Origine du champ magnétique de la Terre, caractéristiques, fonction

Il Champ magnétique de la Terre C'est l'effet magnétique que la Terre exerce et qui s'étend de l'intérieur à des centaines de kilomètres dans l'espace. Il est très similaire à celui produit par un aimant de barre. Cette idée a été suggérée par le scientifique anglais William Gilbert au XVIIe siècle, qui a également observé qu'il n'est pas possible de séparer les pôles aimants.

La figure 1 montre les lignes de champ magnétique terrestre. Ils sont toujours fermés, traversent l'intérieur et continuent à l'extérieur, formant une sorte de couverture.

Figure 1. Le champ magnétique de la Terre ressemble à celui d'un aimant de barre. Source: Wikimedia Commons.

L'origine du champ magnétique de la Terre est toujours un mystère. Le noyau externe en fonte, ne peut pas seul, car la température est telle qu'elle détruit l'ordre magnétique. Le seuil de température pour cela est connu sous le nom de température de Curie. Par conséquent, il est impossible qu'une grande masse de matériau magnétisé soit responsable du champ.

Jeté cette hypothèse, nous devons rechercher l'origine du champ dans un autre phénomène: la rotation terrestre. Cela fait que le noyau fondu se tourne uniformément, créant l'effet de dynamo, dans lequel un fluide génère spontanément un champ magnétique.

On pense que l'effet Dynamo est la cause du magnétisme des objets astronomiques, par exemple celui du soleil. Mais jusqu'à présent, on ne sait pas pourquoi un liquide est capable de se comporter de cette manière et comment les courants électriques ont produit.

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Caractéristiques

- Le champ magnétique de la Terre est le résultat de trois contributions: le champ interne lui-même, le champ magnétique externe et celui des minéraux magnétiques dans le cortex:

1. Champ interne: il ressemble à celui d'un dipôle magnétique (aimant) situé au centre de la terre et sa contribution est d'environ 90%. Varie très lentement dans le temps.
2. Champ externe: il provient de l'activité solaire dans les couches de l'atmosphère. Il ne ressemble pas à celui de Dipolo et présente de nombreuses variations: tempêtes quotidiennes, annuelles, magnétiques et plus encore.
3. Roches magnétiques dans la croûte terrestre, qui créent également leur propre champ.

- Le champ magnétique est polarisé, présentant des poteaux nord et sud, tout comme un aimant de barre.

- Comme les pôles opposés l'attirent, l'aiguille de boussole, qui est son pôle nord, pointe toujours vers le voisinage du nord géographique, où est le pôle sud de l'aimant terrestre.

- La direction du champ magnétique est représentée sous la forme de lignes fermées qui quittent le sud magnétique (pôle nord de l'aimant) et entrent dans le nord magnétique (pôle sud de l'aimant).

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- Dans le nord magnétique - et dans le sud magnétique aussi - le champ est perpendiculaire à la surface de la Terre, tandis qu'en Équateur, le champ est à la chasse. (Voir figure 1)

- L'intensité du champ est beaucoup plus grande dans les pôles qu'en Écuador.

- L'axe du dipôle terrestre (figure 1) et de l'axe de rotation ne sont pas alignés. Il y a un déplacement de 11,2º parmi eux.

Éléments géomagnétiques

Puisque le champ magnétique est un vecteur, un système cartésien de XYZ se coordonne avec une origine ou aide à établir sa position.

Figure 2. Éléments géomagnétiques. Source: F. Zapata.

L'intensité totale du champ magnétique ou de l'induction est B et ses projections ou composants sont: h horizontal et z verticalement. Ils sont liés à travers:

-D, l'angle de déclin magnétique, formé entre H et le nord géographique (axe x), positif vers l'est et négatif vers l'ouest.

-I, l'angle d'inclinaison magnétique, entre B et h, positif si B est sous l'horizontal.

