지구의 자기장은 지구 발휘하는 것을 자기 효과와 그 공간에서 수백 킬로미터에 그 내부에서 확장합니다. 막대 자석에 의해 생성되는 것과 매우 유사합니다. 이 아이디어는 17 세기 영국 과학자 William Gilbert에 의해 제안되었으며, 그는 또한 자석의 극을 분리 할 수 없음을 관찰했습니다.
그림 1은 지구의 자기장 선을 보여줍니다. 그들은 항상 닫혀 있고 내부를 통과하고 외부에서 계속되어 일종의 덮개를 형성합니다.
그림 1. 지구의 자기장은 막대 자석의 자기장과 유사합니다. 출처 : Wikimedia Commons.
지구 자기장의 기원은 여전히 수수께끼입니다. 주철로 만들어진 지구의 외핵은 자기장을 파괴 할 정도의 온도이기 때문에 스스로 자기장을 생성 할 수 없습니다. 이에 대한 온도 임계 값을 퀴리 온도라고합니다. 따라서 많은 양의 자화 물질이 자기장을 담당하는 것은 불가능합니다.
이 가설을 배제한 우리는 지구 자전이라는 또 다른 현상에서 장의 기원을 찾아야합니다. 이로 인해 용융 코어가 불균일하게 회전하여 유체가 자발적으로 자기장을 생성하는 발전기 효과를 생성합니다.
다이너 모 효과는 예를 들어 태양과 같은 천체의 자성의 원인이라고 믿어집니다. 그러나 지금까지 유체가 이러한 방식으로 거동 할 수있는 이유와 생성 된 전류가 어떻게 유지되는지는 알려져 있지 않습니다.
형질
-지구의 자기장은 내부 자기장 자체, 외부 자기장 및 지각의 자기 미네랄의 세 가지 기여의 결과입니다.
- 내부 장 : 그것은 지구 중앙에 위치한 자기 쌍극자 (자석)의 것과 유사하며 그 기여도는 약 90 %입니다. 시간에 따라 매우 느리게 변합니다.
- 외부 장 : 대기층의 태양 활동에서 비롯됩니다. 쌍극자처럼 보이지 않고 매일, 매년, 자기 폭풍 등 다양한 변형이 있습니다.
- 지각의 자기 암석은 또한 자신의 장을 생성합니다.
-자기장은 막대 자석처럼 극성을 띠며 북극과 남극을 나타냅니다.
-반대 극이 서로 끌어 당김에 따라 그 북극 인 나침반 바늘은 항상 지구 자석의 남극이있는 지리적 북쪽 부근을 가리 킵니다.
-자기장의 방향은 자남 (자석의 북극)을 떠나 자북 (자석의 남극)으로 들어가는 폐쇄 선의 형태로 표현됩니다.
-자북과 자남에서도 자기장은 지구 표면에 수직이고 적도에서는 자기장이 풀을 뜯고 있습니다. (그림 1 참조)
-장의 강도는 적도보다 극에서 훨씬 더 큽니다.
-지상파 쌍극자의 축 (그림 1)과 회전축이 정렬되지 않았습니다. 그들 사이에는 11.2º의 변위가 있습니다.
지자기 요소
자기장은 벡터이기 때문에 원점이 O 인 데카르트 좌표계 XYZ는 위치를 설정하는 데 도움이됩니다.
그림 2. 지자기 요소. 출처 : F. Zapata.
자기장 또는 유도의 총 강도는 B 이고 돌출부 또는 구성 요소는 수평으로 H, 수직으로 Z입니다. 다음과 관련이 있습니다.
-D, 자기 편각 각도, H와 지리적 북쪽 (X 축) 사이에 형성되며, 동쪽으로는 양수이고 서쪽으로는 음수입니다.
-I, B 와 H 사이의 자기 경사각, B 가 수평 아래 이면 양수 .
