Тюменский индустриальный университет » Профессор Аркадий Дмитриев о природе магнитного поля Земли

Профессор Аркадий Дмитриев о природе магнитного поля Земли

26.04.2021

В Год науки и технологий мы продолжаем рассказывать об известных профессорах и молодых учёных ТИУ, чьи имена прославляют университет на весь мир, об их уникальных разработках. Согласно плану научных мероприятий и заявленной темой апреля «Освоение космоса», мы публикуем в рубрике «Интеллектуальный марафон «Люди, посвятившие себя науке» статью о профессоре Аркадии Дмитриеве и его исследованиях по созданию термоэлектрической модели магнитного поля Земли.

В научных кругах Аркадий Дмитриев известен как специалист в области наук о Земле. В середине восьмидесятых годов ХХ века он разработал технологию поиска месторождений нефти и газа геофизическим методом. Эта технология ему помогла открыть северо-восточную часть нефтяного Приобского месторождения. Также он предложил  элементы теории электрохимического образования сульфидных руд, повысив тем самым эффективность поисков и расшифровку генезиса гидротермальных месторождений. Метод Дмитриева стал основополагающим и был рекомендован для распространения по всему Советскому Союзу.

Последние пять лет доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры Прикладной геофизики ТИУ Аркадий Дмитриев работает над научно-экспериментальными исследованиями по созданию термоэлектрической модели магнитного поля Земли и других планет Солнечной системы.

Термоэлектрическая модель магнитного поля Земли Дмитриева

В 1915 году Альберт Энштейн выделил пять вопросов, важных для учёных всего мира, один из них – изучение магнитного поля Земли. Если кто-то изучит, освоит, поймёт это явление – это будет невероятное событие в науке, говорил он.

Впервые объяснить существование магнитных полей Земли и Солнца попытался Дж. Лармор в 1919 году, предложив концепцию динамо, согласно которой поддержание магнитного поля небесного тела происходит под действием гидродинамического движения электропроводящей среды.

Сорок с лишним лет Аркадий Дмитриев изучал все модели, предложенные американскими, европейскими, японскими специалистами в области магнитного поля. Термоэлектрическая модель Дмитриева, по его словам, достаточно проста, теория базируется на эффекте Зеебека и предусматривает направленное движение электрических токов в металлическом ядре Земли.

«Я взял в проработку все физические процессы, которые присутствуют в космосе. Наткнулся на эффект Зеебека, который заключается в том, что если к металлу (пруту) приложить с одной стороны свечку, с другой холод, то по нему побежит электрический ток, — рассказывает Аркадий Николаевич. — Я начал размышлять. Необходимые условия создаются в ядре Земли, состоящем в основном из железа и никеля при температуре порядка 4-6 тысяч кельвинов. Прикладываем эффект Зеебека – раз металл есть, значит, при разности температур электроны должны двигаться направленно от горячо нагретой части ядра к его  более холодной, вследствие чего возникает электрический ток, который и приводит к возникновению магнитного поля».

Совмещение Закона термодинамики и эффекта Зеебека позволило учёному вывести и предложить первоначальную модель, на разработку механизма которой  было потрачено еще много лет. Многие промежуточные достижения он подтверждал открытиями других учёных.

 Откуда у Земли магнит

Магнитное поле защищает поверхность Земли от солнечного ветра и вредного космического излучения. При отсутствии магнитного поля наша атмосфера разрушилась бы. Как формируется магнитное поле и откуда в Земле магнит, профессор Дмитриев поясняет: «Меня всегда интересовали физические поля нашей планеты, тем более я как геофизик обязан применять гравитационное,  магнитное, тепловое поля на практике с помощью приборов. В 70-е годы прошлого столетия меня заинтересовала книга японского астрофизика по электромагнитному полю Земли. Итальянский учёный Анзелини открыл интересное явление – теоретически рассчитал и обнаружил, что внутреннее ядро, состоящее из двух частей: внешнего – расплавленного и внутреннего – твёрдого, постепенно остывает. Другие учёные подтвердили динамику температуры. Ядро находится в динамическом температурном режиме, следовательно, обязательно должны появиться термоэлектрические токи в ядре, причем направленные».

Почему на Земле меняются полюса магнитного поля

Земля меняет свои магнитные полюса местами – северный становится южным, и наоборот. Инверсии магнитного поля происходили через интервалы времени от десятков тысяч лет до огромных промежутков спокойного магнитного поля в десятки миллионов лет, когда инверсии не происходили. В настоящее время северный полюс, по словам профессора Дмитриева, стремительно движется от Канады в сторону России, в то время как южный остаётся малоподвижным.

«Эти процессы циклические и неуправляемые. Всё зависит от внутренних свойств планеты. В представлении обывателя ось жёсткая, следовательно, полюсы должны стоять на месте, — говорит Аркадий Николаевич. — Я доказал обратное. Магнитная ось не является жёсткой, она гибкая и связана с неоднородным распределением электронов за счёт асимметрии центробежной силы. Наша Земля наклонена к орбите, и если посмотреть на ее разрезы, параллельные эклиптике, то можно заметить, что западная часть северного полушария и восточная часть южного полушария более подвержены влиянию центробежной силы. Таким образом,  происходит оттягивание электронов от оси вращения планеты, в результате чего образуется смещенная примерно на 11⁰ «пустота» — некоторое разреженное от электронов пространство. Этот канал обеспечивает более легкий выход наружу планеты полоидальному (внешнему, дипольному) магнитному полю, порождаемому тороидальным магнитным полем (внутренним), создаваемым внутри ядра термоэлектрическими токами Земли. Следовательно, полоидальное поле и есть магнитное поле нашей Земли.

Проблему смены полюсов Дмитриев объяснил через реверс токов, который происходит от холодной части ядра к более нагретой и, наоборот, за счет их поочередного перегрева джоулевым теплом. Тем самым, он нашёл ответы на вопросы, на которые теория магнитогидродинамо, разрабатываемая на протяжении ста лет, не может доказательно ответить. Также за счет гибкости магнитной оси удается объяснить и ее другие механизмы – экскурсы, джерки.

Материалы на тему научно-экспериментальных исследований по созданию термоэлектрической модели магнитного поля Земли и других планет Солнечной системы Аркадий Дмитриев начал публиковать с 2016 года, больше в зарубежных изданиях. Обоснованность этой модели привлекает ученых, в связи с чем к нему поступают запросы на публикацию статей от редакций ряда журналов Японии, Швейцарии, Швеции, Испании, Финляндии.

«На ближайшее будущее планирую провести лабораторные исследования этого планетарного события. Надеюсь на  содружество с научными коллективами, занимающимися подобными задачами и имеющими техническую базу для реализации лабораторного проекта», — отметил Аркадий Дмитриев.

1 мая Аркадий Дмитриев отметит свой 83 день рождения. Он полон сил и идей. Пожелаем же ему крепкого здоровья, долгих лет жизни и новых достижений на благо отечественной науки!

 

Отдел медиа и внешних коммуникаций

Вконтакте

Facebook

Twitter

Google+

Магнитное поле — урок. Физика, 8 класс.

Одним из свойств электрического тока является магнитное поле, оно возникает при протекании тока по проводнику.

 

Пример:

При прохождении тока по двум параллельно расположенным проводникам между проводниками возникают силы взаимодействия, которые называются магнитными силами. Действие этих сил может привести к деформации проводников (см. рисунок).

 

 

Для изучения магнитного действия тока используют магнитную стрелку.

 

 

Обрати внимание!

У магнитной стрелки есть два полюса — северный (обозначается буквой \(N\), окрашен в синий цвет) и южный (обозначается буквой \(S\), окрашен в красный цвет).

Линию, соединяющую полюсы магнитной стрелки, называют её осью.

Магнитную стрелку ставят на заостренный коней иглы или булавки, чтобы она могла свободно поворачиваться вокруг своей оси (в горизонтальной плоскости).

 

Проведем опыт, который первым реализовал Эрстед в 1820 году.

 

 Эрстед Ханс Кристиан

 

Для опыта понадобится источник тока, реостат, ключ, провода и магнитная стрелка на подставке. В начальный момент магнитная стрелка располагается под проводом параллельно ему.

 

При замыкании цепи магнитная стрелка отклоняется от своего первоначального положения. При размыкании цепи магнитная стрелка возвращается в своё начальное положение. Это означает, что проводник с током и магнитная стрелка взаимодействуют друг с другом.

 

Опыт Эрстеда подтверждает существование вокруг проводника с электрическим током магнитного поля, которое и действует на магнитную стрелку, отклоняя её.

 

Обрати внимание!

Магнитное поле существует вокруг любого проводника с током, т.е. вокруг движущихся электрических зарядов. Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга.

Опыт Эрстеда устанавливает связь между электрическими и магнитными явлениями. О существовании такой связи догадывались ещё первые исследователи, которых поражала аналогия электрических и магнитных явлений, например, притягивание и отталкивание: в электричестве — разноимённых и одноимённых зарядов, а в магнетизме — разноимённых и одноимённых полюсов.

 

Таким образом, подводя итог выше сказанному, заполним таблицу:

	неподвижные электрические заряды создают	движущиеся электрические заряды создают
Поле	электрическое	электрическое и магнитное

 

Это означает, что вокруг проводника с током (т.е. движущихся зарядов) существует как электрическое, так и магнитное поле. Поэтому электрический ток считают источником  магнитного поля.

Астрономы впервые измерили магнитное поле в окрестностях сверхмассивной черной дыры — Наука

ТАСС, 24 марта. Участники проекта Event Horizon Telescope впервые измерили магнитное поле в окрестностях горизонта событий сверхмассивной черной дыры, наблюдая за ее «тенью» в центре галактики M87. Об этом пишет пресс-служба Европейской южной обсерватории (ESO) со ссылкой на статьи в научном журнале Astrophysical Journal Letters (1, 2).

На эту тему

«Наши наблюдения впервые указали, что магнитные поля на ближайших окраинах черной дыры M87* настолько сильны, что выталкивают горячий газ в сторону от черной дыры и помогают ему «убегать» от ее притяжения. Пробиться через такое поле и начать движение в сторону горизонта событий может лишь небольшая часть газа», – рассказал один из авторов исследованяи, профессор Колорадского университета в Боулдере Джейсон Декстер.

В рамках проекта Event Horizons Telescope (EHT) объединены мощности нескольких самых чувствительных микроволновых радиообсерваторий мира. Его создали в 2009 году для наблюдений за сверхмассивными черными дырами в центре Млечного Пути (Sgr A*) и галактики M87 в созвездии Девы (M87*).

Один из самых заметных результатов астрономов из этого проекта – фотография “тени” черной дыры из галактики М87. Так ученые называют особый регион в окрестностях этого объекта, где можно увидеть своеобразное «отражение» ее горизонта событий – той зоны, откуда ни свет, ни любой другой материальный объект вырваться уже не может.

Это стало одним из первых прямых подтверждений существования сверхмассивных черных дыр (раньше ученые могли судить о них в основном по косвенным признакам). Тем не менее, даже получив этот снимок, ученые не нашли однозначного ответа на вопрос о том, какие физические процессы задействованы в формировании характерного огненного кольца и полумесяца, которые окружают черную сферу горизонта событий.

Ученые пока не знают, как именно черные дыры поглощают материю и какую роль в этом процессе играют магнитные поля, которые, предположительно, возникают в так называемом диске аккреции. Он представляет собой огромное кольцо из пыли и газа, которое вращается вокруг черной дыры и подпитывает ее, разогреваясь при этом до очень высоких температур.​​​​​

На эту тему

Часть ученых предполагает, что магнитные поля, которые диск аккреции вырабатывает, пока его разогревает и поглощает черная дыра, очень мощны и играют ключевую роль в ее активности. Другие исследователи сомневаются в этом и считают, что ведущую роль в этих процессах играют не только магнитные поля, но и другие физические явления.

Участники проекта Event Horizon Telescope впервые проверили эти гипотезы. Они измерили магнитные поля в окрестностях черной дыры M87*, опираясь на закономерность, которую Майкл Фарадей открыл в середине XIX века. Он обнаружил, что мощные магнитные поля определенным образом закручивают волны света и заставляют его поляризоваться.

Исходя из этого силу магнитных полей у кромки горизонта событий можно измерить, если определить, насколько поляризованным было излучение “тени» черной дыры. Поэтому астрономы повторно проанализировали данные, которые собрали отдельные обсерватории-участники EHT, и сопоставили их со снимком «тени» M87*.

Оказалось, что значимая часть микроволнового излучения от “тени” была поляризована. Благодаря этому ученые составили даже своеобразную магнитную карту окрестностей M87*. Оказалось, что магнитные поля действительно играют важную роль в движении потоков материи в окрестностях горизонта событий.

Декстер и его коллеги надеются, что дальнейшее изучение данных EHT поможет уточнить, как именно магнитные поля влияют на формирование выбросов черных дыр. Понимание этого критически важно для оценки влияния сверхмассивных черных дыр на рост галактик, в том числе и Млечного Пути, заключают ученые.

Представление о магнитном поле / Хабр

Мы все знаем, что такое постоянные магниты. Магниты – это металлические тела, притягивающиеся к другим магнитам и к некоторым металлам. То, что располагается вокруг магнита и взаимодействует с окружающими предметами (притягивает или отталкивает некоторые из них), называется магнитным полем.

Источником любого магнитного поля являются движущиеся заряженные частицы. А направленное движение заряженных частиц называется электрическим током. То есть, любое магнитное поле вызывается исключительно электрическим током.

За направление электрического тока принимают направление движения положительно заряженных частиц. Если же движутся отрицательные заряды, то направление тока считается обратным движению таких зарядов. Представьте себе, что по кольцевой трубе течет вода. Но мы будем считать, что некий «ток» при этом движется в противоположном направлении. Электрический ток обозначается буквой I.

В металлах ток образуется движением электронов – отрицательно заряженных частиц. На рисунке ниже, электроны движутся по проводнику справа налево. Но считается, что электрический ток направлен слева направо.

Это произошло потому, что когда начали изучение электрические явления, не было известно, какими именно носителями чаще всего переносится ток.

Если мы посмотрим на этот проводник с левой стороны, так, чтобы ток шел «от нас», то магнитное поле этого тока будет направлено вокруг него по часовой стрелке.

Если рядом с этим проводником расположить компас, то его стрелка развернется перпендикулярно проводнику, параллельно «силовым линиям магнитного поля» — параллельно черной кольцевой стрелке на рисунке.

Если мы возьмем шарик, имеющий положительный заряд (имеющий дефицит электронов) и бросим его вперед, то вокруг этого шарика появится точно такое же кольцевое магнитное поле, закручивающееся вокруг него по часовой стрелке.

Ведь здесь тоже имеет место направленное движение заряда. А направленное движение зарядов есть электрический ток. Если есть ток, вокруг него должно быть магнитное поле.

Движущийся заряд (или множество зарядов – в случае электрического тока в проводнике) создает вокруг себя «тоннель» из магнитного поля. Стенки этого «тоннеля» «плотнее» вблизи движущего заряда. Чем дальше от движущегося заряда, тем слабее напряженность («сила») создаваемого им магнитного поля. Тем слабее реагирует на это поле стрелка компаса.

Закономерность распределение напряженности магнитного поля вокруг его источника такая же, как закономерность распределения электрического поля вокруг заряженного тела – она обратно пропорциональна квадрату расстояния до источника поля.

Если положительно заряженный шарик перемещается по кругу, то кольца магнитных полей, образующихся вокруг него по мере его движения, суммируются, и мы получим магнитное поле, направленное перпендикулярно плоскости, в которой перемещается заряд:

Магнитный «тоннель» вокруг заряда оказывается свернутым в кольцо и напоминает по форме тор (бублик).

Такой же эффект получается, если свернуть в кольцо проводник с током. Проводник с током, свернутый в многовитковую катушку называется электромагнитом. Вокруг катушки складываются магнитные поля движущихся в ней заряженных частиц — электронов.

А если заряженный шарик вращать вокруг его оси, то у него появится магнитное поле, как у Земли, направленное вдоль оси вращения. В данном случае током, вызывающим появление магнитного поля, является круговое движение заряда вокруг оси шарика – круговой электрический ток.

Здесь, по сути, происходит то же самое, что и при движении шарика по кольцевой орбите. Только радиус этой орбиты уменьшен до радиуса самого шарика.

Все сказанное выше справедливо и для шарика заряженного отрицательно, но его магнитное поле будет направлено в противоположную сторону.

Данный эффект был обнаружен в опытах Роуланда и Эйхенвальда. Эти господа регистрировали магнитные поля вблизи вращающихся заряженных дисков: рядом с этими дисками начинала отклоняться стрелка компаса. Направления магнитных полей в зависимости от знака заряда дисков и направления их вращения, показаны на рисунке:

При вращении незаряженного диска, магнитные поля не обнаруживались. Не было магнитных полей и вблизи неподвижных заряженных дисков.

 

Модель магнитного поля движущегося заряда

Чтобы запомнить направление магнитного поля движущегося положительного заряда, мы представим себя на его месте. Поднимем правую руку вверх, затем укажем ею направо, затем опустим ее вниз, затем укажем влево и вернем руку в исходное положение – вверх. Затем повторим это движение. Наша рука описывает круги по часовой стрелке. Теперь начнем движение вперед, продолжая вращать рукой. Движение нашего тела – аналог движения положительного заряда, а вращение руки по часовой стрелке – аналог магнитного поля заряда.

Теперь представьте себе, что вокруг нас находится тонкая и прочная эластичная паутина, похожая на струны пространства, которые мы рисовали, создавая модель электрического поля.

Когда мы движемся сквозь эту трехмерную «паутину», из-за вращения руки, она, деформируясь, смещается по часовой стрелке, образуя подобие спирали, словно бы наматываясь в катушку вокруг заряда.

Сзади, за нами, «паутина» восстанавливает свою правильную структуру. Примерно так можно представлять себе магнитное поле положительного заряда, движущегося прямо.

А теперь попробуйте двигаться не прямо вперед, а по кругу, например, поворачивая при ходьбе налево, при этом вращая рукой по часовой стрелке. Представьте себе, что вы движетесь через нечто, напоминающее желе. Из-за вращения вашей руки, внутри круга, по которому вы движетесь, «желе» будет смещаться вверх, образуя горб над центром круга. А под центром круга, образуется впадина из-за того, что часть желе сместилось вверх. Так можно представлять себе формирование северного (горб сверху) и южного (впадина снизу) полюсов при движении заряда по кольцу или его вращения.

Если при ходьбе вы будете поворачивать направо, то «горб» (северный полюс) сформируется снизу.

Аналогично можно сформировать представление о магнитном поле движущегося отрицательного заряда. Только вращать рукой нужно в противоположную сторону – против часовой стрелки. Соответственно, магнитное поле будет направлено в противоположную сторону. Просто каждый раз следите за тем, в какой сторону ваша рука выталкивает «желе».

Такая модель наглядно демонстрирует то, почему северный полюс одного магнита притягивается к южному полюсу другого магнита: «горб» одного из магнитов втягивается во «впадину» второго магнита.

И еще эта модель показывает, почему не существуют отдельных северных и южных полюсов магнитов, как бы мы их не разрезали – магнитное поле представляет собой вихревую (замкнутую) «деформацию пространства» вокруг траектории движущегося заряда.

