Co wytwarza pole magnetyczne Ziemi. Jak powstaje pole magnetyczne Ziemi?

Pole magnetyczne Ziemi jest podobne do pola magnetycznego gigantycznego magnesu trwałego, nachylonego pod kątem 11 stopni do osi obrotu. Ale jest tu pewien niuans, którego istota polega na tym, że temperatura Curie dla żelaza wynosi zaledwie 770°C, podczas gdy temperatura żelaznego jądra Ziemi jest znacznie wyższa i tylko na jej powierzchni wynosi około 6000°C. W takiej temperaturze nasz magnes nie byłby w stanie utrzymać namagnesowania. Oznacza to, że skoro rdzeń naszej planety nie jest magnetyczny, magnetyzm ziemski ma inną naturę. Skąd więc bierze się pole magnetyczne Ziemi?

Jak wiadomo, pola magnetyczne otaczają prądy elektryczne, więc istnieją podstawy, aby przypuszczać, że prądy krążące w rdzeniu roztopionego metalu są źródłem ziemskiego pola magnetycznego. Kształt pola magnetycznego Ziemi jest rzeczywiście podobny do pola magnetycznego cewki przewodzącej prąd.

Wielkość pola magnetycznego mierzona na powierzchni Ziemi wynosi około pół gaussa, podczas gdy linie pola wydają się opuszczać planetę od bieguna południowego i wchodzić na jej biegun północny. Jednocześnie na całej powierzchni planety indukcja magnetyczna waha się od 0,3 do 0,6 Gaussa.

W praktyce obecność pola magnetycznego na Ziemi tłumaczy się efektem dynama wynikającym z prądu krążącego w jej rdzeniu, jednak to pole magnetyczne nie zawsze ma stały kierunek. Próbki skał pobrane w tych samych miejscach, lecz różniące się wiekiem, różnią się kierunkiem namagnesowania. Geolodzy podają, że w ciągu ostatnich 71 milionów lat ziemskie pole magnetyczne obróciło się 171 razy!

Chociaż efekt dynama nie został szczegółowo zbadany, rotacja Ziemi z pewnością odgrywa ważną rolę w wytwarzaniu prądów, które uważa się za źródło ziemskiego pola magnetycznego.

Sonda Mariner 2, która badała Wenus, odkryła, że ​​Wenus nie ma takiego pola magnetycznego, chociaż jej rdzeń, podobnie jak rdzeń Ziemi, zawiera wystarczającą ilość żelaza.

Odpowiedź jest taka, że ​​okres obrotu Wenus wokół własnej osi wynosi na Ziemi 243 dni, czyli generator dynama Wenus obraca się 243 razy wolniej, a to nie wystarczy, aby wywołać prawdziwy efekt dynama.

Wchodząc w interakcję z cząsteczkami wiatru słonecznego, ziemskie pole magnetyczne stwarza warunki do pojawienia się tzw. zórz polarnych w pobliżu biegunów.

Północna strona igły kompasu to magnetyczny biegun północny, który jest zawsze zorientowany w stronę geograficznego bieguna północnego, który praktycznie jest magnetycznym biegunem południowym. W końcu, jak wiadomo, przeciwne bieguny magnetyczne przyciągają się.

Jednak proste pytanie brzmi: „skąd Ziemia uzyskuje swoje pole magnetyczne?” – nadal nie ma jasnej odpowiedzi. Wiadomo, że powstawanie pola magnetycznego wiąże się z obrotem planety wokół własnej osi, gdyż Wenus, mając podobny skład jądra, ale obracając się 243 razy wolniej, nie posiada mierzalnego pola magnetycznego.

Wydaje się prawdopodobne, że z obrotu cieczy metalicznego rdzenia, który stanowi główną część tego rdzenia, powstaje obraz wirującego przewodnika, tworzącego efekt dynama i działającego jak generator elektryczny.

Konwekcja w cieczy zewnętrznej części jądra prowadzi do jego cyrkulacji względem Ziemi. Oznacza to, że materiał przewodzący prąd elektryczny porusza się względem pola magnetycznego. Jeśli zostanie naładowany w wyniku tarcia między warstwami rdzenia, wówczas działanie cewki z prądem jest całkiem możliwe. Taki prąd jest w stanie utrzymać pole magnetyczne Ziemi. Wielkoskalowe modele komputerowe potwierdzają prawdziwość tej teorii.

W latach pięćdziesiątych XX wieku, w ramach strategii zimnej wojny, statki Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych holowały czułe magnetometry po dnie oceanu, szukając sposobu na wykrycie radzieckich łodzi podwodnych. Podczas obserwacji okazało się, że pole magnetyczne Ziemi oscyluje w granicach 10% w stosunku do magnetyzmu samych skał dna morskiego, które miały przeciwny kierunek namagnesowania. W rezultacie powstał obraz odwrócenia, które miało miejsce aż do 4 milionów lat temu, obliczono to archeologiczną metodą potasowo-argonową.

Andriej Powny

Zespół naukowców pod przewodnictwem Simona Anzelliniego dokonał nowego odkrycia. Podczas niektórych eksperymentów ustalili nowe właściwości stałej części jądra Ziemi

Naukowcy odkryli, że żelazne jądro Ziemi nagrzewa się do 6 tysięcy stopni Celsjusza, a ta informacja jest o tysiąc stopni wyższa niż wcześniej sądzono. I ten fakt pozwala nam teraz zrozumieć naturę pola magnetycznego naszej planety.

Simon Ancellin, członek francuskiego Komisariatu Energii Atomowej w Grenoble i jego współpracownicy byli w stanie obliczyć temperaturę żelaznego jądra Ziemi, obserwując zachowanie żelaza pod ultrawysokim ciśnieniem.

Grupa naukowców wykorzystała własną metodę do określenia właściwości żelaza. Kawałek żelaza umieszczono w kowadle diamentowym i sprasowano pod ciśnieniem 2,2 miliona atmosfer, a następnie podgrzano wiązką lasera do temperatury 4,5 tys. stopni Celsjusza.

