Au siècle dernier, divers scientifiques ont avancé plusieurs hypothèses sur le champ magnétique terrestre. Selon l'une d'elles, le champ apparaît comme le résultat de la rotation de la planète autour de son axe.

Il est basé sur le curieux effet Barnet-Einstein, qui réside dans le fait que lorsqu'un corps tourne, un champ magnétique apparaît. Les atomes dans cet effet ont leur propre moment magnétique, car ils tournent autour de leur propre axe. C'est ainsi que le champ magnétique terrestre apparaît. Cependant, cette hypothèse n'a pas résisté aux tests expérimentaux. Il s'est avéré que le champ magnétique obtenu d'une manière aussi non triviale est plusieurs millions de fois plus faible que le vrai.

Une autre hypothèse est basée sur l'apparence champ magnétique en raison du mouvement circulaire des particules chargées (électrons) à la surface de la planète. Elle aussi était incompétente. Le mouvement des électrons peut provoquer l'apparition d'un champ très faible, de plus cette hypothèse n'explique pas l'inversion du champ magnétique terrestre. On sait que le pôle nord magnétique ne coïncide pas avec le nord géographique.

Vent solaire et courants du manteau

Le mécanisme de formation du champ magnétique de la Terre et des autres planètes système solaire pas entièrement compris et reste encore un mystère pour les scientifiques. Cependant, une hypothèse proposée explique assez bien l'inversion et l'amplitude de l'induction de champ réel. Il est basé sur le travail des courants internes de la Terre et du vent solaire.

Les courants internes de la Terre circulent dans le manteau, constitué de substances à très bonne conductivité. Le noyau est la source actuelle. L'énergie du noyau à la surface de la terre est transférée par convection. Ainsi, dans le manteau, il y a un mouvement constant de matière, qui forme un champ magnétique selon la loi bien connue du mouvement des particules chargées. Si l'on associe son apparition uniquement aux courants internes, il s'avère que toutes les planètes dont le sens de rotation coïncide avec le sens de rotation de la Terre doivent avoir un champ magnétique identique. Cependant, ce n'est pas le cas. Le pôle nord géographique de Jupiter coïncide avec le nord magnétique.

Il n'y a pas que les courants internes qui sont impliqués dans la formation du champ magnétique terrestre. On sait depuis longtemps qu'il réagit au vent solaire, un flux de particules de haute énergie provenant du Soleil à la suite de réactions se produisant à sa surface.

Le vent solaire est intrinsèquement électricité(mouvement de particules chargées). Entraîné par la rotation de la Terre, il crée un courant circulaire, qui conduit à l'apparition du champ magnétique terrestre.

Nous nous souvenons encore du champ magnétique de l'école, c'est juste ce que c'est, "apparaît" dans les mémoires de tout le monde. Rafraîchissons ce que nous avons vécu, et peut-être vous dirons-nous quelque chose de nouveau, d'utile et d'intéressant.

Détermination du champ magnétique

Un champ magnétique est un champ de force qui agit sur des charges électriques en mouvement (particules). En raison de ce champ de force, les objets sont attirés les uns vers les autres. Il existe deux types de champs magnétiques :

  1. Gravitationnel - est formé exclusivement près des particules élémentaires et viruetsya dans sa force basée sur les caractéristiques et la structure de ces particules.
  2. Dynamique, produite dans des objets avec des charges électriques en mouvement (émetteurs de courant, substances magnétisées).

Pour la première fois, la désignation du champ magnétique a été introduite par M. Faraday en 1845, bien que sa signification soit un peu erronée, car on croyait que les effets et l'interaction électriques et magnétiques étaient basés sur le même champ matériel. Plus tard en 1873, D. Maxwell "présenta" théorie des quanta, dans lequel ces concepts ont commencé à être séparés, et le champ de force précédemment dérivé s'appelait le champ électromagnétique.

Comment apparaît un champ magnétique ?

