23847 (Гигантский магнит)

Реферат

Гигантский магнит

г. Пермь 2007

Содержание

Введение

1. Из истории открытий

2. Магнитные полюса – магнитосфера

3. Магнитные бури

3.1. Почему происходят магнитные бури?

3.2. Влияние магнитного свойства Земли на живые организмы

4. Заключение

5. Литература

6. Приложение

Введение

Вы берёте в руки компас, оттягиваете на себя рычажок, чтобы магнитная стрелка опустилась на остриё иголки. Когда стрелка успокоится, попробуйте расположить её в ином направлении. А вас ничего не получиться. Сколько бы вы ни отклоняли стрелку от её первоначального положения, она, после того как успокоиться вс6егда одними концом будет показывать на север, другим – на юг.

Какая же сила заставляет стрелку компаса упрямо возвращаться в первоначальное положение? Каждый задает себе подобный вопрос, глядя на слегка колеблющуюся, будто живую, магнитную стрелку.

1. Из истории открытий

Вначале люди считали, что такой силой является магнитное притяжение Полярной звезды. Впоследствии было установлено, что стрелкой компаса управляет Земля, так как планета наша является огромным магнитом.

Но магнитная стрелка не всегда точно направлена по линии север — юг, а имеет отклонение от этого направления. Это отклонение называется магнитным склонением.

Знакомство человека с удивительными свойствами земного магнетизма состоялось еще на заре исторического времени. Уже в античную эпоху людям был известен магнитный железняк - магнетит. А вот кто и когда определил, что природные магниты всегда ориентируются одинаково в пространстве по отношению к географическим полюсам Земли, точно неизвестно. В китайских трактатах, датированных Х11 веком до н. э., встречаются фрагменты, которые можно истолковать как свидетельства применения компаса для целей навигации. Первые из известных описаний компаса появились в Китае лишь спустя 23 столетия - в ХI, а в Европе еще позже - в ХII веке. Первым же достоверным сообщением о магнитном компасе, появившемся в Европе, мы обязаны английскому монаху Александру Некэму. Он около 1187 года описал устройство, состоящее из стрелки, указывающей направление, причем в его компасе стрелка плавала, а не была подвешена на нити. Еще одной важной вехой в истории тгеомагнетизма является письмо, написанное в 1269 году Пьером де Мерикуром. В этом послании, в частности, говорилось, что природный магнит имеет два полюса и что полюсы эти стремятся установиться вдоль географического меридиана, указывая на полюса 3емли - северный и южный.

Имеются некоторые сведения о том, что уже X. Колумб знал, что стрелка компаса отклоняется от географического меридиана и что это отклонение неодинаково в различных частях Земли.

В старинных книгах можно прочитать следующее:

«...В сентябре 1492 года на набережной собралось множество испанцев. Взоры их были устремлены в море, где на волнах покачивались три судна. Этим судам предстояло необычное плавание: пересечь почти совершенно не известный дотоле океан и достичь сказочной Индии...

Корабли отчалили. Родной испанский берег с каждым часом становился все дальше и дальше.

13 сентября моряки с изумлением обнаружили, что стрелка компаса изменила свое направление, отклонившись к западу. На следующий день снова было замечено отклонение. Штурман доложил X. Колумбу, что стрелка корабельного компаса за четыре дня отклонилась от положенного ей направления на 11 градусов.

Это известие вскоре дошло до команды. Суеверные моряки стали говорить о том, что это нехорошая примета, что раньше стрелка компаса никогда так себя не вела. На корабле готовился бунт: моряки не хотели продолжать путешествие.

Сидя в своей каюте, Колумб долго думал. Он никак не мог объяснить такое поведение стрелки компаса. Может быть, повернуть назад? Но там, в Испании, его ждет позор, а впереди, если он откроет новые земли, его ожидают слава, почести. И Колумб решил продолжать путь. Чтобы успокоить моряков, он сказал им, что не стрелка компаса изменила свое направление, а Полярная звезда несколько сместилась со своего места. Поэтому ничего страшного нет и путешествие продолжается.

Моряки успокоились, и вскоре корабли достигли Нового Света.»

