En el último siglo, varios científicos han propuesto varias suposiciones sobre el campo magnético de la Tierra. Según uno de ellos, el campo aparece como resultado de la rotación del planeta alrededor de su eje.

Se basa en el curioso efecto Barnett-Einstein, que es que cuando cualquier cuerpo gira, surge un campo magnético. Los átomos en este efecto tienen su propio momento magnético, ya que giran alrededor de su eje. Así es como aparece el campo magnético de la Tierra. Sin embargo, esta hipótesis no resistió las pruebas experimentales. Resultó que el campo magnético obtenido de una manera tan no trivial es varios millones de veces más débil que el real.

Otra hipótesis se basa en la apariencia campo magnético debido al movimiento circular de partículas cargadas (electrones) en la superficie del planeta. También resultó insostenible. El movimiento de los electrones puede provocar la aparición de un campo muy débil, además, esta hipótesis no explica la inversión del campo magnético terrestre. Se sabe que el polo norte magnético no coincide con el norte geográfico.

Corrientes de viento solar y manto

El mecanismo de formación del campo magnético de la Tierra y otros planetas. Sistema solar no se ha estudiado completamente y hasta ahora sigue siendo un misterio para los científicos. Sin embargo, una hipótesis propuesta explica bastante bien la inversión y la magnitud de la inducción del campo real. Se basa en el trabajo de las corrientes internas de la Tierra y el viento solar.

Las corrientes internas de la Tierra fluyen en el manto, que está formado por sustancias con muy buena conductividad. El núcleo es la fuente actual. La energía se transfiere del núcleo a la superficie de la tierra por convección. Así, se observa un movimiento constante de materia en el manto, que forma un campo magnético según la conocida ley del movimiento de partículas cargadas. Si asociamos su aparición solo con corrientes internas, resulta que todos los planetas cuya dirección de rotación coincida con la dirección de rotación de la Tierra deben tener un campo magnético idéntico. Sin embargo, no lo es. El polo norte geográfico de Júpiter coincide con el polo norte magnético.

No solo las corrientes internas están involucradas en la formación del campo magnético de la Tierra. Se sabe desde hace mucho tiempo que reacciona al viento solar, una corriente de partículas de alta energía que emana del Sol como resultado de las reacciones que ocurren en su superficie.

El viento solar por su naturaleza es electricidad(movimiento de partículas cargadas). Al dejarse llevar por la rotación de la Tierra, crea una corriente circular, lo que provoca la aparición del campo magnético terrestre.

Todavía recordamos sobre el campo magnético de la escuela, eso es lo que es, "aparece" en la memoria de no todos. Actualicemos lo que hemos pasado, y quizás le digamos algo nuevo, útil e interesante.

Determinación del campo magnético.

Un campo magnético es un campo de fuerza que actúa sobre cargas eléctricas en movimiento (partículas). Gracias a este campo de fuerza, los objetos se atraen entre sí. Hay dos tipos de campos magnéticos:

  1. Gravitacional: se forma exclusivamente cerca de partículas elementales y su fuerza varía según las características y la estructura de estas partículas.
  2. Dinámico, generado en objetos con cargas eléctricas en movimiento (transmisores de corriente, sustancias magnetizadas).

Por primera vez, la denominación para el campo magnético fue introducida por M. Faraday en 1845, aunque su significado era un poco erróneo, ya que se creía que tanto los efectos eléctricos como magnéticos y las interacciones se llevan a cabo a partir de un mismo campo material. . Más tarde, en 1873, D. Maxwell "presentó" Teoría cuántica, en el que estos conceptos comenzaron a separarse, y el campo de fuerza previamente derivado se denominó campo electromagnético.

¿Cómo aparece un campo magnético?

El ojo humano no percibe los campos magnéticos de varios objetos y solo sensores especiales pueden registrarlos. La fuente de la aparición de un campo de fuerza magnético a escala microscópica es el movimiento de micropartículas magnetizadas (cargadas), que son:

  • iones
  • electrones
  • protones.

Su movimiento se produce debido al momento magnético de giro, que está presente en cada micropartícula.


Campo magnético, ¿dónde puedes encontrarlo?

Por extraño que parezca, casi todos los objetos que nos rodean tienen su propio campo magnético. Aunque en el concepto de muchos, solo un guijarro llamado imán tiene un campo magnético, que atrae objetos de hierro... De hecho, la fuerza de atracción está en todos los objetos, solo que se manifiesta en una valencia menor.

También conviene aclarar que un campo de fuerza, llamado magnético, aparece solo bajo la condición de que se muevan cargas o cuerpos eléctricos.


