DÜNYANIN MANYETIK ALANI: KÖKENI, ÖZELLIKLERI, IŞLEVI - FIZIKSEL - 2025

Dünya'nın manyetik alanı Dünya'nın uyguladığı manyetik etkidir ve bu alanda yüzlerce kilometre ile iç gelen uzanır. Bir çubuk mıknatıs tarafından üretilene çok benzer. Bu fikir 17. yüzyılda İngiliz bilim adamı William Gilbert tarafından önerildi ve ayrıca mıknatısın kutuplarını ayırmanın mümkün olmadığını da gözlemledi.

Şekil 1, Dünya'nın manyetik alan çizgilerini göstermektedir. Her zaman kapalıdırlar, içeriden geçerler ve dışarıdan devam ederek bir tür örtü oluştururlar.

Şekil 1. Dünyanın manyetik alanı bir çubuk mıknatısınkine benzer. Kaynak: Wikimedia Commons.

Dünyanın manyetik alanının kökeni hala bir muamma. Dökme demirden yapılan dünyanın dış çekirdeği, sıcaklığı manyetik düzeni bozacak kadar olduğundan, kendi başına alanı üretemez. Bunun için sıcaklık eşiği Curie sıcaklığı olarak bilinir. Bu nedenle büyük miktarda manyetize malzemenin alandan sorumlu olması imkansızdır.

Bu hipotezi dışladıktan sonra, alanın kökenini başka bir fenomende aramalıyız: Dünyanın dönüşü. Bu, erimiş çekirdeğin homojen olmayan bir şekilde dönmesine neden olarak, bir sıvının kendiliğinden bir manyetik alan oluşturduğu dinamo etkisi yaratır.

Dinamo etkisinin astronomik nesnelerin, örneğin Güneş'in manyetizmasının nedeni olduğuna inanılıyor. Ancak şimdiye kadar bir sıvının neden bu şekilde davranabildiği ve üretilen elektrik akımlarının nasıl kalmayı başardığı bilinmemektedir.

karakteristikleri

- Dünyanın manyetik alanı üç katkının sonucudur: iç alanın kendisi, dış manyetik alan ve kabuktaki manyetik minerallerinki:

1. İç alan: Dünyanın merkezinde bulunan bir manyetik dipole (mıknatıs) benzer ve katkısı yaklaşık% 90'dır. Zaman içinde çok yavaş değişir.
2. Dış alan: atmosferin katmanlarındaki güneş aktivitesinden gelir. Dipole benzemez ve birçok varyasyonu vardır: günlük, yıllık, manyetik fırtınalar ve daha fazlası.
3. Yerkabuğundaki manyetik kayalar da kendi alanlarını oluşturur.

- Manyetik alan kutuplaştırılmıştır, tıpkı çubuk mıknatıs gibi kuzey ve güney kutuplarını gösterir.

- Karşıt kutuplar birbirini çektiğinden, kuzey kutbu olan pusula iğnesi, her zaman dünyanın mıknatısının güney kutbunun bulunduğu coğrafi kuzeyin yakınına işaret eder.

- Manyetik alanın yönü, manyetik güneyden (mıknatısın kuzey kutbu) ayrılan ve manyetik kuzeye (mıknatısın güney kutbu) giren kapalı çizgiler şeklinde temsil edilir.

- Manyetik kuzeyde -ve manyetik güneyde de- alan dünya yüzeyine dik, ekvatorda ise tarla otluyor. (bkz. şekil 1)

- Alanın yoğunluğu kutuplarda ekvatordan çok daha fazladır.

- Karasal dipolün ekseni (şekil 1) ve dönme ekseni hizalı değil. Aralarında 11.2º'lik bir yer değiştirme var.

Jeomanyetik elemanlar

Manyetik alan vektör olduğundan, O orijini olan bir Kartezyen koordinat sistemi XYZ, konumunu oluşturmaya yardımcı olur.

Şekil 2. Jeomanyetik elemanlar. Kaynak: F. Zapata.

Manyetik alanın veya indüksiyonun toplam yoğunluğu B'dir ve projeksiyonları veya bileşenleri şunlardır: Yatay olarak yatay ve Z dikey olarak. Aşağıdakilerle ilişkilidir:

-D, H ile coğrafi kuzey (X ekseni) arasında oluşan, doğuya doğru pozitif ve batıya negatif olan manyetik sapma açısı.

Arasında -I, manyetik eğim açısı, B ve H, pozitif ise B yatay altındadır.