Eksperyment przeprowadzono w celu uzyskania danych, które pomogą naukowcom określić temperaturę stałej części jądra Ziemi, w której ciśnienie sięga 3,3 miliona atmosfer. Ku zaskoczeniu naukowców temperatura w jądrze osiągnęła 6-6,5 tys. stopni Celsjusza, co przekracza wcześniejsze przewidywania o tysiąc stopni. Jak twierdzą naukowcy, nowe odkrycie dobrze wpisuje się w ogólną wiedzę naukowców na temat natury i struktury planety. I pozwala nam wyjaśnić przyczynę ziemskiego pola magnetycznego.

Źródło pola magnetycznego Ziemi

Historia badań zagadnienia magnetyzmu ziemskiego rozpoczyna się w roku 1600, kiedy to ukazała się praca Williama Gilberta, nadwornego lekarza angielskiej królowej Elżbiety I, zatytułowana „O magnesie, ciałach magnetycznych i wielkim magnesie”. - Ziemia." Istota pracy polega na tym, że naukowiec dochodzi do wniosku, że Ziemia jest dużym magnesem dipolowym.

Do XVII wieku praca ta była głównym dziełem dotyczącym geomagnetyzmu. Od XVII do XX wieku zaczęto prowadzić wiele badań i obserwacji, które doprowadziły naukowców do nowych wniosków i właściwości. W tym czasie celebrowana jest praca takich naukowców jak Halley Halley, Alexander von Humboldt, Joseph Gay-Lussac, James Maxwell, Carl Gauss.

Dość znaczące jest ukształtowanie się teorii elektromagnetyzmu przez Maxwella w latach 70. XIX wieku. Z jego równań wynika, że ​​pole magnetyczne tworzy prąd elektryczny. W konsekwencji prowadzi to do równoważności zamkniętych prądów elementarnych i dipoli magnetycznych, których moment nazywany jest także momentem magnetycznym prądu. Po dodaniu wielkości te tworzą, powiedzmy, pole magnetyczne cylindrycznego magnesu, które jest w przybliżeniu równe polu solenoidu o tej samej długości i tym samym przekroju.

Ale w tej chwili nie było jasnego pojęcia, skąd pochodzi pole magnetyczne Ziemi. Współczesne prace naukowe na temat natury geomagnetyzmu wskazują, co następuje: „Teraz, przechodząc do „wielkiego magnesu”, sprawa na pierwszy rzut oka nie jest taka trudna: znaleźć w środku planety obecne układy o wymaganej konfiguracji i siłach, które tworzą pole na powierzchni Ziemi, którego strukturę dobrze poznaliśmy. Kiedy udamy się w stronę Ziemi, wówczas, mijając skorupę, górny i dolny płaszcz, dotrzemy do ogromnego płynnego jądra, tzw. którego istnienie ustalił w połowie XX wieku Harold Jeffreys z Uniwersytetu w Cambridge. Rzeczywisty stan ciekły dużej części jądra pozwala na wyciągnięcie wniosku na temat mechanizmu wytwarzania pola geomagnetycznego. Chodzi o to, że jest to magnes trwały pole Ziemi tworzą prądy elektryczne powstające podczas ruchu płynu przewodzącego w jądrze. Inna teoria na ten temat nie została jeszcze wynaleziona.

Kiedy pójdziemy dalej i spróbujemy zrozumieć istotę procesów wytwarzania ziemskiego pola geomagnetycznego, wówczas przyszedł czas na wykorzystanie w tym celu mechanizmu dynama. Krótko mówiąc, założymy, że powstawanie pola magnetycznego w zewnętrznym płynnym jądrze Ziemi odbywa się w taki sam sposób, jak w dynamo samowzbudnym, gdzie cewka drutów obraca się w zewnętrznym polu magnetycznym. W konsekwencji, w wyniku indukcji elektromagnetycznej, w cewce powstaje prąd elektryczny, który tworzy własne pole magnetyczne. Zwiększa zewnętrzne pole magnetyczne, a także zwiększa się prąd w cewce.

Naturalnie płynne jądro planety nie jest dynamem. Ale kiedy w przewodniku cieczy pojawia się konwekcja cieplna, powstaje pewien system przepływów cieczy przewodzącej prąd elektryczny, który jest zgodny z ruchem przewodnika. Nie byłoby rażącym przemocą wobec natury Założenie istnienia pewnych zalążkowych pól magnetycznych w jądrze. W konsekwencji, jeśli przewodnik cieczy podczas swego względnego ruchu przetnie linie sił tych pól, wówczas powstaje w nim prąd elektryczny, tworząc pole magnetyczne, które zwiększa zewnętrzne pole zarodkowe, a to z kolei zwiększa prąd elektryczny i tak dalej, jak w piosence o papieżu i jego psie, którzy beztrosko zjedli kawałek mięsa. Proces ten będzie trwał do momentu ustalenia się stacjonarnego pola magnetycznego, kiedy różne procesy dynamiczne równoważą się nawzajem.”

Ziemskie pole magnetyczne jest energią przyszłości

Ci, którzy interesują się historią nauki i technologii, z pewnością wiedzą o samochodzie elektrycznym Tesli. Jak podają przekazy historiograficzne, samochód ten poruszał się dzięki silnikowi elektrycznemu, a energię czerpał z otaczającej go przestrzeni. Twórcy systemów kosmicznych od dawna próbują znaleźć ich praktyczne zastosowanie.

Nad tym problemem pracuje rosyjski naukowiec, kandydat nauk fizycznych i matematycznych Jewgienij Timofiejew, pracownik RSC Energia. Udało mu się już stworzyć prototyp takiego generatora, który generowałby energię z ziemskiego pola magnetycznego. Generator działa w ten sposób: po uruchomieniu urządzenia czuły woltomierz rejestruje wystąpienie siły elektromotorycznej w obwodzie. Wynalazca wyjaśnia, że ​​sposób działania urządzenia opiera się na przecięciu ziemskiego pola magnetycznego z solenoidem, którego część uzwojenia jest chroniona osłoną magnetyczną.