Las cargas inamovibles tienen un campo de fuerza eléctrico (también puede estar presente en cargas en movimiento). Resulta que las fuentes del campo magnético son:

  • magnetos permanentes;
  • cargas móviles.

De acuerdo a ideas modernas, se formó hace unos 4.500 millones de años, y desde ese momento nuestro planeta está rodeado por un campo magnético. Todo en la Tierra, incluidas las personas, los animales y las plantas, se ve afectado.

El campo magnético se extiende a una altitud de aproximadamente 100.000 km (Fig. 1). Desvía o captura partículas del viento solar, que son destructivas para todos los organismos vivos. Estas partículas cargadas forman el cinturón de radiación de la Tierra, y el área completa del espacio cercano a la Tierra en el que se encuentran se llama magnetosfera(Figura 2). Desde el lado de la Tierra iluminado por el Sol, la magnetosfera está limitada por una superficie esférica con un radio de aproximadamente 10-15 radios terrestres, y con lado opuesto se alarga como una cola cometaria a una distancia de hasta varios miles de radios terrestres, formando una cola geomagnética. La magnetosfera está separada del campo interplanetario por una región de transición.

Polos magnéticos de la tierra

El eje del imán de la tierra está inclinado con respecto al eje de rotación de la tierra en 12 °. Se encuentra a unos 400 km del centro de la Tierra. Los puntos en los que este eje cruza la superficie del planeta son: polos magnéticos. Los polos magnéticos de la Tierra no se alinean con los verdaderos polos geográficos. En la actualidad, las coordenadas de los polos magnéticos son las siguientes: norte - 77 ° N. y 102 ° W; sur - (65 ° S y 139 ° E).

Arroz. 1. La estructura del campo magnético de la Tierra

Arroz. 2. La estructura de la magnetosfera

Las líneas de fuerza que van de un polo magnético a otro se denominan meridianos magnéticos... Se forma un ángulo entre el meridiano magnético y geográfico, llamado declinación magnética... Cada lugar de la Tierra tiene su propio ángulo de declinación. En la región de Moscú, el ángulo de declinación es de 7 ° al este y en Yakutsk, unos 17 ° al oeste. Esto significa que el extremo norte de la aguja de la brújula en Moscú se desvía en T a la derecha del meridiano geográfico que pasa por Moscú, y en Yakutsk, en 17 ° a la izquierda del meridiano correspondiente.

Una aguja magnética suspendida libremente se ubica horizontalmente solo en la línea del ecuador magnético, que no coincide con la geográfica. Moviéndose al norte del ecuador magnético, el extremo norte de la flecha descenderá gradualmente. El ángulo formado por la aguja magnética y el plano horizontal se llama inclinación magnética... En los polos magnéticos norte y sur, la inclinación magnética es máxima. Es igual a 90 °. En el Polo Magnético Norte, la aguja magnética suspendida libremente se instalará verticalmente con el extremo Norte hacia abajo, y en el Polo Magnético Sur, su extremo Sur bajará. Por lo tanto, la flecha magnética muestra la dirección de las líneas del campo magnético sobre la superficie de la tierra.

Con el tiempo, la posición de los polos magnéticos con respecto a superficie terrestre está cambiando.

El polo magnético fue descubierto por el explorador James K. Ross en 1831, a cientos de kilómetros de su ubicación actual. En promedio, se mueve 15 km en un año. V últimos años la velocidad de movimiento de los polos magnéticos se ha incrementado dramáticamente. Por ejemplo, el Polo Norte Magnético se mueve ahora a una velocidad de unos 40 km por año.

El cambio en los polos magnéticos de la Tierra se llama inversión de campo magnético.

A lo largo de historia geologica de nuestro planeta, el campo magnético de la tierra ha cambiado su polaridad más de 100 veces.

El campo magnético se caracteriza por su fuerza. En algunos lugares de la Tierra, las líneas magnéticas de fuerza se desvían del campo normal, formando anomalías. Por ejemplo, en la región de la anomalía magnética de Kursk (KMA), la intensidad del campo es cuatro veces mayor de lo normal.

