Магнитное поле — это область пространства, в которой проявляются магнитные взаимодействия между различными телами.
Оно создаётся движением электрических зарядов, например, электрическим током в проводнике или вращением электронов в атомах.
Магнитное поле играет важную роль в различных аспектах жизни, начиная от фундаментальных физических явлений и заканчивая широким спектром технологических применений.
Вот несколько интересных фактов о магнитном поле:
- Магнитное поле способно воздействовать на частицы за счёт силы Лоренца. Эта сила, действующая на электрически заряженную частицу в магнитном поле, зависит от величины заряда, скорости частицы и напряжённости магнитного поля.
- Некоторые материалы, такие как железо, являются ферромагнетиками. Это означает, что они могут поддерживать постоянное магнитное поле.
- Магнитные поля генерируются движением электрических зарядов.
- Источники магнитного поля являются дипольными. Это означает, что у них есть северный и южный полюса.
- Существуют разные формы магнетизма. Например, диамагнетизм вызван орбитальным движением электронов внутри атомов, создающих крошечные петли, генерирующие слабые магнитные поля.
Представляем вам пять удивительных фактов о магнитных полях:
1. Магнитные мотыльки
На фото: мотылёк Agrotis infusa. Автор фото: Donald Hobern.
Каждый год весной огромное число мотыльков вида Agrotis infusa, которых называют богонгами, отправляются в путешествие через Юго-Восточную Австралию к пещерам в Австралийских Альпах. Там они проводят лето, а потом вновь возвращаются к родным местам для размножения. Этот путь составляет больше одной тысячи километров.
Это явление исследовал шведский учёный Эрик Уоррант. Он установил, что в полётах мотыльки пользуются глобальным магнитным полем Земли для ориентирования наподобие птиц. Это первый выявленный факт использования магнитных полей у ночных насекомых. Ранее считалось, что для ориентира они используют звёзды и Луну.
Мозг этих насекомых не так развит, чтобы передавать знания о маршруте из поколения в поколение. Учёные в лаборатории выяснили, что кроме магнитных полей, они также используют простые визуальные ориентиры. Они летят по магнитным линиям и простым ориентирам на местности. Но учёные до сих пор в недоумении, как такие простые насекомые способны точно преодолевать такое огромное расстояние и улавливать магнитные поля.
2. Магнитная смена полюсов Земли
На изображении вы видите магнитную аномалию, зафиксированную на высоте 560 км.
Магнитное поле окутывают нашу планету. Магнитное поле Земли также даёт нам защиту от космической радиации и солнечного ветра. Но этот невидимый щит быстро слабеет. Тенденция такова, что полюса планеты могут в скором времени поменяться.
Такое уже происходило не раз в истории Земли. Последний раз это было примерно 780 000 лет назад, а новая инверсия может случиться уже через 40 000 лет. По земным меркам это не так много.
Такие выводы учёным позволила сделать Южно-Атлантическая аномалия магнитного поля Земли (или Бразильская магнитная аномалия). Это огромная территория от Чили до Зимбабве в Африке. В этом месте магнитное поле настолько слабое, что пролетающие спутники, телескопы и другие околоземные объекты нередко перестают функционировать.
Учёные сравнивают это огромное пятно со вмятиной на кожуре апельсина. Разрушительные потоки радиации и ветра из космоса проходят через магнитный разлом, подвергая опасности космические аппараты и электронику.
В 2018 году была обнаружена ещё одна аномалия, на этот раз простирающаяся от ЮАР до Ботсваны. Вот только случалась она далеко в прошлом. Когда фермеры железного века жгли свои глиняные дома, огонь расплавлял магнитные минералы таким образом, что после их остывания можно увидеть направление магнитных линий того времени. В течение 1500 лет локальное электромагнитное пятно то расширялось, то сжималось, ослаблялось или полностью изменяло направление.
Эти сдвиги позволяют предположить, что южно-атлантическая аномалия уже случалась ранее в рамках подготовки к глобальному изменению поля. Если это так, то необычное магнитное пятно под мантией южной части Африки может стать той точкой, с которой начнётся смена полюсов.
3. Отражённый удар солнечного ветра
Скорость Земли в космическом пространстве составляет 108 000 км/час. Наше магнитное поле, словно ножом, разрезает себе путь сквозь космическую радиацию и солнечный ветер. Солнечный ветер чрезвычайно горячий и турбулентный. Раньше учёные считали, что солнечный ветер слабеет до достижения поверхности Земли, но оказалось, всё немного по-другому.