L'aiguille de boussole sera orientée dans le sens de H, la composante horizontale du champ. L'avion déterminé par B et h est appelé méridien magnétique, tandis que Zx est le méridien géographique.

Le vecteur de champ magnétique est entièrement spécifié si trois des quantités suivantes sont connues, qui sont appelées éléments géomagnétiques: B, H, d, i, x, y, z.

Fonction

Voici quelques-unes des fonctions les plus importantes du champ magnétique de la Terre:

-Les êtres humains l'ont utilisé pour s'orienter sur la boussole pendant des centaines d'années.

-Il exerce une fonction protectrice de la planète, en l'enroulant et en détournant les particules chargées que le soleil se lève en continu.

-Bien que le champ magnétique de la Terre (30 à 60 micro Tesla) soit faible par rapport à ceux du laboratoire, il est suffisamment intense pour que certains animaux puissent l'utiliser pour orienter. C'est ce que les oiseaux migrateurs, les pigeons messager, les baleines et certaines écoles de poisson le font.

-La magnétométrie ou la mesure du champ magnétique est utilisée pour la prospection des ressources minérales.

Lumières du nord et du sud

Ils sont connus comme les lumières du nord ou du sud, respectivement. Ils apparaissent dans les latitudes près des pôles, où le champ magnétique est presque perpendiculaire à la surface de la Terre et beaucoup plus intense que dans l'Équateur.

figure 3. Aurora boréal en Alaska. Source: Wikimedia Commons.

Ils ont leur origine dans le grand nombre de particules chargées que le soleil envoie continuellement. Ceux qui sont piégés par le terrain, se déconent généralement vers les pôles, en raison de la plus grande intensité. Là, ils en profitent pour ioniser l'atmosphère et, dans le processus, la lumière visible est émise.

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Les lumières du nord sont visibles en Alaska, au Canada et en Europe du Nord, en raison de la proximité du pôle magnétique. Mais en raison de sa migration, il est possible qu'au fil du temps, ils deviennent plus visibles vers le nord de la Russie.

Bien que pour l'instant, cela ne semble pas être le cas, car les aurores ne suivent pas exactement le nord du nord du nord.

Déclin magnétique et navigation

Pour la navigation, en particulier lors de très longs voyages, il est extrêmement important de connaître le déclin magnétique, afin d'effectuer la correction nécessaire et de trouver le vrai nord.

Ceci est réalisé par des cartes qui indiquent les lignes de déclin égal (isogones), car la baisse varie considérablement en fonction de l'emplacement géographique. C'est parce que le champ magnétique subit des variations locales en continu.

Les grands nombres qui apparaissent peints sur les voies d'atterrissage sont les directions en degrés par rapport au nord magnétique, divisé par 10 et arrondi.

Types nord

Aussi déroutant que cela puisse paraître, il existe plusieurs types de nord, défini par certains critères particuliers. Ainsi, nous pouvons trouver:

Nord magnétique, C'est le point de la terre où le champ magnétique est perpendiculaire à la surface. Il pointe la boussole, et au fait, il n'est pas antipodal (diamétralement opposé) avec le sud magnétique.

Nord géomagnétique, C'est l'endroit où l'axe du dipôle magnétique apparaît à la surface (voir figure 1). Comme le champ magnétique de la Terre est un peu plus complexe que le champ Dipolo, ce point ne coïncide pas exactement avec le nord magnétique.

Nord géographique, Il passe l'axe de la rotation terrestre.

North Lambert ou la grille, C'est le point où les méridiens de cartes convergent. Il ne correspond pas exactement au nord géographique ou vrai, car la surface sphérique de la terre est déformée lorsqu'elle est projetée sur un plan.

Figure 4. Divers Nortes et son emplacement. Source: Wikimedia Commons. Cavit [cc par 4.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / par / 4.0)]

Investissement de champ magnétique

Il y a un fait déconcertant: les poteaux magnétiques peuvent changer de position au cours de quelques milliers d'années et se produit actuellement. En fait, il est connu que cela a été environ 171 fois auparavant, au cours des 17 dernières années.