나침반 바늘은 필드의 수평 구성 요소 인 H 방향으로 향합니다. B 와 H에 의해 결정되는 평면을 자기 자오선이라고하며 ZX는 지리적 자오선이라고합니다.
자기장 벡터는 B , H, D, I, X, Y, Z 와 같은 지자기 요소라고하는 다음 수량 중 세 가지를 알고있는 경우 완전히 지정됩니다 .
함수
다음은 지구 자기장의 가장 중요한 기능 중 일부입니다.
-인간은 수백 년 동안 나침반으로 방향을 잡는 데 사용했습니다.
-태양이 지속적으로 방출하는 하전 입자를 감싸고 편향하여 행성의 보호 기능을 발휘합니다.
-지구의 자기장 (30-60 마이크로 테슬라)은 실험실의 자기장에 비해 약하지만 특정 동물이 방향을 잡기 위해 사용하기에 충분히 강합니다. 철새, 귀환 비둘기, 고래 및 일부 물고기 떼도 마찬가지입니다.
-광물 자원 탐사를 위해 자기 측정 또는 자기장 측정이 사용됩니다.
오로라와 남부
그들은 각각 북극광 또는 남향 광으로 알려져 있습니다. 그들은 자기장이 지구 표면에 거의 수직이고 적도보다 훨씬 더 강한 극 근처의 위도에 나타납니다.
그림 3. 알래스카의 오로라. 출처 : Wikimedia Commons.
그들은 태양이 지속적으로 보내는 다량의 하전 입자에서 그 기원을 가지고 있습니다. 필드에 갇힌 사람들은 일반적으로 더 높은 강도로 인해 극쪽으로 표류합니다. 거기에서 그들은 그것을 이용하여 대기를 이온화하고 그 과정에서 가시 광선이 방출됩니다.
오로라는 자극의 근접성으로 인해 알래스카, 캐나다 및 북유럽에서 볼 수 있습니다. 그러나 이것의 이주로 인해 시간이 지남에 따라 러시아 북부에서 더 잘 보일 수 있습니다.
그러나 오로라가 불규칙한 자북을 정확히 따르지 않기 때문에 지금은 그렇지 않은 것 같습니다.
자기 편각 및 탐색
내비게이션, 특히 매우 긴 여행의 경우 필요한 수정을하고 진북을 찾기 위해 자기 편각을 아는 것이 매우 중요합니다.
이는 지리적 위치에 따라 적위가 크게 다르기 때문에 등각 선 (등각 선)을 나타내는지도를 통해 이루어집니다. 이것은 자기장이 지속적으로 국부적 인 변화를 경험하기 때문입니다.
활주로에 그려진 큰 숫자는 자북을 기준으로 한 방향을 10으로 나누고 반올림 한 것입니다.
북쪽 사람들
혼란스러워 보일지 모르지만 몇 가지 특정 기준에 의해 정의 된 여러 유형의 북쪽이 있습니다. 따라서 다음을 찾을 수 있습니다.
Magnetic North 는 자기장이 표면에 수직 인 지구상의 지점입니다. 나침반 포인트가 있고, 그런데 그것은 자기 남쪽과 반대쪽 (직경 반대)이 아닙니다.
Geomagnetic North 는 자기 쌍극자의 축이 표면으로 올라가는 곳입니다 (그림 1 참조). 지구의 자기장은 쌍극자 장보다 약간 더 복잡하기 때문에이 지점은 자북과 정확히 일치하지 않습니다.
지리적 인 북쪽 , 지구 자전 축이 그곳을 통과합니다.
Lambert 또는 그리드의 북쪽은 지도의 자오선이 수렴하는 지점입니다. 지구의 구형 표면이 평면에 투영 될 때 왜곡되기 때문에 진북 또는 지리적 북쪽과 정확히 일치하지 않습니다.
