MEDAN MAGNET BUMI: ASAL, CIRI, FUNGSI - FIZIKAL - 2026

The medan magnet bumi adalah kesan magnet yang mengenakan Bumi dan yang bermula dari bahagian dalamnya kepada beratus-ratus kilometer di angkasa. Ia sangat serupa dengan yang dihasilkan oleh magnet bar. Idea ini dikemukakan oleh saintis Inggeris William Gilbert pada abad ke-17, yang juga memperhatikan bahawa tidak mungkin memisahkan kutub magnet.

Rajah 1 menunjukkan garis medan magnet Bumi. Mereka sentiasa ditutup, melalui bahagian dalam dan terus di luar, membentuk sejenis penutup.

Rajah 1. Medan magnet Bumi menyerupai magnet bar. Sumber: Wikimedia Commons.

Asal medan magnet Bumi masih menjadi misteri. Inti luar bumi, yang terbuat dari besi tuang, tidak dapat menghasilkan ladang dengan sendirinya, kerana suhunya sedemikian sehingga merosakkan susunan magnet. Ambang suhu untuk ini dikenali sebagai suhu Curie. Oleh itu, mustahil bagi sebilangan besar bahan magnet untuk bertanggungjawab di lapangan.

Setelah menolak hipotesis ini, kita mesti mencari asal ladang dalam fenomena lain: putaran bumi. Ini menyebabkan teras lebur berputar secara tidak seragam, mewujudkan kesan dinamo, di mana bendalir menghasilkan medan magnet secara spontan.

Dipercayai bahawa kesan dinamo adalah penyebab kemagnetan objek astronomi, contohnya Matahari. Tetapi sehingga kini tidak diketahui mengapa bendalir dapat berkelakuan dengan cara ini dan bagaimana arus elektrik yang dihasilkan dapat bertahan.

ciri

- Medan magnet bumi adalah hasil daripada tiga sumbangan: medan dalaman itu sendiri, medan magnet luaran dan mineral magnet di kerak bumi:

1. Medan dalaman: menyerupai dipol magnet (magnet) yang terletak di tengah Bumi dan sumbangannya sekitar 90%. Perbezaannya sangat perlahan mengikut masa.
2. Medan luaran: berasal dari aktiviti solar di lapisan atmosfera. Ia tidak seperti dipol dan mempunyai banyak variasi: ribut magnetik setiap hari, tahunan, dan banyak lagi.
3. Batuan magnet di kerak bumi, yang juga membuat medan mereka sendiri.

- Medan magnet terpolarisasi, menghadirkan kutub utara dan selatan, seperti magnet bar.

- Kerana kutub yang berlawanan menarik satu sama lain, jarum kompas, yang merupakan kutub utara, selalu menunjuk ke arah sekitar geografi utara, di mana kutub selatan magnet Bumi berada.

- Arah medan magnet diwakili dalam bentuk garis tertutup yang meninggalkan magnet selatan (kutub utara magnet) dan memasuki magnet utara (kutub selatan magnet).

- Di utara magnet -dan di selatan magnet juga-, medan tegak lurus ke permukaan bumi, sementara di khatulistiwa, medan merumput. (lihat gambar 1)

- Keamatan medan jauh lebih besar di kutub daripada di khatulistiwa.

- Paksi dipol terestrial (gambar 1) dan paksi putaran tidak sejajar. Terdapat anjakan 11.2º di antara mereka.

Unsur geomagnetik

Oleh kerana medan magnet adalah vektor, sistem koordinat Cartesian XYZ dengan asal O membantu mewujudkan kedudukannya.

Rajah 2. Unsur geomagnetik. Sumber: F. Zapata.

Intensiti total medan magnet atau aruhan adalah B dan unjuran atau komponennya adalah: H secara mendatar dan Z secara menegak. Mereka berkaitan dengan:

-D, sudut deklinasi magnetik, terbentuk antara H dan geografi utara (sumbu X), positif ke arah timur dan negatif ke arah barat.

-Saya, sudut kecenderungan magnetik, antara B dan H, positif jika B berada di bawah mendatar.