 

Спин

У электрона было обнаружено магнитное поле, такое, какое у него должно быть в том случае, если бы он был шариком, вращающимся вокруг своей оси. Это магнитное поле назвали спином (от английского to spin — вращаться).

Кроме того, у электрона существует еще и орбитальный магнитный момент. Ведь электрон не только «вращается», но движется по орбите вокруг ядра атома. А движение заряженного тела порождает магнитное поле. Так как электрон заряжен отрицательно, магнитное поле, вызванное его движением по орбите, будет выглядеть так:

Если направление магнитного поля, вызванного движением электрона по орбите, совпадает с направлением магнитного поля самого электрона (его спином), эти поля складываются и усиливаются. Если же эти магнитные поля направлены в разные стороны, они вычитаются и ослабляют друг друга.

Кроме того, могут суммироваться или вычитаться друг из друга магнитные поля других электронов атома. Этим объясняется наличие или отсутствие магнетизма (реакции на внешнее магнитное поле или наличие собственного магнитного поля) некоторых веществ.

Эта статья — отрывок из книги об азах химии. Сама книга здесь:
sites.google.com/site/kontrudar13/himia

UPD: Материал предназначен, в первую очередь, для школьников средних классов. Возможно, Хабр не место для подобных вещей, Но где место? Нет его.

Загадка земного ядра: откуда у нашей планеты магнитное поле

https://ria.ru/20190613/1555493880.html

Загадка земного ядра: откуда у нашей планеты магнитное поле

Загадка земного ядра: откуда у нашей планеты магнитное поле — РИА Новости, 13.06.2019

Загадка земного ядра: откуда у нашей планеты магнитное поле

Северный магнитный полюс продолжает смещаться с территории Канады в сторону архипелага Северная Земля со скоростью 55 километров в год. Ученые предполагают:… РИА Новости, 13.06.2019

2019-06-13T08:00

2019-06-13T08:00

2019-06-13T08:04

венера

наса

наука

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdn22.img.ria.ru/images/154760/95/1547609587_0:103:3276:1946_1920x0_80_0_0_1802942d2e807a433ba5a2a21ef79391.jpg

МОСКВА, 13 июн — РИА Новости, Татьяна Пичугина. Северный магнитный полюс продолжает смещаться с территории Канады в сторону архипелага Северная Земля со скоростью 55 километров в год. Ученые предполагают: готовится смена полюсов из-за волнений в жидкой части ядра планеты, недоступной прямым наблюдениям. Что именно там происходит, понять трудно, но есть много гипотез. Миссия к «железному миру»В 2022 году NASA собирается отправить аппарат к астероиду Психея, находящемуся между Марсом и Юпитером. Его называют железным миром. По отражению лучей с поверхности, по тому, как быстро она нагревается и остывает, ученые поняли, что это если не полностью, то по большей части металл. Не исключено, что именно оттуда к нам прилетают железные метеориты. Это происходит очень редко, всего известно не более двух сотен таких событий. Предполагается, что Психея — ядро планеты земной группы, которая лишилась внешних оболочек. Вместе с Землей и Венерой эта планета формировалась вблизи Солнца, но затем что-то случилось. Может, катастрофа, а может, всему виной повторные разогревы планетоземали — сгустков материи, из которых образуются планеты. Ученые непременно хотят попасть в «железный мир», и не только ради геологической разведки месторождений в интересах наших потомков. В первую очередь — чтобы вплотную исследовать аналог ядра Земли. Почему ядро железноеЯдро Земли — интереснейший объект. Его состав и температура отражаются на вышележащих слоях и атмосфере. Ядро — источник магнитного поля, благодаря которому возникла жизнь. Там же — ключ к тайне образования планет земной группы. Недра Земли исследуют с помощью сейсмических волн и моделирования. Грубо говоря, планета состоит из верхней оболочки — коры, мантии и ядра. О том, что ядро — железное, свидетельствует несколько фактов. У Земли собственное магнитное поле, словно диполь вставлен по оси вращения. Мантия не может генерировать такое поле, она слишком слабо проводит электрический ток. Согласно модели геодинамо на это способна только проводящая жидкость. Значит, часть ядра — жидкая. Железо — один из самых распространенных элементов в Солнечной системе. Это подтверждается его обилием в метеоритах. Во внешней части ядра не проходят упругие S-волны, значит, она жидкая. Внутренняя часть ядра радиусом примерно 1221 километр слабо распространяет S-волны — соответственно, она либо твердая, либо в состоянии, симулирующем твердость. Граница двух слоев в ядре довольно четкая, как и между ядром и нижней мантией. Считается, что ядро железное, с небольшими примесями никеля (на это указывает состав железных метеоритов), кремния, сульфидов и кислорода. Некоторые особенности прохождения сейсмоволн говорят о том, что внутреннее твердое ядро вращается слегка быстрее, чем мантия и кора, примерно на 0,15 градуса в год. Когда и как образовалось ядро Земли? Каково в нем соотношение химических элементов? Почему оно не однородное? Какая там температура? Где источник энергии? И главное, почему ядро вообще сформировалось внутри планеты? По каждому из этих и множеству других вопросов есть немало гипотез.Кому из близнецов повезлоВенеру считают близнецом Земли — она лишь немного меньше по массе и размерам. Но нынешние условия на ее поверхности совершенно другие. У Земли есть собственное магнитное поле, атмосфера и биосфера.У Венеры из этого списка — только ядовитая атмосфера с облаками из серной кислоты. Следов магнитного поля нет и в геологическом прошлом, хотя они могли и исчезнуть. Вероятно, все дело в происхождении близнецов. Венера и Земля образовались в одной части газопылевой туманности, окружавшей Солнце. Зародыши планет увеличивались, притягивая к себе все больше материала. Когда масса стала критической, начались разогрев, плавление. Вещество разделялось на фракции: тяжелые элементы оседали внутри, легкие поднимались наверх. Как полагают ученые из Германии, Японии и Франции, расслоение таких тел, как Земля, идет равномерно и стабильно, каждый слой — однородный. Чтобы ядро получилось двухслойное и неоднородное, где-то ближе к концу процесса планета должна была испытать очень сильный удар другого массивного тела. Часть вещества «пришельца» осталась в недрах Земли, часть была выбита на орбиту, где затем образовалась Луна. От удара внутренности планеты перемешались, и это привело к частичному плавлению ядра.А вот эволюция Венеры прошла гладко, без ЧП космического масштаба. Расслоение благополучно завершилось с образованием твердого железного ядра, неспособного генерировать магнитное поле. Есть и другая гипотеза: спонтанная кристаллизация железного расплава. Однако для этого ему нужно остыть до тысячи Кельвинов, что невозможно. Значит, зародыши кристаллизации проникли извне, сделали вывод ученые из США. Например, из нижней мантии. Это крупные куски железа размером десятки и сотни метров. Откуда им там взяться — большой вопрос.Один из ответов лежит на поверхности Земли в виде древних железистых кварцитов. Возможно, более трех миллиардов лет назад из этих пород сложилось дно океанов. Из-за движения плит оно погрузилось в мантию и оттуда — в ядро.Создание магнитного щитаСоотношение радиоактивных изотопов свинца указывает на возраст ядра: порядка четырех с половиной миллиардов лет. Когда возникло магнитное поле, неизвестно. Его следы встречаются уже в самых древних горных породах Земли возрастом 3,5 миллиарда лет. В соответствии с моделью геодинамо для магнитного поля Земли нужна проводящая жидкость, вращение которой сопровождается перемешиванием. Проблема в том, что магнитное поле у быстро вращающихся жидкостей рано или поздно затухает. Судя по геологическим данным, на видимом нам отрезке времени интенсивность магнитного поля Земли не менялась. Должен быть какой-то постоянный мощный источник энергии.На эту роль есть два кандидата. Температурная конвекция, возможная, если внутреннее ядро горячее внешнего, и композиционная конвекция, то есть перемещение элементов из одной части в другую. Это означает, что твердая часть ядра увеличивается. Но бояться полного застывания не стоит. На это понадобится не один миллиард лет.

https://ria.ru/20180820/1526749995.html

https://ria.ru/20190415/1552557085.html

https://ria.ru/20180322/1516957617.html

https://ria.ru/20190129/1550035242.html

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2019

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdn22.img.ria.ru/images/154760/95/1547609587_273:0:3004:2048_1920x0_80_0_0_9f56f605b2d18ef61f2b25095694cb36.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

венера, наса

МОСКВА, 13 июн — РИА Новости, Татьяна Пичугина. Северный магнитный полюс продолжает смещаться с территории Канады в сторону архипелага Северная Земля со скоростью 55 километров в год. Ученые предполагают: готовится смена полюсов из-за волнений в жидкой части ядра планеты, недоступной прямым наблюдениям. Что именно там происходит, понять трудно, но есть много гипотез.

Миссия к «железному миру»

В 2022 году NASA собирается отправить аппарат к астероиду Психея, находящемуся между Марсом и Юпитером. Его называют железным миром.

По отражению лучей с поверхности, по тому, как быстро она нагревается и остывает, ученые поняли, что это если не полностью, то по большей части металл. Не исключено, что именно оттуда к нам прилетают железные метеориты. Это происходит очень редко, всего известно не более двух сотен таких событий.

Предполагается, что Психея — ядро планеты земной группы, которая лишилась внешних оболочек. Вместе с Землей и Венерой эта планета формировалась вблизи Солнца, но затем что-то случилось. Может, катастрофа, а может, всему виной повторные разогревы планетоземали — сгустков материи, из которых образуются планеты.

Ученые непременно хотят попасть в «железный мир», и не только ради геологической разведки месторождений в интересах наших потомков. В первую очередь — чтобы вплотную исследовать аналог ядра Земли.

20 августа 2018, 08:00НаукаАлмазное дно: обнаружен сверхглубокий источник драгоценных минералов

Почему ядро железное

Ядро Земли — интереснейший объект. Его состав и температура отражаются на вышележащих слоях и атмосфере. Ядро — источник магнитного поля, благодаря которому возникла жизнь. Там же — ключ к тайне образования планет земной группы.

Недра Земли исследуют с помощью сейсмических волн и моделирования. Грубо говоря, планета состоит из верхней оболочки — коры, мантии и ядра.

О том, что ядро — железное, свидетельствует несколько фактов. У Земли собственное магнитное поле, словно диполь вставлен по оси вращения. Мантия не может генерировать такое поле, она слишком слабо проводит электрический ток. Согласно модели геодинамо на это способна только проводящая жидкость. Значит, часть ядра — жидкая. Железо — один из самых распространенных элементов в Солнечной системе. Это подтверждается его обилием в метеоритах.

Во внешней части ядра не проходят упругие S-волны, значит, она жидкая. Внутренняя часть ядра радиусом примерно 1221 километр слабо распространяет S-волны — соответственно, она либо твердая, либо в состоянии, симулирующем твердость. Граница двух слоев в ядре довольно четкая, как и между ядром и нижней мантией.

Считается, что ядро железное, с небольшими примесями никеля (на это указывает состав железных метеоритов), кремния, сульфидов и кислорода.

Некоторые особенности прохождения сейсмоволн говорят о том, что внутреннее твердое ядро вращается слегка быстрее, чем мантия и кора, примерно на 0,15 градуса в год.

Когда и как образовалось ядро Земли? Каково в нем соотношение химических элементов? Почему оно не однородное? Какая там температура? Где источник энергии? И главное, почему ядро вообще сформировалось внутри планеты? По каждому из этих и множеству других вопросов есть немало гипотез.

15 апреля 2019, 08:00Наука»Садиться туда — наверняка катастрофа». Чем опасна экспедиция на Венеру

Кому из близнецов повезло

Венеру считают близнецом Земли — она лишь немного меньше по массе и размерам. Но нынешние условия на ее поверхности совершенно другие. У Земли есть собственное магнитное поле, атмосфера и биосфера.

У Венеры из этого списка — только ядовитая атмосфера с облаками из серной кислоты. Следов магнитного поля нет и в геологическом прошлом, хотя они могли и исчезнуть. Вероятно, все дело в происхождении близнецов.

Венера и Земля образовались в одной части газопылевой туманности, окружавшей Солнце. Зародыши планет увеличивались, притягивая к себе все больше материала. Когда масса стала критической, начались разогрев, плавление. Вещество разделялось на фракции: тяжелые элементы оседали внутри, легкие поднимались наверх.

Как полагают ученые из Германии, Японии и Франции, расслоение таких тел, как Земля, идет равномерно и стабильно, каждый слой — однородный. Чтобы ядро получилось двухслойное и неоднородное, где-то ближе к концу процесса планета должна была испытать очень сильный удар другого массивного тела. Часть вещества «пришельца» осталась в недрах Земли, часть была выбита на орбиту, где затем образовалась Луна. От удара внутренности планеты перемешались, и это привело к частичному плавлению ядра.22 марта 2018, 08:00НаукаПочему Луна не из чугуна? Ученые спорят о происхождении спутника Земли

А вот эволюция Венеры прошла гладко, без ЧП космического масштаба. Расслоение благополучно завершилось с образованием твердого железного ядра, неспособного генерировать магнитное поле.

Есть и другая гипотеза: спонтанная кристаллизация железного расплава. Однако для этого ему нужно остыть до тысячи Кельвинов, что невозможно.

Значит, зародыши кристаллизации проникли извне, сделали вывод ученые из США. Например, из нижней мантии. Это крупные куски железа размером десятки и сотни метров. Откуда им там взяться — большой вопрос.

Один из ответов лежит на поверхности Земли в виде древних железистых кварцитов. Возможно, более трех миллиардов лет назад из этих пород сложилось дно океанов. Из-за движения плит оно погрузилось в мантию и оттуда — в ядро.

Создание магнитного щита

Соотношение радиоактивных изотопов свинца указывает на возраст ядра: порядка четырех с половиной миллиардов лет. Когда возникло магнитное поле, неизвестно. Его следы встречаются уже в самых древних горных породах Земли возрастом 3,5 миллиарда лет.

В соответствии с моделью геодинамо для магнитного поля Земли нужна проводящая жидкость, вращение которой сопровождается перемешиванием.

Проблема в том, что магнитное поле у быстро вращающихся жидкостей рано или поздно затухает. Судя по геологическим данным, на видимом нам отрезке времени интенсивность магнитного поля Земли не менялась. Должен быть какой-то постоянный мощный источник энергии.

На эту роль есть два кандидата. Температурная конвекция, возможная, если внутреннее ядро горячее внешнего, и композиционная конвекция, то есть перемещение элементов из одной части в другую. Это означает, что твердая часть ядра увеличивается. Но бояться полного застывания не стоит. На это понадобится не один миллиард лет.

29 января 2019, 08:00НаукаМагнитный полюс Земли стремится в Россию. Что это значит для нас?

Сказка о том, как открыли Майкла Фарадея, который открыл электромагнитное поле

Ник. Горькавый
«Наука и жизнь» №6, 2017

Другие научные сказки Ник. Горькавого см. в «Науке и жизни» №11, 2010, №12, 2010, №1, 2011, №2, 2011, №3, 2011, №4, 2011, №5, 2011, №6, 2011, №9, 2011, №11, 2011, №6, 2012, №7, 2012, №8, 2012, №9, 2012, №10, 2012, №12, 2012, №1, 2013, №11, 2013, №1, 2014, №2, 2014, №3, 2014, №7, 2014, №8, 2014, №10, 2014, №12, 2014, №1, 2015, №4, 2015, №5, 2015, №6, 2015, №7, 2015, №9, 2015, №1, 2016, №2, 2016, №3, 2016, №6, 2016, №8, 2016, № 11, 2016, № 2, 2017, № 4, 2017.

Журнальный вариант одной из научных сказок из новой книги Ник. Горькавого «Электрический дракон», которая вышла в свет в издательстве «АСТ» в начале этого года.

В гости к принцессе Дзинтаре приехала королева Никки с мужем Джерри.

— У меня срочное дело к вашей маме, — заявила королева детям Дзинтары Галатее и Андрею, — поэтому я её забираю, а вам оставляю Джерри. Он расскажет очередную вечернюю сказку об электричестве.

— Я постараюсь не сильно искрить! — пообещал Джерри. — Надеюсь, вам понравится история про гениального самоучку — знаменитого английского физика Майкла Фарадея.

Его жизнь была увлекательнее любого романа. Майкл рос в лондонском пригороде вместе с двумя сёстрами и двумя братьями в бедной семье кузнеца. В 13 лет ему пришлось начать зарабатывать. Майкл поступил рассыльным в лондонский книжный магазин, принадлежавший французскому эмигранту Джорджу Рибо. После испытательного срока мальчика оставили работать в магазине переплётчиком. Всё свободное время Майкл читал. Особенно ему нравились книги по химии и электричеству. Он даже ставил описываемые в них опыты.

— Но как он мог это делать? — удивилась Галатея. — Ведь у него не было никакого оборудования.

— Конечно, Майклу были по силам только простые эксперименты, он проводил их с помощью инструментов и материалов из кузницы своего отца, который, как и Рибо, поощрял занятия любознательного подростка и помогал ему. Однажды отец купил Майклу необходимую для опытов «лейденскую банку» (см. «Науку и жизнь» № 4, 2017. — Прим. ред.).

Посетители книжного магазина тоже старались оказать содействие смышлёному юноше. Один из них подарил Фарадею билет на цикл лекций знаменитого английского физика и химика Хэмфри Дэви, которые тот читал в Королевском институте. Майкл тщательно записал лекции, переплёл их в аккуратную книжку и послал Дэви с просьбой принять его на работу в институт. Этот, по словам самого Фарадея, наивный и смелый шаг принёс результат. Дэви был поражён усердием молодого человека, ответил ему и через несколько месяцев, в начале 1813 года, взял его на работу на освободившееся место лаборанта. Фарадей исполнял свои обязанности безукоризненно и вскоре стал незаменимым помощником Дэви, особенно после того, как учёный повредил глаза при взрыве химических реактивов в своей лаборатории.

Майкл никогда не учился в школе, и тем более в университете, но несколько лет, проведённых им в книжном магазине Рибо, сделали его образованным человеком.

— Мне кажется, тут дело не в магазине, а в желании Фарадея учиться, — сказал Андрей.

— Согласен, но, если бы Майкл работал в угольной шахте, а в те времена многие дети его возраста вслед за отцами становились шахтёрами, возможностей для самообразования у него было бы гораздо меньше. Впоследствии Фарадей посвятил Джорджу Рибо одну из своих книг, а на книжном магазине, который существует до сих пор, появилась мемориальная доска, напоминающая о том, что здесь когда-то работал великий учёный.

Осенью того же 1813 года вместе с Дэви и его супругой 22-летний Майкл отправился в поездку по европейским научным центрам, где Дэви встречался с А. Ампером, Ж. Л. Гей-Люссаком и другими выдающимися учёными. Судьбоносная встреча с А. Вольтой (см. «Науку и жизнь» № 4, 2017, статья «Сказка об электрической лягушке и итальянском физике Алессандро Вольте, основоположнике учения об электричестве») произошла в доме знаменитого учёного на озере Комо в Италии и была довольно продолжительной.