Les preuves se trouvent dans les rochers qui émergent d'une fissure au milieu de l'océan Atlantique. À mesure qu'il sort, le rocher se refroidit et se solidifie, réglant la direction de la magnétisation terrestre pour le moment, qui est conservée.

Mais jusqu'à présent, il n'y a aucune explication satisfaisante de la raison pour laquelle cela se produit, ni d'où l'énergie nécessaire pour investir le champ vient de.

Comme commenté précédemment, le nord magnétique se déplace actuellement rapidement vers la Sibérie, et le sud se déplace également, bien que plus lentement.

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Certains experts pensent que cela est dû à un flux de fer liquide à grande vitesse, juste en dessous du Canada, ce qui s'affaiblit sur le terrain. Il peut également s'agir des débuts d'un investissement magnétique. Le dernier qui s'est produit était il y a 700.000 ans.

Il se peut que la dynamo qui donne naissance au magnétisme terrestre se déroule pendant un certain temps, soit spontanément, soit par une intervention externe, comme l'approche d'une comète par exemple, bien que ce dernier n'ait aucune preuve.

Lorsque la dynamo redémarre, les pôles magnétiques ont changé de place. Mais il peut également arriver que l'investissement ne soit pas complet, mais une variation temporaire de l'axe dipolo, qui reviendra enfin à sa position d'origine.

Expérience

Il est réalisé avec les bobines Helmholtz: deux bobines circulaires identiques et concentriques, à travers laquelle passe la même intensité de courant. Le champ magnétique des bobines interagit avec celui de la terre, donnant naissance à un champ magnétique résultant.

Figure 5. Expérience pour déterminer la valeur du champ magnétique de la Terre. Source: F. Zapata.

À l'intérieur des bobines, un champ magnétique approximativement uniforme est créé, dont l'ampleur est:

-N est le nombre de virages des bobines

-Je suis l'intensité du courant

-μ_soit C'est la perméabilité magnétique du vide

-R est le rayon des bobines

Procédure

-Avec une boussole placée sur l'axe axial des bobines, déterminez la direction du champ magnétique de la Terre B_T.

-À l'est, l'axe des bobines est perpendiculaire B_T. De cette façon le champ B_H généré dès que le courant est passé, il sera perpendiculaire B_T. Dans ce cas:

Figure 6. Le champ résultant est ce qui marquera l'aiguille de boussole. Source: F. Zapata.

-B_H Il est proportionnel au courant qui passe par les bobines, de sorte que B_H = k.Toi, où k C'est une constante qui dépend de la géométrie de ces bobines: radio et nombre de tours. Lorsque vous mesurez le courant, vous pouvez avoir la valeur de b_H. De sorte que:

B_H = k.I = b_T. Tg θ

Donc:

-Dès qu'un courant est passé par les bobines, l'aiguille de boussole s'écarte. La mesure de l'écart est la valeur de θ.

-Diverses intensités sont passées à travers les bobines et les couples sont enregistrés (Toi, Tg θ).

-Le graphique est fait Toi contre. Tg θ. Comme l'unité est linéaire, une ligne est attendue, dont la pente m est:

M = B_T / k

-Enfin, à partir du réglage de la ligne par des carrés minimum ou par ajustement visuel, la valeur de B est déterminée_T.

Les références

1. Champ magnétique terrestre. Récupéré de: web.Ua.est
2. Groupe magnéto-hydrodynamique de l'Université de Navarra. Effet de dynamo: histoire. Récupéré de: physique.un V.est.
3. Kirkpatrick, L. 2007. Physique: un regard sur le monde. 6e édition abrégée. Cengage Learning.
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7. Wikipédia. Pôle géomagnétique. Récupéré de: dans.Wikipédia.org.