасы, реагирующие только на горизонтальную составляющую магнитного поля Земли. Величина и направление этой составляющей, как наиболее практически значимой, и будет определяться в этой работе.