Нового века»-2012 Точные науки ( от 11 13 лет) «Магнитное поле Земли» Ощенко Алексей, 13 лет



Скачать 111.22 Kb.
Дата27.10.2012
Размер111.22 Kb.
ТипДокументы
Международный Фестиваль «Звезды Нового века»-2012

Точные науки ( от 11 – 13 лет)

«Магнитное поле Земли»
Выполнил:

Ощенко Алексей,

13 лет,

ученик 7 класса

МОУ СОШ № 3

Истринского

муниципального

района
Руководитель:

Климова И.Н.,

учитель физики
2012 год
Что это?

Магнитное поле Земли (иногда его называют «геомагнитное поле») это магнитное поле, простирающееся от земной поверхности до области соприкосновения с так называемым «солнечным ветром» - потоком частиц, испускаемым Солнцем. Приблизительно это магнитное поле диполя, ориентированного под углом в 11 градусов к оси вращения земли. Наблюдения показывают, что при приближении к Северному географическому полюсу Земли магнитные линии магнитного поля Земли все больше наклоняются к горизонту и около 75о северной широты и 99о западной долготы становятся вертикальными, входя в Землю. Здесь находится Южный магнитный полюс Земли, он удален от Северного географического полюса примерно на 2100 км. Северный магнитный полюс Земли находится вблизи Южного географического полюса, а именно на 66,5о южной широты и 140о восточной долготы.

А с течением времени (сотни тысяч лет) магнитное поле Земли меняет свою полярность одномоментно – северный и южный полюса обмениваются своим положением. Такие перемены «записываются» в ферромагнитных земных породах, что позволяет специалистам палеомагнетизма рассчитывать движение континентов.

Область над ионосферой, простирающаяся на несколько тысяч километров вглубь космоса, называется магнитосферой. Магнитосфера защищает Землю от разрушительного ультрафиолетового излучения и космических лучей, которые немедленно погубили бы все живое на земной поверхности и на океанских глубинах.


Интенсивность магнитного поля Земли

Интенсивность магнитного поля выше у полюсов и слабее у экватора. Измеряют магнитное поле Земли в нанотеслах (нТл). Интенсивность магнитного поля земли колеблется в пределах 25-65 тысяч нТл. Как можно увидеть на рисунке 1, минимум интенсивности достигается в Южной Америке, тогда как максимум в Канаде, Сибири, юге Австралии и на побережье Антарктиды.


Рис.1 Распределение интенсивности магнитного поля Земли.

Магнитосфера

Вдали от поверхности Земли ее магнитное поле искажается солнечным ветром. На дневной стороне Земли, повернутой к Солнцу, сжато, а на ночной стороне — растянуто. Сопротивляясь напору солнечного ветра, магнитное поле отклоняет в сторону большую часть его частиц и заслоняет нас от опасного потока.В магнитопаузе (рис.2) динамическое давление солнечного ветра уравновешивается давлением геомагнитного поля.
При проникновении в магнитопаузу положительно заряженные частицы отклоняются к западу, отрицательно заряженные ─ к востоку. Солнечный ветер, налетая на магнитопаузу, резко тормозится. При этом образуется головная ударная волна, которая как бы обволакивает геомагнитное поле. Со стороны Солнца её фронт находится на расстоянии около 13 радиусов Земли. В этой области скорость частиц уменьшается, так что плазма на границе между фронтом ударной волны и магнитопаузой нагревается на несколько миллионов градусов. Разогретая плазма образует магнитный переходный слой, в котором и магнитное поле, и движение заряженных частиц становится менее упорядоченным.

Между северной и южной долями геомагнитного хвоста диаметром около 40 радиусов Земли и протяженностью порядка 1000 радиусов Земли расположен плазменный слой ─ область с повышенной концентрацией горячей плазмы и слабым магнитным полем.