Hay cambios diarios en el campo magnético de la Tierra. La razón de estos cambios en el campo magnético de la Tierra son las corrientes eléctricas que fluyen en la atmósfera a alta altitud... Son provocados por la radiación solar. Por la acción del viento solar, el campo magnético de la Tierra se distorsiona y adquiere un "rastro" en la dirección del Sol, que se extiende por cientos de miles de kilómetros. El principal motivo de la aparición del viento solar, como ya sabemos, son las grandiosas eyecciones de materia de la corona solar. Al moverse hacia la Tierra, se convierten en nubes magnéticas y provocan perturbaciones fuertes, a veces extremas, en la Tierra. Perturbaciones particularmente fuertes del campo magnético de la Tierra - tormentas magnéticas. Algunas tormentas magnéticas comienzan de forma inesperada y casi simultáneamente en toda la Tierra, mientras que otras se desarrollan gradualmente. Pueden durar varias horas o incluso días. A menudo, las tormentas magnéticas ocurren 1-2 días después de una erupción solar debido al paso de la Tierra a través de una corriente de partículas expulsadas por el Sol. Basado en el tiempo de retraso, la velocidad de tal flujo corpuscular se estima en varios millones de km / h.

Durante fuertes tormentas magnéticas, el trabajo normal telégrafo, teléfono y radio.

Las tormentas magnéticas se observan a menudo en latitudes 66-67 ° (en la zona de las auroras) y ocurren simultáneamente con las auroras.

La estructura del campo magnético de la Tierra cambia según la latitud del área. La permeabilidad del campo magnético aumenta hacia los polos. Por encima de las regiones polares, las líneas de fuerza del campo magnético son más o menos perpendiculares a la superficie de la tierra y tienen una configuración en forma de embudo. A través de ellos, parte del viento solar del lado diurno penetra en la magnetosfera y luego en la atmósfera superior. Las partículas de la cola de la magnetosfera se precipitan aquí durante el período de tormentas magnéticas, alcanzando los límites de la atmósfera superior en las altas latitudes de los hemisferios norte y sur. Son estas partículas cargadas las que causan las auroras aquí.

Entonces, las tormentas magnéticas y los cambios diarios en el campo magnético se explican, como ya hemos descubierto, por la radiación solar. Pero, ¿cuál es la principal razón del magnetismo permanente de la Tierra? Teóricamente, fue posible demostrar que el 99% del campo magnético de la Tierra es causado por fuentes ocultas en el interior del planeta. El principal campo magnético se debe a fuentes ubicadas en las profundidades de la Tierra. Se pueden dividir aproximadamente en dos grupos. La mayoría de ellos están asociados a procesos en el núcleo de la tierra, donde, debido a los movimientos continuos y regulares de una sustancia eléctricamente conductora, se crea un sistema de corrientes eléctricas. La otra se debe al hecho de que las rocas corteza al ser magnetizados por el campo eléctrico principal (el campo del núcleo), crean su propio campo magnético, que se suma al campo magnético del núcleo.

Además del campo magnético, existen otros campos alrededor de la Tierra: a) gravitacionales; b) eléctrico; c) térmica.

Campo gravitacional La tierra se llama campo de gravedad. Se dirige a lo largo de una plomada perpendicular a la superficie del geoide. Si la Tierra tuviera la forma de un elipsoide de revolución y las masas estuvieran distribuidas uniformemente en ella, entonces tendría un campo gravitacional normal. La diferencia entre la fuerza del campo gravitacional real y la teórica es la anomalía gravitatoria. Varios materiales de composición, densidad. rocas causar estas anomalías. Pero también son posibles otras razones. Pueden explicarse por el siguiente proceso: el equilibrio de la corteza dura y relativamente liviana en el manto superior más pesado, donde se iguala la presión de las capas superpuestas. Estas corrientes provocan deformaciones tectónicas, movimiento placas litosféricas y así crear un macrorrelieve de la Tierra. La gravedad contiene la atmósfera, la hidrosfera, las personas, los animales de la Tierra. La fuerza de la gravedad debe tenerse en cuenta al estudiar procesos en envolvente geográfica... El término " geotropismo”Se refiere a los movimientos de crecimiento de los órganos vegetales, que, bajo la influencia de la fuerza de la gravedad, siempre proporcionan la dirección vertical de crecimiento de la raíz primaria perpendicular a la superficie de la Tierra. La biología gravitacional utiliza plantas como objetos experimentales.

Si no se tiene en cuenta la gravedad, es imposible calcular los datos iniciales para el lanzamiento de misiles y naves espaciales, hacer prospección gravimétrica de minerales minerales y, finalmente, un mayor desarrollo de la astronomía, la física y otras ciencias es imposible.

Campo magnético Se llama un tipo especial de materia, diferente de una sustancia, a través del cual se transmite el efecto de un imán sobre otros cuerpos.

Un campo magnetico surge en el espacio que rodea las cargas eléctricas en movimiento y los imanes permanentes. Solo afecta a las cargas móviles. Bajo la influencia de fuerzas electromagnéticas, las partículas cargadas en movimiento se desvían

Desde su trayectoria original en dirección perpendicular al campo.