Отклонение магнитной стрелки компаса, обнаруженное Колумбом, послужило толчком к изучению этого явления, поскольку мореплавателям нужны были точные сведения о величине магнитного склонения в различных районах нашей планеты. С этого времени начинают определять склонения в разных местах Земли и на основании этих данных создавать магнитные карты, на которых показывают, в каком направлении отклоняется в данном месте магнитная стрелка компаса и на сколько градусов.

В 1544 году Гартман, пастор из Нюрнберга, установил, что направление на географический и на магнитный полюсы отличаются, причем угол между этими направлениями (склонение) зависит от координат места наблюдений. Следующий важнейший шаг сделал Роберт Норман, открывший еще один параметр геомагнитного поля, а именно - наклонение. Норман обнаружил, что свободно подвешенная стрелка магнита не только устанавливается по направлению магнитных полюсов, но и наклоняется по отношению к горизонтальной плоскости. Благодаря этому наблюдению Норман сделал поистине фундаментальный вывод о том, что источник силы, направляющей стрелку, расположен внутри Земли, а не во вне её.

В 1600 году Уильям Гильберт, личный врач английской императрицы Елизаветы 1, на основе своих бесконечных опытов, которым он посвятил всю жизнь, пришел к мысли о том, что большим магнитом является сама Земля. XVII столетие ознаменовалось новыми открытиями в области геомагнетизма. И самым замечательным из них можно считать открытие явления «векового хода». Эдмунд Галлей, королевский астроном при Английском дворе, произведя многочисленные повторные измерения склонения как в Лондоне, так и в других пунктах, доказал, что оно подвержено систематическим закономерным изменениям. В XVIII - ХIХ веках проблемами геомагнетизма занимались такие выдающиеся ученые энциклопедисты, как Гумбольдт, Гей-Люссак, Максвелл и Гаусс. Среди проектов, организованных Гауссом и Гумбольдтом, был, в частности, беспрецедентный по масштабам в истории геомагнетизма «Геттингенский союз». В рамках этого проекта в 50 точках земного шара на протяжении 5 лет (с 1836 по 1841 год) в течение 28 интервалов времени проводились одновременные измерения геомагнитного поля.

В начале ХХ века, в 1909 году, на воду была спущена плавучая магнитная лаборатория - яхта «Карнеги», принадлежавшая Отделу земного магнетизма Института Карнеги в Вашингтоне. На ней в течение почти 20 лет производились измерения магнитного поля в самых разных точках Мирового океана, а в 1953 году в свой первый рейс отправилась советская немагнитная шхуна «Заря», которая за три десятка лет постоянных экспедиций прошла все океаны, оставив за бортом 350 тысяч морских миль. В 1947 году советским физиком Я.И. Френкелем для объяснения причин возникновения магнитного поля была предложена гипотеза земного динамо, впоследствии развитая и существенно дополненная другими учеными и превратившаяся в стройную теорию происхождения геомагнитного поля. Эпохальным событием в истории магнитологии стало объяснение природы магнитныханомалий океана. Честь этого открытия принадлежит двум ученым - Д. Метьюзу и Ф. Вайну. В своей единственной совместной статье, опубликованной в 1963 году в журнале «Nature» под названием «Магнитные аномалии над океаническими хребтами», они предложили модель, которая объясняла все главные особенности океанических магнитных аномалий с необыкновенной легкостью и изяществом. Эта работа и легла в основу всех современных исследований геомагнитного поля.

2. Магнитные полюса – магнитосфера.

По сравнению с магнитными полями, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни (сердечники акустических колонок, магнитные импульсы переменного тока в бытовых приборах, лампы, линии электропередач и др.), магнитное поле Земли относится к разряду очень слабых полей. Тем не менее, это, так называемое главное геомагнитное, поле, имеющее планетарную природу, существует на 3емле повсеместно. Некоторые его элементы люди научились измерять еще до открытия самого магнитного поля. Так, первые карты магнитного склонения, доставлявшего столько бед морякам древности, появились еще в середине XVI века.

Осознание того факта, что магнитные полюса не совпадают с географическими, расставило все по своим местам и позволило понять, что склонение - это угол между направлением на север и магнитным меридианом, вдоль которого устанавливается стрелка компаса. Столь же давно измеряется и величина наклонения - угла между горизонтальной плоскостью и магнитной стрелкой.