Поле в магнитном облаке у орбиты Земли возрастает до 50- 100 нТл, а скорость солнечного ветра – до 1000 км/с. Эффект такого увеличения подобен смене легкого ветерка на ураган. Амплитуда магнитного поля служит основной характеристикой силы магнитной бури. Так, во время крупнейшей бури 31 марта 2001 года, длившейся более суток, она составила 358 нТл, а полярные сияния наблюдались даже в Москве. Энергия, выделившаяся тогда в магнитосфере Земли, составила около 5· 1017 Дж, что примерно равно энергии взрыва 100 Мт тротила.



Рис. 2 Магнитосфера Земли.
Магнитное поле служит для нас основной защитой: оно предохраняет все живое на Земле от космических лучей. За мощной вспышкой на Солнце следует внезапное усиление солнечного ветра. А это в свою очередь вызывает возмущение земного магнитного поля и обычно приводит к магнитной буре. Они длятся от нескольких часов до нескольких суток и наблюдаются одновременно на всей Земле. В такие моменты наше магнитное поле еще больше сжимается, а пролетающие мимо Земли частицы солнечного ветра создают дополнительное магнитное поле.

Магнитные бури вызываются потоками солнечной плазмы из активных областей Солнца, накладывающимися на спокойный солнечный ветер. Поэтому они чаще наблюдаются вблизи максимумов 11-летнего цикла солнечной активности. Достигая Земли, потоки солнечной плазмы увеличивают сжатие магнитосферы и частично проникают внутрь магнитосферы Земли. Попадание частиц высоких энергий в верхнюю атмосферу Земли и их воздействие на магнитосферу приводят к генерации и усилению в ней электрических токов, достигающих наибольшей интенсивности в полярных областях ионосферы, с чем связано наличие высокоширотной зоны магнитной активности. Изменения магнитосферно-ионосферных токовых систем проявляются на поверхности Земли в виде магнитных возмущений.

Большинство частиц солнечного ветра наталкиваются на магнитное поле и отклоняются от Земли. Но есть частицы, которые проникают внутрь магнитного поля и собираются в двух поясах. Иногда их называют по имени ученого, открывшего первый из них, поясами Ван Аллена. Но чаще употребляется название «радиационные пояса». Находящиеся в них высокоэнергетические частицы создают реальную радиационную угрозу для космонавтов и приборов космических кораблей. Эти пояса были обнаружены спутниками на высотах 4000 и 16000 км. Оба пояса насчитывают в ширину многие тысячи км и имеют довольно размытые границы. Попавшие в них частицы солнечного ветра движутся по спирали вокруг силовых линий магнитного поля Земли от полюса к полюсу и в полярных областях проникают в верхние слои атмосферы. После соударения частиц радиационных поясов с молекулами воздуха те начинают излучать свет. Так возникают полярные сияния , которые можно увидеть и в южном полушарии.


Рис .3 Радиационные пояса Земли.
Кроме полярных сияний наблюдаются ионосферные возмущения, рентгеновское и низкочастотное излучения. Во время магнитных бурь существенно изменяются параметры слоев ионосферы, отражающих и поглощающих радиоволны. В результате возникают значительные помехи в коротковолновой радиосвязи. Во время магнитных возмущений происходит также разогрев верхней атмосферы и передача теплоты вниз, в тропосферу, что способствует развитию в ней циркуляционных движений и возникновению циклонов. Во время магнитной бури возмущения магнитного поля на поверхности Земли имеют величину менее или порядка 1 % от величины стационарного геомагнитного поля.

Частота появления умеренных и сильных бурь на Земле имеет четкую корреляцию с 11-летним циклом солнечной активности: при средней частоте около 30 бурь в год их число может составлять 1-2 бури в год вблизи солнечного минимума и достигать 50 бурь в год вблизи солнечного максимума. Это означает, что в годы солнечного максимума человечество до 50% времени года живет в условиях умеренных и сильных бурь, а за свою 75-летнюю жизнь среднестатистический человек проживает в условиях умеренных и сильных бурь в общей сложности 2250 бурь или около 15 лет. Распределение геомагнитных бурь по их интенсивности имеет в области высоких интенсивностей быстро спадающий характер, и поэтому экстремально сильных магнитных бурь за историю их измерения было сравнительно мало.