Однажды к дому Алессандра Вольты подкатила карета, нагружённая сундуками и чемоданами. Рядом с кучером сидел молодой человек. Он спрыгнул на землю и открыл дверцу кареты. Из неё вышел элегантный господин, а за ним — его жена, пышно разодетая дама. Сварливым голосом она отдала распоряжение насчёт чемоданов, а её муж устремился к хозяину дома, который ожидал его возле крыльца.

— Приветствую вас, сэр Хэмфри Дэви, — сказал Вольта. — Трудна ли была ваша дорога?

Гость представил Вольте супругу, а потом, после некоторого колебания, своего помощника Майкла, молодого человека, ехавшего рядом с кучером и выполнявшего обязанности слуги.

К этому времени Дэви уже прославился своими открытиями в области химии и электролиза, сделанными с помощью вольтова столба. Немало часов провёл он в лаборатории Вольты, знакомясь с созданными великим учёным приборами. Майкл ходил следом и внимательно записывал пояснения хозяина, иногда задавая вопросы, которые своей глубиной удивляли его.

— Смышлёный у вас помощник, — сказал Вольта. А потом добавил: — Я нашёл пролив в новый таинственный океан электричества, которое вырабатывает моя батарея, но исследовать его придётся вам, молодому поколению. Верю, что вы откроете в нём множество секретов.

Галатея нетерпеливо спросила:

— Дэви оправдал надежды Вольты?

Джерри ответил:

— Не совсем. Конечно, он был крупным учёным, но по-настоящему великим исследователем электричества, сумевшим разгадать основные тайны «электрического дракона», стал его молодой помощник Майкл Фарадей, который вошёл в историю благодаря своим выдающимся открытиям. Ранее электрические явления не связывали с магнитными, такими как указание стрелки компаса строго на север или притяжение магнитом железных опилок. Обнаружить единство электрических и магнитных явлений помог вольтов столб. Произошло это так.

Дождливым утром 1820 года профессор Копенгагенского университета Ханс Христиан Эрстед показывал студентам опыт по нагреванию проволоки из-за текущего по ней тока от вольтовой батареи. На лабораторном столе среди другого оборудования лежал компас. Истопник, принёсший в комнату дрова для камина, выпрямил усталую спину и вдруг заметил, что, когда профессор включил электрическую цепь, стрелка компаса дёрнулась.

— Сударь! — деликатно кашлянул остроглазый истопник, обращаясь к учёному, который проводил этот простой опыт, наверное, в сотый раз. — У вас тут компас… того… шалит!

Эрстед глубоко верил в связь магнитных и электрических явлений, поэтому обратил пристальное внимание на дрожание стрелки компаса, замеченное истопником. Ранее учёные пробовали пропускать электрический ток через магнитную стрелку, но не добились никакого результата. Эрстед провёл серию опытов и доказал, что стрелка компаса реагирует на включённый провод из любого, даже немагнитного, металла и располагается по касательной к окружности вокруг провода. Проще говоря, если расположить провод с током вертикально, то стрелка компаса укажет не на сам провод, а, например, влево. Если же окружить провод несколькими компасами, то их стрелки образуют горизонтальную окружность, в центре которой будет вертикальный провод.

После этого открытия Эрстед стал знаменитым, но история не сохранила имени остроглазого истопника. Исследователи, узнавшие об опыте Эрстеда, удивлялись тому, что магнитное взаимодействие между объектами направлено не от одного к другому, как в теории гравитации Ньютона и электростатическом законе Кулона, а в сторону.

— А что тут удивительного? — не поняла Галатея.

— А то, что электрически заряженные тела тянутся друг к другу. В гравитации все тела падают на Землю в направлении её центра. Представь себе, что ты выронила камушек и он полетел не вниз, а в сторону — параллельно земле. Результаты, полученные Эрстедом, были настолько сенсационными, что о них за считаные недели узнали во всей Европе.

В том же 1820 году французский исследователь Андре-Мари Ампер обнаружил, что два провода под током отталкиваются друг от друга или притягиваются в зависимости от направления течения тока. Он также показал, что катушка из намотанного электрического провода становится сильным магнитом. Ампер изобрёл электромагнитный телеграф, работа которого была основана на воздействии провода с током на магнитную стрелку. Он писал:

«…можно было бы, взяв столько проводников и магнитных стрелок, сколько имеется букв, и помещая каждую букву на отдельной стрелке, устроить своего рода телеграф с помощью одного вольтова столба, расположенного вдали от стрелок. Соединяя поочередно концы столба с концами соответствующих проводников, можно было бы лицу, которое наблюдало бы за буквами на стрелках, передавать сведения со всеми подробностями и через какие угодно препятствия. Если установить со стороны столба клавиатуру с буквами и производить соединения нажатием клавиш, то этот способ сообщения мог бы применяться достаточно просто и не требовал бы больше времени, чем необходимо для нажатия клавиш на одной стороне и чтения каждой буквы на другой».

Фарадея чрезвычайно увлекли эксперименты Эрстеда и Ампера. Майкл интерпретировал опыты Эрстеда следующим образом: ток в проводе создаёт вокруг магнитное поле, на которое реагирует стрелка компаса. Но можно ли создать электрический ток из магнитного поля? Фарадей был уверен: если Эрстед превратил электричество, текущее по проводу, в магнитное поле, воздействующее на компасную стрелку, то должен быть и обратный процесс!

В 1822 году Фарадей зафиксировал в дневнике поставленную перед собой задачу: «Превратить магнетизм в электричество». Примерно в это же время Дэви с другим английским физиком Волластоном попробовали сконструировать электрический двигатель, но потерпели неудачу. За решение этой сложной проблемы взялся Фарадей. Он продемонстрировал работоспособность сразу двух возможных конструкций электродвигателя. Фарадей научился превращать электрическую энергию в механическую!

— Наверное, это очень не понравилось Дэви и Волластону! — воскликнул Андрей.

— Да. Они даже стали обвинять Майкла в плагиате. Фарадею эти склоки были настолько неприятны, что он попросту перестал работать в области электродинамики и переключился на другие научные проблемы. К электрическим опытам он вернулся, когда обоих его оппонентов уже не было в живых. В 1831 году Майкл совершил революцию в области электродинамики — открыл электромагнитную индукцию (способ превращения магнитного поля в электричество).

— А как он это сделал? — поинтересовалась Галатея. Джерри призадумался, но быстро нашёлся:

— А я сейчас вам покажу! У вас есть магнит?

— Конечно, есть! — воскликнул Андрей, и они стали копаться в большом ящике с игрушками.

— Отлично! — сказал Джерри, держа в руках подковообразный магнит. — Это лучшая детская игрушка всех времён. Теперь нам нужны провода и какой-нибудь простенький вольтметр или любой другой измеритель тока.

— Лапок дохлых лягушек у нас нет! — пошутила Галатея.

— Тогда вот этот приборчик сойдёт, — показал Джерри на найденный вольтметр, который Андрей использовал в электрических схемах, собираемых на уроках физики.

— Теперь сделаем катушку в сотню витков, а лучше ещё больше… — Джерри стал наматывать тонкий провод вокруг пустого пластикового стаканчика — и присоединим её свободные концы к вольтметру.

— И это всё? — удивилась Галатея.

— Да! — подтвердил Джерри. — Теперь мы можем приступать к опытам.

Он взял в руки магнит и опустил его конец в стаканчик. В этот момент стрелка вольтметра дёрнулась и переместилась в сторону на несколько милливольт.

— Я видела, видела! — завопила в восторге Галатея. — Появился ток!

— У тебя острый глаз! — похвалил девочку Джерри. — Теперь вытащи магнит.

Галатея быстро выдернула магнит из стаканчика — и стрелка вольтметра снова дёрнулась, только в обратную сторону.

— Я — настоящий Фарадей! — воскликнула Галатея. И они начали экспериментировать с новой игрушкой, вернее, с новым научным прибором.

Джерри сказал, глядя на увлечённых детей:

— Фарадей доказал: изменение величины магнитного поля, пронизывающего замкнутый проводник, заставляет заряды в проводе двигаться, создаёт в нём электрический ток. Если собрать прибор, способный периодически изменять магнитное поле, пронизывающее катушку, то это будет электрический генератор — источник тока, во многих отношениях превосходящий батарею Вольты. С помощью простых предметов Фарадей создал прототип электрогенератора, который до сих пор служит главным источником получения электрического тока. По такому же принципу работают электрогенераторы, вращаемые огромными турбинами, на гидроэлектростанциях, на тепловых и на атомных станциях, вырабатывающих электрический ток.

— А электромоторы в автомобилях тоже придумал Фарадей?

— Он показал, как из электричества получать механическую энергию. В его опыте свободно висящий провод окунался в ванночку с ртутью, в середине которой был установлен магнит. Когда по проводу шёл ток, он начинал вращаться вокруг магнита. Но от этой конструкции до электродвигателя современного типа было ещё очень далеко. И всё же первым, кто доказал, что дракона можно заставить крутить колёса и винты, был Фарадей. Его имя стало всемирно известным, академии разных стран выбирали его своим почётным членом.

— Так-так, — закивала головой Галатея. — Из рассыльного книжного магазина — в академики! Здорово!

— Ещё как здорово, но, несмотря на головокружительный взлёт в науке, Фарадей оставался исключительно скромным человеком. Он отклонил честь быть возведённым в рыцарское достоинство, а рыцарей почитали и даже хоронили в Вестминстерском аббатстве, где покоятся английские короли и сам Исаак Ньютон. Фарадей дважды отказался от должности председателя Королевского общества — высшего научного поста в Великобритании. Он был полностью сосредоточен на науке и уклонялся от всего, что мешало ему ею заниматься.

За годы работы Фарадей поставил около 30 тысяч экспериментов. В течение 24 лет он проводил опыты по электричеству и магнетизму и посылал их описания в Лондонское королевское общество. Именно эти работы совершили революцию в электродинамике.

Одно из главных достижений Фарадея, имеющее теоретический характер, состоит в том, что он ввёл в науку понятие физического поля, что кардинально отличало электродинамику от теории гравитации Ньютона.

— Но ведь у Ньютона тоже было поле, только гравитационное. В чём же их различие? — спросил Андрей.

— Ньютоновская теория основана на дальнодействии. Это значит, что каждое гравитирующее тело, например Юпитер, действует на другое тело, например на Сатурн, мгновенно на любом расстоянии.

— Но ведь это не так! — удивился Андрей. — Ничто не может действовать быстрее скорости света, а между Юпитером и Сатурном расстояние в несколько световых часов.

— Во времена Ньютона о конечной скорости взаимодействия никто не знал. Поэтому Ньютон исходил из бесконечной или мгновенной скорости передачи гравитационного взаимодействия. Его теория работала практически всегда хорошо, и её придерживались вплоть до начала XX века, пока Альберт Эйнштейн не построил свою теорию гравитации, согласно которой скорость распространения гравитационного поля ограничивается скоростью света.

Учёные XIX века представляли себе пространство между гравитирующими телами пустым. Фарадей считал, что пространство между зарядами и магнитами заполнено полем или средой с особыми нитями — силовыми линиями. В электродинамике не было мгновенного взаимодействия между зарядами: один заряд воздействовал на поле, оно менялось, и это изменение «чувствовал» другой заряд.

— Это не совсем понятно, — заёрзала Галатея.

— Свяжи два шарика ниткой и повесь на крючок. Потяни один шарик вниз. Как он будет воздействовать на другой шарик? Через нитку, которая стала «передавать» взаимодействие и заставлять другой шарик двигаться вверх.

Электромагнитное поле, согласно Фарадею, стало переносчиком взаимодействия между зарядами, и эта концепция является основой современной физики. С помощью своих опытов Фарадей открыл основные законы электродинамики и создал первые образцы электрического двигателя, электрогенератора и трансформатора. Тем самым он заложил фундамент современной электрической цивилизации.

Однажды член парламента, будущий премьер-министр Великобритании Уильям Гладстон, спросил Фарадея:

— Чем же так важно это ваше электричество?

— Скоро вы будете обкладывать его налогами, — ответил Фарадей.

— А кто продолжил его дело? — у Галатеи горели глаза от нетерпения.

— Эстафету подхватил британский физик-теоретик шотландского происхождения Джеймс Максвелл, который превратил законы Фарадея в математические уравнения, названные в его честь законами электродинамики Максвелла. Джеймс послал свою работу Фарадею. Тот сразу откликнулся:

«Мой дорогой сэр, я получил Вашу статью и очень благодарен Вам за неё… Эта работа не только приятна мне, но и даёт мне стимул к дальнейшим размышлениям. Я поначалу испугался, увидев, какая мощная сила математики приложена к предмету, а затем удивился тому, насколько хорошо предмет её выдержал…»

Напряжённые исследования, которые часто были связаны с использованием вредных веществ, например ртути, подорвали здоровье Фарадея. В 1862 году он оставил работу и лишился жалования. Нехотя, лишь под воздействием общественного мнения, премьер-министр назначил ему небольшую пенсию.

— Безобразие! — возмутилась Галатея. — Учёный, который столько сделал для людей и для своей страны, остался нищим.

Джерри вздохнул:

— Увы, это обычная история жизни многих великих людей. Для Фарадея она закончилась относительно благополучно: он получил от королевы в подарок дом в Хэмптон-Корте, по соседству с одним из королевских дворцов в Лондоне. В этом доме он прожил остаток своих лет с любимой супругой Сарой. Сейчас там музей.

Научные достижения Фарадея высоко ценили многие выдающиеся личности. Немецкий физик Герман Гельмгольц высказался просто: «До тех пор, пока люди пользуются благами электричества, они всегда будут с благодарностью вспоминать имя Фарадея». А самый известный физик XX века Альберт Эйнштейн заявил: «Со времени обоснования теоретической физики Ньютоном наибольшие изменения в её теоретических основах, другими словами, в нашем представлении о структуре реальности, были достигнуты благодаря исследованиям электромагнитных явлений Фарадеем и Максвеллом». Ему же принадлежат слова: «…надо иметь могучий дар научного предвидения, чтобы распознать, что в описании электрических явлений не заряды и не частицы описывают суть явлений, а скорее пространство между зарядами и частицами».

Завершая вечернюю сказку, Джерри подытожил:

— Майкл Фарадей входит в десятку, а может быть, и в пятёрку самых влиятельных учёных в истории, но он единственный из них, кто не получил формального образования, а оказался самоучкой. В этом смысле Фарадей уникален.

Андрей задумался и стал размышлять:

— XVIII век — век электростатики, XIX — век электродинамики. А каким был XX век, ведь вся наука об электричестве уже была создана к его началу?

Джерри ответил:

— Благодаря трудам Франклина и Вольты, Фарадея и Максвелла, многих других учёных люди изучили характер «электрического дракона», измерили его силу, узнали его слабости. В ХХ веке на первый план вышли инженеры и изобретатели. Они стали конструировать различные устройства, которые заставили «электрического дракона» работать на людей, так что XX век стал веком электрических машин.

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ. Большинство планет Солнечной системы в той или иной степени обладают магнитными полями. По убыванию дипольного магнитного момента на первом месте Юпитер и Сатурн, а за ними следуют Земля, Меркурий и Марс, причем по отношению к магнитному моменту Земли значение их моментов составляет 20 000, 500, 1, 3/5000 3/10000. Дипольный магнитный момент Земли на 1970 составлял 7,98·10²⁵ Гс/см³ (или 8,3·10²² А.м²), уменьшаясь за десятилетие на 0,04·10²⁵ Гс/см³. Средняя напряженность поля на поверхности составляет около 0,5 Э (5·10^–5 Тл). По форме основное магнитное поле Земли до расстояний менее трех радиусов близко к полю эквивалентного магнитного диполя. Его центр смещен относительно центра Земли в направлении на 18° с.ш. и 147,8° в. д. Ось этого диполя наклонена к оси вращения Земли на 11,5°. На такой же угол геомагнитные полюса отстоят от соответствующих географических полюсов. При этом южный геомагнитный полюс находится в северном полушарии. В настоящее время он расположен недалеко от северного географического полюса Земли в Северной Гренландии. Его координаты j = 78,6 + 0,04° Т с.ш., l = 70,1 + 0,07° T з.д., где Т – число десятилетий от 1970. У cеверного магнитного полюса j = 75° ю.ш., l = 120,4° в.д. (в Антарктиде). Реальные магнитные силовые линии магнитного поля Земли в среднем близки к силовым линиям этого диполя, отличаясь от них местными нерегулярностями, связанными с наличием намагниченных пород в коре. В результате вековых вариаций геомагнитный полюс прецессирует относительно географического полюса с периодом около 1200 лет. На больших расстояниях магнитное поле Земли несимметрично. Под действием исходящего от Солнца потока плазмы (солнечного ветра) магнитное поле Земли искажается и приобретает «шлейф» в направлении от Солнца, который простирается на сотни тысяч километров, выходя за орбиту Луны.

Специальный раздел геофизики, изучающий происхождение и природу магнитного поля Земли называется геомагнетизмом. Геомагнетизм рассматривает проблемы возникновения и эволюции основной, постоянной составляющей геомагнитного поля, природа переменной составляющей (примерно 1% от основного поля), а так же структура магнитосферы – самых верхних намагниченных плазменных слоев земной атмосферы, взаимодействующих с солнечным ветром и защищающих Землю от космического проникающего излучения. Важной задачей является изучение закономерностей вариаций геомагнитного поля, поскольку они обусловлены внешними воздействиями, связанными в первую очередь с солнечной активностью.

Происхождение магнитного поля.

Наблюдаемые свойства магнитного поля Земли согласуются с представлением о его возникновении благодаря механизму гидромагнитного динамо. В этом процессе первоначальное магнитное поле усиливается в результате движений (обычно конвективных или турбулентных) электропроводящего вещества в жидком ядре планеты или в плазме звезды. При температуре вещества в несколько тысяч К его проводимость достаточно высока, чтобы конвективные движения, происходящие даже в слабо намагниченной среде, могли возбуждать изменяющиеся электрические токи, способные, в соответствии с законами электромагнитной индукции, создавать новые магнитные поля. Затухание этих полей либо создает тепловую энергию (по закону Джоуля), либо приводит к возникновению новых магнитных полей. В зависимости от характера движений эти поля могут либо ослаблять, либо усиливать исходные поля. Для усиления поля достаточно определенной асимметрии движений. Таким образом, необходимым условием гидромагнитного динамо является само наличие движений в проводящей среде, а достаточным – наличие определенной асимметрии (спиральности) внутренних потоков среды. При выполнении этих условий процесс усиления продолжается до тех пор, пока растущие с увеличением силы токов потери на джоулево тепло не уравновесят приток энергии, поступающей за счет гидродинамических движений.

Динамо-эффект – самовозбуждение и поддержание в стационарном состоянии магнитных полей вследствие движения проводящей жидкости или газовой плазмы. Его механизм подобен генерации электрического тока и магнитного поля в динамо-машине с самовозбуждением. С динамо-эффектом связывают происхождение собственных магнитных полей Солнца Земли и планет, а также их локальные поля, например, поля пятен и активных областей.

Составляющие геомагнитного поля.

Собственное магнитное поле Земли (геомагнитное поле) можно разделить на cледующие три основные части.