Ныне магнитное поле на поверхности нашей планеты изучено достаточно подробно. Оказалось, что оно отнюдь не постоянно, а непрерывно меняется. Круглый год сотни магнитных обсерваторий, десятки специальных судов и самолетов, многочисленные отряды магнитологов в самых разных точках земного шара.

Выяснилось, что магнитное поле подвержено самым разным изменениям. Некоторые из них являются регулярными и наблюдаются ежедневно в частности так называемые суточные вариации, для которых характерны циклические колебания напряженности магнитного поля и магнитного склонения. Не менее хорошо известны и другие вариации - короткопериодические колебания, продолжительность которых не превышает нескольких минут, а также магнитные бури, чья длительность может измеряться сутками.

Все эти вариации непосредственным образом связаны с деятельностью Солнца. В «спокойные магнитные дни» взаимодействие солнечного ветра с ионосферными токами вызывает плавные, регулярные изменения компонентов магнитного поля с периодом, близким к 24 часам. Магнитные бури, упомянутые выше, - это нерегулярные спорадические возмущения магнитосферы Земли. Они начинаются в момент, когда резко изменяется давление солнечного ветра на магнитосферу и она оказывается не в состоянии «отвести» поток высокоэнергетических частиц от Земли. В результате они пронизывают ионосферу, нарушая регулярную структуру околоземных электрических токов. Магнитные бури бывают разной интенсивности и длительности, но, как правило, полное восстановление «спокойствия» геомагнитного поля происходит через 2-3 суток после начала бури.

В том случае, если скачок давления (плотность) солнечного ветра не в состоянии «пробить» магнитосферу, то искажения магнитных силовых линий носят локальный характер и магнитные возмущения охватывают не весь земной шар, а лишь какой-то отдельный район. Они очень частые «гости» в северных районах земного шара. Полярные сиянии также чаще всего связаны с этими возмущениями.

В течение года наблюдается два периода резкого повышения магнитной активности - это периоды весеннего и осеннего солнцестояния, то есть март и сентябрь. В это время количество магнитных бурь значительно возрастает. Если в среднем в месяц происходит 1-2 магнитные бури, то в марте и сентябре их число возрастает в несколько раз, причем осенний пик магнитной активности более энергичный - осенью количество магнитных бурь больше, чем весной, и может доходить до 7-8 в месяц.

Очень сильное влияние оказывает на частоту возникновения бурь глобальный 11-летний цикл солнечной активности, который во многом определяет все природные процессы на 3емле. Кстати, 2003-й был - год - максимума солнечной активности.

Помимо таких кратковременных колебаний магнитного поля существуют и гораздо более медленные, плавные изменения его параметров, с периодом в несколько сотен лет. Они связаны с процессами, происходящими внутри 3емли, и названы вековыми вариациями. Вековые вариации можно уподобить дыханию магнитного поля - в каждой точке земной поверхности периодически меняется направление магнитного поля, не остается постоянной и величина намагниченности планеты в целом. История регулярных магнитных наблюдений насчитывает немногим более 100 лет, поэтому сведения о вековых вариациях, полученные на основе этих измерений, конечно, не могли быть полными. Долгое время казалось, что любые попытки магнитологов заглянуть в отдаленное прошлое нашей планеты, выяснить, как менялось с течением времени ее магнитное поле, обречены на провал. Однако сама Природа припасла для людей замечательную подсказку, которая помогла разрешить одну из наиболее каверзных загадок эволюции 3емли.

В середине XIX века было обнаружено явление термоостаточного намагничивания лав - палеомагнетизм. Постепенно, шаг за шагом, ученные установили, что носителями древнего геомагнитного поля могут быть горные породы самого разного происхождения, как магматические, так и осадочные.

Оказалось, что излившиеся во время извержений вулканов в виде лавы горные породы обладают удивительной способностью хранить в себе информацию о магнитном поле Земли. Породы, разогретые до температуры 500-700°С, по мере остывания приобретают намагниченность, величина и направление которой соответствуют магнитному полю Земли, действовавшему на породу во время охлаждения. Эта намагниченность сохраняется в течение миллионов лет и, словно магнитофонная лента, доносит до нас свидетельства из отдаленного прошлого планеты. Определив геологическими методами возраст лавовых образований и «прочитав» хранящуюся в них палеомагнитную информацию, можно доподлинно восстановить историю магнитного поля 3емли.