Cũng như nam châm, Trái Đất có 2 cực địa từ, không trùng với 2 cực địa lý. Cực Bắc từ có toạ độ 70° Vĩ Bắc Và 96° Kinh Tây, trên lãnh thổ Canada, cách cực Bắc địa lý 800 km. Cực Nam từ có toạ độ 73° Vĩ Nam và 156° Kinh Đông ở vùng Nam cực, cách cực Nam địa lý 1000 km. Trục từ trường tạo với trục Trái Đất một góc 11°. Các từ cực thường có vị trí không ổn định và có thể đảo ngược theo chu kỳ. Do đó bản đồ địa từ cũng phải thường xuyên điều chỉnh (5 năm một lần). Việc thu nhập các thông tin từ vệ tinh đã phát hiện các vành đai bức xạ bao quanh Trái Đất ở môi trường khí quyển trên cao từ 500–600 km dến 60.000- 80.000 km: đó là từ quyển (tầng điện ly trở lên).
Mô tả
Các hệ tọa độ phổ biến dùng để diễn tả Trường từ Trái Đất.Ở bất kỳ vị trí nào, từ trường của trái đất có thể được đại diện bởi một vector ba chiều. Một thủ tục điển hình để đo hướng của nó là sử dụng la bàn để xác định hướng Bắc từ. Góc của nó liên quan đến Bắc thật là độ lệch (D) hoặc biến thể. Đối diện Bắc từ trường, góc trường tạo ra theo chiều ngang là độ từ khuynh (I) hoặc từ nhúng. Cường độ (F) của trường tương ứng với lực tác động lên nam châm. Một đại diện phổ biến khác là tọa độ X (Bắc), Y (Đông) và Z (Xuống).[12]
Cường độ
Cường độ của từ trường thường được đo bằng gauss (G), nhưng thông thường được báo cáo bằng nanotesla (nT), với 1 G = 100.000 nT. Một nanotesla còn được gọi là gamma (γ).[13] Tesla là đơn vị SI của trường từ B. Từ trường Trái Đất nằm trong phạm vi từ 25.000 đến 65.000 nT (0,25-0,65 G). Để so sánh, một nam châm tủ lạnh mạnh có cường độ từ khoảng 10.000.000 nanotesla (100 G).[14]
Bản đồ các đường đồng mức cường độ được gọi là "biểu đồ đẳng động lực học". Như Mô hình Từ trường Thế giới cho thấy, cường độ có xu hướng giảm từ cực đến xích đạo. Một cường độ tối thiểu xảy ra ở Dị thường Nam Đại Tây Dương phía trên Nam Mỹ trong khi có cực đại ở miền bắc Canada, Siberia và bờ biển Nam Cực phía nam Úc.[15]
Độ từ khuynh
Bài chi tiết: Độ từ khuynh
Độ từ khuynh được cho bởi một góc có thể giả định các giá trị từ -90° (lên) đến 90° (xuống). Ở bán cầu bắc, trường trỏ xuống. Nó trỏ thẳng xuống tại cực Bắc từ và quay ngược trở lên khi vĩ độ giảm cho đến khi nó nằm ngang (0°) tại xích đạo từ. Nó tiếp tục quay lên cho đến khi nó trỏ thẳng lên ở cực Nam từ. Độ từ khuynh có thể được đo bằng cái vòng tròn đo góc từ khuynh.
Một biểu đồ đẳng khuynh (bản đồ các đường đồng mức từ khuynh) cho từ trường của Trái đất được hiển thị bên dưới.
Độ từ thiên
Bài chi tiết: Độ từ thiên
Độ từ thiên là dương đối với độ lệch về phía đông của trường so với hướng Bắc thật. Nó có thể được ước tính bằng cách so sánh hướng bắc từ / nam từ của la bàn với hướng của thiên cực. Bản đồ thường bao gồm thông tin về độ từ thiên dưới dạng một góc hoặc một sơ đồ nhỏ cho thấy mối quan hệ giữa hướng bắc từ và hướng bắc thật. Thông tin về độ từ thiên cho một vùng có thể được biểu diễn bằng biểu đồ có các đường đẳng từ thiên (các đường đồng mức với mỗi đường biểu diễn một độ từ thiên cố định).
