Жер магниттілігі
жүктеу/скачать 19,43 Kb.
|
Жер магниттілігі
Дәріс №1
| Жер магниттілігі[1] , геомагниттілік — Жердің және Жер төңірегіндегі ғарыштық кеңістіктің магнит өрісі; геомагниттік өрістің кеңістікте таралуын және уақыт бойынша өзгерісін, сондай-ақ, соған байланысты пайда болатын Жердегі және жоғары атмосферадағы геофизикалық процестерді зерттейтін геофизиканың бөлімі. Жердің магнит өрісінің әрбір нүктесіндегі магнит өрісінің кернеулігі Т векторымен сипатталады. Бұл вектордың шамасы мен бағыты кернеуліктің горизонталь құраушысы (Н), магниттік бұрылу (D) және магниттік еңкею (І) деп аталатын жер магниттілігінің 3 элементі арқылы анықталады. Магниттік бұрылу (D) — Н пен географиялық меридиан арасындағы, ал магниттік еңкею (І) — Т векторы мен горизонт жазықтығы арасындағы бұрыш. Жер магниттілігінің элементтерін (Н, D, Т) өлшеу үшін түрлі магнитометр, аэромагнитометр, магниттік компас, теодолит, магниттік таразы, магниттік буссоль, т.б. қолданылады. Жердің магнит өрісі тұрақты (99%) және айнымалы (1%) болып екіге бөлінеді. Жердің тұрақты магнит өрісі Жердің ішінде толассыз жүріп жатқан процесстерге байланысты және ол Жер бетінің әр нүктесінде әр түрлі болады. Жердің тұрақты (негізгі) магнит өрісінің пайда болуы жайында әр түрлі болжамдар бар. Оның ішінде ғалымдар гидромагнитті динамо теориясына сүйенеді. Температураның өзгеруіне байланысты Жердің сұйық ядросында электр өткізгіш заттар айналып тұруы мүмкін. Мұны “конвективті” айналым деп атайды. Жер ядросында әрқашан да болатын әлсіз магнит өрісі салдарынан конвективті айналымдар тұйық құйынды электр токтарын туғызады. Ал бұл токтар Жердің магнит өрісін қоздырады. Жер бетінен жоғары ұзаған сайын магнит өрісіне Күн желі — Күннен шыққан зарядты бөлшектер ағыны әсер етеді. Жер бетінде бақыланатын магнит өрісі магнит диполінің (магниттелген біртекті шардың) магнит өрісіне ұқсайды. Бұл дипольдің центрі Жер центрінен 436 км-ге ығысқан және оның магниттік моменті Жер осімен 11,5° бұрыш жасайды. Дипольдің магнит полюстеріне сәйкес геомагниттік ендік, геомагниттік меридиан, геомагниттік экватор деп аталатын координаттар жүйесі болады. Жердің магнит өрісі мен дипольдің арасындағы нақты өлшеу арқылы анықталған айырма магниттік аномалия деп аталады. Көлеміне қарай магниттік аномалиялар материктік, аймақтық, жергілікті болып ажыратылады. Материктік аномалиялар Жердің терең қабатында өтетін құбылыстарға байланысты пайда болады. Жер бетінде 6 материктік аномалия бар. Аймақтық аномалиялар ондаған, жүздеген километрге созылады. Жергілікті аномалиялардың ұзындығы ондаған километрден бір метрге дейін болады. Қазақстанда Соколов — Сарыбай, Қоржынкөл магниттік аномалиялары бар. Негізгі магнит өрісі ұзақ жылдар ішінде өзгеріп отырады. Мұндай баяу өзгерістерді — ғасырлық вариация (ғасырлық жылжу) деп атайды. Ғасырлық жылжу Жер ядросындағы процестерге тәуелді болады. Жердің айнымалы магнит өрісі (магниттік вариациялар) — Жер атмосферасының жоғарғы қабаттарында (ионосфера) не одан да жоғарырақ қабаттардағы электр тогы салдарынан пайда болады. Магниттік вариациялар бірқалыпты периодты вариациялар және магниттік ұйтқулар болып бөлінеді. Бірқалыпты периодты вариациялар ендікке, жыл мезгіліне және Күн активтілігіне байланысты өзгеріп отырады. Магниттік ұйтқулар ионосферадағы ұйтқулар мен полярлық жарқылға тікелей байланысты болады. Жергілікті магниттік аномалияларды бақылау нәтижесінде кен байлықтардың, әсіресе, темір кендерінің жатқан орны және оның қоры анықталады. Бұл жұмыстар магниттік барлау әдістерімен жүргізіледі. Магниттік ұйтқуларды зерттеу арқылы радиобайланыс жүйесін бұзатын ионосферадағы құбылыстарды алдын-ала біліп отыруға болады. Жердің магнит өрісінің тірі организмге әсерін зерттеу ісі де биология ғылымы үшін маңызды мәселе.
