地球磁場是怎么形成的
很多學(xué)習(xí)過物理的，對于地球磁場的知識都有一定的了解，但是對于形成地球磁場的原因可能就不清楚了。下面由學(xué)習(xí)啦小編為你詳細(xì)介紹地球磁場的相關(guān)知識。
形成地球磁場的原因
通常物質(zhì)所帶的正電和負(fù)電是相等數(shù)量的，但由于地球核心物質(zhì)受到的壓力較大，溫度也較高，約6000°C，內(nèi)部有大量的鐵磁質(zhì)元素，物質(zhì)變成帶電量不等的離子體，即原子中的電子克服原子核的引力，變成自由電子，加上由于地核中物質(zhì)受著巨大的壓力作用，自由電子趨于朝壓力較低的地幔，使地核處于帶正電狀態(tài)，地幔附近處于帶負(fù)電狀態(tài)，情況就象是一個巨大的“原子”。
科學(xué)家相信，由于地核的體積極大，溫度和壓力又相對較高，使地層的導(dǎo)電率極高，使得電流就如同存在于沒有電阻的線圈中，可以永不消失地在其中流動，這使地球形成了一個磁場強(qiáng)度較穩(wěn)定的南北磁極。
另外，電子的分布位置并不是固定不變的，并會因許多的因素影響下會發(fā)生變化，再加上太陽和月亮的引力作用，地核的自轉(zhuǎn)與地殼和地幔并不同步，這會產(chǎn)生一強(qiáng)大的交變電磁場，地球磁場的南北磁極因而發(fā)生一種低速運(yùn)動，造成地球的南北磁極翻轉(zhuǎn)。
太陽和木星亦具有很強(qiáng)的磁場，其中木星的磁場強(qiáng)度是地球磁場的20至40倍。太陽和木星上的元素主要是氫和少量的氦、氧等這類較輕的元素，與地球不同，其內(nèi)部并沒有大量的鐵磁質(zhì)元素，那么，太陽和木星的磁場為何比地球還強(qiáng)呢?木星內(nèi)部的溫度約為30000°C左右，壓力也比地球內(nèi)部高的多，太陽內(nèi)部的壓力、溫度還要更高。
這使太陽和木星內(nèi)部產(chǎn)生更加廣闊的電子殼層，再加上木星的自轉(zhuǎn)速度較快，其自轉(zhuǎn)一周的時(shí)間約10小時(shí)，故此其磁場強(qiáng)度自然也要比地球高的多。
事實(shí)上，如果天體的內(nèi)部溫度夠高，則天體的磁場強(qiáng)度與其內(nèi)部是否含有鐵、鈷、鎳等鐵磁質(zhì)元素?zé)o關(guān)。由于太陽、木星內(nèi)部的壓力、溫度遠(yuǎn)高于地球，因此，太陽、木星上的磁場要比地球磁場強(qiáng)的多。而火星、水星的磁場比地球磁場弱，則說明火星、水星內(nèi)部的壓力、溫度遠(yuǎn)低于地球。
關(guān)于地球磁場的形成原因，一種關(guān)于地球磁場成因的假說認(rèn)為：地球磁場的形成原因和其它行星的磁場的形成原因是類似的，地球或其它行星由于某種原因而帶上了電荷或者導(dǎo)致各個圈層間電荷分布不均勻。這些電荷由于隨行星的自轉(zhuǎn)而做圓周運(yùn)動，由于運(yùn)動的電荷就是電流，電流必然產(chǎn)生磁場。這個產(chǎn)生的磁場就是行星的磁場，地球的磁場也是類似的原因產(chǎn)生的。這個假說和各個行星磁場的有無和強(qiáng)弱現(xiàn)象符合的非常完美。
地球磁場的分布
地磁場的形成具有一定特殊性，按照旋轉(zhuǎn)質(zhì)量場假說，地球在自轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生磁場。但是，從運(yùn)動相對性的觀點(diǎn)考慮，居住在地球上的人是不應(yīng)該感受到地磁場的，因?yàn)槿遂o止于地球表面，隨地球一同轉(zhuǎn)動，所以地球上的人是無法感覺到地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的磁場效應(yīng)的。
通常所說的地磁場只能算作地球表面磁場，并不是地球的全球性磁場(又稱空間磁場)，它是由地核旋轉(zhuǎn)形成的。地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為地殼、地幔和地核。美國科學(xué)家在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，地球內(nèi)外的自轉(zhuǎn)速度是不一樣的，地核的自轉(zhuǎn)速度大于地殼的自轉(zhuǎn)速度。
也就是說，地球表面的人雖然感覺不到地球的自轉(zhuǎn)，但卻能感覺到地核旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的質(zhì)量場效應(yīng)，就是它產(chǎn)生了地球的表面磁場?？茖W(xué)家在研究中還發(fā)現(xiàn)，地核的自轉(zhuǎn)軸與地球的自轉(zhuǎn)軸不在一條直線上，所以由地核旋轉(zhuǎn)形成的地磁場兩極與地理兩極并不重合，這就是地磁場磁偏角的形成原因。
地球磁場的特性
地球的磁性，是地球內(nèi)部的物理性質(zhì)之一。地球是一個大磁體，在其周圍形成磁場，即表現(xiàn)出磁力作用的空間，稱作地磁場。它和一個置于地心的磁偶極子的磁場很近似，這是地磁場的最基本特性。地磁場強(qiáng)度很弱，這是地磁場的另一特性，在最強(qiáng)的兩極其強(qiáng)度不到10-4(T)，平均強(qiáng)度約為0.6x10-4(T)，而它隨地點(diǎn)或時(shí)間的變化就更小，因此常用(γ)，即10 -9(T)做為磁場強(qiáng)度單位。
磁場的作用
電磁場是電磁作用的媒遞物，是統(tǒng)一的整體，電場和磁場是它緊密聯(lián)系、相互依存的兩個側(cè)面，變化的電場產(chǎn)生磁場，變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電磁場以波動形式在空間傳播。
電磁波以有限的速度傳播，具有可交換的能量和動量，電磁波與實(shí)物的相互作用，電磁波與粒子的相互轉(zhuǎn)化等等，都證明電磁場是客觀存在的物質(zhì)，它的“特殊”只在于沒有靜質(zhì)量。
磁現(xiàn)象是最早被人類認(rèn)識的物理現(xiàn)象之一，指南針是中國古代一大發(fā)明。磁場是廣泛存在的，地球，恒星(如太陽)，星系(如銀河系)，行星、衛(wèi)星，以及星際空間和星系際空間，都存在著磁場。為了認(rèn)識和解釋其中的許多物理現(xiàn)象和過程，必須考慮磁場這一重要因素。
在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和人類生活中，處處可遇到磁場，發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、變壓器、電報(bào)、電話、收音機(jī)以至加速器、熱核聚變裝置、電磁測量儀表等無不與磁現(xiàn)象有關(guān)。甚至在人體內(nèi)，伴隨著生命活動，一些組織和器官內(nèi)也會產(chǎn)生微弱的磁場。地球的磁級與地理的兩極相反。
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