Biến động theo địa lý
Thành phần của từ trường Trái đất tại bề mặt được mô tả từ Mô hình Từ trường Thế giới năm 2015.[15]
Sự gần đúng lưỡng cực
Sự khác nhau giữa hướng bắc từ (Nm) và hướng bắc "thật sự" (Ng)Xem thêm: Mô hình lưỡng cực của từ trường Trái đất
Gần bề mặt Trái đất, từ trường của nó có thể được xấp xỉ gần đúng bằng trường của một lưỡng cực từ đặt ở trung tâm Trái đất và nghiêng một góc khoảng 11° so với trục tự quay của Trái Đất.[13] Tương đương với thanh nam châm mạnh, với cực nam hướng về cực Bắc Địa từ. Điều này có vẻ đáng ngạc nhiên, nhưng cực bắc của nam châm được định nghĩa như vậy vì, nếu được phép quay tự do, nó trỏ gần đúng về phía bắc (theo ý nghĩa địa lý)..[16] Vì cực bắc của nam châm hút các cực nam của các nam châm khác và đẩy các cực bắc, nên nó phải bị hút về cực nam của nam châm của Trái đất. Trường lưỡng cực chiếm 80-90% từ trường ở hầu hết các địa điểm.[12]
Cực từ trường
Sự chuyển động của cực Bắc từ xuyên qua vùng Bắc cực thuộc Canada.Các vị trí của cực từ có thể được định nghĩa theo ít nhất là hai cách: cục bộ hoặc toàn cầu.[17]
Một cách để xác định một cực là như là một điểm mà từ trường là thẳng đứng.[18] Điều này có thể được xác định bằng cách đo độ từ khuynh, như mô tả ở trên. Độ từ khuynh của trường Trái đất là 90° (trỏ thẳng xuống) tại cực Bắc và -90° (trỏ thẳng lên) ở cực Nam. Hai cực di chuyển độc lập và không đối trực tiếp với nhau trên địa cầu. Chúng có thể di chuyển nhanh: các chuyển động lên đến 40 km (25 dặm) mỗi năm đã được quan sát thấy cho Cực Bắc từ. Trong 180 năm qua, cực Bắc từ đã di chuyển về phía tây bắc, từ mũi Adelaide ở bán đảo Boothia trong năm 1831 đến 600 km (370 dặm) từ vịnh Resolute năm 2001.[19] Đường xích đạo từ là đường mà độ từ khuynh bằng 0, từ trường nằm ngang).
Định nghĩa toàn cầu về từ trường Trái đất dựa trên mô hình toán học. Nếu một đường thẳng được vẽ qua tâm Trái đất, song song với mô men của lưỡng cực từ phù hợp tốt nhất, hai vị trí mà nó giao cắt với bề mặt Trái đất được gọi là cực địa từ Bắc và cực địa từ Nam. Nếu từ trường Trái Đất là lưỡng cực hoàn ảo, các cực địa từ và các cực từ sẽ trùng với nhau và la bàn sẽ hướng về phía chúng. Tuy nhiên, từ trường Trái đất có một phần đóng góp không-lưỡng cực đáng kể, vì vậy các cực không trùng khớp và la bàn thường không chỉ vào một trong hai.
NộI Dung:
Các Từ trường của trái đất Đó là hiệu ứng từ trường mà Trái đất tạo ra và kéo dài từ bên trong của nó đến hàng trăm km trong không gian. Nó rất giống với nam châm được tạo ra. Ý tưởng này được đề xuất bởi nhà khoa học người Anh William Gilbert vào thế kỷ 17, người cũng quan sát thấy rằng không thể tách các cực của nam châm.
Hình 1 cho thấy các đường sức từ của Trái đất. Chúng luôn được đóng lại, đi qua bên trong và tiếp tục ở bên ngoài, tạo thành một loại vỏ bọc.