Les champs magnétiques de divers objets ne sont pas perçus par l'œil humain et seuls des capteurs spéciaux peuvent le réparer. La source de l'apparition d'un champ de force magnétique à l'échelle microscopique est le mouvement de microparticules magnétisées (chargées), qui sont :

  • les ions ;
  • électrons ;
  • protons.

Leur mouvement se produit en raison du moment magnétique de spin, qui est présent dans chaque microparticule.


Champ magnétique, où le trouver ?

Aussi étrange que cela puisse paraître, presque tous les objets qui nous entourent ont leur propre champ magnétique. Bien que dans le concept de beaucoup, seul un caillou appelé aimant a un champ magnétique, qui attire objets en fer. En fait, la force d'attraction est dans tous les objets, elle ne se manifeste que dans une valence inférieure.

Il convient également de préciser que le champ de force, dit magnétique, n'apparaît que sous la condition que des charges électriques ou des corps soient en mouvement.


Les charges immobiles ont un champ de force électrique (il peut également être présent dans les charges mobiles). Il s'avère que les sources du champ magnétique sont :

  • aimants permanents;
  • frais de téléphonie mobile.

Selon idées modernes, formé il y a environ 4,5 milliards d'années, et depuis ce moment, notre planète est entourée d'un champ magnétique. Tout sur Terre, y compris les personnes, les animaux et les plantes, en est affecté.

Le champ magnétique s'étend jusqu'à une hauteur d'environ 100 000 km (Fig. 1). Il dévie ou capte les particules du vent solaire qui sont nocives pour tous les organismes vivants. Ces particules chargées forment la ceinture de rayonnement terrestre et toute la région de l'espace proche de la Terre dans laquelle elles se trouvent est appelée magnétosphère(Fig. 2). Du côté de la Terre éclairé par le Soleil, la magnétosphère est délimitée par une surface sphérique d'un rayon d'environ 10-15 rayons terrestres, et de le côté opposé il s'allonge comme la queue d'une comète sur une distance allant jusqu'à plusieurs milliers de rayons terrestres, formant une queue géomagnétique. La magnétosphère est séparée du champ interplanétaire par une région de transition.

pôles magnétiques de la Terre

L'axe de l'aimant terrestre est incliné par rapport à l'axe de rotation de la terre de 12°. Il est situé à environ 400 km du centre de la Terre. Les points où cet axe coupe la surface de la planète sont pôles magnétiques. Les pôles magnétiques de la Terre ne coïncident pas avec les vrais pôles géographiques. A l'heure actuelle, les coordonnées des pôles magnétiques sont les suivantes : nord - 77° N.L. et 102° O; sud - (65 ° S et 139 ° E).

Riz. 1. La structure du champ magnétique terrestre

Riz. 2. Structure de la magnétosphère

Les lignes de force qui vont d'un pôle magnétique à l'autre sont appelées méridiens magnétiques. Un angle se forme entre les méridiens magnétique et géographique, appelé déclinaison magnétique. Chaque endroit sur Terre a son propre angle de déclinaison. Dans la région de Moscou, l'angle de déclinaison est de 7° vers l'est, et à Iakoutsk, d'environ 17° vers l'ouest. Cela signifie que l'extrémité nord de la boussole à Moscou dévie de T à droite du méridien géographique passant par Moscou, et à Iakoutsk - de 17 ° à gauche du méridien correspondant.

Une aiguille magnétique librement suspendue est située horizontalement uniquement sur la ligne de l'équateur magnétique, qui ne coïncide pas avec la ligne géographique. Si vous vous déplacez au nord de l'équateur magnétique, l'extrémité nord de la flèche tombera progressivement. L'angle formé par une aiguille magnétique et un plan horizontal est appelé inclinaison magnétique. Aux pôles magnétiques Nord et Sud, l'inclinaison magnétique est la plus grande. Il est égal à 90°. Au pôle nord magnétique, une aiguille magnétique librement suspendue sera installée verticalement avec l'extrémité nord vers le bas, et au pôle sud magnétique, son extrémité sud descendra. Ainsi, l'aiguille magnétique indique la direction des lignes de champ magnétique au-dessus de la surface terrestre.