그림 4. 다양한 북쪽과 그 위치. 출처 : Wikimedia Commons. Cavit
자기장의 반전
수수께끼의 사실이 있습니다. 자극은 수천 년 동안 위치를 바꿀 수 있으며 현재 일어나고 있습니다. 실제로 지난 1,700 만년 동안 171 번 발생한 것으로 알려져 있습니다.
증거는 대서양 한가운데의 균열에서 나오는 암석에서 발견됩니다. 그것이 나올 때, 암석은 냉각되고 굳어지고, 보존 된 순간에 지구의 자화 방향을 설정합니다.
그러나 지금까지 왜 이런 일이 발생하는지에 대한 만족스러운 설명이 없으며 장을 반전시키는 데 필요한 에너지 원도 없습니다.
앞서 논의한 바와 같이 자북은 현재 시베리아를 향해 빠르게 이동하고 있으며, 더 느리기는하지만 남쪽도 이동하고 있습니다.
일부 전문가들은이 분야를 약화시키는 것은 캐나다 바로 아래에서 액체 철의 고속 흐름 때문이라고 생각합니다. 자기 반전의 시작일 수도 있습니다. 마지막으로 일어난 일은 70 만년 전이었습니다.
지구 자기를 일으키는 발전기는 자연적으로 또는 예를 들어 혜성의 접근과 같은 외부 개입에 의해 잠시 동안 꺼질 수 있지만 후자의 증거는 없습니다.
발전기가 다시 시작되면 자극이 위치를 바꿨습니다. 그러나 반전이 완료되지 않고 쌍극자 축이 일시적으로 변형되어 마침내 원래 위치로 돌아갈 수도 있습니다.
실험
Helmholtz 코일로 수행됩니다. 동일한 강도의 전류가 통과하는 두 개의 동일하고 동심원 원형 코일입니다. 코일의 자기장은 지구의 자기장과 상호 작용하여 결과적인 자기장을 발생시킵니다.
그림 5. 지구의 자기장 값을 결정하기위한 실험. 출처 : F. Zapata.
코일 내부에 거의 균일 한 자기장이 생성되며, 그 크기는 다음과 같습니다.
-나는 전류의 강도
-μ o 는 진공의 투자율입니다.
-R은 코일의 반경
방법
코일의 축축에 나침반을 놓고 지상 자기장 B T 의 방향을 결정합니다 .
-코일의 축이 B T에 수직이되도록합니다 . 따라서 전류가 통과됨에 따라 생성 된 필드 B H 는 B T에 수직이됩니다 . 이 경우 :
그림 6. 결과 필드는 나침반 바늘이 표시하는 것입니다. 출처 : F. Zapata.
-B H 는 코일을 통과하는 전류에 비례하므로 B H = kI, 여기서 k는 코일의 형상에 따라 달라지는 상수입니다 : 반경 및 회전 수. A 측정 전류는 B H 값을 가질 수 있습니다 . 그래서:
그러므로:
-다양한 전류가 코일을 통과하고 쌍 (I, tg θ)이 표에 기록됩니다.
-그래프 I 대. tg θ. 의존성이 선형이기 때문에 기울기 m이 다음과 같은 선을 얻을 것으로 예상합니다.
직선에서 - 마지막으로, - 라인을 최소 제곱 또는 시각 조정 착용감는 B의 값을 결정하기 위해 진행하여 T를 .
참고 문헌
- 지구 자기장. 출처 : web.ua.es
- 나바라 대학의 자기 유체 역학 그룹. 다이너 모 효과 : 역사. 출처 : fisica.unav.es.
- Kirkpatrick, L. 2007. Physics : A Look at the World. 6 차 요약 판. Cengage 학습.
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- NatGeo. 지구의 자기 북극이 움직이고 있습니다. 출처 : ngenespanol.com.
- Scientific American. 지구에는 하나 이상의 북극이 있습니다. 출처 : scienceamerican.com.
- Wikipedia. 지자기 극. 출처 : en.wikipedia.org.