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.
Магнит и магнетизм не перестают удивлять человечество. Мы собрали несколько интересных фактов о постоянных магнитах, которые вы, возможно, еще не знаете.
1. Почему магнит назвали магнитом?
Существует две версии происхождения этого названия: поэтичное и не очень. Первая – это поэтичная легенда о пастухе по имени Магнус (или Магнес). Известный историк Плиний описывал, что однажды этот пастух забрёл со своими овцами на новое место, стал на необычный чёрный камень и вдруг обнаружил, что не может оторвать от него посох и свои подбитые гвоздями башмаки.
Вероятнее, что всё было прозаичнее: однажды в греческой области Магнисии обнаружили залежи камня, способного притягивать железо. Его так и назвали – «камень из Магнисии» или, проще говоря, магнит. Впрочем, здесь тоже есть немного лирики, ведь область получила своё имя от проживающего в ней племени магнетов, а они так назвали себя в честь мифического героя, сына Зевса.
2. Знакомьтесь, «Любящий камень»
Именно такое романтичное имя дали магниту изобретательные китайцы. Представители одной из древнейших культур поэтично описывали его следующим образом. Цы-ши (на русском «любящий камень» или «камень материнской любви»), говорили они, притягивает железо, как и теплая мать притягивает детишек. Эта сила на самом деле распространяется и на другие металлы, но менее интенсивно.
Интересно, что французы тоже называли магнит словом «любящий» – для обоих значений используется одно и то же слово aimant.
3. Как появилась магнитная доска
В 2008 году трое американских студентов демонстрировали свои знания, но для показа всей необходимой информации им не хватило места на доске, они решили дополнительно использовать листы большого формата, но сложность заключалась в том, что бумагу необходимо было держать в руках. И тогда им пришла гениальная идея сделать часть доски с магнитной поверхностью. Так появилась новая технология покрытия поверхности для рисования маркерами, которые легко стираются сухой губкой. Такие маркеры назвали сухострираемыми.
4. Кто придумал первый магнитный компас?
Ещё в третьем веке до Рождества Христова китайский автор описывал компас в виде ложки из магнита, а вот устройство с плавающей стрелкой появилось только в XI столетии. Намного позже, в 1300 году Иоанн Жира первым в Европе создал компас для путешественников (магнит был завезён всего за 40 лет до этого путешественником Марко Поло), чем существенно упростил жизнь моряков. А итальянец Флавио Джойя усовершенствовал конструкцию.
5. Немного о магнитной буре
Случаются дни, когда стрелка компаса беспорядочно кружится, вместо того, чтобы указывать на север. Иногда это продолжается часами, а иногда – сутками. Больше всего компас используется моряками – они и отметили первыми это явление, окрестив его магнитной бурей.
Происходит подобное из-за вспышек солнечной активности, когда в магнитное поле нашей планеты попадает больше заряженных частиц от Солнца. Оно возмущается, и начинаются геомагнитные бури, влияющие и на человеческий организм, и на работу техники.
6. Как увидеть магнитное поле?
Увидеть магнитное поле вполне реально, и этому учат на школьных уроках физики, предлагая такую последовательность действий:
- магнит накрывают стеклянной пластиной;
- сверху на пластину кладут лист бумаги;
- бумага посыпается ровным слоем железных опилок;
- опилки намагничиваются, и когда их встряхивают, то они на мгновение отделяются от пластинки, и легко поворачиваются, формируя - сложные изогнутые линии, расходящиеся от полюсов.
Полученная картина выглядит следующим образом: чем ближе к полюсу, тем гуще и чётче линии из опилок, а чем дальше они отходят, тем больше разрежаются и утрачивают свою отчётливость. Это наглядный пример того, как ослабляются магнитные силы из-за расстояния.
7. Почему гроб пророка Мухаммеда висит в воздухе?
Не одно столетие любознательные умы будоражила история о левитирующем гробе пророка Магомета. В 1600 году была издана книга про магниты, где автор Уильям Гильберт передал услышанную историю о часовне Магомета. Её свод содержит магнитные камни большой силы, которые позволяют железному сундуку с прахом пророка висеть в воздухе.
Сами мусульмане считали это чудом, и говорили, что причина в том, что земля не может держать труп такого человека. На самом деле, такие трюки и ранее проделывали некоторые фокусники. Но нужно сказать, что поддерживать равновесие в данном случае невозможно. Магнит в данном случае достаточно сильный, чтобы приподнять предмет, но удержать его на стабильном расстоянии без дополнительной нити не получится.