Магнит өрісі — қозғалыстағы электр зарядтары мен магниттік моменті бар денелерге (олардың қозғалыстағы күйіне тәуелсіз) әсер ететін күштік өріс. Магнит өрісі магниттік индукция векторымен (В) сипатталады. В-ның мәні магнит моменті бар қозғалыстағы электр зарядына және денелерге өрістің берілген нүктесінде әсер етуші күшті анықтайды. Магнит өрiстерiн бейне түрiнде кескiндеу үшiн магнит индукциясы сызықтарын пайдаланады."Магнит өрісі” терминін 1845 ж. ағылшын физигі М. Фарадей енгізген. Ол электр өзара әсер сияқты магнит өзара әсер де бірыңғай материялық өріс арқылы беріледі деп санаған. Электр-магниттік өрістің классикалық теориясын Дж.Максвелл жасаған (1873), ал кванттық теориясы 20 ғасырдың 20-жылдары жасалды (Өрістің кванттық теориясы). Макроскоп. Магнит өрісінің көздері — магниттелген денелер, тогы бар өткізгіштер және қозғалыстағы зарядталған денелер. Бұл көздердің табиғаты бір: Магнит өрісі зарядталған микробөлшектердің (электрон, протон, ион), сондай-ақ, микробөлшектердің меншікті (спиндік) магнит моменті болуының нәтижесінде пайда болады (Магнетизм). Айнымалы магнит өрісі электр өрісінің, ал электр өрісі магнит өрісінің уақыт бойынша өзгерісі нәтижесінде пайда болады. Электр және магнит өрістері, олардың бір-бірімен өзара әсерлері Максвелл теңдеуімен толық сипатталады. Магнит өрісінің кернеулік (Н) мен магнит индукциясы(В) — өрістің күштік сипаттамасы. Кернеулік векторы өріс пайда болған орта қасиетіне тәуелсіз шама болса, индукция векторы қарастырылатын денедегі қорытқы өрісті сипаттайды. Сондай-ақ, индукция векторы магнит өрісінде қозғалған зарядқа әсер ететін күшті, магнит моменті бар денеге магнит өрісінің тигізетін әсерін, өріс тарапынан байқалатын басқа да әсерлерді анықтайды. Табиғатта магнит өрісінің сан алуан түрі кездеседі. Магнитосфераны түзетін Жердің магнит өрісі Күнге қарай 70 — 80 мың км-ге, ал оған қарама-қарсы бағытта миллиондаған км-ге созылады. Жер бетінде магнит өрісі орташа 0,5 Э-ке тең, ал магнитосфераның шекарасында 10–3 Э. Планетааралық магнит өрісі — негізінен Күн желінің өрісі. Күннің оталуы, ондағы дақтар мен протуберанецтердің байқалуы, Күннен шығатын ғарыштық сәулелердің пайда болуы тәрізді құбылыстарда магнит өрісі елеулі рөл атқарады. Магнит өрісі заттың (ортаның) оптикалық қасиетіне және электр-магниттік сәуле шығару құбылысының затпен әсерлесу процесіне елеулі ықпал жасайды, өткізгіштер мен шала өткізгіштерде гальваномагн. құбылыстар мен термомагн. құбылыстарды туғызады. Магнит өрісі әдетте әлсіз (500 Э-ға дейін), орташа (500 Э — 40 кЭ), күшті (40 кЭ — 1МЭ) және аса күшті (1МЭ-ден жоғары) болып бөлінеді. Іс жүзінде бүкіл электртехника, радиотехника мен электроника әлсіз және орташа магнит өрісін пайдалануға негізделген. Әлсіз және орташа магнит өрісі әдетте тұрақты магнит, электрмагнит, суытылмайтын соленоид, асқын өткізгіш магниттердің көмегімен алынады. Күшті магнит өрісін алуда асқын өткізгіш соленоидтар (150 — 200 кЭ), сумен салқындатылатын соленоидтар (250 кЭ-ға дейін), импульстік соленоидтар (1,6 МЭ) қолданылады. Аса күшті магнит өрісі бағытталған жарылыс (қопарылыс) әдісімен алынады.