1. Основное магнитное поле Земли, испытывающее медленные изменения во времени (вековые вариации) с периодами от 10 до 10 000 лет, сосредоточенными в интервалах 10–20, 60–100, 600–1200 и 8000 лет. Последний связан с изменением дипольного магнитного момента в 1,5–2 раза.

2. Мировые аномалии – отклонения от эквивалентного диполя до 20% напряженности отдельных областей с характерными размерами до10 000 км. Эти аномальные поля испытывают вековые вариации, приводящие к изменениям со временем в течение многих лет и столетий. Примеры аномалий: Бразильская, Канадская, Сибирская, Курская. В ходе вековых вариаций мировые аномалии смещаются, распадаются и возникают вновь. На низких широтах имеется западный дрейф по долготе со скоростью 0,2° в год.

3. Магнитные поля локальных областей внешних оболочек с протяженностью от нескольких до сотен км. Они обусловлены намагниченностью горных пород в верхнем слое Земли, слагающих земную кору и расположенных близко к поверхности. Одна из наиболее мощных – Курская магнитная аномалия.

4. Переменное магнитное поле Земли (так же называемое внешним) определяется источниками в виде токовых систем, находящимися за пределами земной поверхности и в ее атмосфере. Основными источниками таких полей и их изменений являются корпускулярные потоки замагниченной плазмы, приходящие от Солнца вместе с солнечным ветром, и формирующие структуру и форму земной магнитосферы.

Структура магнитного поля земной атмосферы.

Земное магнитное поле находится под воздействием потока намагниченной солнечной плазмы. В результате взаимодействия с полем Земли образуется внешняя граница околоземного магнитного поля, называемая магнитопаузой. Она ограничивает земную магнитосферу. Из-за воздействия солнечных корпускулярных потоков размеры и форма магнитосферы постоянно меняются, и возникает переменное магнитное поле, определяемое внешними источниками. Его переменность обязана своим происхождением токовым системам, развивающимся на различных высотах от нижних слоев ионосферы до магнитопаузы. Изменения магнитного поля Земли во времени, вызванные различными причинами, называются геомагнитными вариациями, которые различаются как по своей длительности, так и по локализации на Земле и в ее атмосфере.

Магнитосфера – область околоземного космического пространства, контролируемая магнитным полем Земли. Магнитосфера формируется в результате взаимодействия солнечного ветра с плазмой верхних слоев атмосферы и магнитным полем Земли. По форме магнитосфера представляет собой каверну и длинный хвост, которые повторяют форму магнитных силовых линий. Подсолнечная точка в среднем находится на расстоянии 10 земных радиусов, а хвост магнитосферы простирается за орбиту Луны. Топология магнитосферы определяется областями вторжения солнечной плазмы внутрь магнитосферы и характером токовых систем.

Хвост магнитосферы образован силовыми линиями магнитного поля Земли, выходящими из полярных областей и вытянутых под действием солнечного ветра на сотни земных радиусов от Солнца в ночную сторону Земли. В итоге плазма солнечного ветра и солнечных корпускулярных потоков как бы обтекают земную магнитосферу, придавая ей своеобразную хвостатую форму. В хвосте магнитосферы, на больших расстояниях от Земли, напряженность магнитного поля Земли, а следовательно и их защитные свойства, ослабляются, и некоторые частицы солнечной плазмы получают возможность проникнуть и попасть во внутрь земной магнитосферы и магнитных ловушек радиационных поясов. Проникая в головную часть магнитосферы в область овалов полярных сияний под действием изменяющегося давления солнечного ветра и межпланетного поля, хвост служит местом формирования потоков высыпающихся частиц, вызывающих полярные сияния и авроральные токи. Магнитосфера отделена от межпланетного пространства магнитопаузой. Вдоль магнитопаузы частицы корпускулярных потоков обтекают магнитосферу. Влияние солнечного ветра на земное магнитное поле иногда бывает очень сильным. Магнитопауза – внешняя граница магнитосферы Земли (или планеты), на которой динамическое давление солнечного ветра уравновешивается давлением собственного магнитного поля. При типичных параметрах солнечного ветра подсолнечная точка удалена от центра Земли на 9–11 земных радиусов. В период магнитных возмущений на Земле магнитопауза может заходить за геостационарную орбиту (6,6 радиусов Земли). При слабом солнечном ветре подсолнечная точка находится на расстоянии 15–20 радиусов Земли.

Солнечный ветер –

истечение плазмы солнечной короны в межпланетное пространство. На уровне орбиты Земли средняя скорость частиц солнечного ветра (протонов и электронов) около 400 км/с, число частиц – несколько десятков в 1 см³.

Магнитная буря.

Локальные характеристики магнитного поля изменяются и колеблются иногда в течение многих часов, а потом восстанавливаются до прежнего уровня. Это явление называется магнитной бурей. Магнитные бури часто начинаются внезапно и одновременно по всему земному шару.

Геомагнитные вариации.

Изменение магнитного поля Земли во времени под действием различных факторов называются геомагнитными вариациями. Разность между наблюдаемой величиной напряженности магнитного поля и средним ее значением за какой-либо длительный промежуток времени, например, месяц или год, называется геомагнитной вариацией. Согласно наблюдениям, геомагнитные вариации непрерывно изменяются во времени, причем такие изменения часто носят периодический характер.

Cуточные вариации. Cуточные вариации геомагнитного поля возникают регулярно в основном за счет токов в ионосфере Земли, вызванных изменениями освещенности земной ионосферы Солнцем в течение суток.

Нерегулярные вариации. Нерегулярные вариации магнитного поля возникают вследствие воздействия потока солнечной плазмы (солнечного ветра) на магнитосферу Земли, а так же изменений внутри магнитосферы и взаимодействия магнитосферы с ионосферой.

27-дневные вариации. 27-дневные вариации существуют как тенденция к повторению увеличения геомагнитной активности через каждые 27 дней, соответствующих периоду вращения Солнца относительно земного наблюдателя. Эта закономерность связана с существованием долгоживущих активных областей на Солнце, наблюдаемых в течении нескольких оборотов Солнца. Эта закономерность проявляется в виде 27-дневной повторяемости магнитной активности и магнитных бурь.

Сезонные вариации. Сезонные вариации магнитной активности уверенно выявляются на основании среднемесячных данных о магнитной активности, полученных путем обработки наблюдений за несколько лет. Их амплитуда увеличивается с ростом общей магнитной активности. Найдено, что сезонные вариации магнитной активности имеют два максимума, соответствующие периодам равноденствий, и два минимума, соответствующие периодам солнцестояний. Причиной этих вариаций является образование активных областей на Солнце, которые группируются в зонах от 10 до 30° северной и южной гелиографических широт. Поэтому в периоды равноденствий, когда плоскости земного и солнечного экваторов совпадают, Земля наиболее подвержена действию активных областей на Солнце.

11-летние вариации. Наиболее ярко связь между солнечной активностью и магнитной активностью проявляется при сопоставлении длинных рядов наблюдений, кратных 11 летним периодам солнечной активности. Наиболее известной мерой солнечной активности является число солнечных пятен. Найдено, что в годы максимального количества солнечных пятен магнитная активность также достигает наибольшей величины, однако возрастание магнитной активности несколько запаздывает по отношению к росту солнечной, так что в среднем это запаздывание составляет один год.

Вековые вариации – медленные вариации элементов земного магнетизма с периодами от нескольких лет и более. В отличии от суточных, сезонных, и других вариаций внешнего происхождения, вековые вариации связаны с источниками, лежащими внутри земного ядра. Амплитуда вековых вариаций достигает десятков нТл/год, изменения среднегодовых значений таких элементов, названы вековым ходом. Изолинии вековых вариаций концентрируются вокруг нескольких точек – центры или фокусы векового хода, в этих центрах величина векового хода достигает максимальных значений.

Радиационные пояса и космические лучи.

Радиационные пояса Земли – две области ближайшего околоземного космического пространства, которые в виде замкнутых магнитных ловушек окружают Землю.

В них сосредоточены огромные потоки протонов и электронов, захваченных дипольным магнитным полем Земли. Магнитное поле Земли оказывает сильное влияние на электрически заряженные частицы, движущиеся в околоземном космическом пространстве. Есть два основных источника возникновения этих частиц: космические лучи, т.е. энергичные (от 1 до12 ГэВ) электроны, протоны и ядра тяжелых элементов, приходящие с почти световыми скоростями, главным образом, из других частей Галактики. И корпускулярные потоки менее энергичных заряженных частиц (10⁵–10⁶ эВ), выброшенных Солнцем. В магнитном поле электрические частицы движутся по спирали; траектория частицы как бы навивается на цилиндр, по оси которого проходит силовая линия. Радиус этого воображаемого цилиндра зависит от напряженности поля и энергии частицы. Чем больше энергия частицы, тем при данной напряженности поля радиус (он называется ларморовским) больше. Если ларморовский радиус много меньше, чем радиус Земли, частица не достигает ее поверхности, а захватывается магнитным полем Земли. Если ларморовский радиус много больше, чем радиус Земли, частица движется так, как будто бы магнитного поля нет, частицы проникают сквозь магнитное поле Земли в экваториальных районах, если их энергия больше 10⁹ эв. Такие частицы вторгаются в атмосферу и вызывают при столкновении с ее атомами ядерные превращения, которые дают определенные количества вторичных космических лучей. Эти вторичные космические лучи уже регистрируются на поверхности Земли. Для исследования космических лучей в их первоначальной форме (первичных космических лучей) аппаратуру поднимают на ракетах и искусственных спутниках Земли. Примерно 99% энергичных частиц, «пробивающих» магнитный экран Земли, являются космическими лучами галактического происхождения и лишь около 1% образуется на Солнце. Магнитное поле Земли удерживает огромное число энергичных частиц, как электронов, так и протонов. Их энергия и концентрация зависят от расстояния до Земли и геомагнитной широты. Частицы заполняют как бы огромные кольца или пояса, охватывающие Землю вокруг геомагнитного экватора.

Эдвард Кононович

История магнетизма и электричества

600 до н.э. — магнитный камень

Магнитные свойства природных ферритных ферритовых (Fe ₃ O ₄ ) камней (магнитов) были описаны греческими философами.

600 до н.э. — Электрический заряд

Янтарь — желтоватый полупрозрачный минерал. Еще в 600 г. до н.э. греческий философ Аристофан знал об его особенном свойстве: при натирании куска меха янтарь развивает способность притягивать мелкие кусочки материала, например, перья.На протяжении веков это странное, необъяснимое свойство считалось уникальным для янтаря. Этот странный эффект оставался загадкой более 2000 лет, пока примерно в 1600 году нашей эры доктор Уильям Гилберт не исследовал реакции янтаря и магнитов и впервые записал слово «электрический» в отчете по теории магнетизма.

Позже, в 1895 г., Х.А. Лоренц разработал теорию электронов. Теперь мы знаем, что есть три способа производства электричества: статическая, электрохимическая и электромагнитная индукция.

1175 — Первое упоминание о компасе

Александр Некем, английский монах из Сент-Олбанса, описывает работу компаса.

1269 — Первое подробное описание компаса

Петрус Перегринус де Маринкур, французский крестоносец, описывает плавающий компас и компас с точкой поворота.

1600 — Статическое электричество (De Magnete)

В 16 веке Уильям Гилберт (1544–1603), придворный врач королевы Елизаветы I, доказал, что многие другие вещества являются электрическими (от греческого слова янтарь, электрон) и что они обладают двумя электрическими эффектами.При натирании мехом янтарь приобретает смолистое электричество; однако стекло при натирании шелком приобретает стекловидное электричество. Электричество отталкивает одно и то же и притягивает противоположный вид электричества. Ученые думали, что трение действительно создало электричество (их слово для обозначения заряда). Они не осознавали, что на мехе или шелке остается равное количество противоположного электричества. Доктор Уильям Гилберт понял, что сила создается, когда кусок янтаря (смолы) натирается шерстью и притягивает легкие предметы.Сегодня, описывая это свойство, мы говорим, что янтарь «наэлектризован» или обладает «электрическим зарядом». Эти термины произошли от греческого слова «электрон», означающего янтарь, и отсюда и возник термин «электричество». Лишь в конце 19 века это «нечто» состояло из отрицательного электричества, известного сегодня как электроны.

Гилберт также изучал магнетизм и в 1600 году написал «De magnete», который дал первое рациональное объяснение таинственной способности стрелки компаса указывать север-юг: сама Земля была магнитной .«Де Магнет» открыл эру современной физики и астрономии и положил начало веку, отмеченному великими достижениями Галилея, Кеплера, Ньютона и других.

Гилберт записал три способа намагничивания стальной иглы: прикосновением к грузоподъемному камню; холодным волочением в направлении Север-Юг; и при длительном воздействии магнитного поля Земли при ориентации Север-Юг.

1660 — Генератор статического электричества

Отто фон Герике изобретает грубую машину для производства статического электричества.

1729 — Проводники и непроводники

Стивен Грей описывает, что мощность, которой обладает одно наэлектризованное тело, может передаваться другому путем их соединения.

1734 — Электрическое притяжение и отталкивание

Шарль Франсуа де Систерне Дю Фай первым распознал два вида электричества.

1730 — Составной магнит

Servigton Savery производит первый составной магнит, связывая вместе несколько искусственных магнитов с общим полюсным наконечником на каждом конце.

1740 — Первый коммерческий магнит

Gowen Knight производит первые искусственные магниты для продажи научным исследователям и наземным мореплавателям.

1745 — Электрическая сила, конденсатор

Лейденская банка — одна из самых ранних и простых форм электрического конденсатора, независимо изобретенная около 1745 года голландским физиком Питером ван Мушенбруком из Лейденского университета и Эвальдом Георгом фон Клейстом из Померании. Первоначальная лейденская банка представляла собой стеклянную банку с водой с закрытой пробкой, через которую в воду выходила проволока или гвоздь.Банку заряжали, держа ее в одной руке и приводя оголенный конец провода в контакт с электрическим устройством. Если контакт между проводом и источником электричества был прерван, а провод касался другой рукой, происходил разряд, который воспринимался как сильный ток.

Если заряд Q помещается на металлические пластины, напряжение повышается до величины V. Показателем способности конденсатора накапливать заряд является емкость C, где C = Q / V. Заряд проходит от конденсатора так же, как от аккумулятора, но с одним существенным отличием.Когда заряд покидает пластины конденсатора, без подзарядки ничего нельзя получить. Это происходит потому, что электрическая сила консервативна. Выделяемая энергия не может превышать запасенную. Способность выполнять работу называется электрическим потенциалом .

Тип сохранения энергии также связан с ЭДС. Электрическая энергия, получаемая от батареи, ограничена энергией, хранящейся в химических молекулярных связях. И ЭДС, и электрический потенциал измеряются в вольтах, и, к сожалению, термины напряжение, потенциал и ЭДС используются довольно свободно.Например, термин потенциал батареи часто используется вместо ЭДС.

1747 — Стекловидное электричество, сохранение заряда

Бенджамин Франклин (1706-90) был американским печатником, писателем, философом, дипломатом, ученым и изобретателем.

После открытия Гилбертом того факта, что сила электрического заряда создается трением различных материалов, Бенджамин Франклин в 1747 году улучшил это, объявив, что этот электрический заряд существует двух типов электрических сил, силы притяжения и силы отталкивания .(Уильям Уотсон (1715-87) в Англии независимо пришел к такому же выводу.) Чтобы идентифицировать эти две силы, он дал названия, положительный и отрицательный заряды, и чтобы их символизировать, он использовал знаки + и -, обозначающие положительный и отрицательный заряды. the — для отрицательного. Бенджамин Франклин понял, что все материалы обладают одним видом электрической «жидкости», которая может свободно проникать в материю, но не может быть ни создана, ни разрушена. Действие трения просто передает жидкость от одного тела к другому, электризуя оба.Франклин и Ватсон разработали принцип сохранения заряда: общее количество электричества в изолированной системе постоянно. Франклин определил жидкость, которая соответствует электричеству стекловидного тела, как положительное, а отсутствие жидкости как отрицательное. Следовательно, согласно Франклину, направление потока было от положительного к отрицательному, — противоположное тому, что, как сейчас известно, верно. В дальнейшем была разработана теория двух жидкостей, согласно которой образцы одного типа притягиваются, а образцы противоположных типов — отталкиваются.

Франклин был знаком с лейденской банкой (стеклянной банкой, покрытой изнутри и снаружи оловянной фольгой), как она может хранить заряд и как она вызывала электрический ток при разрядке. Франклин задался вопросом, были ли молния и гром также результатом электрических разрядов. Во время грозы 1752 года Франклин запустил воздушного змея с металлическим наконечником. В конце влажной проводящей веревки из конопли, по которой летел змей, он прикрепил металлический ключ, к которому привязал непроводящую шелковую веревку, которую держал в руке.Эксперимент был чрезвычайно опасным, но результаты были безошибочными: когда он держал костяшки пальцев возле ключа, он мог черпать из него искры. Следующие двое, пытавшиеся провести этот чрезвычайно опасный эксперимент, были убиты.

1750 — Первая книга по изготовлению магнитов

Джон Митчелл издает первую книгу по изготовлению стальных магнитов.

1757 — Power, Steam Engine

Джеймс Ватт (1736-1819) не проводил электрических экспериментов. Он был мастером по профессии и в 1757 году основал ремонтную мастерскую в Глазго.Ватт измерил скорость работы, выполняемой лошадью, поднимающей мусор в старую шахту, и обнаружил, что она составляет около 22 000 фут-фунтов в минуту. Он добавил, что запас в 50% составляет . 33000 фут-фунтов равняются одной лошадиных сил.

Джеймс Ватт, также изобрел паровой конденсационный двигатель. Его усовершенствования паровых двигателей были запатентованы в течение 15 лет, начиная с 1769 года, и его именем была названа электрическая единица мощности — Ватт. Когда генератор Эдисона был соединен с паровой машиной Ватта, производство электроэнергии в больших масштабах стало практическим предложением.

1767 — Электрическая сила

Уже в 1600 году было известно, что сила притяжения или отталкивания уменьшается по мере разделения зарядов . Эта взаимосвязь была впервые поставлена ​​на числовую или количественную основу Джозефом Пристли, другом Бенджамина Франклина. В 1767 году Пристли косвенно вывел, что когда расстояние между двумя маленькими заряженными телами увеличивается в какой-то раз, силы между телами уменьшаются на квадрат множителя.Например, если расстояние между зарядами увеличивается втрое, сила уменьшается до одной девятой своего прежнего значения. Доказательство Пристли, хотя и строгое, было настолько простым, что он не стал его настойчиво защищать. Этот вопрос не считался решенным до 18 лет спустя, когда Джон Робинсон из Шотландии провел более прямые измерения задействованной электрической силы.

1780 — Электрический ток

Из-за несчастного случая итальянский ученый 18 века Луиджи Гальвани начал цепочку событий, которая завершилась разработкой концепции напряжения и изобретением батареи.В 1780 году один из помощников Гальвани заметил, что рассеченная лягушачья лапа дергалась, когда он касался ее нерва скальпелем. Другой помощник подумал, что в то же время он видел искру от ближайшего заряженного электрогенератора. Гальвани предположил, что электричество было причиной мышечных сокращений. Однако он ошибочно полагал, что этот эффект был вызван переносом особой жидкости или «животным электричеством», а не обычным электричеством.