Jak stwierdza naukowiec, w zakresie praktycznego wykorzystania energii światła słonecznego ludzkość jest już znacznie dalej do przodu niż wykorzystanie ziemskiego pola magnetycznego. Pod pewnymi względami jesteśmy na tym samym poziomie, na którym Tesla była 75 lat temu.

Takie zjawisko jak magnetyzm jest znane ludzkości od bardzo dawna. Swoją nazwę wzięła od miasta Magnetia, które znajduje się w Azji Mniejszej. To właśnie tam odkryto ogromne ilości rudy żelaza. Pierwsze wzmianki o unikatach znajdziemy w dziełach Tytusa Lukrecjusza Cary, który pisał o tym w wierszu „O naturze rzeczy”, mniej więcej w I wieku p.n.e.

Już w starożytności ludzie wykorzystywali wyjątkowe właściwości rudy żelaza. Jednym z najpowszechniejszych urządzeń, których działanie opierało się na przyciąganiu metali, był kompas. Teraz bardzo trudno wyobrazić sobie różne gałęzie przemysłu, które nie korzystałyby z prostych magnesów i elektromagnesów.

Pole magnetyczne Ziemi to obszar wokół planety, który chroni ją przed szkodliwym działaniem promieniowania radioaktywnego. Naukowcy wciąż spierają się o pochodzenie tego pola. Jednak większość z nich wierzy, że powstało dzięki temu, że Centrum naszej planety posiada płynny składnik zewnętrzny i stały składnik wewnętrzny. Podczas obrotu porusza się płynna część rdzenia, poruszają się naładowane cząstki elektryczne i powstaje tzw. Pole magnetyczne.

Pole magnetyczne Ziemi nazywane jest także magnetosferą. Pojęcie „magnetyzmu” jest wszechstronną i globalną właściwością natury. W tej chwili nie jest możliwe stworzenie całkowicie kompletnej teorii grawitacji słonecznej i ziemskiej, ale nauka już próbuje zrozumieć wiele rzeczy i udaje jej się dać całkiem przekonujące wyjaśnienia różnych aspektów tego złożonego zjawiska.

Ostatnio naukowcy i zwykli obywatele byli bardzo zaniepokojeni faktem, że ziemskie pole magnetyczne stopniowo słabnie. Udowodniono naukowo, że w ciągu ostatnich 170 lat pole magnetyczne stale słabło. Daje to do myślenia, ponieważ jest to pewnego rodzaju tarcza, która chroni Ziemię i dziką przyrodę przed strasznymi skutkami promieniowania promieni słonecznych. opiera się przepływowi wszystkich takich cząstek, które lecą w kierunku biegunów. Wszystkie te przepływy pozostają w górnych warstwach atmosfery na biegunach, tworząc cudowne zjawisko - zorzę polarną.

Jeśli pole magnetyczne Ziemi nagle zniknie lub znacznie osłabnie, wówczas wszystko na planecie znajdzie się pod bezpośrednim wpływem promieniowania kosmicznego i słonecznego. To z kolei doprowadzi do chorób popromiennych i uszkodzeń wszystkich żywych organizmów. Konsekwencją takiej katastrofy będą straszliwe mutacje lub całkowita śmierć. Ku naszej wielkiej uldze taki rozwój sytuacji jest mało prawdopodobny.

Paleomagnetolodzy byli w stanie dostarczyć dość wiarygodne dane, że pole magnetyczne stale oscyluje, a okres takich oscylacji jest zmienny. Sporządzili także przybliżoną krzywą fluktuacji pola i odkryli, że w tej chwili pole znajduje się w pozycji malejącej i będzie się zmniejszać przez kolejne kilka tysięcy lat. Potem zacznie się ponownie nasilać w ciągu 4 tysięcy lat. Ostatnia maksymalna wartość przyciągania pola magnetycznego wystąpiła na początku obecnej ery. Przyczyny takiej niestabilności są przedstawiane na różne sposoby, ale nie ma konkretnej teorii na ten temat.

Od dawna wiadomo, że wiele pól magnetycznych ma negatywny wpływ na organizmy żywe. Na przykład eksperymenty przeprowadzone na zwierzętach wykazały, że zewnętrzne pole magnetyczne może opóźniać rozwój, spowalniać wzrost komórek, a nawet zmieniać skład krwi. Dlatego prowadzą do pogorszenia stanu zdrowia osób zależnych od pogody.

Dla człowieka bezpieczne pole magnetyczne Ziemi to pole o wartości natężenia nie większej niż 700 oerstedów. Warto zauważyć, że nie mówimy o samym polu magnetycznym Ziemi, ale o polach elektromagnetycznych, które powstają podczas pracy dowolnego urządzenia radiowego i elektrycznego.

Fizyczna strona procesu oddziaływania ziemskiego pola magnetycznego na człowieka wciąż nie jest do końca jasna. Udało nam się jednak dowiedzieć, że wpływa to na rośliny: kiełkowanie i dalszy wzrost nasion zależą bezpośrednio od ich początkowej orientacji w stosunku do pola magnetycznego. Co więcej, jego zmiana może przyspieszyć lub spowolnić rozwój rośliny. Całkiem możliwe, że kiedyś ta nieruchomość będzie wykorzystywana w rolnictwie.

Ziemia jest siłą przyciągania. Różni się w niektórych miejscach, ale średnia wynosi 0,5 oersteda. W niektórych miejscach (w tzw. napięciu wzrasta do 2E.