Jarum kompas akan berorientasikan arah H, komponen mendatar bidang. Pesawat yang ditentukan oleh B dan H disebut meridian magnetik, sementara ZX adalah meridian geografi.

Vektor medan magnet ditentukan sepenuhnya sekiranya tiga daripada kuantiti berikut diketahui, yang disebut unsur geomagnetik: B , H, D, I, X, Y, Z.

Fungsi

Berikut adalah beberapa fungsi terpenting medan magnet Bumi:

Manusia telah menggunakannya untuk mengorientasikan diri dengan kompas selama beratus-ratus tahun.

-Melaksanakan fungsi pelindung planet ini, dengan menyelimutkannya dan memesongkan zarah-zarah bermuatan yang terus dikeluarkan oleh Matahari.

- Walaupun medan magnet Bumi (30-60 mikro Tesla) lemah berbanding dengan di makmal, ia cukup kuat sehingga haiwan tertentu menggunakannya untuk mengorientasikan diri. Begitu juga burung yang berhijrah, merpati, ikan paus dan beberapa sekolah ikan.

-Magnetometri atau pengukuran medan magnet digunakan untuk pencarian sumber mineral.

Lampu utara dan selatan

Mereka masing-masing dikenal sebagai lampu utara atau selatan. Mereka muncul di garis lintang berhampiran kutub, di mana medan magnet hampir tegak lurus dengan permukaan Bumi dan jauh lebih kuat daripada di khatulistiwa.

Gambar 3. Lampu utara di Alaska. Sumber: Wikimedia Commons.

Mereka berasal dari sejumlah besar zarah bermuatan yang dihantar oleh Matahari secara berterusan. Mereka yang terperangkap di ladang umumnya melayang ke arah tiang kerana intensiti yang lebih tinggi. Di sana mereka memanfaatkannya untuk mengionkan atmosfera dan dalam proses itu cahaya tampak dipancarkan.

Lampu utara dapat dilihat di Alaska, Kanada, dan Eropah utara, kerana jarak dekat dengan tiang magnet. Tetapi disebabkan oleh penghijrahan ini, ada kemungkinan lama-kelamaan mereka menjadi lebih jelas ke arah utara Rusia.

Nampaknya ini tidak berlaku sekarang, kerana aurora tidak betul-betul mengikuti magnet utara yang tidak menentu.

Deklinasi dan Navigasi Magnetik

Untuk navigasi, terutama dalam perjalanan yang sangat panjang, sangat penting untuk mengetahui kemerosotan magnet, untuk membuat pembetulan yang diperlukan dan mencari arah utara yang sebenarnya.

Ini dicapai dengan menggunakan peta yang menunjukkan garis deklinasi yang sama (isogonal), kerana deklinasi sangat berbeza menurut lokasi geografis. Ini disebabkan oleh fakta bahawa medan magnet mengalami variasi tempatan secara berterusan.

Bilangan besar yang dilukis di landasan adalah arah dalam darjah relatif ke arah utara magnetik, dibahagi dengan 10 dan bulat.

Orang utara

Seperti membingungkan sepertinya, ada beberapa jenis utara, yang ditentukan oleh beberapa kriteria tertentu. Oleh itu, kita dapat mencari:

Magnetic North adalah titik di Bumi di mana medan magnet berserenjang dengan permukaan. Di sana titik kompas, dan omong-omong, ia tidak antipodal (berlawanan secara diameter) dengan magnet selatan.

Geomagnetik Utara , adalah tempat di mana sumbu dipol magnet naik ke permukaan (lihat gambar 1). Oleh kerana medan magnet Bumi sedikit lebih kompleks daripada medan dipol, titik ini tidak betul-betul bertepatan dengan magnet utara.

Secara geografi utara , paksi putaran bumi melintas di sana.

Di utara Lambert atau grid , adalah titik di mana meridian peta berkumpul. Itu tidak tepat bertepatan dengan utara atau geografis utara, kerana permukaan bola Bumi terdistorsi ketika diproyeksikan ke pesawat.

Gambar 4. Pelbagai utara dan lokasinya. Sumber: Wikimedia Commons. Cavit

Pembalikan medan magnet

Ada fakta yang membingungkan: kutub magnet dapat berubah posisi dalam beberapa ribu tahun, dan ia sedang berlaku. Sebenarnya, ia diketahui pernah berlaku 171 kali sebelumnya, dalam 17 juta tahun terakhir.