Los campos magnético y eléctrico son inseparables y juntos forman un solo campo electromagnético. Cada cambio campo eléctrico conduce a la aparición de un campo magnético y, a la inversa, cualquier cambio en el campo magnético va acompañado de la aparición de un campo eléctrico. El campo electromagnético se propaga a la velocidad de la luz, es decir, 300.000 km / s.

Es bien conocida la acción de los imanes permanentes y electroimanes sobre los cuerpos ferromagnéticos, la existencia y unidad indisoluble de los polos de los imanes y su interacción (los polos contrarios se atraen, los polos iguales se repelen). similar

con los polos magnéticos de la tierra, los polos de los imanes se llaman norte y sur.

El campo magnético está representado gráficamente por líneas magnéticas de fuerza, que establecen la dirección del campo magnético en el espacio (Fig. 1). Estas líneas no tienen principio ni fin, es decir esta cerrado.

Las líneas de fuerza del campo magnético de un conductor recto son círculos concéntricos que encierran el cable. Cuanto más fuerte sea la corriente, más fuerte será el campo magnético alrededor del cable. Con la distancia del cable con la corriente, el campo magnético se debilita.

En el espacio que rodea a un imán o electroimán, la dirección desde polo norte a sur. Cuanto más intenso sea el campo magnético, mayor será la densidad de las líneas de fuerza.

Se determina la dirección de las líneas del campo magnético. regla de gimlet:.

Arroz. 1. Campo magnético de imanes:

directo; b - herradura

Arroz. 2. Campo magnético:

a - alambre recto; b - bobina inductiva

Si el tornillo se atornilla en la dirección de la corriente, las líneas de fuerza magnéticas magnéticas se dirigirán a lo largo del curso del tornillo (Fig.2 a)

Para obtener un campo magnético más fuerte, se utilizan bobinas inductivas con un devanado de alambre. En este caso, los campos magnéticos de las vueltas individuales de la bobina inductiva se agregan y sus líneas de fuerza se fusionan en un común. flujo magnético.

Las líneas magnéticas de fuerza salen de la bobina inductiva.

en el extremo donde la corriente se dirige en sentido antihorario, es decir, este extremo es el polo norte magnético (Fig. 2, b).

Cuando cambia la dirección de la corriente en la bobina inductiva, también cambiará la dirección del campo magnético.

Campo magnético y sus características. Cuando una corriente eléctrica pasa a través de un conductor, un un campo magnético. Un campo magnetico representa uno de los tipos de materia. Posee energía, que se manifiesta en forma de fuerzas electromagnéticas que actúan sobre cargas eléctricas en movimiento separadas (electrones e iones) y sobre sus flujos, es decir, la corriente eléctrica. Bajo la influencia de fuerzas electromagnéticas, las partículas cargadas en movimiento se desvían de su trayectoria original en una dirección perpendicular al campo (Fig. 34). Se forma el campo magnético solo alrededor de cargas eléctricas en movimiento, y su acción también se extiende solo a cargas en movimiento. Campos magnéticos y eléctricos inseparables y juntos forman un solo campo electromagnetico... Cada cambio campo eléctrico conduce a la aparición de un campo magnético y, a la inversa, cualquier cambio en el campo magnético va acompañado de la aparición de un campo eléctrico. Campo electromagnetico se propaga a la velocidad de la luz, es decir, 300.000 km / s.

Representación gráfica del campo magnético. Gráficamente, el campo magnético está representado por líneas magnéticas de fuerza, que se dibujan de modo que la dirección de la línea de fuerza en cada punto del campo coincida con la dirección de las fuerzas del campo; Las líneas magnéticas de fuerza son siempre continuas y cerradas. La dirección del campo magnético en cada punto se puede determinar usando la flecha magnética. El polo norte de la flecha siempre se establece en la dirección de las fuerzas de campo. El extremo del imán permanente, del cual emergen las líneas de fuerza (Fig.35, a), se considera Polo Norte, y el extremo opuesto, que incluye las líneas de fuerza, - Polo Sur(las líneas de fuerza que corren dentro del imán no se muestran). La distribución de las líneas de fuerza entre los polos de un imán plano se puede detectar utilizando limaduras de acero vertidas sobre una hoja de papel colocada sobre los polos (Fig. 35, b). El campo magnético en el espacio de aire entre dos polos opuestos paralelos de un imán permanente se caracteriza por una distribución uniforme de líneas magnéticas de fuerza (Fig. 36) (no se muestran las líneas de fuerza que pasan dentro del imán).

