Origine del campo magnetico della Terra, caratteristiche, funzione

Lui Campo magnetico terrestre È l'effetto magnetico che la terra esercita e che si estende dall'interno a centinaia di chilometri nello spazio. È molto simile a quello prodotto da un magnete a barre. Questa idea è stata suggerita dallo scienziato inglese William Gilbert nel diciassettesimo secolo, che ha anche osservato che non è possibile separare i poli del magnete.

La Figura 1 mostra le linee del campo magnetico terrestre. Sono sempre chiusi, attraversano l'interno e continuano all'esterno, formando una sorta di copertura.

Figura 1. Il campo magnetico terrestre ricorda quello di un magnete a barra. Fonte: Wikimedia Commons.

L'origine del campo magnetico terrestre è ancora un mistero. Il nucleo esterno, in ghisa, non può da solo, perché la temperatura è tale da distruggere l'ordine magnetico. La soglia di temperatura per questo è nota come temperatura Curie. Pertanto è impossibile che una grande massa di materiale magnetizzato sia responsabile del campo.

Scartato questa ipotesi, dobbiamo cercare l'origine del campo in un altro fenomeno: la rotazione terrestre. Questo fa sì che il nucleo fuso si trasformi in modo uniforme, creando l'effetto dinamo, in cui un fluido genera spontaneamente un campo magnetico.

Si ritiene che l'effetto dinamo sia la causa del magnetismo degli oggetti astronomici, ad esempio quello del sole. Ma finora non è noto perché un fluido sia in grado di comportarsi in questo modo e come hanno prodotto le correnti elettriche.

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Caratteristiche

- Il campo magnetico terrestre è il risultato di tre contributi: il campo interno stesso, il campo magnetico esterno e quello dei minerali magnetici nella corteccia:

1. Campo interno: ricorda quello di un dipolo magnetico (magnete) situato al centro della terra e il suo contributo è di circa il 90%. Varia molto lentamente nel tempo.
2. Campo esterno: proviene dall'attività solare negli strati dell'atmosfera. Non assomiglia a quello di dipolo e presenta numerose variazioni: tempeste giornaliere, annuali e magnetiche e altro ancora.
3. Rocce magnetiche nella crosta terrestre, che creano anche il loro campo.

- Il campo magnetico è polarizzato, presentando poli nord e sud, proprio come un magnete a barra.

- Man mano che i pali opposti attirano, l'ago della bussola, che è il suo polo settentrionale, indica sempre la vicinanza del nord geografico, dove si trova il polo meridionale del magnete terrestre.

- La direzione del campo magnetico è rappresentata sotto forma di linee chiuse che lasciano il sud magnetico (polo settentrionale del magnete) ed entrano nel nord magnetico (polo sud del magnete).

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- Anche nel nord magnetico e nel sud magnetico -il campo è perpendicolare alla superficie terrestre, mentre in Ecuador, il campo è a filo. (Vedi Figura 1)

- L'intensità del campo è molto maggiore nei poli che in Ecuador.

- L'asse del dipolo terrestre (Figura 1) e l'asse di rotazione non sono allineati. C'è uno spostamento di 11,2º tra loro.

Elementi geomagnetici

Poiché il campo magnetico è vettoriale, un sistema cartesiano di XYZ coordina con un'origine o aiuta a stabilire la sua posizione.

figura 2. Elementi geomagnetici. Fonte: f. Zapata.

L'intensità totale del campo magnetico o dell'induzione è B e le sue proiezioni o componenti sono: h orizzontale e z in verticale. Sono correlati attraverso:

-D, l'angolo di declino magnetico, formato tra H e il nord geografico (asse x), positivo verso est e negativo a ovest.

-Io, l'angolo di inclinazione magnetico, tra B e h, positivo se B è sotto l'orizzontale.

L'ago della bussola sarà orientato nella direzione di H, il componente orizzontale del campo. Il piano determinato da B e H si chiama meridiano magnetico, mentre ZX è il meridiano geografico.

Il vettore del campo magnetico è completamente specificato se sono note tre delle seguenti quantità, che sono chiamate elementi geomagnetici: B, H, d, i, x, y, z.

Funzione

Ecco alcune delle funzioni più importanti del campo magnetico terrestre:

-Gli esseri umani lo hanno usato per orientare la bussola per centinaia di anni.

-Esercita una funzione protettiva del pianeta, avvolgendolo e deviando le particelle cariche che il sole sorge continuamente.

-Sebbene il campo magnetico della Terra (30-60 micro Tesla) sia debole rispetto a quelli del laboratorio, è abbastanza intenso che alcuni animali lo usino per orientare. Questo è ciò che gli uccelli migratori, i piccioni a messaggeri, le balene e alcune scuole di pesce lo fanno.

-La magnetometria o la misurazione del campo magnetico viene utilizzata per la prospettiva delle risorse minerali.

A lupo nord e meridionali

Sono conosciuti come le luci del nord o del sud, rispettivamente. Appaiono in latitudini vicino ai poli, dove il campo magnetico è quasi perpendicolare alla superficie terrestre e molto più intenso che in Ecuador.

Figura 3. Boreal Aurora in Alaska. Fonte: Wikimedia Commons.

Hanno la loro origine nel gran numero di particelle caricate che il sole invia continuamente. Quelli che sono intrappolati dal campo, di solito si discostano verso i poli, a causa della massima intensità. Lì coglieno l'occasione per ionizzare l'atmosfera e nel processo viene emessa la luce visibile.

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Le luci del nord sono visibili in Alaska, Canada e Nord Europa, a causa della vicinanza del polo magnetico. Ma a causa della sua migrazione, è possibile che nel tempo diventino più visibili alla Russia settentrionale.

Anche se per ora non sembra essere il caso, poiché le Auroras non seguono esattamente nel nord del Nord magnetico.

Declino magnetico e navigazione

Per la navigazione, in particolare in viaggi molto lunghi, è estremamente importante conoscere il declino magnetico, al fine di eseguire la correzione necessaria e trovare il vero nord.

Ciò è ottenuto da mappe che indicano le linee di uguale declino (isogone), poiché il declino varia notevolmente in base alla posizione geografica. Questo perché il campo magnetico sperimenta continuamente variazioni locali.

I grandi numeri che sembrano dipinti sulle tracce di atterraggio sono le direzioni in gradi rispetto al nord magnetico, diviso per 10 e arrotondato.

Tipi nord

Tuttavia, può sembrare confuso, ci sono diversi tipi di nord, definiti da alcuni criteri particolari. Quindi, possiamo trovare:

Nord magnetico, È il punto della terra in cui il campo magnetico è perpendicolare alla superficie. Lì punta la bussola e, a proposito, non è antipodale (diametralmente opposta) con il Sud magnetico.

North geomagnetico, È il luogo in cui l'asse del dipolo magnetico appare alla superficie (vedi Figura 1). Poiché il campo magnetico terrestre è un po 'più complesso del campo dipolo, questo punto non coincide esattamente con il nord magnetico.

Nord geografico, Lì passa l'asse della rotazione terrestre.

North Lambert o la griglia, È il punto in cui i meridiani delle mappe convergono. Non corrisponde esattamente al nord o al vero nord, poiché la superficie sferica della terra è distorta quando proiettata su un piano.

Figura 4. Vari Nortes e la sua posizione. Fonte: Wikimedia Commons. Cavit [CC di 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by/4.0)]

Investimento sul campo magnetico

C'è un fatto sconcertante: i poli magnetici possono cambiare posizione nel corso di poche migliaia di anni e stanno attualmente accadendo. In effetti è noto che sono passati circa 171 volte prima, negli ultimi 17 milioni.

Le prove si trovano nelle rocce che emergono da una crepa nel mezzo dell'Oceano Atlantico. Quando esce, la roccia si raffredda e si solidifica, fissando la direzione della magnetizzazione terrestre per il momento, che è conservato.

Ma finora non esiste una spiegazione soddisfacente del perché accade, né da dove viene l'energia necessaria per investire il campo.

Come commentato in precedenza, il Nord magnetico si sta attualmente spostando rapidamente verso la Siberia, e anche il Sud si muove, sebbene più lentamente.

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Alcuni esperti ritengono che sia dovuto a un flusso di ferro liquido ad alta velocità, appena sotto il Canada, che si indebolisce sul campo. Potrebbe anche essere l'inizio di un investimento magnetico. L'ultimo accaduto è stato 700 fa.000 anni.

Può darsi che la dinamo che dà origine al magnetismo terrestre si spegne per un po ', spontaneamente o da un intervento esterno, come ad esempio l'approccio di una cometa, sebbene quest'ultimo non abbia prove.

Quando la dinamo si riavvia, i poli magnetici hanno cambiato luoghi. Ma può anche succedere che l'investimento non sia completo, ma una variazione temporanea dell'asse dipolo, che tornerà finalmente alla sua posizione originale.

Sperimentare

Viene eseguito con le bobine Helmholtz: due bobine circolari identiche e concentriche, attraverso le quali passa la stessa intensità di corrente. Il campo magnetico delle bobine interagisce con quello della terra, dando origine a un campo magnetico risultante.

Figura 5. Sperimentare per determinare il valore del campo magnetico terrestre. Fonte: f. Zapata.

All'interno delle bobine, viene creato un campo magnetico approssimativamente uniforme, la cui grandezza è:

-N è il numero di giri delle bobine

-Io è l'intensità della corrente

-μ_O È la permeabilità magnetica del vuoto

-R è il raggio delle bobine

Procedura

-Con una bussola posizionata sull'asse assiale delle bobine, determinare la direzione del campo magnetico terrestre B_T.

-Est l'asse delle bobine da perpendicolare a B_T. In questo modo il campo B_H generato non appena la corrente è passata, sarà perpendicolare B_T. In questo caso:

Figura 6. Il campo risultante è ciò che segnerà l'ago della bussola. Fonte: f. Zapata.

-B_H È proporzionale alla corrente che viene passata attraverso le bobine, in modo che B_H = k.Yo, Dove K È una costante che dipende dalla geometria di queste bobine: radio e numero di turni. Quando si misura la corrente, puoi avere il valore di B_H. Affinché:

B_H = k.I = b_T. Tg θ

Perciò:

-Non appena una corrente viene passata attraverso le bobine, l'ago della bussola si discosta. Misurare la deviazione è il valore di θ.

-Vengono trasmesse varie intensità attraverso le bobine e vengono registrate le coppie (Yo, Tg θ).

-Il grafico è realizzato Yo vs. Tg θ. Poiché l'unità è lineare, è prevista una linea, la cui pendenza M È:

m = b_T /K

-Infine, dalla regolazione della linea per quadrati minimi o mediante regolazione visiva, viene determinato il valore di B_T.

Riferimenti

1. Campo magnetico terrestre. Recuperato da: web.Ua.È
2. Gruppo Magneto-idrodinamico dell'Università di Navarra. Effetto Dynamo: storia. Recuperato da: fisica.One V.È.
3. Kirkpatrick, l. 2007. Fisica: uno sguardo al mondo. 6a edizione abbreviata. Apprendimento del Cengage.
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5. Natgeo. Il polo nord magnetico della Terra si sta muovendo. Recuperato da: nnespanol.com.
6. Scientifico americano. La terra ha più di un polo nord. Recuperato da: scientifico americano.com.
7. Wikipedia. Polo geomagnetico. Recuperato da: in.Wikipedia.org.