Эксперименты, подобные этому, в которых лапы лягушки или птицы стимулировались контактом с различными типами металлов, привели Луиджи Гальвани в 1791 г. к выдвижению теории о том, что ткани животных генерируют электричество.Экспериментируя с тем, что он назвал атмосферным электричеством, Гальвани обнаружил, что мышца лягушки будет подергиваться, когда ее подвешивают за медный крючок на железной решетке.

1792 — Электрохимия, гальванический элемент

К 1792 году другой итальянский ученый, Алессандро Вольта, не согласился: он понял, что главными факторами открытия Гальвани были два разных металла — стальной нож и оловянная пластина, на которых лежала лягушка. . различные металлы, разделенные влажной тканью лягушки, производили электричество.Нога лягушки была просто детектором.

В 1800 году Вольта показал, что когда влага проникает между двумя разными металлами, возникает электричество. Это побудило его изобрести первую электрическую батарею, гальваническую батарею, которую он сделал из тонких листов меди и цинка, разделенных влажным картоном (войлок, пропитанный рассолом).

Таким образом, был открыт новый вид электричества, электричество, которое течет непрерывно, как водяной поток, а не разряжается одной искрой или ударом.Вольта показал, что электричество можно заставить перемещаться из одного места в другое по проводам, тем самым сделав важный вклад в науку об электричестве.

1820 — Электромагнетизм, ток

В 1820 году физик Ганс Кристиан Эрстед узнал, что ток, протекающий по проводу, будет двигать стрелку компаса, расположенную рядом с ним. Это показало, что электрический ток создает магнитное поле.

Андре Мари Ампер, французский математик, посвятивший себя изучению электричества и магнетизма, был первым, кто объяснил электродинамическую теорию.Он показал, что два параллельных провода, по которым протекает ток, притягиваются друг к другу, если токи текут в одном направлении, и противодействуют друг другу, если токи текут в противоположных направлениях. Он сформулировал в математических терминах законы, которые управляют взаимодействием токов с магнитными полями в цепи, и в результате этого от его имени была получена единица электрического тока , , усилитель. Электрический заряд в движении называется электрическим током. Сила тока — это количество заряда, проходящего через данную точку за секунду, или I = Q / t, где Q кулонов заряда проходит за t секунд.Единица измерения тока — это ампер или ампер, где 1 ампер = 1 кулон / сек. Поскольку ток также является источником магнетизма, он является связующим звеном между электричеством и магнетизмом.

1822 — Преобразования Фурье

Барон Жозеф Фурье (1768-1830) был французским математиком. Его метод анализа волн, опубликованный в 1822 году, был результатом его работы о потоке тепла. Он показывает, как любую волну можно построить из более простых волн. Этот мощный раздел математики, преобразования Фурье, внес свой вклад в важные современные разработки, такие как распознавание электронной речи.

1826 — Сопротивление — токи, вызывающие нагрев

В 1826 году немецкий физик Георг Симон Ом исследовал принцип Вольта для электрической батареи и соотношение токов в цепи Ампер. Он отметил, что когда в цепи был ток, время от времени возникало тепло, и количество тепла было связано с разными металлами. Он обнаружил, что существует связь между током и теплом, существует некое «сопротивление» протеканию тока в цепи.Обнаружив это, он обнаружил, что если разность потенциалов (вольт) остается постоянной, ток пропорционален сопротивлению. Эта единица электрического сопротивления — ом — была названа в его честь. Он также сформулировал закон, показывающий соотношение между вольт, ампер и сопротивлением , и этот закон был назван «законом Ома», также названным в его честь. Этот закон, каким мы его знаем сегодня, лежит в основе электричества.

1830 — Индуктивность

В 1830 году Джозеф Генри (1797–1878) обнаружил, что изменение магнетизма может заставить токи течь, но он не смог опубликовать это.В 1832 году он описал самоиндукцию — основное свойство индуктора. В знак признания его работы индуктивность измеряется в генри. Затем была подготовлена ​​почва для всеобъемлющей электромагнитной теории Джеймса Клерка Максвелла. Разброс реальных токов огромен. Современный электрометр может обнаруживать токи величиной до 1/10000000000000000 ампер, что составляет всего 63 электрона в секунду. Ток в нервном импульсе составляет примерно 1/100 000 ампер; 100-ваттная лампочка рассчитана на 1 ампер; разряд молнии достигает пика примерно 20 000 ампер; А атомная электростанция мощностью 1200 мегаватт может выдавать 10 миллионов ампер при напряжении 115 В.

1836 — Ячейка Даниэля

В 1836 году Джон Даниэлл (1790-1845) предложил усовершенствованную электрическую ячейку, которая обеспечивала равномерный ток во время непрерывной работы. Ячейка Даниэля дала новый импульс исследованиям в области электричества и нашла множество коммерческих применений. В 1837 году Даниэлю была вручена высшая награда Королевского общества — медаль Копли за изобретение ячейки Даниэля.

1837 — Телеграф, электромагнит

После открытия электрической батареи и электромагнита Сэмюэл Морс (1791-1872) представил электрический телеграф.Закодированные сообщения передавались по проводам с помощью электрических импульсов (обозначенных точками и тире), известных как азбука Морзе. Это действительно было началом использования электроэнергии в коммерческих целях. Электрический телеграф известен как первое практическое применение электричества и первая система электрической связи. Здесь интересно отметить, что почтовое отделение в Австралии играло важную роль в то время в организации связи.

1840 — Механический компьютер

Чарльз Бэббидж (1791–1871), британский математик, сконструировал несколько машин для создания безошибочных таблиц для навигации.Механические устройства будут служить моделями для более поздних электронных компьютеров.

1850 — Термоэлектричество

Томас Зеебек, немецкий физик, открыл «эффект Зеебека». Он скрутил два провода, сделанных из разных металлов, и нагрел соединение в месте их пересечения, создав небольшой ток. Ток — это результат перетекания тепла от горячего спая к холодному. Это называется термоэлектричеством. Термо — это греческое слово, означающее тепло.

1854 — Булева алгебра

Джордж Буль был полностью самоучкой.Он опубликовал способ использования символов, который идеально выражает правила логики. Используя эту систему, можно четко и часто упрощать сложные правила.

1855 — Электромагнитная индукция

Майкл Фарадей (1791-1867) англичанин, сделал одно из самых значительных открытий в истории электричества: электромагнитную индукцию. Его новаторская работа касалась того, как работают электрические токи. Многие изобретения явились результатом его экспериментов, но они появились на пятьдесят или сто лет спустя.Неудачи никогда не разочаровывали Фарадея. Он бы сказал; «неудачи так же важны, как и успехи». Он чувствовал, что неудачи тоже учат. Фарад, единица емкости названа в честь Майкла Фарадея.

Фарадей очень интересовался изобретением электромагнита, но его блестящий ум продвинул предыдущие эксперименты еще дальше. Если электричество может производить магнетизм, почему магнетизм не может производить электричество . В 1831 году Фарадей нашел решение.Электричество могло быть произведено посредством магнетизма движением. Он обнаружил, что когда магнит перемещается внутри катушки с медной проволокой, через нее течет крошечный электрический ток. H.C. Эрстед в 1820 году продемонстрировал, что электрические токи создают магнитное поле. Фарадей заметил это и в 1821 году экспериментировал с теорией, согласно которой, если электрические токи в проводе могут создавать магнитные поля, то магнитные поля должны производить электричество. К 1831 году он смог доказать это и с помощью своего эксперимента смог объяснить, что эти магнитные поля представляют собой силовые линии.Эти силовые линии заставят ток течь в катушке с проволокой, когда катушка вращается между полюсами магнита. Затем это действие показывает, что катушки проволоки, перерезанные магнитными силовыми линиями, каким-то странным образом производят электричество. Эти эксперименты убедительно продемонстрировали открытие электромагнитной индукции при производстве электрического тока путем изменения напряженности магнитного поля.

1860 — Arc Lights

По мере того, как практическое использование электричества стало очевидным и электрический телеграф начал работать, вскоре ученые начали искать пути дальнейшего использования этого электричества.Следующим очень важным достижением было внедрение электрической угольной дуги, которая была продемонстрирована в экспериментальной форме в 1808 году сэром Хамфри Дэви. Он использовал большую батарею, чтобы обеспечить ток для своей демонстрации, поскольку эти дуговые лампы требуют сильного тока, а средства механической выработки электричества еще не были разработаны. Принцип этих дуговых ламп состоит в том, что когда два угольных стержня в цепи соединяются, образуется дуга. Эта дуга, которая дает блестящее накаливание, сохраняется до тех пор, пока стержни просто разделены и механически подаются таким образом, чтобы поддерживать дугу.Поскольку дуговые лампы потребляли сильный ток от этих батарей, практическое применение они получили только в 1860 году. К этому времени были разработаны адекватные источники генерации, которые затем использовались в основном только для уличного освещения и в кинотеатрах. Хотя дуговое освещение все еще использовалось до начала 1900-х годов, в конечном итоге они были вытеснены лампами накаливания, за исключением того, что большинство кинотеатров используют их в своих проекторах даже сегодня.

1860 — Двигатель постоянного тока

История электродвигателя начинается с Ганса Христиана Эрстеда, который в 1820 году обнаружил, что электричество создает магнитное поле, как упоминалось ранее.Фарадей продолжил это в 1821 году, разработав принцип электродвигателя собственной конструкции. Среди них стоит упомянуть Якоби в 1834 году, Элиас в 1842 году, Фромент в 1844 году и Пачинотти в 1860 году. Пачинотти использовал кольцевую арматуру, которая использовалась в 1860 году и была выдающимся достижением по сравнению с любыми предыдущими попытками. Большинство этих двигателей находились на экспериментальной стадии, но только в 1871 году Зеноб Теофиль Грамм представил свой двигатель, который на самом деле был развитием машины Пачинотти.Этот двигатель был назван первым электродвигателем, имеющим коммерческое значение. В этот период ученые сосредоточились на «двигателе», но тем временем эксперименты с машинами, производящими электричество динамически, продолжались.

1866 — LeClanche Cell

Лекланш (1839–1882) — французский инженер, который примерно в 1866 году изобрел батарею, носящую его имя. В слегка измененном виде батарея Leclanché, теперь называемая сухим элементом, производится в больших количествах и широко используется в таких устройствах, как фонарики и портативные радиоприемники.Эта ячейка состоит из цинкового корпуса, заполненного влажной пастой, содержащей сульфат аммония. В центре этой электролитной пасты находится угольный стержень, покрытый диоксидом марганца, который является сильным окислителем.

1871 — Генератор постоянного тока

С разработкой Эдисоном в 1879 году угольной лампы накаливания, генератор постоянного тока стал одним из важнейших компонентов систем освещения с постоянным потенциалом. Раньше для уличного освещения использовались только дуговые лампы. Затем коммерческое и жилое освещение, к чему стремились изобретатели, стало практичным, и так родилась электроэнергетика и электроэнергетика.Когда Х. К. Эрстед в 1820 году обнаружил, что электрический ток создает магнитные поля, был разработан двигатель постоянного тока. В 1831 году Майкл Фарадей открыл принцип электромагнитной индукции. Он обнаружил, что перемещение магнита через катушку с проволокой вызывает электрический ток, протекающий по проволоке, поэтому теперь можно разработать электрический генератор. Но только в 1871 году, когда Грамм представил свой двигатель и генератор, электрический генератор стал использоваться в коммерческих целях. К 1872 году Сименс и Хальске из Берлина усовершенствовали генератор Грамма, изготовив якорь барабана.Были внесены и другие улучшения, такие как якорь с прорезями в 1880 году, но к 1882 году Эдисон завершил разработку системы, которую мы все еще используем для распределения электроэнергии от электростанций.

1876 — Телефон

С тех пор, как телеграф был изобретен Самуэлем Морсом в 1837 году, в его использовании были достигнуты большие успехи, но он продолжал работать как телеграфная система, использующая азбуку Морзе для связи. Александр Грэм Белл в 1875 году интересовался телеграфией и понял, что при использовании кода Морзе по телеграфным проводам должны быть другие способы связи с использованием электричества.Он также интересовался акустикой и звуком и работал по принципу, что если азбука Морзе создает электрические импульсы в электрической цепи, некоторые звуковые средства, вызывающие вибрацию в воздухе, могут также создавать электрические импульсы в цепи. В эксперименте он использовал «диафрагму», связанную с электрической цепью, и любой звук, достигающий диафрагмы, вызывал электрические импульсы, которые передавались на другой конец цепи. Тогда они вызовут вибрацию другой диафрагмы на этом конце и будут находиться по отношению к первой диафрагме, следовательно, звук будет электрически передаваться от одного конца цепи к другому.Он продолжал работать над этими экспериментами, и 7 марта 1876 года его телефон был официально запатентован, и была проведена успешная демонстрация в выставочном зале в Филадельфии. Грэм Белл как раз успел запатентовать свой телефон, поскольку другой изобретатель Элиша Грей также экспериментировал с аналогичным изобретением. Позже Эдисон улучшил диафрагму, которую тогда называли передатчиками, но Белл победил, удостоившись чести изобрести «телефон».

Александр Грэм Белл (1847-1922) родился в Шотландии, вырос в семье, которая интересовалась наукой о звуке.Отец и дед Белла учили глухих речи. Аппарат уровня звука назван в его честь белом. Уровни звука измеряются в десятых бел, или децибелах. Аббревиатура децибела — дБ.

1879 — Генерация постоянного тока, лампа накаливания

Томас Альва Эдисон (1847–1931) был одним из самых известных изобретателей всех времен с 1093 патентами. Самоучка, Эдисон интересовался химией и электроникой. За всю свою жизнь Эдисон получил только три месяца формального обучения и был исключен из школы как отсталый, хотя на самом деле из-за приступа скарлатины в детстве он был частично глухим.

Прошло почти 40 лет, прежде чем Томас Эдисон построил действительно практичный генератор постоянного тока. Среди множества изобретений Эдисона — фонограф и улучшенный печатный телеграф. В 1878 году британский ученый Джозеф Суон изобрел лампу накаливания, а через двенадцать месяцев Эдисон сделал аналогичное открытие в Америке. Позже Свон и Эдисон создали совместную компанию по производству первой практичной лампы накаливания. До этого электрическое освещение было моими примитивными дуговыми лампами.

Эдисон использовал свой генератор постоянного тока, чтобы обеспечить электричеством свою лабораторию, а затем в сентябре 1882 года осветить первую улицу Нью-Йорка, освещенную электрическими лампами. Однако успехи Эдисона не были бесспорными — хотя он был убежден в достоинствах постоянного тока для выработки электроэнергии, другие ученые в Европе и Америке признали, что постоянный ток имеет серьезные недостатки.

1880 — слой Хевисайда

Оливер Хевисайд (1850-1925) Британский математик понял, что информация распространяется по кабелю в виде волны в пространстве между проводниками, а не через сами проводники.Его концепции позволили проектировать междугородные телефонные кабели. Он также обнаружил, почему радиоволны огибают Землю. Это привело к дальнему радиоприему.

1880 — Абсолютные температуры, законы Кирхгофа, законы Кулона, магнитный поток, микрофон

Уильям Томсон, лорд Кельвин (1824–1907) был наиболее известен своим изобретением новой температурной шкалы, основанной на концепции абсолютного нуля температуры. при -273 ° C (-460 ° F). До конца своей жизни Томсон яростно сопротивлялся идее о том, что энергия, излучаемая радиоактивностью, исходит изнутри атома.Одно из величайших научных открытий XIX века, Томсон умер, выступая против одного из самых важных нововведений в истории науки.

Московиц, Л. Р .: Руководство по проектированию и применению постоянных магнитов , Cahners Books International, Inc. (1976)

Открытие магнитного поля Земли / Магнитное поле Земли / Земля и морские геонауки / Наши науки / Домашняя страница

Тенденция магнита выстраиваться в направлении север-юг, давая магнитный компас, была открыта китайцами около 2000 лет назад.Несколько сотен лет спустя они обнаружили, что магнитный север, на который указывает компас, не обязательно совпадал с истинным севером. Горизонтальный угол между ними известен как склонение, и китайцы также обнаружили, что этот угол меняется со временем.

Магнитный компас прибыл в Европу в двенадцатом веке и оказался ценным помощником в океанской навигации. К шестнадцатому веку склонение измерялось в разных местах, так что направление компаса можно было корректировать для более точной навигации.Также в этом столетии Георг Хартманн и Роберт Норман независимо друг от друга открыли магнитное наклонение, угол между магнитным полем и горизонталью. Затем в 1600 году Уильям Гилберт опубликовал книгу «Де Магнете», в которой он пришел к выводу, что Земля ведет себя как гигантский магнит.

Как создается магнитное поле?

С тех пор прошло почти четыреста лет, чтобы создать убедительную теорию того, как создается это магнитное поле. Постепенно стало очевидно, что очевидная теория о том, что Земля состоит из магнитных горных пород, неверна, поскольку горные породы теряют свой магнетизм при температурах, обнаруживаемых на любой значительной глубине Земли.Фурье-анализ показывает, что магнитные вариации на поверхности Земли состоят в основном из коротковолновых вариаций (<200 км), вызванных поверхностными породами, и длинноволновых вариаций (> 5000 км), обусловленных основным полем Земли.

Лармор предположил в 1919 году, что самовозбуждающее динамо может объяснить магнитное поле Земли, а также Солнца и других звезд, но именно Эльзассер и Буллард в 1940-х годах показали, как движение в жидком ядре Земля может создавать самоподдерживающееся магнитное поле.К этому времени сейсмология и другие исследования дали более четкое представление о Земле, поскольку она имеет твердое внутреннее ядро, жидкое внешнее ядро, оба с составом более металлических (в основном, железо), чем горные породы, и скалистую мантию, все ниже тонкая корка, это все, что мы можем непосредственно увидеть. Энергия радиоактивности распространяется наружу в виде тепла, вызывая тепловую конвекцию в активной зоне. Кажется, что эта конвекция является причиной магнитного поля Земли, хотя наши знания о ядре и его динамике отрывочны.Наши знания ограничиваются утверждением, что режимы потока, подобные тем, которые могут возникать в ядре, могут создавать самоподдерживающиеся динамо с характеристиками, аналогичными тем, которые необходимы для создания магнитного поля Земли.

Динамо Земли нестабильно, как показывают перемагничивания, когда полярность всего магнитного поля меняется. Они были постоянной чертой истории Земли, последние около 500 000 лет назад. Фактически, некоторые изменения магнитного поля, наблюдаемые на поверхности Земли с временным интервалом в год или два (магнитные рывки), могут быть вызваны изменениями в динамо-машине, хотя это все еще обсуждается.

Можем ли мы предсказать магнитные значения?

Важность этого состоит в том, что мы не можем точно предсказать магнитные значения. Мы можем описать текущую область, исходя из обсерваторий и спутниковых измерений, и как она изменилась по сравнению с предыдущей областью, которая рассчитывается на международном уровне на 5-летней основе, но, возможно, через 5 или 10 лет могут произойти изменения, которые мы не можем предвидеть. Таким образом, наши прогнозы несколько ненадежны.

