Кто открыл магнитное поле: Притягательная планета Интересные сведения о магнитном поле Земли: Наука и техника: Lenta.ru

Содержание

Притягательная планета Интересные сведения о магнитном поле Земли: Наука и техника: Lenta.ru

В последние дни на научных информационных сайтах появилось большое количество новостей, посвященных магнитному полю Земли. Например, новость о том, что в последнее время оно существенно изменяется, или о том, что магнитное поле способствует утечке кислорода из земной атмосферы и даже про то, что вдоль линий магнитного поля ориентируются коровы на пастбищах. Что представляет собой магнитное поле и насколько важны все перечисленные новости?

Магнитное поле Земли – это область вокруг нашей планеты, где действуют магнитные силы. Вопрос о происхождении магнитного поля до сих пор окончательно не решен. Однако большинство исследователей сходятся в том, что наличием магнитного поля Земля хотя бы отчасти обязана своему ядру. Земное ядро состоит из твердой внутренней и жидкой наружной частей. Вращение Земли создает в жидком ядре постоянные течения. Как читатель может помнить из уроков физики, движение электрических зарядов приводит к появлению вокруг них магнитного поля.

Одна из самых распространенных теорий, объясняющих природу поля, — теория динамо-эффекта — предполагает, что конвективные или турбулентные движения проводящей жидкости в ядре способствуют самовозбуждению и поддержанию поля в стационарном состоянии.

Землю можно рассматривать как магнитный диполь. Его южный полюс находится на географическом Северном полюсе, а северный, соответственно, на Южном. На самом деле, географический и магнитный полюса Земли не совпадают не только по «направлению». Ось магнитного поля наклонена по отношению к оси вращения Земли на 11,6 градуса. Из-за того что разница не очень существенная, мы можем пользоваться компасом. Его стрелка точно указывает на южный магнитный полюс Земли и почти точно на Северный географический. Если бы компас был изобретен 720 тысяч лет назад, то он бы указывал и на географический и на магнитный северный полюс. Но об этом чуть ниже.

Магнитное поле защищает жителей Земли и искусственные спутники от губительного воздействия космических частиц. К таким частицам относятся, например, ионизированные (заряженные) частицы солнечного ветра. Магнитное поле изменяет траекторию их движения, направляя частицы вдоль линий поля. Необходимость наличия магнитного поля для существования жизни сужает круг потенциально обитаемых планет (если мы исходим из предположения, что гипотетически возможные формы жизни похожи на земных обитателей).

Ученые не исключают, что часть планет земного типа не имеют металлического ядра и, соответственно, лишены магнитного поля. До сих пор считалось, что планеты, состоящие из твердых скальных пород, как и Земля, содержат три основных слоя: твердую кору, вязкую мантию и твердое или расплавленное железное ядро. В недавней работе ученые из Массачусетского технологического института предложили сразу два возможных механизма образования «скалистых» планет без ядра. Если теоретические выкладки исследователей подтвердятся наблюдениями, то формулу для расчета вероятности встретить во Вселенной гуманоидов или хотя бы что-то, напоминающее иллюстрации из учебника биологии, придется переписать.

Земляне тоже могут лишиться своей магнитной защиты. Правда, точно сказать, когда это произойдет, геофизики пока не могут. Дело в том, что магнитные полюса Земли непостоянны. Периодически они меняются местами. Не так давно исследователи установили, что Земля «помнит» о смене полюсов. Анализ таких «воспоминаний» показал, что за последние 160 миллионов лет магнитные север и юг менялись местами около 100 раз. Последний раз это событие произошло около 720 тысяч лет назад.

Смена полюсов сопровождается изменением конфигурации магнитного поля. Во время «переходного периода» на Землю проникает существенно больше космических частиц, опасных для живых организмов. Одна из гипотез, объясняющих исчезновение динозавров, утверждает, что гигантские рептилии вымерли именно во время очередной смены полюсов.

Кроме «следов» плановых мероприятий по смене полюсов исследователи заметили в магнитном поле Земли опасные подвижки. Анализ данных о его состоянии за несколько лет показал, что в последние месяцы в нем начали происходить опасные изменения. Настолько резких «движений» поля ученые не регистрировали уже очень давно. Вызывающая беспокойства исследователей зона находится в южной части Атлантического океана. «Толщина» магнитного поля в этом районе не превышает трети от «нормальной». Исследователи давно обратили внимание на эту «прореху» в магнитном поле Земли. Собранные за 150 лет данные показывают, что за этот период поле здесь ослабло на десять процентов.

На данный момент трудно сказать, чем это грозит человечеству. Одним из последствий ослабления напряженности поля может стать увеличение (пусть и незначительное) содержания кислорода в земной атмосфере. Связь между магнитным полем Земли и этим газом была установлена с помощью системы спутников Cluster – проекта Европейского космического агентства. Ученые выяснили, что магнитное поле ускоряет ионы кислорода и «выбрасывает» их в космическое пространство.

Несмотря на то, что магнитное поле нельзя увидеть, обитатели Земли хорошо его чувствуют. Перелетные птицы, например, отыскивают дорогу, ориентируясь именно на него. Существует несколько гипотез, объясняющих, как именно они ощущают поле. Одна из последних предполагает, что птицы воспринимают магнитное поле визуально. Особые белки – криптохромы – в глазах перелетных птиц способны менять свое положение под воздействием магнитного поля. Авторы теории считают, что криптохромы могут выполнять роль компаса.

Кроме птиц магнитное поле Земли вместо GPS используют морские черепахи. И, как показал анализ спутниковых фотографий, представленных в рамках проекта Google Earth, коровы. Изучив фотографии 8510 коров в 308 районах мира, ученые заключили, что эти животные предпочтительно ориентируют свои тела с севера на юг (или с юга на север). Причем «реперными точками» для коров служат не географические, а именно магнитные полюса Земли. Механизм восприятия коровами магнитного поля и причины именно такой реакции на него остаются неясными.

Кроме перечисленных замечательных свойств магнитное поле способствует появлению полярных сияний. Они возникают в результате резких изменений поля, происходящих в удаленных регионах поля.

Магнитное поле не обошли своим вниманием сторонники одной из «теорий заговора» – теории о лунной мистификации. Как уже упоминалось выше, магнитное поле защищает нас от космических частиц. «Собранные» частицы скапливаются в определенных частях поля – так называемых радиационных поясах Ван Алена. Скептики, не верящие в реальность высадок на Луну, считают, что во время пролета сквозь радиационные пояса астронавты получили бы смертельную дозу радиации.

Магнитное поле Земли — удивительное следствие законов физики, защитный щит, ориентир и создатель полярных сияний. Если бы не оно, жизнь на Земле, возможно, выглядела бы совсем иначе. В общем, если бы магнитного поля не было — его необходимо было бы придумать.

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.

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?

Чем опасна смена магнитных полюсов Земли — Российская газета

Среди глобальных угроз человечеству замаячила еще одна. В последнее время все чаще ученые говорят о смене «прописки» магнитных полюсов. И если южный уже много лет стабильно движется со скоростью около 10 километров в год, то северный, который ранее перемещался с такой скоростью, сейчас резко прибавил и достиг 65 километров в год. Но самое тревожное, что эта скорость только нарастает. Полюс уже вышел за пределы 200-мильной зоны Канады и уверенно движется к российскому арктическому побережью. Если ничего не изменится, северный магнитный полюс через 50 лет достигнет архипелага Северная Земля.