Opis bibliograficzny: Korobko P. I., Frolova V. M., Lobanov I. A., Titova N. A., Panshina S. G., Panshin E. A. Wykorzystanie ziemskiego pola magnetycznego w rozwiązywaniu problemów na Dalekiej Północy // Młody naukowiec. 2016. Nr 5. s. 62-68..06.2019).



W przypadku większości terytoriów Dalekiej Północy jedyną możliwą metodą transportu jest samolot. Komunikacja morska w letnim sezonie żeglugowym wykorzystywana jest wyłącznie do dostaw towarów. Nie ma obsługi pasażerów ze względu na dużą długość szlaków morskich. Z „lądem” w zasadzie nie ma połączeń kolejowych ani drogowych.

Kolejnym bardzo palącym problemem na Dalekiej Północy jest energia. O ile w innych cieplejszych rejonach kraju problemy energetyczne zostaną skutecznie rozwiązane poprzez eksploatację elektrowni wodnych, to na terenach przylegających do wybrzeży Oceanu Arktycznego taka opcja traci swoje zalety (ze względu na zamarzanie rzek w zimie), a w w niektórych miejscach jest to niewykonalne ze względu na zbyt małą różnicę wysokości (niezbędną do pracy hydroelektrowni).

Budowa elektrowni na paliwa kopalne w warunkach klimatu polarnego i wiecznej zmarzliny jest ekonomicznie nieuzasadniona, okres ich zwrotu jest zbyt długi, ponadto złoża ropy i gazu mogą być zlokalizowane w znacznej odległości od miejsc zapotrzebowania na energię elektryczną. W ten sposób paliwo transportowane jest do wielu obszarów przybrzeżnych drogą morską.

Oczywistym jest, że uzależnienie regionu od okresowych dostaw paliw oraz od nieregularnego ruchu pasażerskiego i towarowego nie pozwala na pełny rozwój regionów. W artykule zaproponowano rozwiązanie techniczne komunikacji transportowej pomiędzy osadami Salechard – Anadyr, a także metody pozyskiwania energii bezpośrednio w obszarach potrzebujących, co otworzy nowe perspektywy dla rozwoju obiektów zlokalizowanych na Dalekiej Północy.

Cechy, jakie musi spełniać opracowywany pojazd:

– wykorzystanie odnawialnych, bezpiecznych, przyjaznych dla środowiska i wysokopotencjalnych źródeł energii. W tym przypadku preferowane powinno być droższe, ale działające w oparciu o zasoby odnawialne i przyjazne dla środowiska źródło energii;

– wykorzystanie najnowszych technologii i innowacyjnych rozwiązań.

W celu realizacji tego projektu przeprowadziliśmy następujące badania:

– analiza cech geograficznych i klimatycznych obszarów, przez które powinien przebiegać szlak „Anadyr – Salechard”;

– analizę transportu wykorzystywanego na obszarze proponowanej trasy;

– poszukiwanie potencjalnych odnawialnych źródeł energii.

Przed przystąpieniem do opracowywania rozwiązania technicznego komunikacji transportowej pomiędzy miejscowościami Salechard – Anadyr, przeanalizowaliśmy cechy geograficzne i klimatyczne terytoriów, przez które powinna przebiegać trasa Anadyr – Salekhard. Krótko mówiąc, możemy powiedzieć, że miasta Anadyr i Salechard znajdują się w przybliżeniu na tej samej szerokości geograficznej. Prawdopodobna trasa przebiega przez strefę polarną o klimacie subarktycznym. Terytorium to jest częścią strefy zorzy polarnej. Niewielki dopływ promieniowania słonecznego, płaski teren, otwarty na inwazję mas powietrza z Arktyki w lecie i przechłodzonych mas kontynentalnych w zimie, decydują o ostrej kontynentalności i surowości klimatu.

Wieczna zmarzlina, mnóstwo bagien, jezior i rzek. Długie zimy, krótkie chłodne lata, silne wiatry, niewielka pokrywa śnieżna - wszystko to przyczynia się do zamarzania gleby na dużą głębokość.

Analiza transportu wykorzystywanego na terenie proponowanej trasy wykazała, że ​​ze względu na niestabilną pogodę, skłonną do opadów deszczu, śniegu i silnych wiatrów, loty samolotów mogą zostać opóźnione lub całkowicie odwołane. Wiosną i jesienią w niektórych okresach samoloty w ogóle nie latają. Istniejąca komunikacja morska w okresie letniego sezonu żeglugowego wykorzystywana jest wyłącznie do dostaw towarów. Nie ma obsługi pasażerów ze względu na dużą długość szlaków morskich. Z „lądem” w zasadzie nie ma połączeń kolejowych ani drogowych.

Nasza grupa przeprowadziła analizę najnowszych osiągnięć nauki i techniki w dziedzinie transportu oraz wykorzystania nowych rodzajów energii, które można wykorzystać do realizacji projektu.

Niedawno, pod koniec ubiegłego wieku (1986), odkryto nowy typ nadprzewodnika, który nie wymagał bardzo niskich temperatur; znane wówczas nadprzewodniki – rtęć i ołów – nabywały właściwości nadprzewodzące w temperaturach do -270°C. ° C. Obecnie przewodniki ceramiczne uzyskują właściwości nadprzewodzące w temperaturach od -191°C do -183°C. Temperaturę tę można utrzymać za pomocą ciekłego azotu (tworzy się w temperaturze -195,75°C). Odkrycie to radykalnie obniżyło koszt nadprzewodników.

Odkrycie to umożliwi stworzenie potężnych supermagnesów, które utrzymają w powietrzu pojazdy takie jak pociągi.

Aby wprawić w ruch magnetyczny pociąg lewitujący, wystarczy strumień sprężonego powietrza, aby pokonać siłę oporu powietrza.

Aby jednak używać ciekłego azotu, wymagany jest sprzęt chłodniczy. Do działania urządzeń chłodniczych wymagane jest źródło energii. Gdzie mogę to dostać w tundrze? Wymagane jest źródło energii.