Pusula ibresi, alanın yatay bileşeni olan H yönünde yönlendirilecektir. B ve H tarafından belirlenen düzleme manyetik meridyen denir, ZX ise coğrafi meridyendir.

Jeomanyetik elemanlar olarak adlandırılan aşağıdaki büyüklüklerden üçü biliniyorsa manyetik alan vektörü tam olarak belirtilir: B , H, D, I, X, Y, Z.

fonksiyon

İşte Dünya'nın manyetik alanının en önemli işlevlerinden bazıları:

-İnsanlar yüzyıllardır pusulayı yönlendirmek için kullanmışlardır.

- Gezegeni sararak ve Güneş'in sürekli olarak yaydığı yüklü parçacıkları saptırarak gezegenin koruyucu bir işlevini yerine getirir

-Dünyanın manyetik alanı (30 - 60 mikro Tesla) laboratuvardakine göre zayıf olsa da, bazı hayvanların kendilerini yönlendirmek için kullanması yeterince güçlüdür. Göçmen kuşlar, yuva güvercinleri, balinalar ve bazı balık sürüleri de öyle.

-Magnetometri veya manyetik alanın ölçümü, maden kaynaklarının araştırılması için kullanılır.

Kuzey ışıkları ve güney

Sırasıyla kuzey veya güney ışıkları olarak bilinirler. Kutupların yakınındaki enlemlerde, manyetik alanın Dünya yüzeyine neredeyse dik olduğu ve ekvatordan çok daha yoğun olduğu enlemlerde görünürler.

Şekil 3. Alaska'daki kuzey ışıkları. Kaynak: Wikimedia Commons.

Kökenleri, Güneş'in sürekli olarak gönderdiği büyük miktardaki yüklü parçacıklardan gelir. Alana hapsolanlar genellikle daha yüksek yoğunluktan dolayı kutuplara doğru sürüklenirler. Orada atmosferi iyonlaştırmak için bundan yararlanırlar ve bu süreçte görünür ışık yayılır.

Kuzey ışıkları, manyetik kutbun yakınlığı nedeniyle Alaska, Kanada ve kuzey Avrupa'da görülebilir. Ancak bunun göçü nedeniyle, zamanla Rusya'nın kuzeyine doğru daha görünür hale gelmeleri mümkündür.

Auroralar tam olarak düzensiz manyetik kuzeyi takip etmediğinden, şimdilik durum böyle görünmüyor.

Manyetik Sapma ve Navigasyon

Navigasyon için, özellikle çok uzun yolculuklarda, gerekli düzeltmeyi yapmak ve gerçek kuzeyi bulmak için manyetik sapmayı bilmek son derece önemlidir.

Bu, eğim coğrafi konuma göre büyük ölçüde değiştiğinden, eşit eğim çizgilerini (izogonal) gösteren haritalar aracılığıyla elde edilir. Bunun nedeni, manyetik alanın sürekli olarak yerel farklılıklar yaşamasıdır.

Pistlere boyanmış büyük sayılar, manyetik kuzeye göre derece cinsinden 10'a bölünmüş ve yuvarlatılmış yönlerdir.

Kuzey adamları

Göründüğü kadar kafa karıştırıcı olsa da, bazı belirli kriterlerle tanımlanan birkaç kuzey türü vardır. Böylece bulabiliriz:

Manyetik Kuzey , manyetik alanın yüzeye dik olduğu Dünya üzerindeki noktadır. Orada pusula işaret ediyor ve bu arada, manyetik güney ile zıt kutuplu değil (taban tabana zıt).

Jeomanyetik Kuzey , manyetik dipol ekseninin yüzeye yükseldiği yerdir (bkz.Şekil 1). Dünyanın manyetik alanı, dipol alanından biraz daha karmaşık olduğu için, bu nokta manyetik kuzey ile tam olarak örtüşmez.

Coğrafi kuzey , yerin dönme ekseni oradan geçer.

Lambert'in veya ızgaranın kuzeyi , haritaların meridyenlerinin birleştiği noktadır. Bir düzleme yansıtıldığında Dünya'nın küresel yüzeyi çarpık olduğundan, gerçek veya coğrafi kuzey ile tam olarak çakışmaz.

Şekil 4. Çeşitli kuzeyler ve konumları. Kaynak: Wikimedia Commons. Cavit

Manyetik alanın ters çevrilmesi

Şaşırtıcı bir gerçek var: manyetik kutuplar birkaç bin yıl içinde konumlarını değiştirebilir ve şu anda gerçekleşiyor. Aslında daha önce, son 17 milyon yılda 171 kez olduğu biliniyor.