А в перспективе может произойти инверсия южного и северного магнитных полюсов. Существует мнение, что в момент смены полярности резко падает напряженность магнитного поля Земли. А вот это уже тревожно. Дело в том, что может вообще исчезнуть магнитная защита планеты от потока ионизированных частиц, идущих от Солнца. И хотя прежняя напряженность поля восстанавливается, по геологическим меркам, очень быстро — за первые десятки тысяч лет, этого вполне достаточно, чтобы на Земле погибло все живое. Некоторые ученые считают, что именно инверсии магнитного поля были много лет назад одной из причин массовых вымираний.

— Сегодня наука знает, что в истории Земли инверсии происходили сотни раз, — сказал корреспонденту «РГ» кандидат физико-математических наук Владимир Павлов из Института физики Земли РАН. — Причем в этом явлении нет никакой явной периодичности. Были периоды стабильности и в 20 миллионов лет, и в 40, и даже в 70 миллионов, а были, когда полюса менялись местами через 30-40 тысяч лет. Правда, за последние несколько миллионов лет частота инверсий составляла 4-5 раз за один миллион лет, то есть в среднем каждые 200-250 тысяч лет. В то же время ближайшая к нам смена произошла около 780 тысяч лет назад.

Такая задержка — повод для тревоги. Может, смена полюсов должна вот-вот произойти. По словам Павлова, сегодня никто не может дать однозначного прогноза, так как поведение полюсов трудно предсказуемо. Нельзя сказать, что инверсия явно назрела и вот-вот должна «выстрелить».

Инверсии магнитного поля Земли много лет назад могли быть причиной массовых вымираний

В то же время есть тревожные тенденции. Известно, что в периоды инверсий напряженность магнитного поля Земли падала в 8-10 раз ниже нормы. И сейчас она стабильно падает, за последние 150 лет примерно на 10 процентов. Это дает повод задуматься, а может, инверсия действительно надвигается. Но есть и противники того, что мы на пороге ближайшей инверсии. Они согласны, что сейчас напряженность стремительно падает, но ранее был подъем, то есть процесс циклический. Поэтому волноваться, видимо, не стоит. Словом, сегодня наука не имеет достаточно данных, чтобы предсказать, когда произойдет очередная инверсия. Но каковы причины этого необычного явления?

— Смещение полюсов связано с процессами, которые протекают в недрах планеты, — говорит Павлов. — Как известно, у Земли есть твердое внутреннее ядро и внешнее, состоящее из жидких металлов. Их движение создает электрический ток, а он в свою очередь порождает магнитное поле планеты. Как в этой системе происходит инверсия полюсов, пока у науки нет полной ясности. Поэтому сложно делать какие-либо прогнозы о сроках инверсий. Одно можно сказать точно: в ближайшее время ничего страшного не случится. Ведь переполюсовка — процесс очень долгоиграющий, длится несколько тысяч лет. Так что и мы с вами, и наши дети, и внуки его вряд ли ощутят.

Но чего ждать потомкам? Не обрушатся ли на них вместе с инверсией полюсов вселенские катастрофы? Ученые отмечают, что хотя Земля пережила множество инверсий, никакими заметными катастрофическими последствиями на планете они не отметились. И в биосфере каких-либо массовых вымираний, которые бы оставили свой след в истории, не выявлено.

Конечно, сегодня ситуация несколько иная. Ведь человек создал мощную техносферу, крайне чувствительную к различным природным катаклизмам. Поэтому при инверсии полюсов совсем не исключен коллапс электросистем со всеми вытекающими отсюда неприятностями для многих технических систем. Кроме того, ослабление магнитного поля, которое защищает планету от солнечной радиации, все же может существенно сказаться на человечестве. Но к тому времени наверняка наука создаст эффективные методы защиты.

Справка «РГ»

1 июня 1831 года английский ученый Джеймс Росс в Канадском архипелаге открыл магнитный полюс Северного полушария. Здесь магнитная стрелка занимает вертикальное положение, то есть магнитное наклонение равно 90 градусам. В 2005 году сотрудник канадского министерства природных ресурсов Ларри Ньюит заявил, что северный магнитный полюс Земли, примерно с начала XVII века располагавшийся подо льдами в границах нынешней канадской Арктики, вышел за пределы 200-мильной зоны Канады. По некоторым прогнозам, если сохранится нынешнее направление и скорость, полюс может достичь побережья России к середине этого века.

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 — определение, виды

Магнитное поле

Люди только и делают, что говорят про какие-то магнитные бури, привозят магнитики на холодильник, ходят в походы с компасом, который показывает, где север, а где юг. В основе всего этого лежит магнитное поле.

Магнитное поле — это материя, за счет которой осуществляется взаимодействие зарядов.

У нее есть несколько условий для существования:

  • магнитное поле материально, то есть существует независимо от наших знаний о нем;
  • порождается только движущимся электрическим зарядом;
  • обнаружить магнитное поле можно по действию на движущийся электрический заряд (или проводник с током) с некоторой силой;
  • магнитное поле распространяется в пространстве с конечной скоростью, равной скорости света в вакууме.

Магнитное поле создается только движущимся электрическим зарядом? А как же магниты?

Атом состоит из ядра и вращающихся вокруг него электронов. Электроны могут вращаться по разным орбитам. На каждой орбите может находиться по два электрона, которые вращаются в разных направлениях.

Но у некоторых веществ не все электроны парные, и несколько электронов крутятся в одном и том же направлении, такие вещества называются ферромагнетиками. А поскольку электрон — заряженная частица, вращающиеся вокруг атома в одну и ту же сторону электроны создают магнитное поле. Получается миниатюрный электромагнит.

Если атомы вещества расположены в произвольном порядке, поля этих крошечных магнитиков компенсируют друг друга. Но если эти магнитные поля направить в одну и ту же сторону, то они сложатся — и получится магнит.

У любого магнита есть два полюса — северный и южный.

Любое магнитное поле описывается магнитными линиями, которые выходят из северного поля и приходят в южный. Эти линии всегда замкнуты, даже если у них бесконечная длина. Вот так это выглядит:



Как запомнить, что выходят магнитные линии из северного полюса, а приходят в южный?

Все просто — на севере жить никто не хочет. Многие люди переезжают туда, где теплее, зимуют в теплых краях, в общем — стремятся на юг. Магнитные линии тоже.

Северный полюс обозначается латинской буквой N (от английского слова North). А южный — буквой S (от английского слова South).

Наша планета — это один большой магнит. У нее тоже есть северный и южный полюса. Но есть один нюанс — географические полюса отличаются от физических. Да-да, на северном полюсе, который наверху карты, находится южный физический полюс. Ну и наоборот, на южном географическом — северный физический.

Не паникуйте, компас показывает вам географический полюс. Да, компас — это магнитная стрелка, и должен по идее показывать физический полюс, но стрелка окрашена так, чтобы направившись на северный физический полюс, показать южный географический. Чтобы люди не путались.

Опыт Эрстеда

Самое главное экспериментальное доказательство того, что магнитное поле возникает из-за движения зарядов — это опыт Эрстеда. В1820 году Эр­стед опыт­ным пу­тём свя­зал элек­три­че­ст­во и маг­не­тизм с по­мо­щью экс­пе­ри­мен­та с от­кло­не­ни­ем стрел­ки ком­па­са.