Szukaj źródeł energii.

Biorąc pod uwagę cechy klimatyczne i geograficzne terytorium proponowanej trasy, dowiedzieliśmy się, że trasa ta znajduje się w strefie zorzy polarnej.

Zorza polarna jest najwspanialszym zjawiskiem, jakie człowiek może zaobserwować na Ziemi. Ale zorza to nie tylko wspaniały i piękny spektakl. Jest to jedyny przejaw wpływu promieniowania słonecznego na przestrzeń przyziemną i atmosferę ziemską, jaki można dostrzec gołym okiem.

Zorza polarna to blask atmosfery ziemskiej pod wpływem strumieni cząstek słonecznych, które atakują atmosferę.

Wokół niej krążą strumienie słoneczne zbliżające się do Ziemi, ponieważ Ziemia jest chroniona przed tymi cząsteczkami przez własne pole magnetyczne. Jednakże konfiguracja pola magnetycznego Ziemi jest taka, że ​​część tych cząstek przenika do magnetosfery, a stamtąd do górnych warstw atmosfery. Posiadając dużą ilość energii, przenikając do atmosfery ziemskiej, cząstki te zderzają się z atomami i cząsteczkami górnych warstw atmosfery powodując jej świecenie.

Zorzę można porównać do Ognistego Ptaka z ludowych legend i baśni. Okazuje się, że nasi naukowcy już wymyślili, jak złapać tego Firebirda za ogon. A jeśli wykorzystamy to w tym projekcie, ożywimy unikalny wynalazek rosyjskiego fizyka N.P. Daniłkina („Instytut Geofizyki Stosowanej im. Akademika E.K. Fedorowa”. Wynalazł on unikalną metodę pozyskiwania energii elektrycznej z górnych warstw atmosfery w strefie zorzy, zwanej jonosferą.

Istota tej metody jest następująca.

Planowane jest wykorzystanie możliwości pozyskiwania energii elektrycznej z jonosfery, gdzie prądy płyną na wysokościach przekraczających 100 km nad powierzchnią Ziemi. Taka elektrownia powinna być zlokalizowana na powierzchni Ziemi i będzie pobierać energię z przestrzeni okołoziemskiej, wykorzystując do celów technicznych przemianę energii elektromagnetycznej, będącej konsekwencją działania sił o charakterze planetarnym, w prąd elektryczny. .

Okazuje się, że główne „pompowanie” energii wzdłuż łańcucha połączeń słoneczno-ziemskich następuje w wyniku rozbłysków słonecznych, którym towarzyszą burze magnetyczne. Jednak w strefie zorzy polarnej i w stanie spokoju, a tym bardziej w okresach burz magnetycznych, natężenie pola magnetycznego na powierzchni Ziemi ulega ciągłym zmianom.

Dlatego jeśli na powierzchni Ziemi zostanie umieszczony obwód jednoprzewodowy, to w takim obwodzie w okresie zmiany natężenia pola magnetycznego, zgodnie z prawami fizyki, powstaje siła elektromotoryczna, powodując przepływ prądu elektrycznego .

Całkowita moc prądów stale płynących w jonosferze Ziemi znacznie przekracza potrzeby ludzkości. Jeśli nauczysz się, jak kompetentnie technologicznie łączyć się z tymi prądami, cały proces okaże się przyjazny dla środowiska i bezpieczny.

Aby zwiększyć moc takiej elektrowni, można do tego obwodu równolegle podłączyć wymaganą liczbę obwodów.

Istnieje również sposób na zmniejszenie oporu elektrycznego obwodu poprzez wykorzystanie zjawiska nadprzewodnictwa.

Oczywiście przed budową elektrowni i położeniem wiaduktu dla magnetycznego pociągu lewitującego konieczne jest przeprowadzenie wielu poważnych obliczeń, eksperymentów i prac rozwojowych. Mimo to istnieją już fakty potwierdzające wykonalność technologiczną i potencjał takiej elektrowni. Dobrze ilustrują to na przykład wydarzenia, które miały miejsce w prowincji Quebec (Kanada) w dniach 13–14 marca 1989 r. W tym czasie, po potężnym rozbłysku na Słońcu i przejściu dużego ładunku energii przez łańcuch procesów na linii Słońce-Ziemia, charakterystyka pola indukcji elektromagnetycznej w tej strefie okazała się być zlokalizowana w takim sposób, w jaki w liniach elektroenergetycznych wysokiego napięcia powstały silne prądy indukcyjne. Co więcej, moc tych prądów okazała się taka, że ​​bezpieczniki wyłączyły 40% mocy całego systemu elektroenergetycznego Hydro-Quebec, co stanowiło 9 GW. Należy pamiętać, że te potężne prądy indukcyjne powstały w systemie, który nie był nastawiony na ich odbiór!

Kolejne słynne wydarzenie miało miejsce w dniach 1–2 września 1859 r. Była to najpotężniejsza burza geomagnetyczna w historii. Zespół zdarzeń obejmujący zarówno burzę geomagnetyczną, jak i potężne, aktywne zjawiska na Słońcu, które ją spowodowały, nazywany jest czasami „wydarzeniem Carringtona”.

Od 28 sierpnia do 2 września zaobserwowano na Słońcu liczne plamy i rozbłyski. Tuż po południu 1 września brytyjski astronom Richard Carrington zaobserwował największy rozbłysk, który spowodował uwolnienie dużej masy promieniowania słonecznego. Pędził w stronę Ziemi i dotarł do niej w ciągu 18 godzin, czyli bardzo szybko, gdyż odległość tę zwykle pokonuje wyrzut w ciągu 3-4 dni. Wyrzut nastąpił tak szybko, ponieważ poprzednie wyrzucenia utorowały mu drogę. Rozpoczęła się największa burza geomagnetyczna w zapisanej historii, powodująca awarię systemów telegraficznych w całej Europie i Ameryce Północnej. Zorzę polarną obserwowano na całym świecie, nawet nad Karaibami;

W rezultacie w dniach 1 i 2 września 1859 roku doszło do awarii całego systemu telegraficznego w Ameryce Północnej i w całej Europie: doszło do iskrzenia linii przesyłowych, samoistnego zapalenia się papieru telegraficznego, a niektóre urządzenia, takie jak telegraf, po uprzednim uruchomieniu, spokojnie nadal działały. odłączony od źródła zasilania.