Au fil du temps, la position des pôles magnétiques par rapport à la surface de la terre change.

Le pôle magnétique a été découvert par l'explorateur James C. Ross en 1831, à des centaines de kilomètres de son emplacement actuel. En moyenne, il parcourt 15 km par an. À dernières années la vitesse de déplacement des pôles magnétiques a considérablement augmenté. Par exemple, le pôle nord magnétique se déplace actuellement à une vitesse d'environ 40 km par an.

L'inversion des pôles magnétiques de la Terre s'appelle inversion du champ magnétique.

Pour histoire géologique notre planète, le champ magnétique terrestre a changé de polarité plus de 100 fois.

Le champ magnétique est caractérisé par son intensité. À certains endroits sur Terre, les lignes de champ magnétique s'écartent du champ normal, formant des anomalies. Par exemple, dans la région de l'anomalie magnétique de Koursk (KMA), l'intensité du champ est quatre fois supérieure à la normale.

Il y a des changements diurnes dans le champ magnétique terrestre. La raison de ces changements dans le champ magnétique terrestre est les courants électriques qui circulent dans l'atmosphère pendant haute altitude. Ils sont causés par le rayonnement solaire. Sous l'action du vent solaire, le champ magnétique terrestre est déformé et acquiert une "queue" dans la direction du Soleil, qui s'étend sur des centaines de milliers de kilomètres. La raison principale de l'émergence du vent solaire, comme nous le savons déjà, est les éjections grandioses de matière de la couronne du Soleil. En se dirigeant vers la Terre, ils se transforment en nuages ​​magnétiques et entraînent de fortes perturbations parfois extrêmes sur la Terre. Perturbations particulièrement fortes du champ magnétique terrestre - orages magnétiques. Certains orages magnétiques commencent de manière inattendue et presque simultanément sur toute la Terre, tandis que d'autres se développent progressivement. Ils peuvent durer des heures voire des jours. Souvent, les orages magnétiques se produisent 1 à 2 jours après une éruption solaire en raison du passage de la Terre à travers un flux de particules éjectées par le Soleil. D'après le temps de retard, la vitesse d'un tel écoulement corpusculaire est estimée à plusieurs millions de km/h.

Lors de forts orages magnétiques, le travail normal télégraphe, téléphone et radio.

Les orages magnétiques sont souvent observés à une latitude de 66-67° (dans la zone des aurores) et se produisent simultanément avec les aurores.

La structure du champ magnétique terrestre varie en fonction de la latitude de la région. La perméabilité du champ magnétique augmente vers les pôles. Au-dessus des régions polaires, les lignes de champ magnétique sont plus ou moins perpendiculaires à la surface terrestre et ont une configuration en forme d'entonnoir. À travers eux, une partie du vent solaire du côté jour pénètre dans la magnétosphère, puis dans la haute atmosphère. Les particules de la queue de la magnétosphère s'y précipitent également lors des orages magnétiques, atteignant les limites de la haute atmosphère aux hautes latitudes des hémisphères nord et sud. Ce sont ces particules chargées qui provoquent les aurores ici.

Ainsi, les orages magnétiques et les changements quotidiens du champ magnétique s'expliquent, comme nous l'avons déjà découvert, par le rayonnement solaire. Mais quelle est la raison principale qui crée le magnétisme permanent de la Terre ? Théoriquement, il a été possible de prouver que 99% du champ magnétique terrestre est causé par des sources cachées à l'intérieur de la planète. Le champ magnétique principal est dû à des sources situées dans les profondeurs de la Terre. Ils peuvent être grossièrement divisés en deux groupes. La plupart d'entre eux sont liés aux processus de noyau terrestre, où, en raison des mouvements continus et réguliers d'une substance électriquement conductrice, un système de courants électriques est créé. L'autre est liée au fait que les roches la croûte terrestre, étant aimantés par le champ électrique principal (le champ du noyau), ils créent leur propre champ magnétique, qui s'ajoute au champ magnétique du noyau.