Это явление использовали, когда создавали первые ам­пер­мет­ры, так как от­кло­не­ние стрел­ки про­пор­цио­наль­но ве­ли­чи­не то­ка. Оно ле­жит в ос­но­ве лю­бо­го элек­тро­маг­ни­та.

А вот и видео эксперимента:


Источник: YouTube-канал «ШКОЛА ОНЛАЙН»

Магия электродинамики

Семенчик Олег
Старший инженер-схемотехник

XIX век был насыщен событиями определившими технологическое будущее человечества и заложившими фундамент его современного состояния. В это время существенное развитие получил раздел физики изучающий электромагнитное поле – электродинамика. Многие мировые ученые такие как Эрстед, Ампер, Кулон, Вольта, Лаплас, Лоренц и Эйнштейн внесли свой значимый вклад, но среди них выделяют Фарадея и Максвела. Первый экспериментально открыл явление и закон электромагнитной (э.м.) индукции, ставшие первым ясным свидетельством непосредственной динамической взаимосвязи электрического и магнитного полей. Второй, впервые опубликовал полную систему уравнений «классической электродинамики», описывающую эволюцию электромагнитного поля и его взаимодействие с зарядами и токами.

Особый интерес представляют закон э.м. индукции Фарадея, определяющий генерацию электрического поля переменным магнитным и описывающий обратный процесс — закон Ампера-Максвелла, определяющий генерацию магнитного поля переменным электрическим.

Развитие электродинамики позволило в ХIХ веке создать первые трансформаторы, электрические генераторы и электродвигатели, а к концу века ввести в строй первую линию электропередач протяженностью в 170 км.

На данный момент 95% мирового производства электроэнергии генерируются в процессе преобразования различных видов энергии в электрическую, основанного на явлении э.м. индукции. «Сердцем» преобразования является электрический генератор, где кинетическая энергия преобразуется в электрическую.

В общем случае современные электростанции преобразуют исходный вид энергии из невозобновляемых или возобновляемых источников в механическую энергию, используемую для вращения турбин, которые вращают систему магнитов, размещенных внутри гигантских медных катушек индуктивности для производства электричества. Формируемое переменное магнитное поле воздействует на электроны в медных проводниках, заставляя переходить их от атома к атому, что формирует электрическое поле в катушках и электрический ток на выходе генератора.  Турбины представляют собой набор лопастей или роторов, которые вращаются от энергии потока газа, воды, пара или ветра.

Для передачи электрической энергии на дальние расстояния используют повышающие напряжение трансформаторы для снижения потерь на сопротивлениях проводов линий электропередач.

В атомной электростанции энергия реактора нагревает теплоноситель первого закрытого контура, который нагревает воду в парогенераторе второго открытого контура.

В тепловых электростанциях энергия газа, твердого или жидкого топлива вращает лопасти газовой/паровой турбины или поршневые агрегаты, на которых установлен генератор.

Работа оборудования, производимого Армтел невозможна без электронных компонентов, где используются обратимые преобразования магнитного поля в электрический ток.  Любое из переговорных устройств систем IPN или DCN возможно привести к обобщённой структурной схеме, где сердцем энергетических и сигнальных преобразований будут являться трансформаторы и катушки индуктивности в различных исполнениях.

Сигнальные и силовые трансформаторы применяются для преобразования переменного напряжения и гальванической развязки. Основной силовой преобразователь напряжения импульсами частотой в 100-400 кГц передает энергию входного постоянного напряжения +48V через трансформатор. Вторичные преобразователи импульсами частотой 500-2000 кГц передают энергию постоянного напряжения через катушки индуктивности, формируя пониженное напряжение для непосредственного питания микросхем. Гальваническая развязка подразумевает передачу сигнальной или силовой энергии посредством магнитного поля и обеспечивает отсутствие прямой электрической связи между внешними и внутренними цепями электронного устройства. Это обеспечивает безопасность устройства для пользователя и минимизацию возможных проблем от перепадов напряжения между системами заземления систем электропитания, разнесенных в пространстве.

Для передачи энергии звуковой частоты на внешний громкоговоритель отнесенный на десятки и сотни метров используется схема с повышением напряжения для снижения потерь на сопротивлении длинных линий.

Катушки индуктивности применяется для накопления энергии в магнитном поле, подавления помех и фильтрации, ограничения переменного тока и повышения или понижения напряжения во вторичных преобразователях напряжения без гальванической развязки.

Катушка индуктивности электродинамического громкоговорителя совместно с магнитной системой динамика обеспечивает преобразование электрической энергии в механическую. Переменный электрический ток звуковой частоты через катушку, размещенную на гибком подвесе относительно постоянного магнита, создает условия для создания механической силы, называемой электродинамической. Изменение этой силы будет меняться пропорционально электрическому току через проводник катушки индуктивности. Колебания диффузора, размещенного вместе с катушкой сформируют соответствующие колебания воздушного пространства.

Электрические компоненты, работающие на основе законов электродинамики играют важнейшую роль в уровне развития современной техники и образуют основу для современного мира в существующем виде.

Дополнительный материал:

Существует простой способ увидеть магнитное поле – поместить постоянный магнит в объём заполненный жидкостью с металлической стружкой. Стружка, пронизываемая магнитным полем будет стремиться разместиться на его магнитных линиях.

https://yadi.sk/i/zLTgQCz7MqdB4A

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, натираемое 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». Только в конце 19 века это «нечто» было обнаружено как отрицательное электричество, известное 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 Ватсон (1715-87) в Англии независимо пришел к такому же выводу.) Чтобы идентифицировать эти две силы, он дал названия, положительный и отрицательный заряды, и для их обозначения 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 переносит 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 инструментов по профессии и основал ремонтную мастерскую в Глазго в 1757 году.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 пароконденсатный 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, кульминацией которых стало развитие концепции напряжения и изобретение 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 это 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.

Подобные эксперименты, в которых лапы лягушки или птицы стимулировались контактом с различными типами металлов, привели Луиджи Гальвани в 1791 году к выдвижению теории о том, что ткани животных генерируют электричество.Экспериментируя с тем, что он назвал атмосферным электричеством, Гальвани обнаружил, что мышца лягушки подергивается, 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 непрерывно текло, как водяной поток, а не разряжалось 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 измерения электрического тока , усилитель . Электрический заряд в движении называется электрическим током. Сила тока — это количество заряда, проходящего через данную точку в 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, иногда было 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, обеспечивающую 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 отправлялись 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 в то время почтовое отделение в Австралии играло важную роль 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 производиться 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 вырабатывают 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 излучает блестящее накаливание, сохраняется до тех пор, пока стержни просто разъединены 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 сконцентрировались 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, выпустив 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 его успешная демонстрация была проведена 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. Многие изобретения Эдисона включали фонограф и улучшенный печатный телеграф. В 1878 году британский ученый Джозеф Свон 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 осветить первую улицу Нью-Йорка, освещенную электрическими лампами, в сентябре 1882 года. 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)

электромагнетизм | Определение, уравнения и факты

Электромагнетизм , наука о заряде, а также о силах и полях, связанных с зарядом. Электричество и магнетизм — два аспекта электромагнетизма.

Британская викторина

Викторина «Все о физике»

Кто был первым ученым, проведшим эксперимент по управляемой цепной ядерной реакции? Какая единица измерения для циклов в секунду? Проверьте свою физическую хватку с помощью этой викторины.