8. Магнит и нагревание
У магнитов есть особенные характеристики. К ним относится рабочая температура с максимальными показателями и точка Кюри, на уровне которой ферромагнетики теряют свои свойства. Для каждого сплава эти параметры индивидуальны. Например, для магнитопластов на основе наполнителя NdFeB максимальная рабочая температура может составлять до 120, а то и 220°С, ферриты же выдерживают работу при температуре до 250-300°С, а точка Кюри у них составляет 450°С.
9. Почему магнитный томограф видит человека изнутри?
Наш организм на 60-80% состоит из H2O, и атомы водорода в формуле воды при действии мощного магнита начинают излучать волны. Они разные, потому что зависят от тканей, где расположены атомы, и отражают любое изменение в нашем теле. Помещённый в магнитное поле человек излучает эти волны, и зафиксированные показатели трансформируются в трёхцветное изображение.
10. Как работает магнитная подушка?
Скоростное передвижение поездов типа «Маглев» достигается благодаря следующей технологии. Вагоны крепятся к направляющей, которая охватывает рельс, либо наоборот. В обоих вариантах вагоны держатся над рельсом благодаря вертикальному магнитному полю, горизонтальное же сохраняет центровку. Ещё на рельс ставятся электромагниты, с которыми обеспечивается работа двигателей – так происходит ускорение и торможение.
11. Петр Перегрин и «Послание о магните»
Во второй половине XIII столетия некий Пьер Перегрин-де Маррикур написал знакомому письмо-трактат, в котором рассказал подробно о свойствах магнита и даже предложил использовать его в роли вечного двигателя (тогда эта идея была популярна во Франции, на родине учёного). Об авторе почти ничего не известно, но его вклад за первое в Европе столько систематическое исследование ценится высоко и в наши дни.
В трактате говорится о наличии полюсов у шарообразных образцов, которые использовались, процедуре намагничивания, взаимодействии магнитов и множестве других моментов, связанных со свойствами магнитов. Маррикур был уверен, что исследуемый им камень скрывал в себе подобие небесной сферы с её полюсами.
Магнит и магнетизм не перестают удивлять человечество. Мы собрали несколько интересных фактов о постоянных магнитах, которые вы, возможно, еще не знаете.
1. Почему магнит назвали магнитом?
Существует две версии происхождения этого названия: поэтичное и не очень. Первая – это поэтичная легенда о пастухе по имени Магнус (или Магнес). Известный историк Плиний описывал, что однажды этот пастух забрёл со своими овцами на новое место, стал на необычный чёрный камень и вдруг обнаружил, что не может оторвать от него посох и свои подбитые гвоздями башмаки.
Вероятнее, что всё было прозаичнее: однажды в греческой области Магнисии обнаружили залежи камня, способного притягивать железо. Его так и назвали – «камень из Магнисии» или, проще говоря, магнит. Впрочем, здесь тоже есть немного лирики, ведь область получила своё имя от проживающего в ней племени магнетов, а они так назвали себя в честь мифического героя, сына Зевса.
2. Знакомьтесь, «Любящий камень»
Именно такое романтичное имя дали магниту изобретательные китайцы. Представители одной из древнейших культур поэтично описывали его следующим образом. Цы-ши (на русском «любящий камень» или «камень материнской любви»), говорили они, притягивает железо, как и теплая мать притягивает детишек. Эта сила на самом деле распространяется и на другие металлы, но менее интенсивно.
Интересно, что французы тоже называли магнит словом «любящий» – для обоих значений используется одно и то же слово aimant.
3. Как появилась магнитная доска
В 2008 году трое американских студентов демонстрировали свои знания, но для показа всей необходимой информации им не хватило места на доске, они решили дополнительно использовать листы большого формата, но сложность заключалась в том, что бумагу необходимо было держать в руках. И тогда им пришла гениальная идея сделать часть доски с магнитной поверхностью. Так появилась новая технология покрытия поверхности для рисования маркерами, которые легко стираются сухой губкой. Такие маркеры назвали сухострираемыми.
4. Кто придумал первый магнитный компас?
Ещё в третьем веке до Рождества Христова китайский автор описывал компас в виде ложки из магнита, а вот устройство с плавающей стрелкой появилось только в XI столетии. Намного позже, в 1300 году Иоанн Жира первым в Европе создал компас для путешественников (магнит был завезён всего за 40 лет до этого путешественником Марко Поло), чем существенно упростил жизнь моряков. А итальянец Флавио Джойя усовершенствовал конструкцию.