Мощнейшей геомагнитной бурей за всю историю наблюдений была геомагнитная буря 1859 года («событие Кэррингтона»).

За последние 55 лет (с 1 января 1957 года по 25 сентября 2011 года) наиболее сильными бурями были события 13 сентября 1957 г, 11 февраля 1958 г., 15 июля 1959 г., 13 марта 1989 г. и 20 ноября 2003 г.

Согласно современным взглядам, непосредственной причиной геомагнитных бурь являются возмущённые потоки солнечного ветра на орбите Земли, содержащие необходимую для генерации геомагнитной бури ориентацию межпланетного магнитного поля. Источниками этих потоков, в свою очередь, являются выбросы корональной массы и корональные дыры.
.

Рис.4 Корональные выбросы плазмы.
Кроме магнитных бурь, которые связаны с высокой солнечной активностью (с выбросами корональной массы), часто наблюдаются умеренные магнитные бури, которые возникают в периоды, когда на Солнце отсутствуют какие-нибудь активные процессы. Такие бури в основном наблюдаются в периоды минимума цикла солнечной активности и часто повторяются с периодом вращения Солнца 27 дней (поэтому они часто называются рекуррентными магнитными бурями). В настоящее время установлено, что источником таких бурь на Солнце является корональная дыра, которая, являясь источником быстрого потока солнечного ветра, приводит к взаимодействию быстрого потока с медленным потоком и образованию области сжатия.



Рис. 5 Корональные дыры, январь 2011 года
За счет сжатия и изменения направления движения плазмы в области сжатия может образовываться геоэффективная компонента межпланетного магнитного поля, приводящая к возбуждению геомагнитной активности, включая магнитные бури. Корональные дыры могут существовать на Солнце в течение периода до нескольких месяцев, и поэтому магнитная активность на Земле повторяется с периодом вращения Солнца.

Магнитные бури вызывают помехи в телефонной и радиорелейной системах связи. Изменение магнитного поля Земли создает также сильные электрические токи в проводах линий электропередачи, отчего сгорают огромные трансформаторы. Многие измерительные приборы показывают неверные результаты. Таким образом, магнитные бури приводят к значительным экономическим потерям. В марте 1989 года солнечная вспышка вызвала отключение сети электропередачи в Квебеке (Канада), в 2003 году вывела из строя два спутника и нарушила связь и электроснабжение во многих местах во всем мире. Флуктуации геомагнитного поля в 2003 году достигали 1780 нТл, в то время как в 1989 году ─ лишь 590 нТл.

Магнитные полюса
Положение магнитных полюсов на поверхности Земли определяется точками, в которых положение линий напряженности магнитного поля вертикально к поверхности, т.е. 90 градусов на Северном полюсе и минус 90 градусов на Южном. Недавно выяснили, что положение обоих полюсов совсем не совпадает с геометрически противоположными точками.

Северный магнитный полюс

(2001) 81.05, -110.13333381°03′ с. ш. 110°08′ з. д. / 81.05° с. ш. 110.133333° з. д. 

(2004) 82.05, -113.06666782°03′ с. ш. 113°04′ з. д. / 82.05° с. ш. 113.066667° з. д. 

(2005) 82.116667, -114.06666782°07′ с. ш. 114°04′ з. д. / 82.116667° с. ш. 114.066667° з. д. 

Южный магнитный полюс

(1998) -64.1, 138.08333364°06′ ю. ш. 138°05′ в. д. / 64.1° ю. ш. 138.083333° в. д. 

(2004) 63°05′ ю. ш. 138°00′ в. д. / 63.083333° ю. ш. 138° в. д. 