Потоки солнечной радиации завихряются в верхних слоях атмосферы, попадая в магнитные ловушки, а затем отражаются обратно в космос. Если бы магнитное поле не защищало нас, то всё живое на планете давно бы поджарилось. Сильные всплески всё же проникают через атмосферу, вызывая магнитные бури.
Исследуя этот процесс, который называется магнитным пересоединением, учёные хотят разработать защиту для космонавтов, чтобы человек мог перенести дальние полёты в космос к другим планетам.
4. Новая магнитная среда
Астрономам удалось снять процесс противостояния магнитного поля Земли солнечному ветру. Для этого потребовались дополнительные спутники.
Впервые удалось понаблюдать за процессом формирования магнитной защиты Земли. Этот процесс назвали магнитным пересоединением. Процесс представляет собой соединение невидимых магнитных линий противоположных полюсов между собой. Заряженные частицы направляются по линиям вниз. Явление происходило за границей магнитосферы. Новый магнитный процесс назвали электронным магнитным пересоединением.
Астрономы утверждают, что глубокое изучение этого процесса позволит лучше понять устройство Вселенной и пространства и позволит улучшить защиту планеты от радиации.
5. Магнитное поле Земли перемещается
Анимация движения магнитного полюса Землю с 1900 по 2020 годы.
По непонятным причинам магнитное поле Земли медленно перемещается. Это происходит из-за гигантских волн в жидком теле планеты.
На поверхности Земли также есть волны, которые называются волнами Россби. Это движение атмосферы и частиц, волн планеты в западном направлении. Большая часть волн в ядре планеты движется на восток в противопоставлении им. Так формируется общее магнитное поле Земли.
Чтобы проще понять этот эффект, можно представить стакан чая или кофе, который помешали вкруговую. На поверхности образуются неравномерные всплески. Эти всплески на поверхности Земли и есть волны Россби, которые искажают поток внутренних волн, смещая магнитное поле в западном направлении. Смещение происходило на расстояние до 15 километров ежегодно, но с 1990 годов мы учёные наблюдают ускорение движения магнитных полюсов до 55 километров в год.
В последние годы скорость перемещения магнитных полюсов значительно увеличилась. Так в конце 2018 года Северный магнитный полюс Земли переместился в восточное полушарие и направляется от арктического канадского побережья в сторону российской Северной Земли.
В заключение
Это были 5 увлекательных фактов о магнитных полях.
Вот некоторые учёные, которые внесли значительный вклад в изучение магнитного поля:
- Эрстед — обнаружил отклонение стрелки компаса, расположенного вблизи проводника с током.
- Ампер — математически описал взаимодействие токонесущего проводника с магнитом и взаимодействие проводников между собой.
- Фарадей — опытным путём обнаружил явление электромагнитной индукции.
- Максвелл — создал теорию электромагнитного поля, обобщив математически уже известные электрические и магнитные явления.
Магнитное поле можно обнаружить по его воздействию на проводник с током.
Например, если собрать электрическую цепь, то:
- Пока ключ не замкнут, с проводником ничего не происходит.
- Если замкнуть ключ, проводник начнёт двигаться внутрь магнита.
- Если поменять полюсы источника тока, проводник будет двигаться в противоположную сторону.
Курская магнитная аномалия (КМА) — самый мощный на Земле железорудный бассейн, один из крупнейших по запасам богатой железной руды районов в мире.
Расположен в пределах Курской, Белгородской и Орловской областей. Курская магнитная аномалия признана крупнейшей магнитной аномалией на Земле.
В настоящее время границы простирания залежей железных руд КМА охватывают площадь размером свыше 160 тыс. км², захватывая территории девяти областей Центра и Юга России. Запасы богатых железных руд и железистых кварцитов уникального бассейна составляют миллиарды тонн.
Компас — это физический прибор, предназначенный для определения сторон горизонта.
Он состоит из намагниченной стрелки, которая всегда показывает на север.
Чтобы сориентировать компас, его устанавливают в горизонтальном положении так, чтобы стрелка не касалась корпуса. Поворачивая компас, совмещают тёмный конец стрелки с указателем «С» (север).
Компас был изобретён в Древнем Китае.
Китайский учёный Шэнь Ко придумал использовать компас как навигационный инструмент во времена династии Сун.