Магнетизм и его изучение

Магнитное поле Земли - пространство, в котором действуют магнитные  силы. Основная часть магнитного  поля Земли создается источниками, расположенными внутри Земли. Электрические  токи в ионосфере создают свое  магнитное поле, но доля его  в общем магнитном поле Земли  незначительна.

Геомагнитные полюсы - точки пересечения  магнитной оси Земли с ее  поверхностью. Приблизительно можно  считать, что Земля является однородно  намагниченным шаром.

Магнитное наклонение - угол между  магнитной силовой линией и  горизонтальной плоскостью –  на  магнитных полюсах Земли, а  также в районах крупных магнитных  аномалий равно 90º.

Магнитное склонение - угол между  географическим и магнитным меридианами -  в точке земной поверхности  считается положительным, если северный  конец магнитной стрелки отклонен  к востоку от географического  меридиана, и отрицательным - если  к западу.

Благодаря своему магнитному  полю, Земля удерживает в так  называемых радиационных поясах  захваченные частицы солнечного  ветра, не позволяя им проходить  в атмосферу Земли и тем  более к поверхности.

 

 

При взаимодействии упоминавшихся  полей образуется граница, по  одну сторону которой находится  возмущенное (подвергшееся изменениям  из-за внешних влияний) магнитное  поле частиц солнечного ветра, по другую - возмущенное поле Земли. Эту границу стоит рассматривать  как предел околоземного пространства, границу магнитосферы и атмосферы. Вне этой границы преобладает  влияние внешних магнитных полей. В направлении к Солнцу магнитосфера  Земли сплюснута под натиском  солнечного ветра и простирается  всего до 10 радиусов планеты. В  противоположном направлении имеет  место вытянутость до 1 000 радиусов  Земли.

 

Спор о форме Земли был  тогда в центре внимания научного  сообщества. Чтобы решить эту  проблему, Парижская академия наук  отправила две экспедиции: в Перу  и Лапландию. Но помимо геодезических  измерений учёные подошли к  этой задаче с теоретических  позиций. 
В те времена Землю считали изнутри огненно-жидкой, опираясь на наблюдения извержений вулканов, при которых из земных недр выбрасывается жидкая магма. Ньютон получил решение, согласно которому сжатие жидкой Земли у полюсов должно составлять 1/230. Иначе говоря, полярный радиус должен быть на 1/230 меньше экваториального.

Эйлер нашёл сжатие Земли  равным 1/234. 
Когда вернулась лапландская экспедиция, её руководитель Мопертюи, обработав материалы, получил значение полярного сжатия, равное 1/178, т. е. больше, чем у Ньютона. Однако Клеро сразу понял, что если считать недра Земли более плотными, то сжатие должно быть меньше, а не больше, чем в модели Ньютона, и заведомо меньше, чем значение, полученное Мопертюи. (Современное значение сжатия Земли 1/298,25.) 
 

Клеро решил построить теорию  строения Земли, полагая её неоднородной. Задача оказалась не из лёгких. Она, как и большинство задач  небесной механики, не имела точного  решения. Приходилось принимать  те или иные упрощающие предположения, разлагать входящие в формулы  выражения на медленно сходящиеся  ряды. Клеро получил решение и  представил свою теорию в книге "Теория фигуры Земли", вышедшей  в Париже в 1743 г. 
"Книга Клеро есть произведение несравненное как в отношении глубоких и трудных вопросов, которые в ней рассматриваются, так и в отношении того удобного и лёгкого способа, посредством которого ему удаётся совершенно ясно и отчётливо изложить предметы самые возвышенные" - таким было суждение Эйлера, очень строгого судьи. И сегодня эта книга считается классической.

 
     Однако решение Клеро было только началом. Задачу о фигуре вращающейся планеты пытались осилить после него и другие теоретики. Наилучший вариант предложил уже в начале XX века русский учёный А. М. Ляпунов. Решение задачи он представил в виде цепочки связанных между собой интегро-дифференциальных уравнений. Но первым в ней стояло уравнение Клеро.

N

 

S

 

Поле полосового  магнита

 

Комбинированные магнитные поля.

S

 

N

 

N

 

S

 

N

 

N

 

Полюс S указывает на N

 

Полюс N указывает на N

 

Комбинированные поля  магнита и Земли

N

 

N

 

S

 

N

 

S

 

N

 

S

 

N

 

S

 

N

 

S

 

N

 

Магнитные поля между  магнитами.

Простейший электродвигатель.

 

     Простейший электродвигатель работает только на постоянном токе (батарейке). Ток проходит по рамке, расположенной между полюсами постоянного магнита. Взаимодействие магнитных полей рамки с током и магнита заставляет рамку поворачиваться. После каждого полуоборота коллектор переключает контакты рамки, подходящие к батарейке, и поэтому рамка вращается.

Шаговый электродвигатель.

 

     Шаговый электродвигатель не вращается непрерывно, а поворачивается фиксированными ступенями. Это электродвигатель  с шагом в 1 / 12 оборота. Постоянные магниты ротора притягиваются к обмоткам статора. Которые в определенной последовательности подключаются к питанию. Шаговые двигатели, управляемые микропроцессорами, применяют для позиционирование рук роботов и компьютерных дисков.

 

Литература

 

 

• Калашников С. Г. «Электричество»
• Савельев И. В. «Курс общей физики», т.2
• Детлаф А. А.. Яворский Б. М. «Курс физики», М.: Высшая школа, 1989 г., гл.22
• Евграфова Н. Н., Каган В. Л. «Руководство к лабораторным работым по физике» М.: Высшая школа. 1970. С.177
• Кортнев А. В., Рублев Ю. В., Куценко А. Н. «Практикум по физике». М.: Высшая школа, 1965. С.331.
• Яновский Б. М. «Земной магнетизм». Изд-во ЛГУ (издания 1963 и 1978 гг.)
• Паркинсон «Введение в магнетиз». Мир м., 1986
• Рикитаки «Электромагнетизм и внутреннее строение земли. Недра», М.. 1968
• «Палеомагнитология» под редакцией А. Н. Храмова, 1982

           

 

7