Как заявил в 2005 году в Оттаве руководитель геомагнитной лаборатории канадского министерства природных ресурсов Ларри Ньюитт, северный магнитный полюс Земли, как минимум 400 лет «принадлежавший» Канаде, «покинул» эту страну. Имеющий свойство перемещаться магнитный полюс, примерно с начала ХVII века располагавшийся под паковыми льдами в границах нынешней канадской Арктики, вышел за пределы 200-мильной зоны Канады.Так для Северного магнитного полюса измерена скорость в 40 км в год. На рисунке 6 показана карта северной части Канады с зафиксированными положениями полюса в разные года с 1831 по 2011.




Рис.6. Передвижение северного магнитного полюса.
Почему возникает магнитное поле

Открытое в 1905 году изменение магнитного поля Земли в пространстве и по интенсивности привело к заключению, что оно зарождается в глубинах планеты. Там сравнительно быстрые движения могут происходить, не вызывая катастрофических последствий. Наиболее вероятный источник такого поля — жидкое железное ядро, где возникают движения, действующие по механизму самовозбуждающегося динамо. В нем должны существовать токовые петли, грубо напоминающие витки провода в электромагните, которые и генерируют различные составляющие геомагнитного поля.

Таким образом, за возникновение магнитного поля ответственен процесс перемещения железосодержащего расплава от горячего центра Земли к менее нагретой периферии. На рисунке 7 показана компьютерная модель распределения конвекционных потоков расплава и генерация магнитного поля как результат массопереноса.

Рис.7 Компьютерная модель распределения конвективных потоков расплава и генерация магнитного поля Земли.
Практическая ценность измерений магнитного поля Земли
После первых измерений магнитного поля Карлом Гауссом в 1835 году последующие замеры показали, что к настоящему времени за 170 лет интенсивность уменьшилась примерно на 10%. Современные измерения с помощью спутника позволяют создать трехмерную модель магнитного поля. Международное сотрудничество в этой сфере достигло значительного прогресса – сегодня за магнитным полем Земли наблюдают и обмениваются информацией более ста стационарных геомагнитных обсерваторий.

Измерения магнитного поля Земли также проводится в военных целях, например, для детектирования больших объектов, например подводных лодок.

Коммерческое использование таких измерений в геологии полезных ископаемых также общеизвестно. Курская магнитная аномалия является замечательным примером – крупнейшее железорудное месторождение на юге европейской территории России было открыто благодаря замерам магнитного поля Земли.
Магниторецепция
Магниторецепцией называют способность живых организмов ощущать магнитное поле Земли, что позволяет использовать эту способность в определении местонахождения или для навигации. Способностью к навигации по магнитному полю бесспорно обладают перелетные птицы, кроме того она открыта у некоторых видов микроорганизмов, насекомых и таких животных, как черепахи, раки и акулы.

Список источников информации и иллюстраций:

Литература:

  1. А.В. Перышкин «Физика-8», М.,Дрофа, 2003

  2. Журнал «Физика в школе»,2003 г., № 5

  3. Журнал «Физика в школе»,2003 г., № 1

  4. Журнал «Физика в школе»,1996 г., № 19

  5. Журнал «Физика в школе»,1997 г., № 33

  6. О.Струве, Б. Линдс, Э. Пилланс «Элементарная астрономия», М.,1967г, стр.52

  7. Энциклопедия для детей, «Астрономия», т. 8,М., Аванта +, 1997 год,стр.523

  8. Др.Эрих Юбелакер «Солнце», серия «Что есть что» Слово, 1984 год, стр.40

  9. Яндекс словари,БСЭ

  10. Журнал «Физика в школе»,2004 г., № 39

Сайты в Интернете:

1.http://.ru.wikipedia.orgwiki

2.http://fiz.1september.ruarticlef.php…

3.http://newsukraine.com.ua/news/278959-v-blizhajshee-vremya-na-zemlyu-obrushitsya-silnejshaya-magnitnaya-burya-kotoraya-grozit-kollapsom/