5. Немного о магнитной буре
Случаются дни, когда стрелка компаса беспорядочно кружится, вместо того, чтобы указывать на север. Иногда это продолжается часами, а иногда – сутками. Больше всего компас используется моряками – они и отметили первыми это явление, окрестив его магнитной бурей.
Происходит подобное из-за вспышек солнечной активности, когда в магнитное поле нашей планеты попадает больше заряженных частиц от Солнца. Оно возмущается, и начинаются геомагнитные бури, влияющие и на человеческий организм, и на работу техники.
6. Как увидеть магнитное поле?
Увидеть магнитное поле вполне реально, и этому учат на школьных уроках физики, предлагая такую последовательность действий:
- магнит накрывают стеклянной пластиной;
- сверху на пластину кладут лист бумаги;
- бумага посыпается ровным слоем железных опилок;
- опилки намагничиваются, и когда их встряхивают, то они на мгновение отделяются от пластинки, и легко поворачиваются, формируя - сложные изогнутые линии, расходящиеся от полюсов.
Полученная картина выглядит следующим образом: чем ближе к полюсу, тем гуще и чётче линии из опилок, а чем дальше они отходят, тем больше разрежаются и утрачивают свою отчётливость. Это наглядный пример того, как ослабляются магнитные силы из-за расстояния.
7. Почему гроб пророка Мухаммеда висит в воздухе?
Не одно столетие любознательные умы будоражила история о левитирующем гробе пророка Магомета. В 1600 году была издана книга про магниты, где автор Уильям Гильберт передал услышанную историю о часовне Магомета. Её свод содержит магнитные камни большой силы, которые позволяют железному сундуку с прахом пророка висеть в воздухе.
Сами мусульмане считали это чудом, и говорили, что причина в том, что земля не может держать труп такого человека. На самом деле, такие трюки и ранее проделывали некоторые фокусники. Но нужно сказать, что поддерживать равновесие в данном случае невозможно. Магнит в данном случае достаточно сильный, чтобы приподнять предмет, но удержать его на стабильном расстоянии без дополнительной нити не получится.
8. Магнит и нагревание
У магнитов есть особенные характеристики. К ним относится рабочая температура с максимальными показателями и точка Кюри, на уровне которой ферромагнетики теряют свои свойства. Для каждого сплава эти параметры индивидуальны. Например, для магнитопластов на основе наполнителя NdFeB максимальная рабочая температура может составлять до 120, а то и 220°С, ферриты же выдерживают работу при температуре до 250-300°С, а точка Кюри у них составляет 450°С.
9. Почему магнитный томограф видит человека изнутри?
Наш организм на 60-80% состоит из H2O, и атомы водорода в формуле воды при действии мощного магнита начинают излучать волны. Они разные, потому что зависят от тканей, где расположены атомы, и отражают любое изменение в нашем теле. Помещённый в магнитное поле человек излучает эти волны, и зафиксированные показатели трансформируются в трёхцветное изображение.
10. Как работает магнитная подушка?
Скоростное передвижение поездов типа «Маглев» достигается благодаря следующей технологии. Вагоны крепятся к направляющей, которая охватывает рельс, либо наоборот. В обоих вариантах вагоны держатся над рельсом благодаря вертикальному магнитному полю, горизонтальное же сохраняет центровку. Ещё на рельс ставятся электромагниты, с которыми обеспечивается работа двигателей – так происходит ускорение и торможение.
11. Петр Перегрин и «Послание о магните»
Во второй половине XIII столетия некий Пьер Перегрин-де Маррикур написал знакомому письмо-трактат, в котором рассказал подробно о свойствах магнита и даже предложил использовать его в роли вечного двигателя (тогда эта идея была популярна во Франции, на родине учёного). Об авторе почти ничего не известно, но его вклад за первое в Европе столько систематическое исследование ценится высоко и в наши дни.
В трактате говорится о наличии полюсов у шарообразных образцов, которые использовались, процедуре намагничивания, взаимодействии магнитов и множестве других моментов, связанных со свойствами магнитов. Маррикур был уверен, что исследуемый им камень скрывал в себе подобие небесной сферы с её полюсами.
«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
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 образования "скалистых" планет без ядра. Если теоретические выкладки исследователей подтвердятся наблюдениями, то 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 . 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 . 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 (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 . 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.