Arroz. 37. Flujo magnético que penetra en la bobina en posiciones perpendicular (a) y oblicua (b) con respecto a la dirección de las líneas del campo magnético.

Para una representación más visual del campo magnético, las líneas de fuerza se colocan con menos frecuencia o más densas. En aquellos lugares donde el papel magnético es más fuerte, se ubican las líneas de fuerza. amigo más cercano a un amigo, en el mismo lugar donde es más débil, más lejos el uno del otro. Las líneas de fuerza no se cruzan en ningún lado.

En muchos casos, es conveniente considerar las líneas de fuerza magnéticas como unos filamentos elásticos estirados que tienden a contraerse, y además se repelen mutuamente (tienen un empuje lateral mutuo). Tal representación mecánica de líneas de fuerza le permite explicar visualmente la aparición de fuerzas electromagnéticas durante la interacción de un campo magnético y un conductor con la corriente, así como dos campos magnéticos.

Las principales características de un campo magnético son la inducción magnética, el flujo magnético, la permeabilidad y la intensidad del campo magnético.

Inducción magnética y flujo magnético. La intensidad del campo magnético, es decir, su capacidad para realizar un trabajo, está determinada por una cantidad llamada inducción magnética. Cuanto más fuerte es el campo magnético creado por un imán permanente o un electroimán, más inducción tiene. La inducción magnética B se puede caracterizar por la densidad de las líneas de fuerza magnéticas, es decir, el número de líneas de fuerza que atraviesan un área de 1 m 2 o 1 cm 2, ubicada perpendicular al campo magnético. Distinga entre campos magnéticos homogéneos y no uniformes. En un campo magnético uniforme, la inducción magnética en cada punto del campo tiene el mismo valor y dirección. Un campo en un espacio de aire entre polos opuestos de un imán o electroimán (ver Figura 36) a cierta distancia de sus bordes puede considerarse uniforme. El flujo magnético Ф que atraviesa cualquier superficie está determinado por el número total de líneas magnéticas de fuerza que penetran en esta superficie, por ejemplo, la bobina 1 (Fig.37, a), por lo tanto, en un campo magnético uniforme

Ф = BS (40)

donde S es el área de la sección transversal de la superficie a través de la cual pasan las líneas magnéticas de fuerza. De ello se deduce que en tal campo, la inducción magnética es igual al flujo dividido por el área de la sección transversal S:

B = F/ S (41)

Si alguna superficie se ubica oblicuamente con respecto a la dirección de las líneas del campo magnético (Fig.37, b), entonces el flujo que la penetra será menor que cuando es perpendicular a ella, es decir, Ф 2 será menor que Ф 1.

En el sistema SI de unidades, el flujo magnético se mide en Weber (Vb), esta unidad tiene la dimensión V * s (voltio-segundo). La inducción magnética en unidades SI se mide en tesla (T); 1 T = 1 Wb / m 2.

Permeabilidad magnética. La inducción magnética depende no solo de la fuerza de la corriente que pasa a través de un conductor recto o bobina, sino también de las propiedades del medio en el que se crea el campo magnético. ¿La cantidad que caracteriza las propiedades magnéticas del medio es la permeabilidad magnética absoluta? una. Su unidad de medida es Henry por metro (1 H / m = 1 Ohm * s / m).
En un medio con mayor permeabilidad magnética, una corriente eléctrica de cierta fuerza crea un campo magnético con mayor inducción. Se ha establecido que la permeabilidad magnética del aire y todas las sustancias, con la excepción de los materiales ferromagnéticos (ver § 18), tiene aproximadamente el mismo valor que la permeabilidad magnética del vacío. La permeabilidad magnética absoluta del vacío se llama constante magnética ,? o = 4? * 10 -7 H / m. La permeabilidad magnética de los materiales ferromagnéticos es miles e incluso decenas de miles de veces mayor que la permeabilidad magnética de las sustancias no ferromagnéticas. ¿Relación de permeabilidad? y alguna sustancia a la permeabilidad magnética del vacío? o se llama permeabilidad magnética relativa:

? =? a /? O (42)

Intensidad del campo magnético. La intensidad Y no depende de las propiedades magnéticas del medio, pero tiene en cuenta la influencia de la intensidad de la corriente y la forma de los conductores sobre la intensidad del campo magnético en un punto dado del espacio. La inducción magnética y la tensión están relacionadas.

H = B /? a = B / (?? o) (43)

En consecuencia, en un medio con permeabilidad magnética constante, la inducción del campo magnético es proporcional a su fuerza.
La intensidad del campo magnético se mide en amperios por metro (A / m) o amperios por centímetro (A / cm).