电磁铁常识

地球是一个电磁铁

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    地球磁场主要由地球的大气圈产生,因而可把大气看成一个巨大的“通电螺线管”。通电螺线管表现出来的磁性与条形磁铁相似,它的一端相当于北极,另一端相当于南极。当给螺线管内插入铁芯时,由于铁芯被磁化,磁场就会大大增强。因此把螺线管套在铁芯上,就构成了一个电磁铁,电磁铁的磁性比螺线管的磁性强。
    由此,在把大气看成一个巨大的“通电螺线管”的同时,还可以把地球地壳表面以内的部分(地球的内部圈层),看成是插在这个巨大“通电螺线管”内的“铁 芯”。由于这个“铁芯”被磁化,地球磁场便大大加强,这样地球就像是一个“电磁铁”。地磁场主要由这个巨大的“电磁铁”产生。在地球这个巨大“电磁铁”的 “铁芯”被磁化的情况下,由于各种物质在地球内部的分布情况不同,加之其他因素(如温度、压力等)的影响,在地球内部就形成了磁核。
    古地磁学的证据表明,古代的地球磁场与现在的磁场极为不同。例如,在各个不同时期,磁极的位置基本不同。这就是说,磁极可能迁移了几千里路。并且人们已经发现,地球磁场能够突然转换极性方向,使磁北极变成磁南极,磁南极变成磁北极。
对于地球磁场出现的这些奇怪现象,使人们既困惑又感兴趣。于是人们在探究地球磁性起源的同时,也试图对这些现象加以解释,但至今也没有对地球磁场这些奇 怪现象的成因,做出令人满意的解释。那么,是否可以用大气产生地球磁场的理论,解释地球磁极迁移现象和地球磁场倒转现象?
    地球除自身内部的物质运动外,它的绕轴自转运动和绕日公转运动,是人类最为熟悉的自然现象。有自转,就有赤道平面;有公转,就有轨道平面,即黄道平面。 在黄道平面与赤道平面之间有一个交角,叫做黄赤交角。目前的黄赤交角是23°26‘。地球一边绕轴自转,一边绕日公转,在天空的位置时刻变化,这种情况会 影响地球的自转状态。
    实际上,地球的自转状态的确发生着变化。由黄赤交角的度数,并非是固定的就可以证明这一点。而地球自转状态的任何改变,都会使大气的运动随之发生变化。 这就如同舞台上,舞蹈演员身上的舞衣随同演员舞姿的变化而变化一般。由于大气的运动发生了变化,即通过地球这个巨大“电磁铁”的电流发生了变化,根据安培 定律,地球的磁极便会偏离原来位置。因此,地球磁极迁移的现象,就是由于地球运动变化所致。造成地球运动变化的因素是多方面的,来自地球本身或者地球以外 空间的某些作用都有可能对地球的运动产生影响。例如,地壳的运动就有可能对地球自转的状态产生影响。
    地球磁场的确有可能突然转换极性方向,使磁北极变成磁南极,磁南极变成磁北极。地球磁场的倒转在过去的地质时期曾经发生过很多次。
关于地球磁场的翻转现象,是一个比较复杂的问题。大气运动产生地球磁场的理论认为,大气中的正负带电粒子在随同地球一起旋转时,产生了两个极性相反的磁场。这两个极性相反的磁场,大部分磁性都抵消了,但并没有全部抵消,这样就产生了地磁场。
    地磁场既然由两个极性相反的磁场共同作用形成,那么在地球各个不同的地质年代,由于大气情况(大气的成分、温度、分布及运动等)的不同,这两个磁场的强 弱会发生变化。在某一个时期里,某种带电粒子所产生的磁场强于(或者弱于)另一种带有相反电荷的粒子所产生的磁场。在接下来的另一个时期,如果大气的情况 发生变化,这种带电粒子所产生的磁场就有可能又弱于 (或者强于)另一种带有相反电荷的粒子所产生的磁场。当此种情况发生时,地球磁场就会出现翻转的现象。
    了解电磁铁的人都知道,当流过电磁铁的电流改变方向时,电磁铁的南北极就会对调。由于大气的变化,大气中正、负带电粒子相对运动的情况也在发生变化,当 这种变化达到一定程度,致使这一相对运动发生逆转时,地球这个巨大“电磁铁”的电流方向就会改变,这时地球的南北磁极就会对调。
    地球只是宇宙中的沧海一粟。同地球上的许多自然现象经常要受外界作用的影响一样,地球磁场也不是孤立的,它会受到外界影响。例如,太阳风磁场对地球磁场 施加作用,形成一个被太阳风包围的、彗星状的地球磁场区域,这就是磁层。地球磁层是一个更为复杂的问题。目前,科学家正在对其进行研究。