Kodėl Žemė turi magnetinį lauką?
Trumpas atsakymas: Žemė turi magnetinį lauką, nes skystas geležis jos išoriniame branduolyje juda ir sukuria elektros sroves. Šios srovės sukuria milžinišką magnetinį lauką aplink planetą, kuris veikia kaip skydas ir padeda kompasams nukreipti šiaurę.
Išsamesnis paaiškinimas
Giliai po mūsų kojomis išorinis branduolys yra karštas, išsilydęs (skystas) geležies ir nikelio mišinys. Karštas skystis kyla aukštyn, o vėsesnis leidžiasi žemyn; šis judėjimas vadinamas konvekcija. Kadangi skystis laidus elektrai, jo judėjimas sukuria elektros sroves.
Judantys elektros krūviai sukuria magnetinius laukus. Žemės sukimasis padeda organizuoti šiuos srautus taip, kad srovės sumuotųsi, o ne panaikintų viena kitą. Rezultatas yra savarankiškas magnetinis laukas, vadinamas geodinama.
Šis laukas tęsiasi toli į kosmosą ir nukreipia įkrautas daleles tolyn nuo paviršiaus, padėdamas apsaugoti gyvybę ir elektroniką nuo Saulės dalelių. Ilgą laiką laukas gali keistis, o kartais ir apsisukti, todėl…
Mokslinis paaiškinimas
Įvardyti dėsniai / principai: Poveikis/Dėsnis: Geodinama (magnetohidrodinamika ir Faradėjaus indukcijos dėsnis).
Geodinama yra procesas, kurio metu judėjimas Žemės elektrai laidžioje išorinėje šerdyje sukuria ir palaiko planetos magnetinį lauką. Šiluma iš vidinės šerdies ir planetos aušimas skatina konvekciją skystoje geležyje. Šiam laidžiam skysčiui judant esamu magnetiniu lauku, jis indukuoja elektros sroves (Faradėjaus dėsnis).
Šios srovės savo ruožtu sukuria magnetinius laukus, kurie gali sustiprinti pradinį lauką ir sukurti savarankišką dinamą. Žemės sukimasis suteikia pageidaujamas srauto kryptis (per Koriolio efektą), o tai padeda sukurti didelio masto, organizuotas magnetines struktūras, o ne atsitiktinius laukus. Išsamus elgesys tiriamas naudojant magnetohidrodinamikos lygtis, kurios susieja skysčio judėjimą ir magnetinius laukus.
Daugelis Žemės lauko ypatybių – bendra dipolio forma ir netaisyklingi pokyčiai, įskaitant apgręžimus – natūraliai kyla iš dinamos modelių, nors sistema yra sudėtinga ir iš dalies chaotiška .
Kaip mes tai žinome: Matavimai, atlikti naudojant antžeminius ir palydovinius prietaisus, sudaro šiandieninio lauko žemėlapius, o senoje lavoje ir nuosėdose esantys įmagnetinti mineralai fiksuoja praeities lauko kryptis. Kompiuteriniai modeliavimai, sprendžiantys dinamos lygtis, atkuria pagrindinius stebėjimuose pastebėtus bruožus, patvirtinančius geodinamos teoriją .
Kasdieniai pavyzdžiai
- Kompaso rodyklė sutampa su Žemės magnetiniu lauku ir rodo maždaug į šiaurę.
- Pašvaistės (šiaurinės ir pietinės pašvaistės) atsiranda ten, kur įkrautos saulės dalelės seka magnetinio lauko linijas į atmosferą.
- Palydovai ir elektros tinklai turi atsižvelgti į Žemės magnetinio lauko pokyčius, kad išvengtų žalos.
- Kai kurie migruojantys gyvūnai naudoja Žemės magnetinį lauką, kad padėtų rasti kelią .
Praktinis bandymas
Plaukiojantis adatinis kompasas
Sauga: Būkite atsargūs su aštria adata ir laikykite magnetus atokiau nuo elektroninių prietaisų.
Priemonės
- siuvimo adata
- strypinis magnetas
- mažas kamštis arba putplasčio gabalėlis
- dubuo su vandeniu
- pincetas arba lipni juosta
Žingsniai
- Maždaug 30 kartų brūkštelėkite adatą per magnetą viena kryptimi, kad jį įmagnetintumėte.
- Įsmeikite adatą per kamštį, kad jis galėtų plūduriuoti subalansuotai, arba priklijuokite ją lipnia juosta prie kamščio viršuje.
- Švelniai įdėkite kamštį su adata į dubenį su vandeniu ir leiskite jam nusistovėti.
- Stebėkite, kaip adata pasisuka ir išsirikiuoja maždaug šiaurės-pietų kryptimi. Ką tai rodo: Judantys krūviai įmagnetintoje adatoje sukuria magnetinį lauką, kuris sutampa su Žemės lauku, todėl adata rodo šiaurės-pietų kryptimi.
Svarbūs žodžiai
- Magnetinis laukas: Nematoma sritis aplink magnetą arba judančius elektros krūvius, kurioje veikia magnetinės jėgos.
- Dinama: Procesas, kai judantis laidus skystis sukuria ir palaiko magnetinį lauką.
- Konvekcija: Judėjimas skystyje, kurį sukelia temperatūros arba sudėties skirtumai, kai karštas skystis kyla, o šaltas leidžiasi žemyn.
- Paleomagnetizmas: Tyrimas apie praeities Žemės magnetinį lauką, užfiksuotą uolienose ir nuosėdose.
Trumpi klausimai
Ar Žemės magnetinis laukas išlieka toks pats?
Ne. Jis kinta lėtai ir per tūkstančius ar milijonus metų gali apsikeisti vietomis, todėl šiaurė ir pietūs apsikeičia vietomis.
Ar magnetinis laukas gali išnykti?
Laukas gali susilpnėti ir keistis, tačiau geodinamo procesas vyksta jau milijardus metų ir tikimasi, kad tęsis; galimi laikini silpnumo laikotarpiai.
Ar kompasai visada rodo į Šiaurės ašigalį?
Kompasai rodo išilgai magnetinio lauko linijų link magnetinės šiaurės, kuri juda ir nėra tiksliai geografinis Šiaurės ašigalis.