En plus du champ magnétique autour de la Terre, il existe d'autres champs : a) gravitationnel ; b) électrique ; c) thermique.

Champ de gravité La terre s'appelle le champ de gravité. Il est dirigé le long d'un fil à plomb perpendiculaire à la surface du géoïde. Si la Terre avait un ellipsoïde de révolution et que les masses y étaient uniformément réparties, elle aurait alors un champ gravitationnel normal. La différence entre l'intensité du champ gravitationnel réel et celui théorique est l'anomalie de la gravité. Diverses compositions de matériaux, densité rochers provoquer ces anomalies. Mais d'autres raisons sont également possibles. Ils peuvent s'expliquer par le processus suivant - l'équilibre de la croûte terrestre solide et relativement légère sur le manteau supérieur plus lourd, où la pression des couches sus-jacentes est égalisée. Ces courants provoquent des déformations tectoniques, des mouvements plaques lithosphériques et ainsi créer le macrorelief de la Terre. La gravité maintient l'atmosphère, l'hydrosphère, les gens, les animaux sur Terre. La force de gravité doit être prise en compte lors de l'étude des processus dans enveloppe géographique. Le terme " géotropisme”appelons les mouvements de croissance des organes végétaux, qui, sous l'influence de la force de gravité, fournissent toujours une direction verticale de croissance de la racine primaire perpendiculaire à la surface de la Terre. La biologie gravitationnelle utilise les plantes comme objets expérimentaux.

Si la gravité n'est pas prise en compte, il est impossible de calculer les données initiales pour lancer des fusées et vaisseaux spatiaux, faire l'exploration gravimétrique des minerais et, enfin, le développement ultérieur de l'astronomie, de la physique et d'autres sciences est impossible.

champ magnétique est appelé un type spécial de matière, différent de la substance, à travers lequel l'action d'un aimant est transmise à d'autres corps.

Un champ magnétique se produit dans l'espace entourant les charges électriques en mouvement et les aimants permanents. Cela n'affecte que les frais de déplacement. Sous l'influence des forces électromagnétiques, les particules chargées en mouvement sont déviées

De sa trajectoire d'origine dans une direction perpendiculaire au terrain.

Les champs magnétique et électrique sont indissociables et forment ensemble un seul champ électromagnétique. Tout changement champ électrique conduit à l'apparition d'un champ magnétique et, inversement, toute modification du champ magnétique s'accompagne de l'apparition d'un champ électrique. Le champ électromagnétique se propage à la vitesse de la lumière, soit 300 000 km/s.

L'action des aimants permanents et des électro-aimants sur les corps ferromagnétiques, l'existence et l'unité inséparable des pôles des aimants et leur interaction sont bien connues (les pôles opposés s'attirent, comme les pôles se repoussent). De la même manière

avec les pôles magnétiques de la Terre, les pôles des aimants sont appelés Nord et Sud.

Le champ magnétique est représenté visuellement par des lignes de force magnétiques, qui définissent la direction du champ magnétique dans l'espace (Fig..1). Ces lignes n'ont ni début ni fin, c'est-à-dire sont fermés.

Les lignes de force du champ magnétique d'un conducteur rectiligne sont des cercles concentriques entourant le fil. Plus le courant est fort, plus le champ magnétique autour du fil est fort. Lorsque vous vous éloignez d'un fil conducteur de courant, le champ magnétique s'affaiblit.

Dans l'espace entourant un aimant ou un électroaimant, la direction de pôle nord au sud. Plus le champ magnétique est fort, plus la densité des lignes de champ est élevée.

La direction des lignes de champ magnétique est déterminée règle de la vrille:.