Z obliczeń rosyjskiego fizyka N.P. Danilkina (Instytut Geofizyki Stosowanej im. Akademika E.K. Fedorowa) można wyciągnąć dwa wnioski:

– proponowana metoda umożliwia wydobycie z jonosfery energii elektrycznej wystarczającej do celów przemysłowych;

– jonosfera i magnetosfera posiadają wystarczające rezerwy energii do tych celów.

Głównymi wadami tej metody wytwarzania energii na poziomie współczesnej technologii są bardzo imponujące rozmiary obwodu roboczego i oczywisty wysoki koszt jego wytworzenia. Jednak zalety tej metody mogą przeważyć nad tymi wadami, zwłaszcza jeśli zostaną odkryte nowe materiały dogodne do rozwiązania tego problemu.

Do zalet tej elektrowni zalicza się:

– taka stacja raz wybudowana nie ulegnie zużyciu i teoretycznie będzie działać tak długo, jak długo świeci Słońce i funkcjonuje łańcuch połączeń „Słońce-Ziemia”;

– proces technologiczny pozyskiwania energii z jonosfery okazuje się przyjazny dla środowiska i bezpieczny, a nie ma nawet teoretycznej możliwości spowodowania katastrofy.

Wniosek.

Eksperymentalne potwierdzenie opracowanego projektu w warunkach laboratoryjnych.

Aby uzyskać eksperymentalne potwierdzenie idei wytwarzania prądu z jonosfery, wystarczy przeprowadzić eksperyment zaprezentowany na szkolnym kursie fizyki.

Po zakończeniu tego doświadczenia zbadaliśmy, na czym polega zjawisko indukcji elektromagnetycznej. Do eksperymentu potrzebowaliśmy galwanometru, magnesu stałego i cewki z nawiniętym drutem. Końce drutu połączono z cewką. Kiedy wepchnęliśmy magnes trwały do ​​cewki, galwanometr odchylił się. Oznacza to, że w obwodzie pojawił się prąd elektryczny.

Ponieważ w obwodzie nie mamy żadnego źródła prądu, logiczne jest założenie, że prąd powstaje w wyniku pojawienia się pola magnetycznego wewnątrz cewki. Kiedy wyciągniemy magnes z cewki, zobaczymy, że wskazania galwanometru ponownie się zmienią, ale jego igła będzie odchylać się w przeciwnym kierunku. Ponownie otrzymaliśmy prąd, ale tym razem skierowany w innym kierunku.

Ryż. .1 Zjawisko indukcji elektromagnetycznej

Następnie przeprowadziliśmy podobny eksperyment z tymi samymi elementami, tylko w tym przypadku unieruchomiliśmy magnes. Teraz usunęliśmy i nałożyliśmy na magnes samą cewkę podłączoną do galwanometru. W rezultacie otrzymaliśmy podobne zdarzenia. Odchylając się, igła galwanometru pokazała nam pojawienie się prądu w obwodzie. Jednocześnie, gdy magnes był nieruchomy, w obwodzie nie było prądu - igła stała w pozycji zero.

Ryż. 2. Przeprowadzenie eksperymentu projektu w warunkach laboratoryjnych

Cewkę można zastąpić obwodem przewodzącym i można przeprowadzać eksperymenty z poruszaniem i obracaniem samego obwodu w stałym polu magnetycznym lub magnesu w obwodzie stacjonarnym. Wyniki będą takie same - pojawienie się prądu w obwodzie, gdy magnes lub obwód się poruszy.

Przeprowadzony eksperyment pozwala zatem stwierdzić:

Przy każdej zmianie strumienia magnetycznego przenikającego obwód zamkniętego przewodnika powstaje prąd elektryczny ten dyrygent. W tym przypadku prąd elektryczny istnieje w podczas całego procesu zmiany strumienia magnetycznego.

Tę samą zasadę stosuje się w metodzie wytwarzania energii elektrycznej z jonosfery. Nasza planeta Ziemia jest ogromnym magnesem o stałym polu magnetycznym. Ze względu na wpływ promieniowania słonecznego na naszą planetę, pole magnetyczne Ziemi podlega ciągłym zmianom. Szczególnie duże wartości zmian pola magnetycznego obserwuje się w strefie zorzy polarnej. Często można tam zaobserwować burze magnetyczne i podburze.

Opis rozwiązania technicznego.

Po przeprowadzeniu zaplanowanych badań sporządzono następującą decyzję:

Transportem łączącym oba regiony Dalekiej Północy powinien być wygodny pociąg na lewitacji magnetycznej, wykorzystujący nadprzewodniki najnowszej generacji. Jeżeli nie ma możliwości praktycznego wdrożenia pomysłu wykorzystania nadprzewodników, należy wykorzystać właściwość odpychania biegunów magnesu o tej samej nazwie.

Ryż. 3. Schemat projektu

1) Energię potrzebną do zasilania wiaduktu i pociągu lewitacji magnetycznej uzyskuje się metodą wytwarzania energii elektrycznej z jonosfery. Dodatkowo na całej trasie można rozmieścić potężne generatory wiatrowe i wykorzystać energię silnych wiatrów w tych miejscach.