Nguồn gốc của từ trường Trái đất vẫn còn là một bí ẩn. Lõi bên ngoài của trái đất, được làm bằng gang, không thể tự tạo ra từ trường, vì nhiệt độ đến mức nó phá hủy trật tự từ trường. Ngưỡng nhiệt độ cho điều này được gọi là nhiệt độ Curie. Do đó không thể có một khối lượng lớn vật liệu nhiễm từ chịu trách nhiệm về trường.
Đã loại trừ giả thuyết này, chúng ta phải tìm kiếm nguồn gốc của trường trong một hiện tượng khác: sự quay của trái đất. Điều này làm cho lõi nóng chảy quay không đồng đều, tạo ra hiệu ứng động lực học, trong đó chất lỏng tự phát sinh ra từ trường.
Người ta tin rằng hiệu ứng động lực học là nguyên nhân gây ra từ tính của các vật thể thiên văn, ví dụ như của Mặt trời. Nhưng cho đến nay người ta vẫn chưa biết tại sao một chất lỏng có khả năng hoạt động theo cách này và làm thế nào các dòng điện được tạo ra có thể tồn tại.
nét đặc trưng
- Từ trường của Trái đất là kết quả của ba sự đóng góp: từ trường bên trong, từ trường bên ngoài và từ trường của các khoáng chất trong vỏ:
- Trường bên trong: nó giống như của một lưỡng cực từ (nam châm) nằm ở trung tâm Trái đất và đóng góp của nó là khoảng 90%. Nó thay đổi rất chậm theo thời gian.
- Trường ngoài: xuất phát từ hoạt động của mặt trời trong các lớp của khí quyển. Nó không giống lưỡng cực và có nhiều biến thể: bão từ hàng ngày, hàng năm, v.v.
- Đá từ tính trong vỏ trái đất, cũng tạo ra từ trường của chúng.
- Từ trường phân cực, có mặt cực bắc và nam, giống như nam châm thanh.
- Khi các cực trái dấu hút nhau, kim la bàn, là cực bắc của nó, luôn hướng về vùng lân cận của cực bắc địa lý, nơi có cực nam của nam châm Trái đất.
- Chiều của đường sức từ được biểu diễn dưới dạng các đường sức khép kín rời khỏi nam châm (cực bắc của nam châm) và đi vào từ bắc (cực nam của nam châm).
- Ở từ trường phía bắc - và cả ở phía nam từ trường -, trường vuông góc với bề mặt trái đất, trong khi ở xích đạo, trường hướng tâm. (xem hình 1)
- Cường độ trường ở hai cực lớn hơn nhiều so với ở xích đạo.
- Trục của lưỡng cực trên cạn (hình 1) và trục quay không thẳng hàng. Giữa chúng có độ dịch chuyển 11,2º.
Các yếu tố địa từ
Vì từ trường là vectơ nên hệ tọa độ Descartes XYZ với gốc tọa độ O giúp xác định vị trí của nó.
Tổng cường độ của từ trường hoặc cảm ứng là B và các hình chiếu hoặc thành phần của nó là: H theo chiều ngang và Z theo chiều dọc. Chúng có liên quan bởi:
-D, góc nghiêng của từ trường, được hình thành giữa H và phía bắc địa lí (trục X), dương về phía đông và âm về phía tây.
-Tôi, góc nghiêng của từ trường, giữa B và H, dương nếu B nằm dưới ngang.
Kim la bàn sẽ được định hướng theo hướng H, thành phần nằm ngang của trường. Máy bay được xác định bởi B và H được gọi là kinh tuyến từ, còn ZX là kinh tuyến địa lý.
Vectơ từ trường được xác định đầy đủ nếu biết ba đại lượng sau đây, được gọi là đại lượng địa từ: B, H, D, I, X, Y, Z.
Chức năng
Dưới đây là một số chức năng quan trọng nhất của từ trường Trái đất:
-Con người đã sử dụng nó để định hướng bằng cách sử dụng la bàn trong hàng trăm năm.