Электричество и магнетизм долгое время считались отдельными силами.Только в 19 веке они стали рассматриваться как взаимосвязанные явления. В 1905 году специальная теория относительности Альберта Эйнштейна без всяких сомнений установила, что оба аспекта являются аспектами одного общего явления. Однако на практике электрические и магнитные силы ведут себя по-разному и описываются разными уравнениями. Электрические силы создаются электрическими зарядами, находящимися в состоянии покоя или в движении. С другой стороны, магнитные силы создаются только движущимися зарядами и действуют исключительно на движущиеся заряды.

Электрические явления происходят даже в нейтральной материи, потому что силы действуют на отдельные заряженные составляющие. В частности, электрическая сила отвечает за большинство физических и химических свойств атомов и молекул. Он невероятно силен по сравнению с гравитацией. Например, отсутствие только одного электрона на каждый миллиард молекул у двух 70-килограммовых (154-фунтовых) людей, стоящих на расстоянии двух метров (двух ярдов) друг от друга, оттолкнет их с силой в 30 000 тонн. В более привычном масштабе электрические явления ответственны за молнии и гром, сопровождающие определенные штормы.

Электрические и магнитные силы могут быть обнаружены в областях, называемых электрическими и магнитными полями. Эти поля имеют фундаментальную природу и могут существовать в космосе вдали от заряда или тока, которые их породили. Примечательно, что электрические поля могут создавать магнитные поля и наоборот, независимо от любого внешнего заряда. Как обнаружил в своей работе английский физик Майкл Фарадей, изменяющееся магнитное поле создает электрическое поле, лежащее в основе производства электроэнергии. И наоборот, изменяющееся электрическое поле создает магнитное поле, как пришел к выводу шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл.Математические уравнения, сформулированные Максвеллом, включают световые и волновые явления в электромагнетизм. Он показал, что электрические и магнитные поля путешествуют вместе в пространстве как волны электромагнитного излучения, при этом изменяющиеся поля взаимно поддерживают друг друга. Примерами электромагнитных волн, распространяющихся в пространстве независимо от материи, являются радио- и телевизионные волны, микроволны, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовый свет, рентгеновские лучи и гамма-лучи. Все эти волны движутся с одинаковой скоростью, а именно скоростью света (примерно 300 000 километров или 186 000 миль в секунду).Они отличаются друг от друга только частотой, с которой колеблются их электрическое и магнитное поля.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Уравнения Максвелла по-прежнему обеспечивают полное и элегантное описание электромагнетизма вплоть до субатомного масштаба, но не включая его. Однако интерпретация его работ в 20 веке расширилась. Специальная теория относительности Эйнштейна объединила электрические и магнитные поля в одно общее поле и ограничила скорость всей материи скоростью электромагнитного излучения.В конце 1960-х физики обнаружили, что у других сил в природе есть поля с математической структурой, подобной структуре электромагнитного поля. Эти другие силы — сильное взаимодействие, ответственное за энергию, выделяющуюся при ядерном синтезе, и слабое взаимодействие, наблюдаемое при радиоактивном распаде нестабильных атомных ядер. В частности, слабые и электромагнитные силы были объединены в общую силу, называемую электрослабой силой. Цель многих физиков объединить все фундаментальные силы, включая гравитацию, в одну великую единую теорию, до сих пор не достигнута.

Важным аспектом электромагнетизма является наука об электричестве, которая занимается поведением агрегатов заряда, включая распределение заряда в материи и движение заряда с места на место. Различные типы материалов классифицируются как проводники или изоляторы в зависимости от того, могут ли заряды свободно перемещаться через составляющие их вещества. Электрический ток — это мера потока зарядов; законы, управляющие токами в материи, важны в технологиях, особенно в производстве, распределении и контроле энергии.

Понятие напряжения, как и понятия заряда и тока, является фундаментальным в науке об электричестве. Напряжение — это мера склонности заряда перетекать из одного места в другое; положительные заряды обычно имеют тенденцию перемещаться из области высокого напряжения в область более низкого напряжения. Распространенная проблема в электричестве — это определение взаимосвязи между напряжением и током или зарядом в данной физической ситуации.

Эта статья стремится дать качественное понимание электромагнетизма, а также количественную оценку величин, связанных с электромагнитными явлениями.

Электромагнитный ротационный аппарат Майкла Фарадея (двигатель)

Этот простой на вид объект был создан Майклом Фарадеем в 1822 году. Его простота скрывает его истинное значение как первого из сохранившихся электродвигателей.

В 1820 году Ганс Кристиан Эрстед объявил о своем открытии, согласно которому электрический ток, протекающий через провод, создает вокруг него магнитное поле. Андре-Мари Ампер продолжил и показал, что магнитная сила, по-видимому, была круговой, создавая, по сути, цилиндр магнетизма вокруг провода.Такой круговой силы раньше не наблюдалось.

Британский ученый-самоучка Майкл Фарадей (1791–1867) первым понял, что означают эти открытия. Если магнитный полюс можно изолировать, он должен постоянно перемещаться по кругу вокруг токоведущего провода.

В 1821 году Фарадей попытался понять работу Эрстеда и Ампера, разработав свой собственный эксперимент с использованием небольшой ртутной ванны. Это устройство, преобразовывающее электрическую энергию в механическую, было первым электродвигателем.

Этот аппарат — единственный сохранившийся оригинальный образец, сделанный Фарадеем на следующий год после его открытия в 1822 году.

Двигатель имеет жесткий провод, который свешивается в стеклянный сосуд, на дне которого закреплен стержневой магнит. Тогда стеклянный сосуд будет частично заполнен ртутью (металлом, который является жидким при комнатной температуре и является отличным проводником). Фарадей подключил свой аппарат к батарее, которая пропускала электричество по проводу, создавая вокруг него магнитное поле.Это поле взаимодействовало с полем вокруг магнита и заставляло проволоку вращаться по часовой стрелке.

Это открытие привело Фарадея к размышлениям о природе электричества. В отличие от своих современников, он не был убежден, что электричество — это материальный флюид, который течет по проводам, как вода по трубе. Вместо этого он думал об этом как о вибрации или силе, которые каким-то образом передаются в результате напряжений, созданных в проводнике.

Ученый Maverick считает, что открыл у людей магнетическое шестое чувство | Наука

Это делают птицы.Это делают пчелы. Но человек, стоящий здесь в толстовке с капюшоном, сможет ли он это сделать? Джо Киршвинк полон решимости выяснить это. На протяжении десятилетий он показывал, как существа в животном мире перемещаются, используя магниторецепцию или ощущение магнитного поля Земли. Теперь геофизик из Калифорнийского технологического института (Калифорнийский технологический институт) в Пасадене тестирует людей, чтобы увидеть, есть ли у них это подсознательное шестое чувство. Киршвинк почти уверен, что это так. Но он должен это доказать.

Он достает свой iPhone и машет им над Кейсуке Мацуда, аспирантом нейроинженерии Токийского университета.В этот октябрьский день он — подопытный кролик Киршвинка. Приложение магнитометра на телефоне обнаружит магнитную пыль на Мацуда или любые скрытые магниты, которые могут помешать эксперименту. «Я хочу убедиться, что у нас нет читера», — шутит Киршвинк.