Riz. 1. Champ magnétique des aimants :

a - directe ; b - fer à cheval

Riz. 2. Champ magnétique :

a - fil droit; b - bobine inductive

Si vous vissez la vis dans le sens du courant, les lignes de force magnétiques magnétiques seront dirigées le long de la vis (Fig. 2 a)

Pour obtenir un champ magnétique plus fort, des bobines inductives avec des enroulements de fil sont utilisées. Dans ce cas, les champs magnétiques des spires individuelles de la bobine inductive s'additionnent et leurs lignes de force se confondent en une ligne commune. Flux magnétique.

Lignes de champ magnétique sortant d'une bobine inductive

à l'extrémité où le courant est dirigé dans le sens antihoraire, c'est-à-dire que cette extrémité est le pôle nord magnétique (Fig. 2, b).

Lorsque la direction du courant dans la bobine inductive change, la direction du champ magnétique change également.

Champ magnétique et ses caractéristiques. Lorsqu'un courant électrique traverse un conducteur, un un champ magnétique. Un champ magnétique est l'un des types de matière. Il a de l'énergie, qui se manifeste sous la forme de forces électromagnétiques agissant sur les charges électriques mobiles individuelles (électrons et ions) et sur leurs flux, c'est-à-dire le courant électrique. Sous l'influence des forces électromagnétiques, les particules chargées en mouvement s'écartent de leur trajectoire d'origine dans une direction perpendiculaire au champ (Fig. 34). Le champ magnétique se forme uniquement autour des charges électriques en mouvement, et son action ne s'étend également qu'aux charges en mouvement. Champs magnétiques et électriques sont inséparables et forment ensemble un seul Champ électromagnétique. Tout changement champ électrique conduit à l'apparition d'un champ magnétique et, inversement, toute modification du champ magnétique s'accompagne de l'apparition d'un champ électrique. Champ électromagnétique se propage à la vitesse de la lumière, soit 300 000 km/s.

Représentation graphique du champ magnétique. Graphiquement, le champ magnétique est représenté par des lignes de force magnétiques, qui sont dessinées de telle sorte que la direction de la ligne de force en chaque point du champ coïncide avec la direction des forces du champ ; les lignes de champ magnétique sont toujours continues et fermées. La direction du champ magnétique à chaque point peut être déterminée à l'aide d'une aiguille magnétique. Le pôle nord de la flèche est toujours placé dans la direction des forces de champ. L'extrémité d'un aimant permanent, d'où sortent les lignes de force (Fig. 35, a), est considérée comme pôle Nord, et l'extrémité opposée, qui comprend les lignes de force, - pôle Sud(les lignes de champ passant à l'intérieur de l'aimant ne sont pas représentées). La répartition des lignes de force entre les pôles d'un aimant plat peut être détectée à l'aide de limaille d'acier saupoudrée sur une feuille de papier posée sur les pôles (Fig. 35, b). Le champ magnétique dans l'entrefer entre deux pôles opposés parallèles d'un aimant permanent est caractérisé par une répartition uniforme des lignes de force magnétiques (Fig. 36) (les lignes de champ passant à l'intérieur de l'aimant ne sont pas représentées).

Riz. 37. Flux magnétique pénétrant dans la bobine à la perpendiculaire (a) et à l'inclinaison (b) de ses positions par rapport à la direction des lignes de force magnétiques.

Pour une représentation plus visuelle du champ magnétique, les lignes de force sont situées moins souvent ou plus épaisses. Dans les endroits où le rôle magnétique est plus fort, les lignes de force ont ami plus proche l'un à l'autre, au même endroit où il est le plus faible - plus éloigné l'un de l'autre. Les lignes de force ne se croisent nulle part.

Dans de nombreux cas, il est commode de considérer les lignes de force magnétiques comme des fils étirés élastiques qui ont tendance à se contracter et également à se repousser mutuellement (se dilatent mutuellement latéralement). Une telle représentation mécanique des lignes de force permet d'expliquer clairement l'apparition de forces électromagnétiques lors de l'interaction d'un champ magnétique et d'un conducteur avec un courant, ainsi que de deux champs magnétiques.

