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    地面磁場

    2016/9/19 14:31:14

    為什么磁體能指南北呢?原來地球是一個巨大的天然磁體,它的磁場與條形磁體的磁場一樣。如下圖所示。
      地磁場對人類的生產(chǎn)、生活都有重要意義。
      行軍、航海利用地磁場對指南針的作用來定向。人們還可以根據(jù)地磁場在地面上分布的特征尋找礦藏。地磁場的變化能影響無線電波的傳播。當?shù)卮艌鍪艿教柡谧踊顒佣l(fā)生強烈擾動時,遠距離通訊將受到嚴重影響,甚至中斷。假如沒有地磁場,從太陽發(fā)出的強大的帶電粒子流(通常叫太陽風),就不會受到地磁場的作用發(fā)生偏轉而直射地球。在這種高能粒子的轟擊下,地球的大氣成份可能不是現(xiàn)在的樣子,生命將無法存在。所以地磁場這頂“保護傘”對我們來說至關重要。
      地磁場強度大約是500-600毫高斯,也就是5-6*E-5特斯拉
      地磁場的發(fā)現(xiàn)
      我國宋代科學家沈括(1034——1094)在公元1086年寫的《夢溪筆談》中,最早記載了地磁偏角“方家(術士)以磁石磨針鋒,則能指南,然常微偏東,不全南也”。沈括是歷史上第一個從理論高度來研究磁偏現(xiàn)象的人。提出較系統(tǒng)的原始理論的是英國人吉爾伯特。他在1600年著的《磁體》一書中,把當時許多有關磁體性質的事實都記了下來,同時創(chuàng)造性地作了劃時代的實驗:把一塊天然磁石磨制成一個大磁球,用小鐵絲制的小磁針裝在樞軸上,放到該磁球附近,在這磁球面上發(fā)現(xiàn)小磁針的各種行為與我們在地球上看到指南針的行為完全一樣。吉爾伯特用石筆把小磁針排列的指向標出一條條線,畫成許多子午圈,與地球經(jīng)線相像,也有一條赤道,小磁針在赤道上則平行于球面。因此吉爾伯特提出了一個理論:認為地球本身就是一塊巨大的磁石,磁子午線匯交于地球兩個相反的端點即磁極上。
      地磁場的起源
      地球存在磁場的原因還不為人所知,普遍認為是由地核內液態(tài)鐵的流動引起的。最具代表性的假說是“發(fā)電機理論”。1945年,物理學家埃爾薩塞根據(jù)磁流體發(fā)電機的原理,認為當液態(tài)的外地核在最初的微弱磁場中運動,像磁流體發(fā)電機一樣產(chǎn)生電流,電流的磁場又使原來的弱磁場增強,這樣外地核物質與磁場相互作用,使原來的弱磁場不斷加強。由于摩擦生熱的消耗,磁場增加到一定程度就穩(wěn)定下來,形成了現(xiàn)在的地磁場。
      還有一種假說認為:鐵磁質在770℃(居里溫度)的高溫中磁性會完全消失。在地層深處的高溫狀態(tài)下,鐵會達到并超過自身的熔點呈現(xiàn)液態(tài),決不會形成地球磁場。而應用“磁現(xiàn)象的電本質”來做解釋,認為按照物理學研究的結果,高溫、高壓中的物質,其原子的核外電子會被加速而向外逃逸。所以,地核在6000K的高溫和360萬個大氣壓的環(huán)境中會有大量的電子逃逸出來,地幔間會形成負電層。按照麥克斯韋的電磁理論:電動生磁,磁動生電。所以,要形成地球南北極式的磁場,必然需要形成旋轉的電場,而地球自轉必然會造成地幔負電層旋轉,即旋轉的負電場,磁場由此而生。
      地磁場對生物活動的影響
      像海龜、鯨魚、候鳥等眾多遷徙動物均能走南闖北,每年可旅行幾千公里,中途往往還要經(jīng)過汪洋大海,但是還能測定精確的位置?茖W家們發(fā)現(xiàn),海龜能通過地球磁場和太陽及其他星體的位置來辨別方向。但對于遷徙中的海龜來說,僅有“方向感”是不夠的,它們可能還有一張“地圖”,用于明確自己的地理位置,最終到達某個特定的目的地。美國北卡羅來納大學查珀爾希爾分校的肯洛曼研究小組發(fā)現(xiàn),綠海龜對不同地理位置間的地磁場強度、方向的差別十分“敏感”,它們能通過地磁場為自己繪制一張地圖。
      信鴿能在遙遠的地方飛回而不迷失方向,也是由于地磁的幫助
      地磁場的強弱叫地磁感(應)強度,地磁場的磁子午線與地理子午線間的夾角叫磁偏角,地球上某處地磁場方向與地面水平方向間的夾角叫磁傾角,這三個物理量稱為“地磁三要素”。但是從地球的一個地方到鄰近的另一個地方,地磁要素的變化一般都十分微小。
      地磁場圖記錄了地球表面各點的地磁場的基本數(shù)據(jù)和它們的變化規(guī)律,它是航海、航空、軍事以及地質工作不可缺少的工具。船舶和飛機航行時,用磁羅盤測得的是地磁方位角,因此只有知道了當時當?shù)氐拇牌菙?shù)值,才能確定地理方位和航行路線。
      一般來說,地磁要素的變化是很小的,但是跟太陽活動有密切聯(lián)系的磁暴現(xiàn)象,卻發(fā)生得十分突然。這是因為太陽黑子活動劇烈的時候,放出的能量相當于幾十萬顆氫彈爆炸的威力,同時噴射出大量帶電粒子。這些帶電粒子射到地球上形成的強大磁場迭加到地磁場上,使正常情況下的地磁要素發(fā)生急劇變化,引起“磁暴”。發(fā)生磁暴時,地球上會發(fā)生許多奇異的現(xiàn)象。在漆黑的北極上空會出現(xiàn)美麗的極光。指南針會搖擺不定,無線電短波廣播突然中斷,依靠地磁場“導航”的鴿子也會迷失方向,四處亂飛。地磁場能阻擋宇宙射線和來自太陽的高能帶電粒子,是生物體免遭危害的天然保護傘。

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