Это два этажа под землей в Калтехе, в чистой комнате с магнитоэкранированными стенами. В углу пульсирует и шипит насос с жидким гелием, охлаждая сверхпроводящий инструмент, который Киршвинк использовал для измерения крошечных магнитных полей во всем, от птичьих клювов до марсианских метеоритов.На лабораторном столе лежат ножи — сделанные из керамики и пропитанные кислотой для устранения магнитного загрязнения, — которыми он разрезал человеческий мозг в поисках магнитных частиц. Мацуда выглядит немного нервным, но он не собирается ложиться под нож. С помощью шприца техник вводит гель электролита в кожу головы Мацуда через тюбетейку с электродами. Он собирается подвергнуться воздействию нестандартных магнитных полей, создаваемых множеством электрических катушек, в то время как электроэнцефалограмма (ЭЭГ) записывает его мозговые волны.

На протяжении большей части 20-го века исследования магниторецепции казались столь же сомнительными, как изучение биолокации или телепатии. Тем не менее сейчас общепризнанным фактом является то, что многие животные ощущают постоянное, едва заметное магнитное поле Земли. В списке преобладают птицы, рыбы и другие мигрирующие животные; им имеет смысл иметь встроенный компас для их путешествий по всему миру. В последние годы исследователи обнаружили, что разумом обладают менее быстрые существа — омары, черви, улитки, лягушки, тритоны.Млекопитающие тоже, кажется, реагируют на поле Земли: в экспериментах лесные мыши и слепыши используют силовые линии магнитного поля для размещения своих гнезд; крупный рогатый скот и олени ориентируются по ним при выпасе; и собаки направляют себя на север или юг, когда они мочатся или испражняются.

Игра на поле

Магнитное поле Земли, создаваемое жидким внешним ядром, похоже на поле гигантского внеосевого стержневого магнита. Его сила колеблется от 25 микротесла (мкТл) на экваторе до 60 мкТл на полюсах.Это слабо: поле МРТ более чем в 100 000 раз сильнее.

Г. Грюйон / Наука

Растущее количество научных доказательств магниторецепции в основном связано с поведением, основанным, например, на моделях движения или на тестах, показывающих, что нарушение или изменение магнитных полей может изменить привычки животных. Ученые знают, что животные могут чувствовать поля, но они не знают, как это сделать на клеточном и нервном уровне.«Граница — это биология — то, как мозг на самом деле использует эту информацию», — говорит Дэвид Дикман, нейробиолог из Медицинского колледжа Бейлора в Хьюстоне, штат Техас, который в статье Science 2012 года показал, что определенные нейроны во внутреннем ухе голубей так или иначе участвуют, стреляя в ответ на направление, полярность и интенсивность магнитных полей.

Поиск магниторецепторов, ответственных за запуск этих нейронов, был похож на поиск магнитной иглы в стоге сена.Нет очевидного органа чувств, который можно было бы вскрыть; магнитные поля все время незримо проходят через все тело. «Рецепторы могут быть на левом пальце ноги», — говорит Киршвинк.

Ученые выдвинули две конкурирующие идеи о том, кем они могут быть. Во-первых, магнитные поля запускают квантово-химические реакции в белках, называемых криптохромами. Криптохромы были обнаружены в сетчатке, но никто не определил, как они могут контролировать нервные пути. Другая теория, которую поддерживает Киршвинк, предполагает, что миниатюрные иглы компаса располагаются внутри рецепторных клеток либо рядом с тройничным нервом за носом животных, либо во внутреннем ухе.Иглы, которые, как предполагается, состоят из очень магнитного минерала железа, называемого магнетитом, каким-то образом открывают или закрывают нервные пути.

Те же кандидаты в магниторецепторы обнаружены у людей. Так есть ли у нас магнетизм? «Возможно, мы потеряли его вместе с нашей цивилизацией», — говорит Михаэль Винкльхофер, биофизик из Ольденбургского университета в Германии. Или, как думает Киршвинк, возможно, мы сохраняем его след, как крылья страуса.

Киршвинк специализируется на измерении остаточных магнитных полей в горных породах, которые могут указывать на широту образования горных пород, миллионы или миллиарды лет назад, и отслеживать их тектонические колебания.Эта техника привела его к сильным и влиятельным идеям. В 1992 году он собрал доказательства того, что ледники почти покрывали земной шар более 650 миллионов лет назад, и предположил, что их последующее отступление от «Земли-снежка» (термин, который он придумал) вызвало эволюционный розыгрыш, который перерос в кембрийский взрыв 540 миллионов лет назад. . В 1997 году он разработал провокационное объяснение аномально быстрого дрейфа континентальных плит примерно в то же время, что и кембрийский взрыв: ось вращения Земли перевернулась на целых 90 °, предположил Киршвинк.Климатический ущерб от этого геологически внезапного события также должен был стимулировать биологические инновации, наблюдаемые в кембрийском периоде. И он был известным среди группы ученых, которые в 1990-х и 2000-х годах утверждали, что магнитные кристаллы в известном марсианском метеорите Allan Hills 84001 были окаменелыми признаками жизни на Красной планете. Несмотря на то, что значение Allan Hills 84001 остается спорным, идея о том, что жизнь оставляет после себя магнетоокаменелости, является активной областью исследований на Земле.

«Он не боится выйти из строя», — говорит Кеннет Ломанн, нейробиолог, изучающий магниторецепцию омаров и морских черепах в Университете Северной Каролины в Чапел-Хилл.«В одних вещах он был прав, а в других — не прав».

Это часть нашей эволюционной истории. Магниторецепция может быть первичным смыслом.

Джо Киршвинк, геофизик Калифорнийского технологического института в Пасадене,

В подтверждение своей гипотезы Киршвинк собрал камни со всего мира: из Южной Африки, Китая, Марокко и Австралии. Но поиск магнитов у животных — и людей — в его лаборатории без окон в подвале оставался неизменной навязчивой идеей.Просто спросите его первенца, который приехал сюда в 1984 году, когда Киршвинк и его жена Ацуко Кобаяши, японский структурный биолог, опубликовали открытие магнетита в тканях носовых пазух желтоперого тунца. По предложению Киршвинка они назвали его Джисеки: магнитный камень или магнетит.

62-летний Киршвинк никогда не мог выбрать между геологией и биологией. Он вспоминает день 1972 года, когда, будучи студентом Калифорнийского технологического института, он осознал, что эти два аспекта взаимосвязаны. Профессор держал пластину языка хитона, разновидности моллюска, и тащил ее с помощью стержневого магнита.Его зубы были покрыты магнетитом. «Это поразило меня», — вспоминает Киршвинк, который до сих пор держит пластину для языка на своем столе. «Магнетит — это обычно то, что геологи ожидают от магматических пород. Обнаружить его у животного — биохимическая аномалия ».

На протяжении многих лет ученые думали, что хитоны — это способ синтеза магнетита просто потому, что твердый минерал способствует хорошему и крепкому зубу. Но в 1975 году Ричард Блейкмор из Океанографического института Вудс-Хоул в Массачусетсе предположил, что у некоторых бактерий магнетит является магнитным датчиком.Изучая бактерии из болотных болот Кейп-Код, Блейкмор обнаружил, что, когда он перемещал небольшой магнит вокруг своих предметных стекол, бактерии устремлялись к магниту. Присмотревшись, он обнаружил, что микробы скрывают цепочки кристаллов магнетита, которые заставляют клетки выравниваться с линиями собственного магнитного поля Земли, которое в Массачусетсе опускается в землю под углом 70 ° к Северному полюсу. Многие бактерии случайным образом ищут правильный баланс кислорода и питательных веществ, используя движение, называемое «кувыркаюсь и беги».Но как иглы компаса для плавания, бактерии Блейкмора различали верхнюю грязь от грязи. Они могли перемещаться по этому градиенту более эффективно и плавать вниз по нему всякий раз, когда грязь была нарушена. Эти бактериальные магниторецепторы до сих пор единственные, что ученые окончательно обнаружили и изучили. Для Киршвинка их присутствие указывает на то, что магниторецепция является древней, возможно, до появления первых эукариотических клеток на Земле, которые, как считается, эволюционировали почти 2 миллиарда лет назад после того, как клетка-хозяин захватила свободноживущие бактерии, которые стали митохондриями, производящими энергию.«Я предполагаю, что первоначальные митохондрии были магнитными бактериями», — говорит Киршвинк, что может означать, что все эукариоты обладают потенциальным магнитным чутьем.