[1][2] Жер магнетизмін системалы түрде өлшеу арқылы теңізде жүргізушілерге, авиаторларға керек болатын магниттік карта жасайды, пайдалы қазбаларды зерттейді және Күннің әрекет қимылың өзгерін бақылайды. Жер магнетизмінің қалай пайда болғаны әзірше толық шешілмеген. Ежелгі шежіреде бұдан 4000жыл бұрын Қытайда магнит ұғымы жөнінде жазылған. Кейінірек оны магнитті суда жүзіп келе жатқан қамыстарға орнатып индиялықтар, арабтар, гректер пайдалана бастаған. ХІV ғасырдың бас кезінде италян Флавий Джойя шкалалы компасты қолдануға ұсынды. Христофор Колумб магнит бұрылуының тұрақты болып қалмайтындығын, географиялық координаталардың өзгеруімен байланысты өзгеретіндігін ашты. Жердің магнит өрісін қайта зерттеуге түрткі болды. 1544 жылы неміс Г. Гратман магнит еңкейуін ашты. Магнит еңкеюі деп, Жердің магнит өрісінің әсерінен магнит тілінің горизонталь жазықтықтан жоғары төмен бұрылатын бұрышын айтады. Ағылшын В. Гильберт 1600 жылы жарық көрген өзінің «Магнит хақында» деген кітабында, магнит рудасынан жасалған шармен және кішкентай темір тілмен жасалған тәжірибесін баяндаған. Ұзақ уақыт бойы адамдар магнит тіліне Темірқазық жұлдызының тарту күші әсер етеді деп түсінген. Гильберт жердің өзі үлкен магнит қортындыға келді. Магнит өрісі бірте - бірте өзгереді (ғасырлық өзгеріс), оның тәуліктік өзгерісі де бар. М. В. Ломоносов 1759жылғы «Теңіз жолының үлкен дәлдігі...» деген баяндамасында жер магнетизімін зерттеу үшін үнемі магниттік бақылаулар жүргізіп отыратын тұрақты пункттер (обсерваториялар) жүйесін ұйымдастырудың керектігін айтты. 1785 жылы француз физигі Ш. Кулонның еңбегі жарық көрді, ол Жерді магнит өрісін толық өлшеуде, бағытын ғана емес, оның күшінің сан мәнін де анықтауда бастама болды. Жердің магнит өрісінің өзгеруін зерттеуді магнитологтар өте сезгіш прибор – вариометрдің көмегімен жүргізді. Кейбір заттар, мысалы мыс, алтын, қаратікен тұз т. б магнит өрісінің әсерінен сол өріске қарама - қарсы магниттеледі. Ондай заттардың кендері Жердің магнит өрісін нашарлатады, яғни теріс магниттік анамалия тудырады. Магнит тілінің тербелістері көп болғанда күннен - күнге 15 - 20мин ауытқиды. Жердің магнит өрісінің тәуліктік вариациялары деп атайды. Жердің магнит өрісінің тәуліктік вариациялары Күннің сәуле шығару әсерінен болады. Жердің магнит өрісінің бітіп және космос