2) Jeżeli peron, z którego ma odjechać pociąg, jest zainstalowany na wysokości 400 metrów, a następnie droga, po której będzie sunął pociąg na lewitacji magnetycznej, będzie prowadzona w dół, to do czasu dotarcia do poziomu Ziemi pociąg będzie miał prędkość około 310 km/h. Dochodząc do stacji docelowej droga, po której porusza się pociąg, zacznie powoli wznosić się do 400 m, a na miejscu przyjazdu pociąg się zatrzyma. Jeśli na którymś odcinku pociąg nie osiągnie wystarczającej prędkości, pociąg uzyska wymaganą prędkość za pomocą strumienia sprężonego powietrza.

Ryż. 4. Schemat peronu odlotów i przylotów

Plan wykonania proponowanego projektu.

Do realizacji projektu konieczne jest:

1) Prowadzenie prac badawczych nad rozwojem transportu lewitacji magnetycznej z wykorzystaniem energii elektrycznej pozyskiwanej z górnych warstw atmosfery strefy zorzy polarnej, zwanej jonosferą (okres realizacji prac, zdaniem ekspertów, to 2-3 lata) ;

2) Prowadzenie prac rozwojowych nad stworzeniem pojazdu lewitującego magnetycznego wykorzystującego energię elektryczną pozyskiwaną z górnych warstw atmosfery strefy zorzy polarnej, zwanej jonosferą. Efekt prac: prototyp odcinka drogi z pociągiem na lewitacji magnetycznej wykorzystującym energię elektryczną pozyskiwaną z górnych warstw atmosfery strefy zorzy polarnej, zwanej jonosferą (okres prac eksperci szacują na 5–7 lat).

– realizacja projektu na odcinku Anadyr-Salekhard. (według specjalistów okres zakończenia prac wynosi 25–30 lat).

Ocena wydajności iskuteczność.

Wniosek

Na Ziemi istnieje alternatywne, przyjazne dla środowiska i odnawialne źródło planetarnej energii elektromagnetycznej, stale uzupełnianej przez procesy zachodzące w Słońcu i docierające do Ziemi łańcuchem połączeń słoneczno-ziemskich. Nowoczesny poziom technologiczny umożliwia wykorzystanie tej energii.

Wady projektu

– imponujący rozmiar

- wysoki koszt jego stworzenia.

Zalety projektu:

– odporność na zużycie elektrowni;

– niewyczerpane źródło energii (Słońce);

- przyjazność dla środowiska;

– rentowność dzięki darmowemu prądowi;

– mając takie źródło energii elektrycznej, możliwa jest rozbudowa infrastruktury na całym terenie, na którym znajduje się wiadukt kolejowy.

– perspektywy rozwoju nowych terytoriów.

Literatura:

1. Kaku M. Fizyka przyszłości. Tłumaczenie z języka angielskiego. Moskwa 2014;
2. Danilkin N.P. „O możliwości pozyskiwania energii elektrycznej z jonosfery” „Elektryczność”. 1996, nr 4, s. 1996. 71–75;
3. Dmitriev A. N., Shitov A. V., Technogeniczny wpływ na naturalne procesy zachodzące na Ziemi. Górnoałtaisk, 2001 s. 9;
4. Dokumentika.org [Zasoby elektroniczne]. - Tryb dostępu: http://dokumentika.org/zemli/solnechnaya-burya-1859-goda.

Ziemskie pole magnetyczne to formacja wytwarzana przez źródła znajdujące się wewnątrz planety. Jest przedmiotem badań w odpowiedniej sekcji geofizyki. Następnie przyjrzyjmy się bliżej, czym jest pole magnetyczne Ziemi i jak ono powstaje.

informacje ogólne

Niedaleko powierzchni Ziemi, w przybliżeniu w odległości trzech jej promieni, linie siły pola magnetycznego przebiegają wzdłuż układu „dwóch ładunków polarnych”. Znajduje się tu obszar zwany „sferą plazmy”. Wraz z odległością od powierzchni planety wzrasta wpływ przepływu zjonizowanych cząstek z korony słonecznej. Prowadzi to do kompresji magnetosfery od strony Słońca i odwrotnie, pole magnetyczne Ziemi jest rozciągane od przeciwnej, zacienionej strony.

Sfera plazmowa

Kierunkowy ruch naładowanych cząstek w górnych warstwach atmosfery (jonoferze) ma zauważalny wpływ na powierzchniowe pole magnetyczne Ziemi. Lokalizacja tego ostatniego znajduje się sto kilometrów i więcej od powierzchni planety. Ziemskie pole magnetyczne utrzymuje plazmosferę. Jednak jego struktura silnie zależy od aktywności wiatru słonecznego i jego interakcji z warstwą ograniczającą. A częstotliwość burz magnetycznych na naszej planecie zależy od rozbłysków na Słońcu.

Terminologia

Istnieje koncepcja „oś magnetyczna Ziemi”. Jest to linia prosta przechodząca przez odpowiednie bieguny planety. „Równik magnetyczny” to duży okrąg płaszczyzny prostopadłej do tej osi. Znajdujący się na nim wektor ma kierunek zbliżony do poziomego. Średnie natężenie pola magnetycznego Ziemi jest w znacznym stopniu zależne od położenia geograficznego. Jest to w przybliżeniu równe 0,5 Oe, czyli 40 A/m. Na równiku magnetycznym ten sam wskaźnik wynosi około 0,34 Oe, a w pobliżu biegunów jest bliski 0,66 Oe. W niektórych anomaliach planety, na przykład w obrębie anomalii Kurska, wskaźnik jest zwiększony i wynosi 2 Oe linie magnetosfery Ziemi o złożonej strukturze, rzutowane na jej powierzchnię i zbiegające się na jej własnych biegunach, nazywane są „południkami magnetycznymi”.