Читая о работе Блейкмора, Киршвинк задавался вопросом, в каком направлении плавают магнитные бактерии в Южном полушарии: на север, как микробы Массачусетса, или на юг, к своему полюсу, или в каком-то другом направлении? Он прилетел в Австралию, чтобы искать в руслах ручьев антиподных собратьев Блейкмора. Больше всего их было в пруду для очистки сточных вод недалеко от Канберры.«Я просто взял с собой магнит и ручную линзу», — говорит он. «Они повсюду». Конечно же, они поплыли к Южному полюсу. Они развили цепочки магнетита, ориентированные на юг.

К тому времени Киршвинк была постдоком в Принстонском университете, работая с биологом Джеймсом Гулдом. Он также закончил пищевую цепочку животных. В 1978 году он и Гулд обнаружили магнетит в брюшке медоносных пчел. Затем, в 1979 году, в головах голубей. Без ведома Киршвинка через Атлантический океан молодой, харизматичный университет Манчестера, U.К., биолог по имени Робин Бейкер, нацелился на магнитные способности более крупных и сложных животных: британских студентов. В серии экспериментов он собрал студентов с завязанными глазами из «домашней» точки в микроавтобус шерпов, провел их по извилистой дороге в сельскую местность и спросил у них, куда по компасу они направляются домой. В «Науке» за 1980 год Бейкер сообщил нечто сверхъестественное: студенты почти всегда могли указать в квадранте дома. Когда они носили стержневой магнит в резинке своих повязок на глазах, это умение указывать было нарушено, в то время как контрольные люди, носившие латунный стержень, все еще обладали, казалось бы, магнетическим чутьем.

В более поздних вариантах Бейкер утверждал, что обнаружил у человека чувство компаса в экспериментах по «прогулке», в которых испытуемые указывали домой после того, как их вели по извилистому маршруту; и эксперименты со стулом, в которых их просили указать стороны света после вращения. Бейкер провел некоторые из своих экспериментов для прямой трансляции, а некоторые из своих результатов он объявил перед рецензированием в книгах и научно-популярных журналах — чутье на драматизм, которое неправильно истолковало других ученых.

В электронном письме Бейкер говорит, что его U.С. аналоги. Киршвинк и Гулд были среди скептиков. В 1981 году они пригласили Бейкера в Принстон, чтобы дать шанс провести эксперименты — одна остановка во время тура по воспроизводимости результатов по нескольким кампусам США на северо-востоке. В Принстоне и других местах попытки репликации не увенчались успехом. После того, как Бейкер в 1983 году в своей статье Nature заявил, что кости пазух человека обладают магнитными свойствами, Киршвинк показал, что результаты были вызваны загрязнением. В 1985 году Киршвинку не удалось воспроизвести версию эксперимента со стулом.

Хотя манчестерские эксперименты омрачили магниторецепцию человека, Киршвинк незаметно принял мантию Бейкера, проводя эксперименты на людях на стороне в течение 30 лет. Он никогда не переставал запускать студентов через перчатку магнитных катушек и экспериментальных протоколов. «Раздражало то, что [наши] эксперименты не были отрицательными», — говорит он. «Но изо дня в день мы не могли их воспроизвести».

Теперь, благодаря гранту в размере 900 000 долларов от Human Frontier Science Program, Киршвинк; Синсуке Симодзё, психофизик Калифорнийского технологического института и эксперт по ЭЭГ; и Аюму Матани, нейроинженер из Токийского университета, делают все возможное, чтобы проверить утверждения Бейкера.

Бейкер находит ироничным то, что его бывший антагонист теперь возглавляет атаку магниторецепции человека. «У Джо, вероятно, для этого больше возможностей, чем у большинства», — пишет он. Что касается того, считает ли он, что его результаты по-прежнему указывают на что-то реальное, Бейкер говорит, что «у меня нет и тени сомнения: люди могут обнаруживать и использовать магнитное поле Земли».

Центр притяжения

Исследователи проверяют людей на подсознательное магнитное чутье, помещая их в темный металлический ящик и применяя магнитные поля.

К. Бикель / Наука

По соседству с магнетической лабораторией Киршвинка находится комната, где он тестирует своих людей. В нем находится коробка из тонкого алюминиевого сайдинга, известная как клетка Фарадея, достаточно большая, чтобы вместить испытуемого. Его роль состоит в том, чтобы отсеивать электромагнитный шум — от компьютеров, лифтов и даже радиопередач, — которые могут помешать эксперименту.«Клетка Фарадея — ключ к успеху», — говорит Киршвинк. «Только в последние несколько лет, после того, как мы установили проклятый щит Фарадея, мы подумали:« Подожди минутку »».

Киршвинк добавил его после того, как эксперимент, проведенный одним из коллег Винкльхофера из Ольденбурга, Хенриком Моуритсеном, показал, что электромагнитный шум мешает европейским малиновкам ориентироваться в магнитном поле. По словам Киршвинка, паразитные поля, вероятно, повлияют на любой человеческий компас, а шум наиболее разрушителен в полосе частот, перекрывающейся с радиопередачами AM.Это могло объяснить, почему эксперименты Бейкера увенчались успехом в Манчестере, где в то время не было сильных AM-радиостанций. Однако северо-восток США сделал это, что может объяснить, почему тамошние ученые не смогли воспроизвести результаты.

В нынешней установке клетка Фарадея выстлана квадратами катушек из проволоки, называемых катушками Мерритта. Электричество, передаваемое через катушки, индуцирует однородное магнитное поле, проходящее через центр коробки. Поскольку катушки расположены в трех перпендикулярных направлениях, экспериментаторы могут контролировать ориентацию поля.Магнитометр для проверки напряженности поля болтается над деревянным стулом, в котором все железосодержащие части заменены немагнитными латунными винтами и алюминиевыми скобами.

Идея Киршвинка, Шимоджо и Матани состоит в том, чтобы применить вращающееся магнитное поле, аналогичное по силе земному, и проверить записи ЭЭГ на предмет реакции мозга. Его обнаружение не выявит самих магнито-рецепторов, но докажет, что такое чувство существует, без необходимости интерпретировать часто неоднозначное поведение человека.«Это действительно фантастическая идея, — говорит Винкльхофер. «Мне интересно, почему никто не пробовал это раньше».

Эксперименты начались в конце 2014 года. Киршвинк был человеком №1. №19 — Мацуда, взятый напрокат из лаборатории Матани, которая повторяет эксперимент в Токио с аналогичной установкой. Мацуда подписывает форму согласия, и техник ведет в ящик, который несет провода ЭЭГ, как шлейф свадебной фаты. «Готовы ли мы начать?» — спрашивает техник, вставив электроды.Мацуда мрачно кивает. «Хорошо, я закрою коробку». Он опускает алюминиевую заслонку, выключает свет и закрывает дверь. В коробку записан гнусавый хриплый голос Киршвинка. «Не засыпай, — говорит он.