кеңістігі магнит өрісінің басталатын шекарасы жерден 150 - 200 мың км алыста. Жердің магнит өрісінің тәуліктік өзгерісі географиялық ендікке және жыл мезгіліне байланысты, өйткені олар Жер бетіндегі берілген нүктемен салыстырғанда Күннің қалай орналасатындығына қарай анықталады. Магнит тілі үнемі тыныш тұра бермейді, аздап тербеліп тұрады. Кейбір күндері ол «толқып тұрады»: кенеттен және абайсызда дір ете қалады да, бір мезет тыныштала қалады, сонан градусқа жетеді. Осылайша бірнеше сағатқа, кейде бірнеше күнге созылады! Магнтологтар ондай күндерді ұйытқу немесе дауылдар күндері деп аталады. Магнит дауылдары үлкен зиян келтірді; олар радиобайланыс, электр байланыс желілеріне күшті әсер етеді. «Физика в школе» 1990, №6 Жер бетіндегі магнит өрісі 1млн жылда өзгереді. Бұл процесті бақылау қиынға түседі. Филипин аралдарындағы теңіз астындағы қалдықтарды зерттеуде 700мың жыл бұрын жердің магнит өрісі үш мәрте өз бағытын ауыстырғанын және ол үш ғасырға ғана созылғанын көрсетіп отыр. Американдық ғалымдардың пайымдауынша 3мың км жер астында ядро мен мантия арасында темір қоспаларының үлкен қоры бар. Осыған байланысты жер бетіндегі магнит өрісі мен жер асты магнит өрістерінің салдарынан магнит өрісінің өзгеру бағытына әсер етеді. Басқа зертеушілердің пайымынша жерге түскен метеориттер жердің магнит өрісін ауытқуына әкеледі.... Күннің шығарған сәулелерінің бір бөлігі ультракүлгін сәуле. Атмосфераның жоғарғы қабаттарына өткен кезде ультракүлгін сәуле оны иондайды, соның салдарынан Жер бетінен100км биіктікте электр өткізгіш қабат - ионосфера пайда болады. Күн мен Айдың әсер етуінен ол қабатта, теңіздер мен мұхиттарда болатын тасу қозғалыстары сияқты қозғалыстар жасалады. Магнит өрісінде қозғалушы өткізгіштерде электр тогы пайда болатындықтан, геомагниттік өріс әсерінен ионосферада электр тогы пайда болады. Сонымен қатар электр тогының өзі де магнит өрісін тудырады. Ионосферадағы электр тогтарының магнит өрістері Жер бетіндегі магнит тілін үнемі тербеліп тұруға мәжбүр етеді. Бұйым ішіндегі ақауды - қуысты немесе сызатты табу үшін магнит дефектоскопясы әдісімен анықтауға болады. Көп мөлшерде темірлерді тасымалдауға арналған магниттік крандар өндірісте үлкен сұранысқа ие. Магнит өрісі болат бұйымдарды дұрыс орналастырып салуға мысалы, шегелерді реттеп салғанда көмектеседі. Магнит подшипниктер конструкторладың арман етіп жүрген үйкеллісіз идеал подшипниктеріне жақын. «Сосьете де меканик магнетик» француз фирмасы жаңа технологиямен қондырғыларды магнитті подшипниктермен шығаруда үлкен сұранысқа ие. Магнит өрісі арқылы құбырларды жаман қоқыстардан тазартуға да болатынын білген жөн. жүктеу/скачать 19,43 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|