Kanıt, Atlantik Okyanusu'nun ortasındaki bir yarıktan çıkan kayalarda bulunur. Dışarı çıktıkça, kaya soğur ve katılaşır, korunmuş olan o an için Dünya'nın mıknatıslanma yönünü belirler.

Ancak şimdiye kadar bunun neden olduğuna dair tatmin edici bir açıklama yok, alanı tersine çevirmek için gereken enerjinin kaynağı da yok.

Daha önce tartışıldığı gibi, manyetik kuzey şu anda hızla Sibirya'ya doğru ilerliyor ve güney de daha yavaş da olsa hareket ediyor.

Bazı uzmanlar, alanı zayıflatanın Kanada'nın hemen altındaki yüksek hızlı sıvı demir akışından kaynaklandığına inanıyor. Aynı zamanda manyetik bir ters dönüşün başlangıcı da olabilir. Son olay 700.000 yıl önceydi.

Dünyanın manyetizmasına neden olan dinamo, kendiliğinden veya örneğin bir kuyruklu yıldızın yaklaşması gibi bazı harici müdahaleler nedeniyle bir süre için kapanabilir, ancak ikincisinin kanıtı olmamasına rağmen.

Dinamo yeniden başladığında manyetik kutuplar yer değiştirdi. Ancak, ters çevirmenin tamamlanmadığı, ancak sonunda orijinal konumuna dönecek olan geçici bir dipol ekseni varyasyonu da olabilir.

Deney

Helmholtz bobinleri ile gerçekleştirilir: içinden aynı yoğunluktaki akımın geçtiği iki özdeş ve eşmerkezli dairesel bobin. Bobinlerin manyetik alanı, Dünya'nınkiyle etkileşime girerek ortaya çıkan bir manyetik alana yol açar.

Şekil 5. Dünyanın manyetik alanının değerini belirlemek için deney yapın. Kaynak: F. Zapata.

Bobinlerin içinde büyüklüğü şu şekilde olan yaklaşık olarak tek tip bir manyetik alan oluşturulur:

-Ben akıntının yoğunluğu

-μ _o , vakumun manyetik geçirgenliğidir

-R, bobinlerin yarıçapıdır

süreç

Bobinin eksenel eksenine yerleştirilmiş bir pusula ile karasal manyetik alanın B _T yönünü belirleyin .

- Bobin eksenini B _T'ye dik olacak şekilde yönlendirin . Böylece akım geçerken oluşan B _H alanı B _T'ye dik olacaktır . Bu durumda:

Şekil 6. Ortaya çıkan alan, pusula iğnesinin işaretleyeceği alandır. Kaynak: F. Zapata.

-B _H , bobinlerden geçen akımla orantılıdır, böylece B _H = kI, burada k, bahsedilen bobinlerin geometrisine bağlı olan bir sabittir: yarıçap ve dönüş sayısı. A ölçüm akımı, B _H değerine sahip olabilir . Böylece:

Böylece:

-Çeşitli akımlar bobinlerden geçirilir ve çiftler (I, tg θ) bir tabloya kaydedilir.

- I vs. tg θ. Bağımlılık doğrusal olduğundan, eğimi m olan bir doğru elde etmeyi umuyoruz:

Veya düz Nihayet, - hattı en küçük kareler ya da görsel ayarlama uygun, bu B değerini saptamak üzere itelemektedir _T .

Referanslar

1. Dünya Manyetik Alanı. Web.ua.es adresinden kurtarıldı
2. Navarra Üniversitesi'nin Manyeto-hidrodinamik Grubu. Dinamo etkisi: tarih. Kurtarıldı: fisica.unav.es.
3. Kirkpatrick, L. 2007. Fizik: Dünyaya Bir Bakış. 6. kısaltılmış baskı. Cengage Learning.
4. TENCERE. Dünyanın Manyetik Alanı ve Zaman İçindeki Değişimleri. Image.gsfc.nasa.gov adresinden kurtarıldı.
5. NatGeo. Dünyanın manyetik kuzey kutbu hareket ediyor. Kurtarıldı: ngenespanol.com.
6. Bilimsel amerikalı. Dünyanın Birden Fazla Kuzey Kutbu Vardır. Scientificamerican.com'dan kurtarıldı.
7. Vikipedi. Jeomanyetik kutup. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı.