Наш сайт доступен

на

52 языках

 

Visual Basic Рейтинг сайтов Наука / Образование

Техника и приборы

Поля вокруг нас.

 

В природе электрическое поле и магнитное известны как две составляющие электромагнитного поля. Обе эти составляющие существуют в природе как в естественном состоянии, так и являются результатом деятельности человека. Разница между ними заключается в том, что в большинстве своем естественные поля постоянные, то есть они не меняют полярность. В отличие от этого поля искусственного происхождения переменные, так как они генерируются переменным током.     В международной практике напряженность электрического поля обозначается символом Е и измеряется в вольтах на метр (В/м). Напряженность магнитного поля Н измеряется в амперах на метр (А/м) или в величинах магнитной индукции В в теслах (Тл) или гауссах (гс). Понятие о магнитосфере. Огромное влияние на природу и человека оказывает магнитосфера - самая внешняя и протяженная оболочка Земли. Это область околоземного пространства, физические свойства которой определяются магнитным полем Земли и его взаимодействием с потоками заряженных частиц. Строение магнитосферы Земли приведено на рис. 1. Рис. 1. Строение магнитосферы Земли Земля постоянно находится в потоке корпускулярного излучения Солнца, так называемого солнечного ветра, который образуется благодаря непрерывному расширению (истечению) плазмы солнечной короны и состоит из заряженных частиц (протонов, ядер и ионов гелия, а также более тяжелых положительных ионов и электронов). Солнечная плазма несет с собой магнитное поле, напряженность которого в среднем равна 4,8х10-3А/м  (6х10-5э).     При столкновении потока солнечной плазмы с препятствием - магнитным полем Земли - образуется распространяющаяся навстречу потоку ударная волна (рис. 1), фронт которой со стороны Солнца в среднем локализован на расстоянии 13-14 радиусов Земли (83-89 тыс. км) от ее центра. За фронтом ударной волны следует переходная область толщиной -20 тыс. км, где магнитное поле солнечной плазмы становится неупорядоченным, а движение ее частиц - хаотичным. Переходная область примыкает непосредственно к магнитосфере Земли, граница которой - магнитопауза - проходит там, где динамическое давление солнечного ветра уравновешивается давлением магнитного поля Земли. Она расположена со стороны Солнца на расстоянии 12 земных радиусов (70-80 тыс. км) от центра Земли, ее толщина -100 км. Напряженность магнитного поля Земли у магнитопаузы составляет ~8х10-2 А/м (10-3 э), то есть значительно выше напряженности поля солнечной плазмы на уровне орбиты Земли.    Потоки частиц солнечной плазмы обтекают магнитосферу и резко искажают на значительных расстояниях от Земли структуру ее магнитного поля. Примерно до расстояния трех земных радиусов (-20 тыс. км) от центра Земли магнитное поле еще достаточно близко к полю магнитного диполя (напряженность поля убывает с высотой ~1/R3). Регулярность поля здесь нарушают лишь магнитные аномалии (влияние аномалий сказывается до высот ~0,5 R над поверхностью Земли).    На расстояниях, превышающих ~20 тыс. км, магнитное поле ослабевает медленнее, чем поле диполя, а его силовые линии с солнечной стороны несколько прижаты к Земле. Линии геомагнитного поля, выходящие из полярных областей Земли, отклоняются солнечным ветром на ночную сторону Земли. Там они образуют хвост, или шлейф, магнитосферы протяженностью более 5 млн км. Возмущения магнитного поля Земли. Магнитное поле Земли подвержено вековым изменениям, которые, видимо, связаны с причинами, лежащими в недрах Земли. Однако существуют изменения магнитного поля, имеющие периодический характер. Эти изменения обусловлены внешними причинами и связаны с деятельностью Солнца.     Все геомагнитные колебания условно подразделяют на два класса: регулярные и нерегулярные. Регулярные колебания характеризуются устойчивостью и получили обозначение РC. Этот класс колебаний в свою очередь делится на пять подклассов. Нерегулярные колебания РI делятся на два подкласса. Для дневных часов характерен устойчивый тип колебаний РC, для ночных - нерегулярный тип РI     Устойчивые нерегулярные колебания, как полагают, связаны с солнечными, лунными и звездными сутками. Так, плавное изменение магнитного поля в пределах от нескольких до десятков гамм (1 гамма = 10-5 гс = 1 нТл) объясняют динамо-эффектом, возникающим при движении ионизированного вещества поперек силовых линий поля. Такого рода движения могут быть как приливного характера (вызваны силой тяготения Луны и Земли), так и обусловлены атмосферной циркуляцией, которая возникает при нагреве атмосферы Солнцем.     Интересным типом регулярных короткопериодических колебаний являются колебания типа «жемчужин», которые объясняются взаимодействием заряженных частиц, испускаемых Солнцем, с электромагнитным полем в плазме. Период повторения колебаний типа «жемчужин» составляет 1-4 мин. Амплитуда колебаний -10-100 гамм. «Жемчужины» с периодом колебания 1 > 2-3 с появляются чаще всего на небольших территориях, в то время как с периодом колебания 1 < 2 с - глобально.     К нерегулярным колебаниям относятся всплески колебаний в ночное время, получившие название «цугов» (режим PI). Период таких колебаний может меняться в интервале от 1 до 150 с.     В околоземном космическом пространстве и на поверхности Земли колебания геомагнитного поля происходят в широком диапазоне частот (10-5-102 Гц) и амплитуд (10-3-10-7 э). В спокойное время в низких и средних широтах наблюдаются периодические солнечно-суточные и лунно-суточные магнитные вариации с амплитудами 30-70 гамм и 1-5 гамм соответственно.    Магнитные возмущения, охватывающие всю Землю и продолжающиеся от одного до нескольких дней, называются мировыми магнитными бурями, во время которых амплитуда отдельных составляющих может превзойти 1000 гамм. Магнитные бури, как правило, протекают в три фазы. В первую фазу, которая продолжается несколько часов, происходит возрастание горизонтальной составляющей компоненты поля Н до нескольких десятков и даже сотен гамм. Спустя примерно час начинается убывание величины горизонтальной составляющей до напряженности на 100 гамм ниже нормальной. Это вторая фаза, которая продолжается примерно 12 ч. Следующая, заключительная фаза, во время которой напряженность достигает нормы, продолжается несколько дней. Это, прежде всего, относится к магнитным бурям, наблюдающимся вблизи полярных сияний. По интенсивности магнитные бури условно разделяют на очень большие (более 200-500 гамм), большие (100-200 гамм) и малые (50 гамм). Слабые магнитные бури имеют 27-дневную периодичность. Это дает основание полагать, что на Солнце существуют магнитоактивные области (М области); период появления их равен времени оборота Солнца вокруг своей оси (27 земных суток).    Магнитная буря - одно из проявлений сильных возмущений магнитосферы, возникающих при изменении параметров солнечного ветра, особенно скорости его частиц, и нормальной составляющей межпланетного магнитного поля относительно плоскости эклиптики. Рис. 2. Характер изменения напряженности магнитного поля Земли в период возникновения магнитных бурь Характер изменения напряженности магнитного поля Земли в период возникновения магнитных бурь приведен на рис. 2. Если вам понравился сайт, то поделитесь со своими друзьями этой информацией в социальных сетях, просто нажав на кнопку вашей сети.