Мацуда будет сидеть в ящике в течение часа в полной темноте, пока автоматическая программа проходит восемь различных тестов. В половине из них магнитное поле примерно такой же силы, как у Земли, медленно вращается вокруг головы объекта. В других катушки Мерритта настроены так, чтобы нейтрализовать индуцированное поле, так что действует только естественный магнетизм Земли.Эти тесты рандомизированы, поэтому ни экспериментатор, ни испытуемый не знают, что есть что.

Каждые несколько лет Королевский институт навигации (RIN) в Соединенном Королевстве проводит конференцию, на которую съезжаются практически все исследователи в области навигации животных. На конференциях прошлых лет основное внимание уделялось навигации по солнцу, луне или звездам — ​​или по звуку и запаху. Но на встрече этого года в апреле в Ройал Холлоуэй, Лондонский университет, магниторецепция доминировала в повестке дня. Были представлены доказательства магниторецепции у тараканов и ядовитых лягушек.Питер Хор, физик-химик из Оксфордского университета в Соединенном Королевстве, представил работу, показывающую, как квантовое поведение криптохромной системы может сделать ее более точной, чем предполагали лабораторные эксперименты. Джан Се, биофизик из Пекинского университета, настаивал на своем спорном заявлении о том, что в сетчатке дрозофилы он обнаружил комплекс структур магнитного железа, окруженный криптохромными белками, который является долгожданным магниторецептором.

Затем, во время последнего выступления первого дня, Киршвинк поднялся на подиум, чтобы сообщить свои потенциально революционные новости.Это была небольшая выборка — всего две дюжины людей, — но его подвальный аппарат давал стабильный, повторяемый эффект. Когда магнитное поле вращалось против часовой стрелки — эквивалент объекта, смотрящего вправо, — наблюдалось резкое падение α-волн. Подавление α-волн в мире ЭЭГ связано с обработкой данных в мозге: набор нейронов срабатывает в ответ на магнитное поле, единственную изменяющуюся переменную. Нейронный ответ был задержан на несколько сотен миллисекунд, и Киршвинк говорит, что задержка предполагает активный ответ мозга.Магнитное поле может индуцировать в мозгу электрические токи, которые могут имитировать сигнал ЭЭГ, но они проявляются немедленно.

Киршвинк также обнаружил сигнал, когда прикладываемое поле уходило в пол, как если бы объект смотрел вверх. Он не понимает, почему сигнал α-волны возник с изменениями вверх-вниз и против часовой стрелки, но не наоборот, хотя он принимает это как знак полярности магнитного компаса человека. «Моя беседа прошла * действительно * хорошо», — радостно написал он впоследствии в электронном письме.»Успешно справился. У людей есть функционирующие магниторецепторы ».

Другие участники беседы ответили сдержанно: удивительно, если это правда. «Это такие вещи, которые трудно оценить из 12-минутного выступления», — говорит Ломанн. «Дьявол всегда кроется в деталях». Хор говорит: «Джо очень умный человек и очень осторожный экспериментатор. Он бы не стал говорить об этом в RIN, если бы не был полностью уверен в своей правоте. И нельзя сказать это обо всех ученых в этой области ».

Два месяца спустя, в июне, Киршвинк находится в Японии, обрабатывает данные и выявляет экспериментальные различия с группой Матани.«Алиса в стране чудес, в кроличью нору, вот каково это», — говорит он. Матани использует аналогичную экранированную установку, за исключением того, что его клетка и катушки меньше — достаточно большие, чтобы охватить головы субъектов, которые должны лежать на спине. Тем не менее, эта команда тоже начинает видеть повторяющиеся эффекты ЭЭГ. «Это абсолютно воспроизводимо даже в Токио», — говорит Киршвинк. «Двери открываются».

Поиски Киршвинка, которые длились всю жизнь, похоже, находятся на пороге решения, но это также похоже на начало.Коллега из Новой Зеландии говорит, что он готов повторить эксперимент в Южном полушарии, и Киршвинку нужны деньги на передвижную клетку Фарадея, которую он мог бы доставить к магнитному экватору. Есть документы, которые нужно писать, и новые предметы, которые нужно набирать. Подобно тому, как результаты Бейкера годами рикошетили в исследовательском сообществе, Киршвинк знает, что путь к принятию его идеи долог и труден.

Но ему доставляет удовольствие мысль показать раз и навсегда, что есть что-то, что связывает iPhone в его кармане — электромагнитные законы, управляющие устройствами и определяющие современность, — с чем-то глубоко внутри него и с древом жизни.«Это часть нашей эволюционной истории. Магниторецепция может быть основным смыслом ».

1 Введение | Возможности в науке о сильном магнитном поле

проводник к следующему — это напряженность поля, при которой происходит гашение, то есть критическое поле, и, следовательно, самое высокое поле, которое материал может создать, когда он формируется в магнит.

Только в 1961 году были обнаружены материалы, которые остаются сверхпроводящими в полях, достаточно сильных, чтобы представлять интерес для разработчиков магнитов, и с тех пор использование этих материалов для изготовления магнитов резко возросло.Трудно оценить количество сверхпроводящих магнитов, используемых в приборах в лабораториях и больницах по всему миру, но представитель отрасли сообщил комитету, что ежегодно производители продают около 2000 инструментов МРТ и примерно 500 спектрометров ЯМР. Эти инструменты содержат сверхпроводящие магниты, общая стоимость которых составляет миллиарды долларов. Другие области, в которых сверхпроводящие магниты широко используются, — это физика высоких энергий и исследования термоядерного синтеза. Спрос на сверхпроводящий провод, подходящий для высокоэффективных магнитов, чрезвычайно вырос в связи со строительством Большого адронного коллайдера (LHC) в ЦЕРНе и будет расти еще больше, когда начнется строительство Международного термоядерного экспериментального реактора (ITER).

Как объясняется в основной части этого отчета, создание магнитов из сверхпроводящего провода — это сложное искусство. Характеристики всех таких магнитов ограничены свойствами сверхпроводников, из которых они сделаны, особенно их критическими полями. Механическая прочность и технологичность также являются важными вопросами. Несмотря на эти проблемы, максимальная напряженность полей, создаваемых сверхпроводящими магнитами, постепенно увеличилась примерно до 25 Тл. Гибридные магниты, которые состоят из резистивного соленоида внутри сверхпроводящего соленоида, могут создавать значительно более высокие магнитные поля постоянного тока (около 45 Тл), но конечно, они постоянно потребляют электроэнергию и выделяют тепло в своих нормальных проводящих секциях.

В 1986 году были обнаружены материалы, которые обладают сверхпроводимостью при температурах до 130 К, что намного выше, чем наивысшая температура, достигаемая ранее известными сверхпроводящими материалами (около 23 К). Эти высокотемпературные сверхпроводники представляют собой керамические оксиды меди, которые по своей природе имеют слабые связи на внутренних границах зерен, что делает изготовление из них магнитов чрезвычайно трудным. Однако они очень интересны разработчикам магнитов, потому что их критические поля намного выше, чем у любого из сверхпроводников, обычно используемых в настоящее время для изготовления магнитов.Технические проблемы, которые они создают, решаются, поэтому напряженность поля, которую можно получить с помощью сверхпроводящих магнитов, вероятно, значительно увеличится в ближайшие несколько лет.