Фарадей и электромагнитная теория света

Майкл Фарадей (22 сентября 1791 — 25 августа 1867), вероятно, наиболее известен своим открытием электромагнитной индукции, его вкладом в электротехнику и электрохимию или тем, что он отвечал за введение концепции поля в физике. описать электромагнитное взаимодействие.Но, возможно, не так хорошо известно, что он также внес фундаментальный вклад в электромагнитную теорию света .

В 1845 году, всего 170 лет назад, Фарадей обнаружил, что магнитное поле влияет на поляризованный свет — явление, известное как магнитооптический эффект или эффект Фарадея. Чтобы быть точным, он обнаружил, что плоскость вибрации луча линейно поляризованного света, падающего на кусок стекла, вращалась, когда магнитное поле было приложено в направлении распространения луча.Это было одним из первых указаний на связь электромагнетизма и света. В следующем году, в мае 1846 года, Фарадей опубликовал статью Мысли о вибрациях лучей , пророческую публикацию , в которой он предположил , что свет может быть вибрацией электрических и магнитных силовых линий.

Майкл Фарадей (1791-1867) / Источники: Wikipedia

Случай Фарадея нечасто встречается в истории физики: хотя его обучение было очень простым, законы электричества и магнетизма в гораздо большей степени связаны с экспериментальными открытиями Фарадея, чем с любыми другими учеными.Он открыл электромагнитную индукцию , что привело к изобретению динамо-машины, предшественницы электрического генератора. Он объяснил электролиз с точки зрения электрических сил, а также представил такие концепции, как поле, и силовые линии, , которые не только были фундаментальными для понимания электрических и магнитных взаимодействий, но и легли в основу дальнейших достижений в физике.

Майкл Фарадей родился в Южном Лондоне в скромной семье.Единственное базовое формальное образование, которое он получил в детстве, — это чтение, письмо и арифметика. Он бросил школу, когда ему было тринадцать, и начал работать в переплетном магазине. Его страсть к науке была пробуждена описанием электричества , которое он прочитал в копии Британской энциклопедии , которую он подписывал, после чего он начал экспериментировать в импровизированной лаборатории. 1 марта 1813 года Фарадей был нанят в качестве лаборанта Хэмфри Дэви в Королевском институте в Лондоне, членом которого он был избран в 1824 году и где он проработал до своей смерти в 1867 году, сначала помощником Дэви, затем его сотрудником и, наконец, , после смерти Дэви, как его преемник.Фарадей произвел на Дэви такое впечатление, что когда последнего спросили о его величайшем открытии, Дэви ответил: «Моим величайшим открытием был Майкл Фарадей». В 1833 году он стал первым фуллеровским профессором химии в Королевском институте. Фарадей также признан великим популяризатором науки. В 1826 году Фарадей основал в Королевском институте «Пятничные вечерние лекции», которые являются каналом связи между учеными и непрофессионалами. В следующем году он запустил Рождественские лекции для молодежи, которые ежегодно транслируются по национальному телевидению, серию, цель которой — представить науку широкой публике.Многие из этих лекций читал сам Фарадей. Оба они продолжаются по сей день.

Майкл Фарадей читает рождественскую лекцию в Королевском институте в 1856 г. / Кредиты: Википедия

Фарадей сделал свое первое открытие электромагнетизма в 1821 г. Он повторил эксперимент Эрстеда , поместив небольшой магнит вокруг токоведущего провода и убедившись, что сила, действующая со стороны ток на магните был круговым. Как он объяснил много лет спустя, провод был окружен бесконечной серией круговых концентрических силовых линий , которые он назвал магнитным полем тока. Он взял работу Эрстеда и Ампера о магнитных свойствах электрических токов в качестве отправной точки и в 1831 году получил электрический ток от изменяющегося магнитного поля, явление, известное как электромагнитная индукция . Он обнаружил, что, когда через катушку пропускают электрический ток, в соседней катушке генерируется еще один очень короткий ток. Это открытие ознаменовало решающую веху в прогрессе не только науки, но и общества , и сегодня оно используется для производства электроэнергии в больших масштабах на электростанциях.Это явление открывает кое-что новое об электрических и магнитных полях. В отличие от электростатических полей, создаваемых электрическими зарядами в состоянии покоя, циркуляция которых по замкнутому пути равна нулю (консервативное поле), циркуляция электрических полей, создаваемых магнитными полями, происходит по замкнутому пути, отличному от нуля. Эта циркуляция, которая соответствует наведенной электродвижущей силе, равна скорости изменения магнитного потока, проходящего через поверхность, граница которой представляет собой проволочную петлю ( закон индукции Фарадея ).Фарадей изобрел первый электродвигатель, первый электрический трансформатор, первый электрический генератор и первую динамо-машину, поэтому Фарадея можно без всяких сомнений назвать отцом электротехники .

Фарадей отказался от теории жидкости для объяснения электричества и магнетизма и ввел концепции поля и силовых линий , отойдя от механистического объяснения природных явлений, таких как действия Ньютона на расстоянии. Введение Фарадеем концепции поля в физику, возможно, является его самым важным вкладом и было описано Эйнштейном как великое изменение в физике , поскольку оно обеспечило электричество, магнетизм и оптику общей структурой физических теорий.Однако силовые линии Фарадея не были приняты до тех пор, пока несколько лет спустя не появился Джеймс Клерк Максвелл.

Как отмечалось в начале этой статьи, другим и, возможно, менее известным эффектом, обнаруженным Фарадеем, было влияние магнитного поля на поляризованный свет, явление, известное как эффект Фарадея или магнитооптический эффект . Пытливый ум Фарадея не удовлетворился простым открытием взаимосвязи между электричеством и магнетизмом. Он также хотел определить, влияют ли магнитные поля на оптические явления. Он верил в единство всех сил природы, в особенности света, электричества и магнетизма. 13 сентября 1845 года он обнаружил, что плоскость поляризации линейно поляризованного света поворачивается, когда этот свет проходит через материал, к которому в направлении распространения света приложено сильное магнитное поле. Фарадей написал в абзаце № 7504 своей книги Dairy :

.

«Сегодня работал с магнитными силовыми линиями, проводя их через разные тела (прозрачные в разных направлениях) и в то же время пропуская через них поляризованный луч света (…) на поляризованном луче производился эффект, и, таким образом, магнитный доказано, что сила и свет связаны друг с другом ».

Это, безусловно, было первым явным указанием на то, что магнитная сила и свет связаны друг с другом, а также показало, что свет связан с электричеством и магнетизмом. В связи с этим явлением Фарадей также писал в том же абзаце:

.

«Этот факт, скорее всего, окажется чрезвычайно плодотворным и очень ценным при исследовании обоих условий естественной силы».

Он не ошибся. Этот эффект является одним из краеугольных камней электромагнитной теории света.

Вращение поляризации из-за эффекта Фарадея / Источники: адаптировано из Википедии

В выступлении королевского института в пятницу вечером, проведенном в апреле 1846 года, Фарадей предположил, что свет может быть некоторой формой возмущения, распространяющегося вдоль силовых линий . На самом деле именно в эту пятницу Чарльз Уитстон должен был выступить с докладом о своем хроноскопе. Однако в последнюю минуту Уитстона охватил приступ страха перед сценой, и Фарадей выступил с речью Уитстона.Поскольку он закончил раньше времени, он заполнил оставшиеся минуты, раскрывая свои мысли о природе света . Речь Фарадея была опубликована в том же году в журнале Philosophical Magazine под заголовком Мысли о лучевых вибрациях . Фарадей даже осмелился поставить под сомнение существование светоносного эфира — научная ересь того времени — который должен был быть средой для распространения света, как так элегантно Френель описал в своей волновой теории света.Он предположил, что свет может быть результатом не колебаний эфира, а колебаний физических силовых линий. Фарадей попытался исключить эфир, но он сохранил вибрации. Почти извиняющимся тоном Фарадей заканчивает свою статью, указав:

«Я думаю, что вполне вероятно, что я сделал много ошибок на предыдущих страницах, потому что даже мне мои идеи по этому поводу кажутся лишь тенью спекуляции ».

Однако эта идея Фарадея была воспринята со значительным скептицизмом и отвергнута всеми до тех пор, пока в 1865 году не была опубликована статья Максвелла под названием Динамическая теория электромагнитного поля .В этой статье Максвелл не только описывает свою основополагающую электромагнитную теорию света — одну из вех, отмеченных в этом Международном году света 2015 — но также приписывает идеи, которые в конечном итоге легли в основу его теории, мыслям Фарадея о лучевых вибрациях . На странице 466 своей статьи со скромностью, всегда свойственной Максвеллу, он ссылается на статью Фарадея 1846 года следующим образом:

«Концепция распространения поперечных магнитных возмущений за исключением нормальных четко изложена профессором Фарадеем в его« Мыслях о лучевых колебаниях ».Электромагнитная теория света, предложенная им [Фарадеем], по сути та же, что и та, которую я начал развивать в этой статье, за исключением того, что в 1846 году не было данных для расчета скорости распространения ».

И на странице 461 своей статьи 1865 года Максвелл также ссылается на магнитооптический эффект, заявляя:

«Фарадей обнаружил, что когда плоско поляризованный луч пересекает прозрачную диамагнитную среду в направлении силовых линий магнитного поля, создаваемых соседними магнитами или токами, плоскость поляризации вращается».

Всего Майкл Фарадей цитируется шесть раз и трижды упоминается в статье Максвелла 1865 года. Однако это неудивительно, учитывая, что большая часть работ Максвелла основана на работах Фарадея, а Максвелл математически смоделировал большинство открытий Фарадея по электромагнетизму в теорию, которую мы знаем сегодня.

Электромагнитные волны, о существовании которых Фарадей размышлял в 1846 году в своих мыслях о лучевых колебаниях , и которые были математически предсказаны Максвеллом в 1865 году, наконец, были получены в лаборатории Герца в 1888 году.Остальное уже история. Ясно, что Максвелл открыл дверь в физику двадцатого века, но не менее ясно, что Фарадей дал Максвеллу некоторые из ключей, которые он использовал.

В 1676 году Ньютон послал своему сопернику Гуку письмо, в котором написал: «Если я и видел дальше, то это было то, что он стоял на плечах гигантов» (*). Двести пятьдесят лет спустя, во время одного из визитов Эйнштейна в Кембридж, Великобритания, кто-то заметил: «Вы сделали великие дела, но стоите на плечах Ньютона». Эйнштейн ответил: «Нет, я стою на плечах Максвелла».Если бы кто-то сказал то же самое Максвеллу, он, вероятно, сказал бы, что стоял на плечах Фарадея .

(*) Хотя это предложение интерпретируется некоторыми авторами как саркастическое замечание, направленное на горбатую внешность Гука, в настоящее время эта фраза обычно используется в положительном ключе. Комментарий Ньютона — это заявление о том, что наука представляет собой серию постепенных достижений, которые строятся на уже достигнутых ранее (см., Например, книгу Стивена Хокинга под названием На плечах гигантов ).

Аугусто Белендес

Профессор прикладной физики Университета Аликанте (Испания) и член Королевского физического общества Испании

Библиография

• A. Díaz-Hellín, Faraday: El gran cambio en la Física (Nívola. Madrid, 2001).
• Ордоньес, В. Наварро и Х. М. Санчес Рон, Historia de la ciencia (Espasa Calpe. Madrid, 2013).
• Форбс и Б. Махон, Фарадей, Максвелл и электромагнитное поле: как два человека революционизировали физику (Prometheus Books.Нью-Йорк, 2014).
• Зайонц, Улавливая свет: переплетенная история света и разума (Oxford University Press, Нью-Йорк, 1995)
• Хокинг, На плечах гигантов: великие труды по физике и астрономии (Running Press. Philadelphia, 2002)
• Мансурипур, Классическая оптика и ее приложения (Издательство Кембриджского университета. Кембридж, 2002)

пионеров в области электричества и магнетизма

Пионеры в области электричества и магнетизма

Ампер, Цельсий, Кельвин, Герц, Тесла: эти термины знакомы всем студентам, изучающим естественные науки.За ними стоит группа ученых, вошедших в историю своими новаторскими работами в области магнетизма и электричества. Кто были эти блестящие изобретатели, физики и химики и какой вклад они внесли в свои области — и в нашу жизнь? Познакомьтесь с этими первопроходцами, посетив отдельные страницы ниже, которые размещены на нашем дочернем сайте в Национальной лаборатории сильного магнитного поля в Таллахасси, Флорида.

Андре-Мари Ампер (1775-1836) — Хотя он не был первым человеком, который наблюдал связь между электричеством и магнетизмом, Андре-Мари Ампер был первым ученым, который попытался теоретически объяснить и математически описать это явление.Его вклад заложил основу, на которой была построена электродинамика (термин, придуманный Ампером, но теперь более известный как электромагнетизм).

Сванте Аррениус (1859-1927) — Сванте Аррениус родился в Вик, Швеция, и стал первым уроженцем этой страны, получившим Нобелевскую премию. Премия по химии была присуждена ему в честь его теории электролитической диссоциации . В той зарождающейся форме, которая появилась в его докторской диссертации, теория была плохо воспринята его профессорами.Едва проходная оценка, которую ему дали за диссертацию, не обескуражила Аррениуса, и его настойчивость в конечном итоге привела к всеобщему принятию многих его идей относительно электролитов, кислот, оснований и химических реакций.

Джон Бардин (1908–1991) — Джон Бардин был одним из немногих лиц, дважды удостоенных Нобелевской премии, и первым ученым, получившим двойные награды по физике. Оба раза он разделил приз с другими. Впервые его со-реципиентами были Уолтер Браттейн и Уильям Шокли, которые объединили свои усилия с Браттейном в изобретении транзистора .Во второй раз он разделил премию с Леоном Купером и Робертом Шриффером, вместе с которыми разработал первую общепринятую теорию низкотемпературной сверхпроводимости.

Георг Беднорц (1950-настоящее время) — Й. Георг Беднорц совместно с К. Алексом Мюллером произвел революцию в исследованиях сверхпроводимости, открыв совершенно новый класс сверхпроводников, часто называемых высокотемпературными сверхпроводниками . С тех пор, как Хайке Камерлинг-Оннес открыл сверхпроводимость в 1911 году, все сверхпроводники, известные до времени открытия Беднорца и Мюллера, потеряли свое электрическое сопротивление и перешли в сверхпроводящее состояние при температурах, едва превышающих абсолютный ноль.Эти ранние сверхпроводники были сделаны из металлов или полупроводниковых сплавов, но Беднорцу и Мюллеру удалось достичь сверхпроводимости при температурах выше, чем это было возможно ранее, с помощью керамики, сделанной из смесей металлических оксидов.

Герд Бинниг (1947-настоящее время) — Уроженец Германии, физик Герд Бинниг разработал сканирующий туннельный микроскоп ( STM ) совместно с Генрихом Рорером, когда они вместе работали в исследовательской лаборатории IBM в Швейцарии.Изобретение СТМ позволило ученым по-новому войти в атомный мир и явилось крупным достижением в области нанотехнологий. За свои выдающиеся достижения Бинниг и Рорер разделили Нобелевскую премию по физике 1986 года с Эрнстом Руска, изобретателем электронного микроскопа. В том же году Бинниг разработал первый атомно-силовой микроскоп ( AFM ), еще больше расширив набор инструментов, доступных исследователям, стремящимся лучше понять материалы в атомном масштабе.

Феликс Блох (1905-1983) — Физик Феликс Блох разработал неразрушающий метод точного наблюдения и измерения магнитных свойств ядерных частиц. Он назвал свой метод ядерной индукцией, но ядерный магнитный резонанс ( ЯМР ) вскоре стал предпочтительным термином для метода, который был заметным шагом вперед по сравнению с более ранней техникой, разработанной Исидором Раби. Блох получил половину Нобелевской премии по физике в 1952 году за эту работу, разделив эту награду с Эдвардом Перселлом, который независимо разработал аналогичный метод достижения и обнаружения ядерного магнитного резонанса примерно в то же время.ЯМР является основой важного метода медицинской визуализации — магнитно-резонансной томографии ( MRI ).

Уолтер Браттейн (1902-1987) — Уолтер Хаузер Браттейн обнаружил фотоэффект, который возникает на свободной поверхности полупроводника, и был одним из создателей точечного транзистора , проложившего путь для более совершенных типы транзисторов, которые в конечном итоге заменили электронные лампы почти во всех электронных устройствах во второй половине двадцатого века.Изобретение транзистора произошло в Bell Labs, где Браттейн тесно сотрудничал с Джоном Бардином в составе группы физики твердого тела, возглавляемой Уильямом Шокли. Браттейн, Бардин и Шокли разделили Нобелевскую премию по физике в 1956 году за совместные усилия по разработке транзистора.

Андерс Цельсий (1701-1744) — Андерс Цельсий наиболее известен как изобретатель температурной шкалы, носящей его имя. Шведский астроном, однако, также известен как первый человек, который установил связь между сияющим атмосферным явлением, известным как aurora borealis , или северное сияние, и магнитным полем Земли.Он опубликовал свои исследования северного сияния, в том числе свои точные предположения относительно его связи с магнетизмом, в 1733 году.

Леон Купер (1930-настоящее время) — Леон Купер разделил Нобелевскую премию по физике 1972 года с Джоном Бардином и Робертом Шриффером, с которыми он разработал первую широко признанную теорию сверхпроводимости. Теория BCS , она в значительной степени основана на явлении, известном как спаривание Купера . Согласно теории, электроны в сверхпроводящем материале образуют связанные пары, которые вместе действуют как единая система.Если движение всех пар не будет остановлено одновременно, ток, протекающий через сверхпроводник, не встретит сопротивления и будет продолжаться до бесконечности.

Шарль-Огюстен де Кулон (1736-1806) — Шарль-Огюстен де Кулон изобрел устройство, получившее название торсионные весы , которое позволило ему измерять очень маленькие заряды и экспериментально оценивать силу притяжения или отталкивания между двумя заряженными тела. Данные, полученные им благодаря широкому использованию торсионных весов, позволили Кулону сформулировать один из фундаментальных законов электромагнетизма, носящий его имя (закон Кулона).

Уильям Крукс (1832-1919) — Английский ученый Уильям Крукс был очень новаторским в своих исследованиях электронных ламп и разработал множество различных типов, которые будут использоваться в его экспериментальной работе. Трубки Крукса представляют собой стеклянные вакуумные камеры, которые содержат положительный электрод (анод) и отрицательный электрод (катод). Когда между электродами одной из трубок пропускается электрический ток, в камере можно увидеть свечение. Крукс также открыл элемент таллий.

Хамфри Дэви (1778-1829) — Хамфри Дэви был пионером в области электрохимии, который использовал электролиз для выделения многих элементов из соединений, в которых они встречаются в природе. Электролиз — это процесс, при котором электролит изменяется или разлагается под действием электрического тока. Помимо выделения натрия, калия и других щелочноземельных металлов, электролиз позволил Дэви опровергнуть мнение французского химика Антуана-Лорана Лавуазье о том, что кислород является важным компонентом всех кислот.