-Thực hiện chức năng bảo vệ hành tinh, bằng cách bao bọc nó và làm lệch hướng các hạt tích điện mà Mặt trời liên tục phát ra.
-Mặc dù từ trường của Trái đất (30-60 micro Tesla) yếu so với từ trường trong phòng thí nghiệm, nó đủ mạnh để một số động vật sử dụng nó để định hướng. Các loài chim di cư, chim bồ câu, cá voi và một số trường cá cũng vậy.
- Phép đo từ trường hoặc phép đo từ trường được sử dụng để khảo sát tài nguyên khoáng sản.
Đèn phía bắc và phía nam
Chúng được gọi là đèn phía Bắc hoặc phía Nam, tương ứng. Chúng xuất hiện ở các vĩ độ gần các cực, nơi từ trường gần như vuông góc với bề mặt Trái đất và cường độ mạnh hơn nhiều so với ở xích đạo.
Chúng có nguồn gốc từ một lượng lớn các hạt tích điện mà Mặt trời gửi liên tục. Những con bị giữ lại bởi trường thường trôi về các cực do cường độ cao hơn. Ở đó, họ lợi dụng nó để ion hóa bầu khí quyển và trong quá trình này, ánh sáng nhìn thấy được phát ra.
Các ánh sáng phía bắc có thể nhìn thấy ở Alaska, Canada và Bắc Âu, do vị trí gần cực từ. Nhưng do sự di cư này, có thể theo thời gian, chúng trở nên rõ ràng hơn về phía bắc của Nga.
Tuy nhiên, điều này dường như không phải là trường hợp hiện tại, vì cực quang không chính xác theo hướng bắc từ trường thất thường.
Từ tính và Điều hướng
Đối với việc điều hướng, đặc biệt là trên những chuyến đi rất dài, điều cực kỳ quan trọng là phải biết độ nghiêng của từ trường, để thực hiện các hiệu chỉnh cần thiết và tìm ra hướng bắc thực sự.
Điều này đạt được thông qua các bản đồ chỉ ra các đường có độ nghiêng bằng nhau (đẳng giác), vì độ nghiêng thay đổi rất nhiều tùy thuộc vào vị trí địa lý. Điều này là do thực tế là từ trường trải qua các biến thể cục bộ liên tục.
Các số lớn được sơn trên đường băng là các hướng theo độ so với hướng bắc từ tính, chia cho 10 và làm tròn.
Các bạn bắc
Có vẻ khó hiểu, có một số loại phương bắc, được xác định theo một số tiêu chí cụ thể. Do đó, chúng ta có thể tìm thấy:
Cực bắc, là điểm trên Trái đất có từ trường vuông góc với bề mặt. Ở đó la bàn chỉ, và nhân tiện, nó không đối cực (ngược chiều theo đường kính) với nam từ.
Địa từ phía bắc, là nơi mà trục của lưỡng cực từ trồi lên bề mặt (xem hình 1). Vì từ trường của Trái đất phức tạp hơn một chút so với trường lưỡng cực, điểm này không hoàn toàn trùng với từ trường phía bắc.
Địa lý miền Bắc, trục quay của trái đất đi qua đó.
Phía bắc của Lambert hoặc lưới điện, là điểm mà các đường kinh tuyến của các bản đồ hội tụ. Nó không hoàn toàn trùng với hướng bắc thực hoặc địa lý, vì bề mặt hình cầu của Trái đất bị bóp méo khi chiếu lên mặt phẳng.
Đảo ngược của từ trường
Có một sự thật khó hiểu: các cực từ có thể thay đổi vị trí trong quá trình vài nghìn năm, và nó hiện đang diễn ra. Trên thực tế, nó đã xảy ra 171 lần trước đây, trong 17 triệu năm qua.
Bằng chứng được tìm thấy trong những tảng đá nổi lên từ một khe nứt ở giữa Đại Tây Dương. Khi nó xuất hiện, đá nguội đi và đông đặc lại, đặt hướng từ hóa của Trái đất vào thời điểm này, điều này được bảo toàn.
