地球磁场——定义、原因、组成部分

如果您曾经使用过指南针（经典的机械指南针或智能手机中的指南针），您就会知道它总是指向北方。如果您将冰箱磁铁挂在天花板上，它也会指向北方。这意味着你脚下的地面会在我们周围产生磁场！

什么是磁铁？

磁铁是任何具有自身磁场的材料。磁场本质上是一个矢量，存在于磁铁、电流或变化的电场附近。所有的磁性都存在于磁场中，它是电磁力的组成部分，是自然界的基本力之一。磁场是不可见的，但它是磁铁最显着特性的唯一原因，它将物体拉向它。

磁铁主要分为三类：

1. 永磁体——由永久磁化并产生自身一致磁场的材料制成的磁体。可磁化的材料称为铁磁性材料。这种材料的例子是铁、镍和钴。
2. 临时磁铁——在短时间内保持磁化的磁铁。用于制造这些磁体的材料通常是具有低磁性的软材料。当强磁体或永磁体吸引它们时，它们会在短时间内被磁化。
3. 电磁铁- 一种磁铁，其中的磁场是由流过的电流产生的。最常见的电磁铁是绕成线圈的导线；当电流流过导线时，线圈内部会产生磁场。一旦电流被切断，它就会消失。电磁铁主要用于电机、发电机、硬盘等设备中。

磁性是当两个磁铁保持在彼此附近时的拉力或推力。

地磁

众所周知，指南针的大头针总是指向北方。所有的指南针里面都有一块磁铁，如果一块磁铁自己移动，那就意味着它受到了一些磁场的影响。这表明我们周围一直都有磁场。这个场是由地球产生的。

The Earth’s magnetic South pole is at the geographical North pole, and the magnetic North pole is at the geographical South pole. This is the reason why the compass’s magnet points towards the North direction, as the earth magnet’s South pole, attracts the compass’s North pole.

地球磁场高达数百万公里进入深空，它看起来更像一个条形磁铁。这个磁场延伸到很远的距离，很宽，但是强度很弱，只有40000 nT，而普通磁铁是10000000 nT。地球磁场对我们来说是非常必要的，因为它是地球的保护层，它也排斥和捕获太阳的带电粒子。

地球磁场的原因

• 地球的核心非常热，含有许多处于熔融状态的矿物和金属。这种矿物是铁水和镍。地球的核心非常热，它使这些矿物质不断沸腾，这种持续加热会在它们中引起对流，从而产生一个称为对流的过程。这些电流携带带电粒子并产生磁场。
• 磁场偏转来自太阳的电离带电粒子，称为太阳风。这些风能够进入我们的大气层并慢慢摧毁它。磁场阻止它们进入地球大气层并使地球上的生命成为可能。火星没有磁场，所以那里不可能有生命。
• 如上所述，地球的磁极与地理两极不重合。地磁南极位于加拿大，而地磁北极位于南极洲。磁极与地球的自转轴倾斜 10 度。

地磁学说

地球磁场的可能原因有两种理论，它们是：

1. 发电机效应——地球核心的外部有铁和其他处于熔融状态的重金属。重力的影响使内核凝固。外层的熔融态金属移动，产生电流。该电流产生磁场线。这种效应称为发电机效应。
2. 外层电离——众所周知，地球绕着自己的轴旋转，也绕着太阳旋转。当地球的外层被电离时，这种旋转会产生电流。这些离子移动，因此它们产生磁性。但是，这个磁场非常弱，所以发电机效应是一个更容易接受的理论。

地球磁场的组成部分

地球磁场的方向和大小取决于三个部分：

地球磁场的组成部分

1. 磁偏角——众所周知，地球上的磁北和地理北并不重合。磁北与地理北之间的夹角称为磁偏角。在水平面上，地理北极从来都不是固定的，它会随着地球表面的位置而变化，所以磁偏角也会随着地球上的位置而变化。

2. 磁倾角——水平面与地球表面所成的角度称为磁倾角。它也被称为倾角。在磁赤道，倾角为 0 度，在磁极处，倾角为 90 度。

倾角

3. 地球磁场的水平分量——有两个分量可以解释地球磁场的大小：

• 水平分量 (H)，和
• 垂直分量 (V)。

地球磁场公式

地球磁场的磁场强度与水平轴形成一个角度，称为倾角 (δ)。地球磁场的强度可以分为两个部分：

• tan A = B _V /B _H ,
• sin A = B _V /B，并且
• 因为 A = B _H /B

我们知道，sin ² A + cos ² A = 1

⇒ B _H ² / B ² + B _V ² /B ² = 1

因此，

B = (B _H ² + B _V ² ) ^1/2

地球磁场的变化

1. 长期变化：每 960 年，磁轴会发生一次变化，因为它围绕自己的轴旋转。
2. 每日和每年的变化——太阳的紫外线每天都会使地球大气电离。结果，产生了电流，并且该电流产生了磁场。这是每日和每年的变化。
3. 十一年的太阳黑子周期——太阳上有一个区域存在强磁场。每隔 11 年，地球就会面对那个区域，因为这个地球的磁场会面临变化。
4. 月球变化——与太阳一样，月球对地球的磁活动也有很大的影响。在月食期间，地球的电离层进入潮汐运动，这会导致地球磁场的变化。这种变化称为月球变化。
5. 不规则和非周期性变化——有时，太阳的太阳活动更加活跃，在此期间到达的辐射使大气更加电离。这会在地球旋转时产生电流并产生磁场。

示例问题

问题1：为什么地球有磁场？

解决方案：

There are several theories present for this however, only two are major theories. Current generated due to motion of molten elements inside Earth is responsible for Magnetic field. The movement of ionized particles in Earth’s atmosphere is responsible for producing current, which produces a magnetic field.

问题2：地球的磁场在不同的地方会变化吗？

解决方案：

Yes, Earth’s magnetic field depends on the location and time. The magnetic field is observed using satellites and observatories around the world.

问题3：什么是地磁反转？

解决方案：

The geomagnetic reversal occurs when the magnetic North pole and magnetic South pole are interchanged.

问题4：在保持磁针在垂直平面内自由旋转的地方，地球磁场的水平分量和倾角是多少？

解决方案：

As the magnetic needle is kept free to rotate, the horizontal component is 0 degrees. The angle of dip at such a place would be 90 degrees.

问题5：什么时候倾角等于45度？

解决方案：

Angle of dip is 45 degrees at the place where vertical and horizontal components of Earth’s magnetic field are equal.