Питер Дебай (1884-1966) — Питер Дебай провел новаторские исследования молекулярных дипольных моментов, сформулировал теории магнитного охлаждения и электролитической диссоциации и разработал метод дифракции рентгеновских лучей для использования с порошкообразными, а не кристаллизованными веществами. . В его работе с дипольными моментами векторные величины, связанные с распределением электрических зарядов, измеряются в дебаях . Кроме того, в знак признания ряда своих научных вкладов Дебай получил Нобелевскую премию по химии в 1936 году.

Ли Де Форест (1873-1961) — Американский изобретатель Ли Де Форест был пионером радио и кино. За свою жизнь он получил более 300 патентов, самый важный из которых был на трехэлектродную вакуумную лампу , или триод, которую он назвал Audion. Изобретение Audion, устройства, способного усиливать и модулировать электромагнитные сигналы, которое также могло функционировать как генератор, было решающим шагом в ранней электронной промышленности.До изобретения транзистора в 1948 году триод использовался почти во всем электронном оборудовании.

Поль А. М. Дирак (1902-1984) — Поль Адриан Морис Дирак был выдающимся физиком-теоретиком двадцатого века, работа которого была фундаментальной для развития квантовой механики и квантовой электродинамики. Он был удостоен Нобелевской премии по физике совместно с Эрвином Шредингером в 1933 году за его вклад в теорию атома. К тому времени предсказание Дирака о существовании антивещества было экспериментально доказано.

Виллем Эйнтховен (1860-1927) — Виллем Эйнтховен изобрел струнный гальванометр, который можно было использовать для прямой регистрации электрической активности сердца. Исследования, которые он провел с устройством, позволили ему определить, что графические записи сердечной деятельности, или электрокардиограммы , как они стали называться, в целом соответствуют базовому типу, что люди производят свои собственные характерные электрокардиограммы, обычно соответствующие этому типу, и что отклонения часто связаны с сердечными заболеваниями.За открытие механизма электрокардиограммы Эйнтховен был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1924 году.

Роланд Этвеш (1848-1919) — Васарошнаменьи Баро Этвеш Лоран, более известный как Роланд Эётвеш или Лоранд Этвёш во всем мире, был венгерским физиком, который получил наибольшее признание за свои обширные экспериментальные работы, связанные с гравитацией. важные исследования капиллярности и магнетизма. Он использовал инструмент собственной конструкции, обычно называемый весами Etvs , для проведения обширных измерений, в конечном итоге продемонстрировав с гораздо более высокой степенью точности, чем когда-либо ранее, что гравитационная масса и инертная масса эквивалентны.

Энрико Ферми (1901-1954) — Энрико Ферми был титаном физики двадцатого века. Знаток теории и экспериментов, американец итальянского происхождения изложил статистические законы, которые управляют поведением частиц, которые подчиняются принципу исключения Паули, и разработал теоретическую модель атома, когда ему было всего около двадцати пяти. Он продолжал включать нейтральную частицу (беззаботно провозглашенную Ферми как нейтрино или маленькую нейтральную), выдвинутую Вольфгангом Паули, в количественную теорию бета-распада, а также продемонстрировал, что бомбардировка элементов нейтронами может создавать искусственные радиоактивность и медленные нейтроны вызывают много ядерных реакций Бер.Эти последние открытия проложили путь к изобретению ядерных реакторов и атомной бомбы.

Ричард Фейнман (1918-1988) — Физик-теоретик Ричард Филлипс Фейнман значительно упростил способ описания взаимодействий частиц, представив диаграммы, которые теперь носят его имя ( диаграммы Фейнмана, ) и был соавтором. — лауреат Нобелевской премии по физике 1965 г. за переработку квантовой электродинамики ( QED ).Его часто помнят как за его необычный характер и живой ум, так и за его значительный вклад в физику двадцатого века.

Джон Амброуз Флеминг (1849-1945) — Джон Амброуз Флеминг был пионером в области электроники, который изобрел колебательный клапан , или вакуумную лампу, устройство, которое поможет сделать возможными радио, телевизоры, телефоны и даже первые электронные компьютеры. Блестящий новатор, Флеминг был особенно искусен в решении технических проблем, и в разные периоды своей жизни он был близко знаком с Джеймсом Клерком Максвеллом, Томасом Эдисоном и Гульельмо Маркони.Он преподавал в Университетском колледже в Лондоне в течение многих лет, и ему часто приписывают разработку правила правой руки , которое помогает своим ученикам легко определять отношения между направлением тока, его магнитным полем и электродвижущей силой.

Луиджи Гальвани (1737-1798) — Луиджи Гальвани был пионером в области электрофизиологии, отрасли науки, связанной с электрическими явлениями в организме. Его эксперименты с рассеченными лягушками и электрическими зарядами привели его к предположению о существовании ранее неизвестного типа электричества, которое он назвал животным электричеством .Объяснение Гальванисом его экспериментальных результатов было спорным и вдохновило Алессандро Вольта на разработку альтернативной точки зрения, а также на изобретение гальванической батареи.

Карл Фридрих Гаусс (1777-1853) — Хотя он наиболее известен как один из величайших математиков всех времен, Карл Фридрих Гаусс также был пионером в изучении магнетизма и электричества. Чтобы облегчить обширное исследование земного магнетизма, он изобрел ранний тип магнитометра , который представляет собой устройство, способное измерять направление и силу магнитного поля.Гаусс также разработал последовательную систему магнитных единиц и вместе с Вильгельмом Вебером построил один из первых электромагнитных телеграфов. Законы Гаусса, описывающие магнитные и электрические потоки, послужили частью основы, на которой Джеймс Клерк Максвелл разработал свои знаменитые уравнения и электромагнитную теорию.

Мюррей Гелл-Манн (1929-настоящее время) — Мюррей Гелл-Манн — физик-теоретик, получивший Нобелевскую премию по физике в 1969 году за свой вклад в физику элементарных частиц.Он особенно известен своей ролью в создании организации в мире субатомных частиц, который до его работы казался граничащим с хаосом, а также разработкой концепции кварков . В конце своей карьеры его внимание сместилось с самых основных аспектов природы на сложные адаптивные системы, которые он в настоящее время исследует в Институте Санта-Фе.

Уильям Гилберт (1544-1603) — Уильям Гилберт был английским врачом и естествоиспытателем, написавшим шеститомный трактат, в котором собрана вся информация о магнетизме и электричестве, известная в то время.Работа под названием De Magnete, Magneticisque Corporibus, et de Magno Magnete Tellure ( О магните, магнитных телах и Великом магните Земли ) включала описания многих собственных экспериментов Гилбертса и выводы он извлек из них, а также данные, которые ранее были получены другими. В этом опусе Гилберт установил большую часть базовой терминологии, все еще используемой в области электромагнетизма, включая электричество, электрическое притяжение, силу и магнитный полюс.

Джозеф Генри (1797-1878) — Джозеф Генри был американским ученым, который первым создал практические электромагниты типа B и построил один из первых электромагнитных двигателей. Во время своих экспериментов с электромагнетизмом Генри обнаружил свойство индуктивности в электрических цепях, которое было впервые обнаружено примерно в то же время в Англии Майклом Фарадеем, который первым опубликовал на эту тему. В честь Генри единица индуктивности в системе СИ носит его имя.Один генри равен индуктивности цепи с индуцированным напряжением в один вольт и индуцирующим током, который изменяется на один ампер в секунду.

Генрих Герц (1857-1894) — Открытие радиоволн, которое широко рассматривалось как подтверждение электромагнитной теории Джеймса Клерка Максвелла и проложило путь к многочисленным достижениям в области коммуникационных технологий, было сделано немецким физиком Генрихом Герцем. В конце 1880-х годов Герц провел всестороннее исследование волн, чтобы понять их поведение.В ходе исследования он обнаружил, что радиоволны распространяются по прямым линиям и могут фокусироваться, дифрагировать, преломлять и поляризовать.

Карл Янский (1905-1950) — Карл Янский, открывший внеземные радиоволны при исследовании возможных источников помех в коротковолновой радиосвязи через Атлантику для Bell Laboratories, часто называют отцом радиоастрономии. После своего открытия Янски оставался в Белле и продолжал вносить свой вклад в улучшение радиосвязи, хотя у него никогда не было возможности продолжить исследование радиоволн, которые он обнаружил первым.Генеральная ассамблея Международного союза астрономов приняла jansky в качестве единицы измерения интенсивности радиоволн как дань уважения ему.

Джеймс Джоуль (1818-1889) — Джеймс Прескотт Джоуль всю свою жизнь экспериментировал с двигателями, электричеством и теплом. Находки Джоуля привели к его развитию механической теории тепла и закона Джоуля , который количественно описывает скорость, с которой тепловая энергия вырабатывается из электрической энергии за счет сопротивления в цепи.Первоначально многие ученые XIX века скептически относились к работе Джоуля, но его усилия оказались фундаментальными для современного понимания термодинамики.

Уильям Томсон, лорд Кельвин (1824-1907) — Уильям Томсон, известный как лорд Кельвин, был одним из самых выдающихся ученых девятнадцатого века и сегодня наиболее известен как изобретатель международной системы абсолютной температуры, носящей его имя. . Он внес вклад во множество различных областей, включая электричество, магнетизм, термодинамику, гидродинамику, геофизику и телеграфию, опубликовав за свою жизнь более 650 статей.Томсон также был чрезвычайно опытным инженером, который запатентовал около 70 изобретений и принимал активное участие в прокладке первого трансатлантического телеграфного кабеля.

Джек Килби (1923–2005) — Интегральная схема послужила толчком к развитию микроэлектроники во второй половине двадцатого века и проложила путь в век информации. Американский инженер Джек Килби изобрел интегральную схему в 1958 году, вскоре после того, как начал работать в Texas Instruments.Масштабы важности изобретений отражены в том факте, что в 2000 году Килби получил Нобелевскую премию по физике — награду, которая традиционно присуждается за теоретические, а не прикладные работы.

Клаус фон Клитцинг (1943 — настоящее время) — Клаус фон Клитцинг — лауреат Нобелевской премии, получивший престижную награду в 1985 году за открытие квантованного эффекта Холла , иногда называемого квантовым эффектом Холла . Открытие фон Клитцингса стало результатом его работы по исследованию явления, которое более века назад наблюдал американский физик Эдвин Холл.Как обнаружил Холл, когда магнитное поле прикладывается под прямым углом к ​​тонкому слою проводящего или полупроводникового материала с протекающим через него электрическим током, поперечное напряжение (эффект Холла) возникает на материале. Сосредоточившись на двумерных системах, поддерживаемых близкими к абсолютному нулю и подвергнутых воздействию чрезвычайно сильных магнитных полей, фон Клитцинг продемонстрировал, что эффект Холла не является непрерывным явлением, а скорее возникает дискретными шагами с удивительной точностью.

Пол Лаутербур (1929-2007) — Химик Пол Лаутербур первым применил ядерный магнитный резонанс ( ЯМР ) для медицинской визуализации. В начале 1970-х годов он разработал метод, теперь известный как магнитно-резонансная томография ( MRI ), который включает введение градиентов в магнитное поле, используемое для ЯМР, и анализ полученных данных для создания двухмерных изображений органов и мягких тканей. ткани. Позже неинвазивный метод был усовершенствован для практического применения английским физиком Питером Мэнсфилдом.Лаутербур и Мэнсфилд разделили Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 2003 году за работу с широко используемым сейчас МРТ.

Зигмунд Лёве (1885-1962) — Зигмунд Лёве был немецким инженером и бизнесменом, который разработал электронные лампы, предшественники современной интегральной схемы. Он был пионером в области радио- и телевещания, и компания, которую он основал вместе со своим братом Дэвидом Лоу в 1923 году, стала основой сегодняшней Loewe AG, корпорации, которая продолжает оставаться лидером в индустрии бытовой электроники.

Теодор Майман (1927-настоящее время) — Теодор Майман построил первый в мире работающий лазер, в котором использовался небольшой синтетический стержень с посеребренными концами для получения узкого луча монохроматического света с длиной волны примерно 694 нанометра. По иронии судьбы, первая статья Маймана, объявляющая об этом важном достижении, которое многие другие ученые пытались завершить самостоятельно, была отклонена в журнале Physical Review Letters . Однако с тех пор лазеры стали широко использоваться для многих целей, включая хирургию, сварку, специальные эффекты, сканеры штрих-кода, волоконную оптику, отбеливание зубов и чтение компакт-дисков и DVD.

Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879) — Джеймс Клерк Максвелл был одним из самых влиятельных ученых девятнадцатого века. Его теоретические работы по электромагнетизму и свету во многом определили направление, в котором пойдет физика в начале двадцатого века. Действительно, согласно Альберту Эйнштейну, «Одна научная эпоха закончилась, а другая началась с Джеймсом Клерком Максвеллом».

Вальтер Мейснер (1882-1974) — Вальтер Мейснер обнаружил во время работы с Робертом Оксенфельдом, что сверхпроводники вытесняют относительно слабые магнитные поля из своей внутренней части и являются диамагнитными по Блайю.Это явление, широко известное как эффект Мейснера или эффект Мейснера-Оксенфельда, связано с генерацией экранирующих токов вдоль поверхности сверхпроводника, которые могут нейтрализовать приложенное магнитное поле. После этого открытия Мейсснеру предложили и приняли на кафедру технической физики в Технологическом институте им. Мниха в 1934 году.

Роберт Милликен (1868-1953) — Роберт Эндрюс Милликен был выдающимся американским физиком, внесшим значительный вклад как в чистую науку, так и в естественнонаучное образование.Он особенно известен своим высокоточным определением заряда электрона с помощью классического эксперимента с каплей масла , подвиг, который вместе с его работой над фотоэлектрическим эффектом принес ему Нобелевскую премию по физике в 1923 году. Интересно, что Милликанс. Научные достижения способствовали всеобщему признанию квантовой теории атома Нильса Бора и фотоэлектрического уравнения Альберта Эйнштейна, что стало важным шагом, ускорившим их признание Нобелевским фондом в 1922 и 1921 годах соответственно, и, что более важно, поставив современную физику на прочный фундамент. .

Карл Александр Мллер (1927-настоящее время) — В поисках новых сверхпроводников швейцарский физик-теоретик Карл Александр Мюллер и его молодой коллега Й. Георг Беднорц отказались от металлических сплавов, обычно используемых в исследованиях сверхпроводимости, в пользу класса сверхпроводников. оксиды, известные как перовскиты. Необычное направление их работы привело к важному прорыву в сверхпроводимости 1986 года при более высокой температуре, чем когда-либо ранее. Когда Мюллер и Беднорц объявили о своем открытии, это вызвало такой переполох в научном сообществе, что вскоре лаборатории по всему миру начали экспериментировать с керамическими перовскитами в надежде достичь еще более высоких сверхпроводящих температур.

Ганс Кристиан Эрстед (1777-1851) — Открытие Ганса Христиана Эрстеда навсегда изменило представление ученых об электричестве и магнетизме. Во время подготовки к эксперименту во время лекции в Копенгагенском университете он обнаружил, что намагниченная стрелка компаса отклоняется всякий раз, когда электрический ток через гальваническую батарею (ранняя форма батареи) запускается или останавливается. Это удивительное событие стало твердым доказательством того, что электричество и магнетизм связаны явлениями.

Георг Ом (1789-1854) — Георг Симон Ом имел скромные корни и большую часть своей жизни испытывал финансовые трудности, но сегодня немецкий физик хорошо известен своей формулировкой закона, называемого законом Ома , описывающего математические вычисления. соотношение между электрическим током, сопротивлением и напряжением. Закон Ома гласит, что постоянный ток ( I ), протекающий через материал с заданным сопротивлением, прямо пропорционален приложенному напряжению ( В, ) и обратно пропорционален сопротивлению ( R ).

Хайке Камерлинг-Оннес (1853-1926) — Хайке Камерлинг-Оннес был голландским физиком, который первым наблюдал явление сверхпроводимости , выполняя новаторские работы в области криогеники . Важным шагом на пути к этому открытию стал его успех в производстве жидкого гелия, подвиг, который позволил ученым достичь более холодных экспериментальных условий, чем это было возможно ранее. Камерлинг-Оннес получил Нобелевскую премию по физике в 1913 году за свою работу с низкими температурами, которые привели к сжижению гелия.

Вольфганг Паули (1900-1958) — австрийский ученый Вольфганг Эрнст Паули внес значительный вклад в теоретическую физику двадцатого века, включая объяснение эффекта Зеемана, первое постулирование существования нейтрино и разработку того, что стало известный как принцип исключения Паули . Краеугольный камень современного понимания материи, принцип исключения принес Паули Нобелевскую премию по физике в 1945 году. Согласно этому принципу, никакие два электрона в атоме не могут иметь все четыре квантовых числа одновременно.

Эдвард Перселл (1912–1997) — Эдвард Миллс Перселл был американским физиком, получившим половину Нобелевской премии по физике 1952 года за разработку нового метода определения магнитных свойств атомных ядер. Известный как поглощение ядерного магнитного резонанса , метод возник в результате применения теории радаров к магнитным полям атомов и стал значительным шагом вперед по сравнению с методом обнаружения магнитного резонанса, разработанным ранее Исидором Раби.Феликс Блох, с которым Перселл разделил Нобелевскую премию, независимо сделал то же самое.

Исидор Исаак Раби (1898-1988) — Исидор Исаак Раби получил Нобелевскую премию по физике в 1944 году за разработку метода измерения магнитных характеристик атомных ядер. Метод Рабиса был основан на принципе резонанса, впервые описанном ирландским физиком Джозефом Лармором, и позволил более точные измерения ядерных магнитных моментов, чем это было возможно ранее.Позже метод Рабиса был независимо усовершенствован физиками Эдвардом Перселлом и Феликсом Блохом, чьи работы по ядерному магнитному резонансу ( NMR ) принесли им Нобелевскую премию по физике 1952 года и заложили основы магнитно-резонансной томографии ( MRI ).

Генрих Рорер (1933-настоящее время) — Швейцарский физик Генрих Рорер совместно с Гердом Биннигом изобрел сканирующий туннельный микроскоп ( STM ), неоптический инструмент, который позволяет наблюдать отдельные атомы в трех измерениях.Это достижение принесло паре половину Нобелевской премии по физике в 1986 году. Шведская королевская академия наук вручила вторую половину престижной награды Эрнсту Руска за изобретение электронного микроскопа. Тот факт, что STM было всего пять лет, когда Бинниг и Рорер получили Нобелевскую премию (Руска изобрел свое устройство еще в 1930-х годах), свидетельствует о новаторском характере изобретения и понимании научным сообществом его огромного значения.

Джон Роберт Шриффер (1931 г. — настоящее время) — Еще учась в аспирантуре, Джон Роберт Шриффер вместе с Джоном Бардином и Леоном Купером разработал теоретическое объяснение сверхпроводимости, получившее Нобелевскую премию по физике в 1972 году.Теория BCS (аббревиатура, образованная из первых букв фамилий ее создателей) применима конкретно к низкотемпературным сверхпроводникам. Шриффер, однако, также принимал участие в исследованиях, направленных на разработку столь же успешной теории высокотемпературной сверхпроводимости.