Резистивные магниты могут генерировать поля с напряженностью более 45 Тл, но только на короткое время. NHMFL имеет магниты, которые генерируют поля примерно 60 Тл за десятые доли секунды, 65 Тл за сотые доли секунды или примерно 200 Тл за миллисекунды. Если допустимо частичное или полное разрушение инструмента, поля хорошо

11.2: Магнетизм и его исторические открытия

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Объясните притяжение и отталкивание магнитами
  • Опишите исторические и современные применения магнетизма

Магнетизм был известен со времен древних греков, но он всегда был немного загадочным. Вы можете увидеть электричество в вспышке молнии, но когда стрелка компаса указывает на магнитный север, вы не можете увидеть никакой силы, заставляющей его вращаться.Люди узнали о магнитных свойствах постепенно, на протяжении многих лет, прежде чем несколько физиков девятнадцатого века соединили магнетизм с электричеством. В этом разделе мы рассмотрим основные идеи магнетизма и опишем, как они вписываются в картину магнитного поля.

Краткая история магнетизма

Магниты обычно встречаются в повседневных предметах, таких как игрушки, вешалки, лифты, дверные звонки и компьютерные устройства. Эксперименты с этими магнитами показывают, что все магниты имеют два полюса: один обозначен северным (N), а другой — южным (S).Магнитные полюса отталкиваются, если они похожи (оба N или оба S), они притягиваются, если они противоположны (один N и другой S), и оба полюса магнита притягивают немагнитные куски железа. Здесь важно отметить, что нельзя изолировать отдельный магнитный полюс. Каждый кусок магнита, независимо от его размера, который содержит северный полюс, должен также содержать южный полюс.

Примечание

Посетите этот веб-сайт для интерактивной демонстрации северного и южного магнитных полюсов.

Примером магнита является стрелка компаса .Это просто тонкий стержневой магнит, подвешенный в его центре, поэтому он может свободно вращаться в горизонтальной плоскости. Сама Земля также действует как очень большой стержневой магнит с южным полюсом рядом с географическим Северным полюсом (рис. \ (\ PageIndex {1} \)). Северный полюс компаса притягивается к географическому Северному полюсу Земли, потому что магнитный полюс, который находится рядом с географическим Северным полюсом, на самом деле является южным магнитным полюсом. Путаница возникает из-за того, что географический термин «Северный полюс» стал использоваться (неправильно) для обозначения магнитного полюса, который находится около Северного полюса.Таким образом, «северный магнитный полюс » на самом деле неправильное название — его следует называть южным магнитным полюсом . [Обратите внимание, что ориентация магнитного поля Земли непостоянна, а меняется («переворачивается») через длительные промежутки времени. В конце концов, северный магнитный полюс Земли может оказаться рядом с ее географическим Северным полюсом.]

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Северный полюс стрелки компаса указывает на южный полюс магнита, именно так современное магнитное поле ориентировано изнутри Земли.Он также указывает на географический Северный полюс Земли, потому что географический Северный полюс находится рядом с южным магнитным полюсом.

Еще в 1819 году датский физик Ханс Эрстед проводил демонстрацию лекций для некоторых студентов и заметил, что стрелка компаса двигалась всякий раз, когда в ближайшем проводе протекал ток. Дальнейшие исследования этого явления убедили Эрстеда в том, что электрический ток каким-то образом может вызывать магнитную силу. Он сообщил об этом открытии на заседании Французской академии наук в 1820 году.

Вскоре после этого отчета исследования Эрстеда были повторены и расширены другими учеными. Среди тех, чьи работы были особенно важны, были Жан-Батист Био и Феликс Савар , которые исследовали силы, действующие на магниты токами; Андре Мари Ампер , который изучал силы, действующие одним током на другой; Франсуа Араго , который обнаружил, что железо может быть намагничено током; и Хамфри Дэви , который обнаружил, что магнит оказывает силу на провод, по которому проходит электрический ток.Через 10 лет после открытия Эрстеда Майкл Фарадей обнаружил, что относительное движение магнита и металлической проволоки индуцирует ток в проволоке. Это открытие показало не только то, что ток обладает магнитным эффектом, но и то, что магнит может генерировать электрический ток. Позже вы увидите, что имена Био, Савара, Ампера и Фарадея связаны с некоторыми фундаментальными законами электромагнетизма.

Свидетельства этих различных экспериментов привели Ампера к предположению, что электрический ток является источником всех магнитных явлений.Чтобы объяснить постоянные магниты, он предположил, что материя содержит микроскопические токовые петли, которые каким-то образом выравниваются, когда материал намагничивается. Сегодня мы знаем, что постоянные магниты на самом деле создаются выравниванием вращающихся электронов, ситуация очень похожа на ту, что предложила Ампер. Эта модель постоянных магнитов была разработана Ампером почти за столетие до того, как стала понятна атомарная природа материи. (Для полной квантово-механической обработки магнитных спинов см. Квантовая механика и структура атома.)

Современные приложения магнетизма

Сегодня магнетизм играет в нашей жизни много важных ролей. Понимание физиками магнетизма позволило разработать технологии, влияющие как на людей, так и на общество. Электронный планшет в сумочке или рюкзаке, например, был бы невозможен без применения магнетизма и электричества в малых масштабах (рис. \ (\ PageIndex {2} \)). Было обнаружено, что слабые изменения магнитного поля в тонкой пленке из железа и хрома вызывают гораздо большие изменения сопротивления, называемые гигантским магнитосопротивлением .Затем информация может быть записана магнитным способом в зависимости от направления намагничивания слоя железа. В результате открытия гигантского магнитосопротивления и его применения в цифровой памяти Нобелевская премия по физике 2007 года была присуждена Альберту Ферту из Франции и Питеру Грюнбергу из Германии.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Инженерные технологии, такие как компьютерные хранилища, были бы невозможны без глубокого понимания магнетизма. (кредит: Клаус Эйферт)

Все электродвигатели, которые используются в самых разных областях, например, для питания холодильников, запуска автомобилей и движущихся лифтов, содержат магниты.Генераторы, производящие гидроэлектроэнергию или велосипедные фары, используют магнитные поля. На предприятиях по переработке железа используются магниты, чтобы отделить железо от других отходов. Исследования использования магнитного удержания термоядерного синтеза в качестве источника энергии будущего продолжаются уже несколько лет. Магнитно-резонансная томография (МРТ) стала важным диагностическим инструментом в области медицины, а использование магнетизма для изучения активности мозга является предметом современных исследований и разработок. В список приложений также входят компьютерные жесткие диски, магнитофонная запись, обнаружение вдыхаемого асбеста и левитация высокоскоростных поездов.Магнетизм участвует в структуре уровней энергии атомов, а также в движении космических лучей и заряженных частиц, захваченных поясами Ван Аллена вокруг Земли. И снова мы видим, что все эти разрозненные явления связаны небольшим количеством основных физических принципов.

Авторы и авторство

Сэмюэл Дж. Линг (Государственный университет Трумэна), Джефф Санни (Университет Лойола Мэримаунт) и Билл Мобс со многими авторами. Эта работа лицензирована OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (by 4.0).

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 убедительных 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 возбуждают 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 породило.

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 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 зародилась жизнь на Земле. 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. Когда 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 камни на том же обнажении Джека Хиллз и из этих образцов извлекли 3754 зерна циркона, каждое около 150 микрометров в длину — это примерно ширина 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 исследовала 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.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.