Nhưng cho đến nay vẫn chưa có lời giải thích thỏa đáng về lý do tại sao nó xảy ra, cũng như không có nguồn năng lượng cần thiết để đảo ngược trường.
Như đã thảo luận trước đó, từ trường phía bắc hiện đang di chuyển nhanh chóng về phía Siberia và phía nam cũng đang di chuyển, mặc dù chậm hơn.
Một số chuyên gia tin rằng đó là do dòng chảy sắt lỏng với tốc độ cao ngay bên dưới Canada đã làm suy yếu lĩnh vực này. Nó cũng có thể là sự khởi đầu của sự đảo ngược từ tính. Lần cuối cùng xảy ra là 700.000 năm trước.
Có thể động cơ tạo ra từ tính trên mặt đất sẽ tắt trong một thời gian, tự nhiên hoặc do một số can thiệp bên ngoài, chẳng hạn như sự tiếp cận của một sao chổi chẳng hạn, mặc dù không có bằng chứng về điều này.
Khi máy nổ khởi động lại, các cực từ đã đổi chỗ. Nhưng nó cũng có thể xảy ra rằng sự đảo ngược không hoàn toàn, mà là một sự biến đổi tạm thời của trục lưỡng cực, cuối cùng sẽ trở lại vị trí ban đầu của nó.
Thí nghiệm
Nó được thực hiện với cuộn Helmholtz: hai cuộn tròn đồng tâm và giống hệt nhau, có cùng cường độ dòng điện chạy qua. Từ trường của các cuộn dây tương tác với từ trường của Trái đất, tạo ra từ trường.
Một từ trường xấp xỉ đều được tạo ra bên trong các cuộn dây, có độ lớn là:
-Ta là cường độ dòng điện
-μhoặc là là độ từ thẩm của chân không
-R là bán kính của các cuộn dây
Quá trình
-Với một chiếc la bàn đặt trên trục của các cuộn dây, hãy xác định hướng của từ trường trái đất BT.
- Hướng trục của các cuộn dây sao cho vuông góc vớiBT. Bằng cách này, lĩnh vực này BH được tạo ra ngay sau khi dòng điện chạy qua, nó sẽ vuông góc với BT. Trong trường hợp này:
-BH tỷ lệ với dòng điện chạy qua các cuộn dây, do đó BH = k.I, Ở đâu k nó là một hằng số phụ thuộc vào dạng hình học của các cuộn dây này: bán kính và số vòng. Khi đo dòng điện, bạn có thể có giá trị BH. Vậy nên:
BH = k.I = BT. tg θ
Như vậy:
- Các cường độ khác nhau được chuyển qua các cuộn dây và các cặp được ghi lại trong một bảng (Tôi, tg θ).
-Sơ đồ được lập Tôi vs. tg θ. Vì sự phụ thuộc là tuyến tính, chúng tôi mong đợi thu được một đường, có hệ số góc m nó là:
m = BT / k
-Cuối cùng, từ việc điều chỉnh đoạn thẳng bằng bình phương nhỏ nhất hoặc bằng cách điều chỉnh trực quan, ta tiến hành xác định giá trị của BT.
Người giới thiệu
- Từ trường Trái đất. Được khôi phục từ: web.ua.es
- Nhóm Magneto-hydrodynamics của Đại học Navarra. Hiệu ứng Dynamo: lịch sử. Đã khôi phục từ: fisica.unav.es.
- Kirkpatrick, L. 2007. Vật lý: Cái nhìn về thế giới. Phiên bản rút gọn thứ 6. Học tập Cengage.
- NỒI. Từ trường của Trái đất và những thay đổi theo thời gian của nó. Đã khôi phục từ: image.gsfc.nasa.gov.
- NatGeo. Cực Bắc từ trường của Trái đất đang chuyển động. Được khôi phục từ: ngenespanol.com.
- Khoa học Mỹ. Trái đất có nhiều hơn một cực Bắc. Phục hồi từ: Scientificamerican.com.
- Wikipedia. Địa từ cực. Được khôi phục từ: en.wikipedia.org.