Charakter występowania. Założenia i domysły

Niedawno założenie o związku pomiędzy powstaniem ziemskiej magnetosfery a przepływem prądu w jądrze ciekłego metalu, znajdującym się w odległości od jednej czwartej do jednej trzeciej promienia naszej planety, zyskało prawo do istnienia. Naukowcy mają także przypuszczenia dotyczące tzw. „prądów tellurycznych” przepływających w pobliżu skorupy ziemskiej. Trzeba powiedzieć, że z biegiem czasu następuje transformacja formacji. Pole magnetyczne Ziemi zmieniało się wielokrotnie w ciągu ostatnich stu osiemdziesięciu lat. Jest to rejestrowane w skorupie oceanicznej, czego dowodem są badania magnetyzacji remanentnej. Porównując obszary po obu stronach grzbietów oceanicznych, określa się czas dywergencji tych obszarów.

Przesunięcie bieguna magnetycznego Ziemi

Położenie tych części planety nie jest stałe. Fakt ich przesiedleń odnotowywany jest od końca XIX wieku. Na półkuli południowej biegun magnetyczny przesunął się w tym czasie o 900 km i znalazł się na Oceanie Indyjskim. Podobne procesy zachodzą w części północnej. Tutaj biegun przesuwa się w stronę anomalii magnetycznej we wschodniej Syberii. W latach 1973–1994 odległość, na jaką przeniesiono tu miejsce, wynosiła 270 km. Te wstępnie obliczone dane zostały później potwierdzone pomiarami. Według najnowszych danych prędkość ruchu bieguna magnetycznego półkuli północnej znacznie wzrosła. Wzrosła z 10 km/rok w latach siedemdziesiątych ubiegłego wieku do 60 km/rok na początku tego stulecia. Jednocześnie siła pola magnetycznego Ziemi maleje nierównomiernie. Tak więc w ciągu ostatnich 22 lat w niektórych miejscach spadła o 1,7%, a gdzieś o 10%, choć są też obszary, w których wręcz przeciwnie, wzrosła. Przyspieszenie przemieszczania się biegunów magnetycznych (o około 3 km rocznie) pozwala przypuszczać, że obserwowany dziś ich ruch nie jest wędrówką, ale kolejną inwersją.

Pośrednio potwierdza to wzrost tzw. „przerw polarnych” na południu i północy magnetosfery. Zjonizowany materiał z korony słonecznej i przestrzeni kosmicznej szybko przenika do powstałych rozszerzeń. W rezultacie coraz większa ilość energii gromadzona jest w okołobiegunowych obszarach Ziemi, co samo w sobie jest obarczone dodatkowym nagrzewaniem polarnych czap lodowych.

Współrzędne

W nauce o promieniach kosmicznych wykorzystuje się współrzędne pola geomagnetycznego, nazwane na cześć naukowca McIlwaina. Jako pierwszy zaproponował ich zastosowanie, gdyż opierają się one na zmodyfikowanych wersjach działania naładowanych pierwiastków w polu magnetycznym. Dla punktu używane są dwie współrzędne (L, B). Charakteryzują one powłokę magnetyczną (parametr McIlwaina) oraz indukcję pola L. Ta ostatnia jest parametrem równym stosunkowi średniej odległości kuli od środka planety do jej promienia.

„Nachylenie magnetyczne”

Kilka tysięcy lat temu Chińczycy dokonali niesamowitego odkrycia. Odkryli, że namagnesowane obiekty można ustawić w określonym kierunku. A w połowie XVI wieku niemiecki naukowiec Georg Cartmann dokonał kolejnego odkrycia w tej dziedzinie. Tak pojawiło się pojęcie „nachylenia magnetycznego”. Nazwa ta odnosi się do kąta odchylenia strzałki w górę lub w dół od płaszczyzny poziomej pod wpływem magnetosfery planety.

Z historii badań

W obszarze północnego równika magnetycznego, który różni się od równika geograficznego, północny kraniec przesuwa się w dół, a na południu wręcz przeciwnie, w górę. W 1600 roku angielski lekarz William Gilbert po raz pierwszy poczynił założenia dotyczące obecności ziemskiego pola magnetycznego, które powoduje określone zachowanie obiektów, które wcześniej były namagnesowane. W swojej książce opisał eksperyment z kulą wyposażoną w żelazną strzałę. W wyniku swoich badań doszedł do wniosku, że Ziemia jest dużym magnesem. Eksperymenty przeprowadził także angielski astronom Henry Gellibrant. W wyniku swoich obserwacji doszedł do wniosku, że pole magnetyczne Ziemi podlega powolnym zmianom.

José de Acosta opisał możliwość korzystania z kompasu. Ustalił także różnicę między biegunem magnetycznym a biegunem północnym, a w swojej słynnej Historii (1590) uzasadnił teorię linii bez ugięcia magnetycznego. Znaczący wkład w badanie omawianego zagadnienia wniósł także Krzysztof Kolumb. Był odpowiedzialny za odkrycie zmienności deklinacji magnetycznej. Przekształcenia uzależnione są od zmian współrzędnych geograficznych. Deklinacja magnetyczna to kąt odchylenia igły od kierunku północ-południe. W związku z odkryciem Kolumba zintensyfikowano badania. Informacje o tym, czym jest pole magnetyczne Ziemi, były niezwykle potrzebne nawigatorom. M.V. Łomonosow również pracował nad tym problemem. Do badania magnetyzmu ziemskiego zalecał prowadzenie systematycznych obserwacji z wykorzystaniem stałych punktów (podobnie jak w obserwatoriach). Według Łomonosowa bardzo ważne było również zrobienie tego na morzu. Ten pomysł wielkiego naukowca został zrealizowany w Rosji sześćdziesiąt lat później. Odkrycie bieguna magnetycznego na archipelagu kanadyjskim należy do polarnika Anglika Johna Rossa (1831). A w 1841 roku odkrył kolejny biegun planety, ale na Antarktydzie. Hipotezę dotyczącą pochodzenia ziemskiego pola magnetycznego wysunął Carl Gauss. Wkrótce udowodnił, że jego większość zasilana jest ze źródła znajdującego się wewnątrz planety, jednak przyczyną niewielkich odchyleń jest środowisko zewnętrzne.