Buktinya terdapat di batu yang muncul dari celah di tengah Lautan Atlantik. Ketika keluar, batu menyejukkan dan menguat, menetapkan arah magnetisasi Bumi buat masa ini, yang terpelihara.

Tetapi setakat ini tidak ada penjelasan yang memuaskan mengapa ini berlaku, dan tidak ada sumber tenaga yang diperlukan untuk membalikkan ladang.

Seperti yang telah dibincangkan sebelumnya, utara magnetik saat ini bergerak cepat menuju Siberia, dan selatan juga bergerak, walaupun lebih perlahan.

Sebilangan pakar percaya bahawa hal ini disebabkan oleh aliran besi cecair berkelajuan tinggi tepat di bawah Kanada yang melemahkan medan. Mungkin juga permulaan pembalikan magnet. Yang terakhir berlaku ialah 700,000 tahun yang lalu.

Mungkin dinamo yang menimbulkan kemagnetan bumi mati untuk sementara waktu, baik secara spontan atau disebabkan oleh campur tangan luaran, seperti pendekatan komet misalnya, walaupun tidak ada bukti yang terakhir.

Apabila dinamo dimulakan semula, kutub magnet telah bertukar tempat. Tetapi boleh juga berlaku bahawa penyongsangan tidak lengkap, tetapi variasi sementara sumbu dipol, yang akhirnya akan kembali ke kedudukan asalnya.

Percubaan

Ia dilakukan dengan gegelung Helmholtz: dua gegelung bulat yang sama dan sepusat, melalui mana intensiti arus yang sama berlalu. Medan magnet gegelung berinteraksi dengan bumi, menimbulkan medan magnet yang dihasilkan.

Rajah 5. Eksperimen untuk menentukan nilai medan magnet Bumi. Sumber: F. Zapata.

Medan magnet kira-kira seragam dibuat di dalam gegelung, yang besarnya adalah:

-Saya adalah intensiti arus

-μ _o adalah kebolehtelapan magnetik vakum

-R adalah jejari gegelung

Proses

Dengan kompas diletakkan di paksi paksi gegelung, menentukan arah medan magnet daratan B _T .

-Oriente paksi gegelung untuk berserenjang dengan B _T . Oleh itu bidang B _H dijana sebagai semasa diluluskan, akan berserenjang dengan B _T . Dalam kes ini:

Rajah 6. Medan yang dihasilkan adalah tanda jarum kompas. Sumber: F. Zapata.

-B _H berkadar dengan arus yang dilalui gegelung, sehingga B _H = kI, di mana k adalah pemalar yang bergantung pada geometri gegelung tersebut: jejari dan bilangan putaran. A semasa pengukur, dan boleh mempunyai nilai B _H . Oleh itu:

Oleh itu:

-Pelbagai arus dilalui gegelung dan pasangan (I, tg θ) direkodkan dalam jadual.

-Graf I vs. tg θ. Oleh kerana kebergantungannya adalah linear, kami mengharapkan untuk memperoleh garis, yang cerunnya m:

-Finally, dari yang lurus - garis patut dua terkecil atau pelarasan visual, ia bertindak untuk menentukan nilai B _T .

Rujukan

1. Medan Magnetik Bumi. Dipulihkan dari: web.ua.es
2. Magneto-hidrodinamik Kumpulan Universiti Navarra. Kesan Dynamo: sejarah. Dipulihkan dari: fisica.unav.es.
3. Kirkpatrick, L. 2007. Fizik: Pandangan Dunia. Edisi ringkasan ke-6. Pembelajaran Cengage.
4. POT. Medan Magnetik Bumi dan Perubahannya dalam Masa. Dipulihkan dari: image.gsfc.nasa.gov.
5. NatGeo. Tiang utara magnet bumi bergerak. Dipulihkan dari: ngenespanol.com.
6. Amerika saintifik. Bumi Mempunyai Lebih Dari Satu Kutub Utara. Dipulihkan dari: scienceamerican.com.
7. Wikipedia. Tiang geomagnetik. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org.