Иллюстрации:

1.http://novostey.com

2.http://world.comments.ua

3.http:// www.rususa.com

4.http://физик.tk

Похожие:

Нового века»-2012 Точные науки ( от 11 13 лет) «Магнитное поле Земли» Ощенко Алексей, 13 лет iconЕзды Нового Века» 2012 Точные науки (от 11 до 13 лет) «Бесконечность рядом с нами» Кузиванов Семен, 12 лет
Эта тема меня заинтересовала и подвигла к дальнейшему изучению оригинальных и мало изученных математических объектов. Изучением флексагонов...
Нового века»-2012 Точные науки ( от 11 13 лет) «Магнитное поле Земли» Ощенко Алексей, 13 лет iconМеждународный Фестиваль «Звезды Нового Века» 2012 Гуманитарные науки (от 14 до 17 лет)
Болховитинова Юлия,16 лет Руководитель Водопьянова Татьяна Михайловна
Нового века»-2012 Точные науки ( от 11 13 лет) «Магнитное поле Земли» Ощенко Алексей, 13 лет iconМеждународный Фестиваль «Звезды Нового века»-2012 Точные науки ( от 11 – 13 лет) «Черные дыры Вселенной»
«черная дыра»? Где их можно обнаружить? Как они образуются? Большинство астрофизиков верит в реальное существование черных дыр. Но...
Нового века»-2012 Точные науки ( от 11 13 лет) «Магнитное поле Земли» Ощенко Алексей, 13 лет iconМеждународный Фестиваль «Звезды Нового Века» 2012 Точные науки (от 14 до 17 лет) «Исследование методов решения линейных диофантовых уравнений»
Практическая часть исследования. Методы решения линейных диофантовых уравнений с двумя переменными
Нового века»-2012 Точные науки ( от 11 13 лет) «Магнитное поле Земли» Ощенко Алексей, 13 лет icon+ 2 Магнитное поле
Хорошо известно магнитное поле Земли, которое рассматривается в виде большого постоянного магнита. Полюсы этого магнита почти совпадают...
Нового века»-2012 Точные науки ( от 11 13 лет) «Магнитное поле Земли» Ощенко Алексей, 13 лет iconМагнитное поле. Электромагниты. Постоянные магниты. Магнитное поле земли
Какие металлы сильно притягиваются магнитом? Чугун. Никель. Кобальт. Сталь
Нового века»-2012 Точные науки ( от 11 13 лет) «Магнитное поле Земли» Ощенко Алексей, 13 лет iconБлок 11. Магнетизм. Магнитное взаимодействие. Магнитное поле электрического тока
Магнитные свойства минерала известны были в Китае ещё 2600 лет до н э. Постоянные магниты – устройства, длительно сохраняющие магнитные...
Нового века»-2012 Точные науки ( от 11 13 лет) «Магнитное поле Земли» Ощенко Алексей, 13 лет iconВопросы к зачету по темам: «Магнитное поле»
Понятие магнитного поля. Причины, порождающие магнитное поле. Объекты, на которых воздействует магнитное поле
Нового века»-2012 Точные науки ( от 11 13 лет) «Магнитное поле Земли» Ощенко Алексей, 13 лет icon«Изменения магнитного поля причины и следствия для безопасности «Космического Корабля Планета Земля» (ккпз)
Магнитное поле Земли, его напряженность, наклонение и склонение постоянно изменялись на протяжении всей ее истории. Периоды этих...
Нового века»-2012 Точные науки ( от 11 13 лет) «Магнитное поле Земли» Ощенко Алексей, 13 лет iconМеждународный Фестиваль «Звезды Нового Века» 2012 Гуманитарные науки (от 14 до 17 лет) «Антропонимические традиции армян г. Волгограда»
Изучение имён собственных волгоградской молодёжи и старшего поколения
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org