Les principales caractéristiques d'un champ magnétique sont l'induction magnétique, le flux magnétique, la perméabilité magnétique et l'intensité du champ magnétique.

Induction magnétique et flux magnétique. L'intensité du champ magnétique, c'est-à-dire sa capacité à effectuer un travail, est déterminée par une quantité appelée induction magnétique. Plus le champ magnétique créé par un aimant permanent ou un électroaimant est fort, plus son induction est importante. L'induction magnétique B peut être caractérisée par la densité des lignes de force magnétiques, c'est-à-dire le nombre de lignes de force traversant une surface de 1 m 2 ou 1 cm 2 située perpendiculairement au champ magnétique. Distinguer les champs magnétiques homogènes et non homogènes. Dans un champ magnétique uniforme, l'induction magnétique en chaque point du champ a même valeur et orientation. Le champ dans l'entrefer entre les pôles opposés d'un aimant ou d'un électroaimant (voir Fig. 36) peut être considéré comme homogène à une certaine distance de ses bords. Le flux magnétique Ф traversant n'importe quelle surface est déterminé par le nombre total de lignes de force magnétiques pénétrant dans cette surface, par exemple la bobine 1 (Fig. 37, a), donc dans un champ magnétique uniforme

F = BS (40)

où S est la section transversale de la surface à travers laquelle passent les lignes de force magnétiques. Il s'ensuit que dans un tel champ l'induction magnétique est égale au flux divisé par la surface de la section S :

B = F/S (41)

Si une surface est inclinée par rapport à la direction des lignes de champ magnétique (Fig. 37, b), le flux qui la pénètre sera inférieur à celui où elle est perpendiculaire, c'est-à-dire que Ф 2 sera inférieur à Ф 1.

Dans le système d'unités SI, le flux magnétique est mesuré en webers (Wb), cette unité a la dimension V * s (volt-seconde). L'induction magnétique dans le système d'unités SI est mesurée en teslas (T); 1 T \u003d 1 Wb / m 2.

Perméabilité magnétique. L'induction magnétique dépend non seulement de l'intensité du courant traversant un conducteur rectiligne ou une bobine, mais également des propriétés du milieu dans lequel le champ magnétique est créé. La grandeur caractérisant les propriétés magnétiques du milieu est la perméabilité magnétique absolue ? une. Son unité est le henry par mètre (1 H/m = 1 Ohm*s/m).
Dans un milieu à plus grande perméabilité magnétique, un courant électrique d'une certaine intensité crée un champ magnétique avec une plus grande induction. Il a été établi que la perméabilité magnétique de l'air et de toutes les substances, à l'exception des matériaux ferromagnétiques (voir § 18), a approximativement la même valeur que la perméabilité magnétique du vide. La perméabilité magnétique absolue du vide est appelée la constante magnétique, ? o \u003d 4?* 10 -7 Gn / m. La perméabilité magnétique des matériaux ferromagnétiques est des milliers voire des dizaines de milliers de fois supérieure à la perméabilité magnétique des substances non ferromagnétiques. Taux de perméabilité ? et toute substance à la perméabilité magnétique du vide? o s'appelle la perméabilité magnétique relative :

? = ? une /? sur (42)

Intensité du champ magnétique. L'intensité And ne dépend pas des propriétés magnétiques du milieu, mais tient compte de l'influence de l'intensité du courant et de la forme des conducteurs sur l'intensité du champ magnétique en un point donné de l'espace. L'induction magnétique et l'intensité sont liées par la relation

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

Par conséquent, dans un milieu à perméabilité magnétique constante, l'induction du champ magnétique est proportionnelle à son intensité.
L'intensité du champ magnétique est mesurée en ampères par mètre (A/m) ou en ampères par centimètre (A/cm).