Джулиан Швингер (1918-1994) — Физик-теоретик Джулиан Швингер использовал математический процесс перенормировки , чтобы избавить квантовую теорию поля, разработанную Полем Дираком, от серьезных несоответствий с экспериментальными наблюдениями, которые почти побудили научное сообщество отказаться от нее.За это достижение, твердо установившее квантовую электродинамику ( QED ) как точный предсказатель взаимодействий заряженных частиц, Швингер получил Нобелевскую премию по физике в 1965 году. Физики Ричард Фейнман и Син-Итиро Томонага, которые аналогичным образом усовершенствовали теорию КЭД в 1965 году. примерно в то же время, что и Швингер, разделил с ним награду в том же году.

Клод Шеннон (1916-2001) — Клод Шеннон был математиком и инженером-электриком, чьи работы лежат в основе современной теории информации и помогли спровоцировать цифровую революцию.Он был первым, кто осознал, как булеву алгебру можно использовать с большим преимуществом в релейных схемах коммутаторов телефонной маршрутизации, проложив путь для ее использования во всех цифровых схемах и заложив основу для современных компьютеров и других электронных устройств. Шеннон также успешно применил математическую теорию к ряду других научных дисциплин, что привело к успехам в теории игр, искусственном интеллекте и теоретической генетике.

Уильям Шокли (1910-1989) — Уильям Брэдфорд Шокли был главой группы физиков твердого тела в Bell Labs, которая разработала первый точечный транзистор , за которым он быстро последовал изобретением более совершенного переходной транзистор .Он разделил Нобелевскую премию по физике 1956 года с Джоном Бардином и Уолтером Браттейном за его работу над этими проектами. Когда Шокли покинул Bell Labs, чтобы основать собственную компанию, он открыл магазин недалеко от Пало-Альто, Калифорния. Его исследования были сосредоточены на разработке полупроводниковых устройств на основе кремния, что сделало его первым, кто ввел кремний в область, ныне известную как Кремниевая долина .

Вернер фон Сименс (1816-1892) — В 1866 году исследования Вернера фон Сименса привели к открытию им электрического принципа динамо-машины , проложившего путь для крупномасштабного производства электроэнергии с помощью механических средств.Он сообщил об этом открытии в статье под названием О преобразовании механической энергии в электрический ток без использования постоянных магнитов Берлинской академии наук в начале 1867 года. Хотя ученые из других стран разработали самовозбуждающий электрический генератор, или динамо-машину. примерно в то же время фон Сименс, кажется, первым по-настоящему осознал его значение для общества. Телеграфная компания Siemens & Halske, которой он совладельцем, быстро начала коммерческое производство динамо-машин, за которыми в конечном итоге последовали кабели, электрическое освещение, телефоны и другие электрические устройства.Основанная им компания теперь называется конгломератом электроники Siemens AG.

Никола Тесла (1856-1943) — За свою жизнь Никола Тесла получил более 100 патентов и был гениальным и дальновидным человеком. Сообщается, что он родился ровно в полночь во время грозы — интригующее начало для человека, который однажды поможет осветить всю Америку изобретенными им системами электроснабжения переменного тока ( AC ). В дополнение к своей системе переменного тока, которая обеспечивала более эффективную и безопасную передачу энергии на большие расстояния, чем системы постоянного тока ( DC ), предпочитаемые Томасом Эдисоном, Тесла был пионером радиотехнологии, экспериментировал с рентгеновскими лучами, изобрел первую лодку, управляемую дистанционно. , и был большим сторонником беспроводной связи.

Джозеф Джон Томсон (1856-1940) — Джозеф Джон Томсон, более известный как Дж. Дж. Томсон, был британским физиком, который первым теоретизировал и предложил экспериментальные доказательства того, что атом был делимым объектом, а не основной единицей материи, как это было раньше. широко распространено в то время. Серия экспериментов с катодными лучами, которые он провел в конце 19 века, привела к открытию им электрона , отрицательно заряженной атомной частицы с очень небольшой массой.Томсон получил Нобелевскую премию по физике в 1906 году за свою работу по исследованию электропроводности различных газов.

Син-Итиро Томонага (1906-1979) — Японский физик-теоретик Син-Итиро Томонага решил ключевые проблемы с теорией квантовой электродинамики ( QED ), разработанной Полем Дираком в конце 1920-х годов, с помощью математической техники, которую он называется перенормировкой . Работа Томонагаса не изменила основной физический фундамент теории Дирака, описывающей отношения между электрически заряженными частицами и электромагнитным полем, а скорее усовершенствовала КЭД, чтобы привести ее в соответствие со специальной теорией относительности и показать, что теория согласуется количественно. с результатами, полученными экспериментально с большой степенью точности.В 1965 году Томонага получил часть Нобелевской премии по физике за свой вклад в квантовую электродинамику.

Алессандро Вольта (1745-1827) — Алессандро Вольта был итальянским ученым, чей скептицизм в отношении теории животного электричества Луиджи Гальваниса привел его к предположению, что электрический ток генерируется при контакте между различными металлами. Теоретическая и экспериментальная работа Вольта в этой области привела к созданию им первой батареи. Батарея Voltas, известная как voltaic pile , впервые сделала доступным устойчивый источник электрического тока.Используя новаторский аппарат, ряд его современников, таких как Уильям Николсон и сэр Хамфри Дэви, добились важных научных успехов в начале 19 века.

Джеймс Ватт (1736-1819) — Шотландский производитель и изобретатель инструментов Джеймс Ватт оказал огромное влияние на облик современного общества. Его усовершенствования парового двигателя стали важным фактором промышленной революции, и когда в конце девятнадцатого века двигатель Ватта был соединен с электрическим генератором Томаса Эдисона, производство электроэнергии в больших масштабах стало возможным впервые.Вскоре улицы Нью-Йорка и других городов осветились электрическими лампами.

Вильгельм Вебер (1804-1891) — Исследуя магнетизм вместе с великим математиком и астрономом Карлом Фридрихом Гауссом в 1830-х годах, немецкий физик Вильгельм Вебер разработал и усовершенствовал ряд устройств для точного обнаружения и измерения магнитных полей и электрических токов. Среди этих устройств был электродинамометр , который был способен измерять электрический ток, напряжение или мощность посредством взаимодействия магнитных полей двух катушек.Используя это устройство, Вебер экспериментально подтвердил закон силы Андре-Мари Ампреса. Вебер начал разработку подобной системы электрических единиц примерно в 1840 году после того, как Гаусс разработал систему магнитных единиц, выраженную в терминах длины, массы и времени, в начале 1830-х годов.

НАЗАД НА ДОМ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА И МАГНИТИЗМА

Вопросы или комментарии? Отправить нам письмо.

© 1995-2021, автор — Майкл В. Дэвидсон и Государственный университет Флориды.Все права защищены. Никакие изображения, графика, программное обеспечение, сценарии или апплеты не могут быть воспроизведены или использованы каким-либо образом без разрешения правообладателей. Использование этого веб-сайта означает, что вы соглашаетесь со всеми юридическими положениями и условиями, изложенными владельцами.

Этот веб-сайт обслуживается нашим

Команда разработчиков графики и веб-программирования
в сотрудничестве с оптической микроскопией в Национальной лаборатории сильного магнитного поля
.

Последнее изменение: пятница, 13 ноября 2015 г., 14:18

Счетчик доступа со 2 марта 2009 г .: 39526

1831: Фарадей описывает электромагнитную индукцию | Механизм хранения

Английский натурфилософ — современный термин для физика — Майкл Фарадей (1791–1867) известен своим открытием взаимодействия между электричеством и магнетизмом, лежащих в основе принципов электромагнитной индукции и электромагнитного вращения.Оба играют важную роль в технологиях магнитной записи и электродвигателя, лежащих в основе современных систем хранения данных. В его честь названа единица измерения электрической емкости фарад (Ф). Ранняя документация Фарадея о полупроводниковом эффекте (в кристаллах сульфида серебра) менее известна.

В серии лекций в Королевском обществе в Лондоне, Англия, в 1831 году, Фарадей описал результаты своих экспериментов, которые продемонстрировали производство «электрического тока» обычными магнитами.Он использовал жидкую батарею, чтобы пропустить электрический ток через небольшую катушку. Когда он перемещался в большую катушку или выходил из нее, ее магнитное поле индуцировало мгновенное напряжение в маленькой катушке, которое регистрировалось гальванометром. Шотландский физик-математик Джеймс Клерк Максвелл (1831–1879) выразил изменяющийся во времени аспект электромагнитной индукции в виде дифференциального уравнения, которое стало известно как закон Фарадея.

Хотя Фарадей был первым, кто опубликовал свою работу, американский ученый Джозеф Генри (1797–1878) независимо сделал то же открытие в 1832 году.Генри служил первым секретарем Смитсоновского института. Единица индуктивности, генри (H), названа в его честь.

• Фарадей М. Experimental Researches in Electricity, Volume 1 (Ричард и Джон Эдвард Тейлор, 1839) Книга составлена ​​из статей, опубликованных в «Философских трудах Королевского общества » с 1831 по 1838 годы.
• Генри, Джозеф. Научные труды Джозефа Генри , Смитсоновский институт (1886)

• «1833 — Зарегистрирован первый полупроводниковый эффект» Кремниевый двигатель Музей истории компьютеров, 2008
• Хиршфельд, Алан В. Электрическая жизнь Майкла Фарадея , Walker & Company (7 марта 2006 г.).
• Friedel, Robert D. Линии и волны: Фарадей, Максвелл и 150 лет электромагнетизма , Центр истории электротехники, Институт инженеров по электротехнике и электронике (1981)
• Ван, Шань X., Александр Михайлович Тарарторин. «Индуктивные магнитные головки» Технология магнитного хранения информации Academic Press (1990) стр. 81 — 117
• «Майкл Фарадей» (получено 11.3.14 с: http://www.chemheritage.org/discover/online-resources/chemistry-in-history/themes/electrochemistry/faraday.aspx)
• «Биография Джозефа Генри» (получено 11.3.14 с http://www.ieeeghn.org/wiki/index.php/Joseph_Henry)

Не идентифицированы

Имя файла: 1831_Faraday_v3
Ред .: 9.3,15

Максвелл и Герц

Ученые и электромагнитные волны: Максвелл и Герц Около 150 лет назад, Джеймс Клерк Максвелл, , англичанин. ученый, разработал научную теорию для объяснения электромагнитных волны. Он заметил, что электрические и магнитные поля могут соединяются вместе, образуя электромагнитные волны. Ни электрический поле (например, статика, которая образуется, когда вы трете ногой о ковер), ни магнитное поле (например, то, которое удерживает магнит на ваш холодильник) отправятся куда угодно сами по себе.Но Максвелл обнаружил, что ИЗМЕНЕНИЕ магнитного поля вызывает ИЗМЕНЕНИЕ электрическое поле и наоборот. Джеймс Клерк Максвелл Электромагнитная волна существует, когда изменяющееся магнитное поле вызывает изменяющееся электрическое поле, которое затем вызывает другое изменение магнитного поле и так далее навсегда. В отличие от СТАТИЧЕСКОГО поля, волна существовать не может. если он не движется. После создания электромагнитная волна будет продолжаться вечно, если оно не поглощено материей. Генрих Герц , немецкий физик, применил теории Максвелла на производство и прием радиоволн. В единица частоты радиоволны — один цикл за второй — назван герц, в честь Генриха Герц. Герц доказал существование радиоволн в конце 1880-х годов. Он два стержня служили приемником, а искровой разрядник — приемником. усики. Там, где поднимались волны, прыгала искра.Герц показал в своих экспериментах, что эти сигналы обладают всеми свойства электромагнитных волн. Генрих Герц С помощью этого генератора Герц решил две проблемы. Первый, время волн Максвелла. Он продемонстрировал в бетоне, что Максвелл только предположил — что скорость радио волны равнялись скорости света! (Это доказало, что радиоволны были форма света!) Во-вторых, Герц узнал, как сделать электрические и магнитные поля отделяются от провода и уходят на свободу, как волны Максвелла. Вернуться к «Что такое электромагнитные волны?»

Происхождение магнитного поля Земли остается загадкой | MIT News

Микроскопические минералы, извлеченные из древнего обнажения Джек-Хиллз в Западной Австралии, были предметом интенсивных геологических исследований, поскольку они, кажется, несут на себе следы магнитного поля Земли, появившиеся еще 4,2 миллиарда лет назад. Это почти на 1 миллиард лет раньше, чем предполагалось, когда возникло магнитное поле, и почти во времена образования самой планеты.

Но какой бы интригующей ни была эта история происхождения, команда под руководством Массачусетского технологического института нашла доказательства обратного. В статье, опубликованной сегодня в журнале Science Advances , группа исследователей исследовала кристаллы того же типа, называемые цирконами, которые были обнаружены в том же обнажении, и пришла к выводу, что собранные ими цирконы ненадежны в качестве регистраторов древних магнитных полей.

Другими словами, до сих пор неизвестно, существовало ли магнитное поле Земли раньше, чем 3,5 миллиарда лет назад.

«Нет надежных доказательств существования магнитного поля до 3,5 миллиардов лет назад, и даже если бы поле существовало, будет очень трудно найти доказательства его существования в цирконах Jack Hills», — говорит Кауэ Борлина, аспирантка. в Департаменте наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института (EAPS). «Это важный результат в том смысле, что мы знаем, чего больше не искать».

Борлина — первый автор статьи, в которую также входят профессор EAPS Бенджамин Вайс, главный научный сотрудник Эдуардо Лима и научный сотрудник Джахандар Рамезан из Массачусетского технологического института, а также другие сотрудники из Кембриджского университета, Гарвардского университета, Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, Университет Алабамы и Принстонский университет.

Возбужденное поле

Считается, что магнитное поле Земли играет важную роль в обеспечении обитаемости планеты. Магнитное поле не только задает направление стрелок компаса, но и действует как своего рода щит, отражающий солнечный ветер, который в противном случае мог бы разъедать атмосферу.

Ученые знают, что сегодня магнитное поле Земли создается за счет затвердевания жидкого железного ядра планеты. Охлаждение и кристаллизация ядра приводит в движение окружающее жидкое железо, создавая мощные электрические токи, которые создают магнитное поле, простирающееся далеко в космос.Это магнитное поле известно как геодинамо.

Многочисленные доказательства показали, что магнитное поле Земли существовало по крайней мере 3,5 миллиарда лет назад. Однако считается, что ядро ​​планеты начало затвердевать всего 1 миллиард лет назад, а это означает, что магнитное поле должно было быть вызвано каким-то другим механизмом до 1 миллиарда лет назад. Уточнение того, когда именно сформировалось магнитное поле, могло помочь ученым с самого начала выяснить, что его сгенерировало.

Борлина говорит, что происхождение магнитного поля Земли может также пролить свет на ранние условия, в которых зародились первые формы жизни на Земле.

«В первый миллиард лет Земли, между 4,4 миллиардами и 3,5 миллиардами лет, именно тогда зарождалась жизнь», — говорит Борлина. «Наличие магнитного поля в то время имеет разные последствия для окружающей среды, в которой на Земле зародилась жизнь. Это мотивация нашей работы ».

«Не могу доверять циркону»

Ученые традиционно использовали минералы в древних породах для определения ориентации и интенсивности магнитного поля Земли во времени.По мере образования и охлаждения горных пород электроны в отдельных зернах могут смещаться в направлении окружающего магнитного поля. Как только горная порода остывает до определенной температуры, известной как температура Кюри, ориентация электронов, так сказать, устанавливается в камне. Ученые могут определить свой возраст и использовать стандартные магнитометры для измерения их ориентации, оценки силы и ориентации магнитного поля Земли в данный момент времени.

С 2001 года Вайс и его группа изучают намагниченность горных пород и зерен циркона в Джек-Хиллз с непростой целью установить, содержат ли они древние записи магнитного поля Земли.

«Цирконы Джек-Хиллз — одни из самых слабомагнитных объектов, изученных в истории палеомагнетизма», — говорит Вайс. «Кроме того, эти цирконы включают самые старые из известных материалов Земли, а это означает, что существует множество геологических событий, которые могли бы сбросить их магнитные записи».

В 2015 году отдельная исследовательская группа, которая также начала изучать цирконы Джек-Хиллз, утверждала, что они нашли доказательства наличия магнитного материала в цирконах, возраст которых составляет 4,2 миллиарда лет — первое свидетельство того, что магнитное поле Земли могло существовать до 3.5 миллиардов лет назад.

Но Борлина отмечает, что команда не подтвердила, действительно ли обнаруженный ими магнитный материал сформировался во время или после кристалла циркона, образовавшегося 4,2 миллиарда лет назад — цель, которую он и его команда взяли на себя в своей новой статье.

Борлина, Вайс и их коллеги собрали породы на том же обнажении Джек-Хиллз и из этих образцов извлекли 3754 зерна циркона, каждое около 150 микрометров в длину, что примерно равно ширине человеческого волоса. Используя стандартные методы датирования, они определили возраст каждого зерна циркона, который колебался от 1 миллиарда до 4 лет.2 миллиарда лет.

Около 250 кристаллов были старше 3,5 миллиардов лет. Команда изолировала и визуализировала эти образцы, ища признаки трещин или вторичных материалов, таких как минералы, которые могли отложиться на кристалле или внутри него после того, как он полностью сформировался, и искала доказательства того, что они значительно нагреваются за последние несколько миллиардов. лет с момента их образования. Из этих 250 они идентифицировали только три циркона, которые были относительно свободны от таких примесей и, следовательно, могли содержать подходящие магнитные записи.

Затем команда провела подробные эксперименты с этими тремя цирконами, чтобы определить, какие виды магнитных материалов они могут содержать. В конце концов они определили, что магнитный минерал под названием магнетит присутствует в двух из трех цирконов. Используя квантовый алмазный магнитометр высокого разрешения, команда изучила поперечные сечения каждого из двух цирконов, чтобы отобразить расположение магнетита в каждом кристалле.

Они обнаружили магнетит, лежащий вдоль трещин или поврежденных зон внутри цирконов.По словам Борлина, такие трещины — это пути, по которым вода и другие элементы попадают внутрь породы. Такие трещины могли пропускать вторичный магнетит, который оседал в кристалле намного позже, чем когда первоначально образовался циркон. В любом случае, говорит Борлина, доказательства очевидны: эти цирконы нельзя использовать в качестве надежных регистраторов магнитного поля Земли.

«Это свидетельство того, что мы не можем доверять этим измерениям циркона для регистрации магнитного поля Земли», — говорит Борлина. «Мы показали это до 3.5 миллиардов лет назад мы до сих пор не знаем, когда возникло магнитное поле Земли ».

«Для меня эти результаты вызывают большие сомнения в способности цирконов Джека Хиллса точно регистрировать интенсивность палеомагнитного поля до 3,5 миллиардов лет», — говорит Энди Биггин, профессор палеомагнетизма Ливерпульского университета. не участвовал в исследовании. «Тем не менее, эти дебаты, как палеомагнитный эквивалент Брексита, бушуют с 2015 года, и я был бы очень удивлен, если бы это было последнее слово по этому поводу.Практически невозможно доказать отрицательный результат, и ни методы, ни интерпретации не подлежат сомнению ».

Несмотря на эти новые результаты, Вайс подчеркивает, что предыдущие магнитные анализы этих цирконов все еще очень ценны.

«Команда, которая сообщила о первоначальном магнитном исследовании циркона, заслуживает большой похвалы за попытку решить эту чрезвычайно сложную проблему», — говорит Вайс.