§ 62. Магнитное поле Земли

Определения и обозначения

Магнитное поле Земли — область вокруг планеты, где действуют магнитные силы. Именно это поле поворачивает магнитную стрелку и задаёт её устойчивое направление. Без него компас не смог бы показывать стороны горизонта.

Магнитный полюс Земли — область, где линии магнитного поля подходят к поверхности наиболее круто, почти вертикально. Такие полюса не совпадают с географическими полюсами, связанными с осью вращения Земли. Это объясняет различия между показаниями компаса и картой.

Магнитный компас — прибор с лёгкой магнитной стрелкой, способной свободно вращаться в горизонтальной плоскости. Стрелка устанавливается вдоль линий местного магнитного поля. По её направлению определяют стороны горизонта.

Магнитное склонение — угол между направлением на географический север и направлением, которое показывает горизонтальная магнитная стрелка. Оно показывает, насколько компас отклоняется от точного географического направления. Склонение может быть восточным или западным.

Как это устроено

Земля окружена магнитным полем, потому что внутри планеты происходят процессы, связанные с движением проводящего вещества. В результате вокруг Земли образуются линии поля, вдоль которых действует магнитная сила. Стрелка компаса поворачивается до тех пор, пока её магнитное действие не уравновесится действием поля, поэтому она располагается вдоль местных линий.

Направление на магнитный север отличается от географического севера из-за несовпадения соответствующих полюсов. Географическое направление задаётся осью вращения Земли, а магнитное — расположением её магнитного поля. Поэтому в разных местах стрелка может отклоняться от направления на географический север на разные углы.

Землю удобно приближённо представлять как большой магнит, ось которого наклонена к оси вращения планеты. Такое представление не означает, что внутри Земли находится обычный стержневой магнит: это модель для объяснения общего вида поля. У географического Северного полюса расположена область, соответствующая южному магнитному полюсу, поэтому северный конец стрелки притягивается к ней.

Вблизи магнитных полюсов линии поля подходят к поверхности почти вертикально. Магнитная стрелка, способная поворачиваться не только в горизонтальной, но и в вертикальной плоскости, там сильно наклоняется. В других местах линии идут под меньшим углом к поверхности, поэтому наклон стрелки изменяется при перемещении по Земле.

Магнитное поле Земли действует и на заряженные частицы, прилетающие от Солнца. Движущаяся частица испытывает магнитное воздействие, из-за которого её траектория меняется и часть потока отклоняется от Земли. Поэтому магнитное поле помогает защищать околоземное пространство от части солнечного излучения, хотя не задерживает все частицы.

Географические и магнитные направления

Таблица помогает не смешивать два разных способа определения направления. Сначала выясните, относится ли направление к оси вращения Земли или к действию магнитного поля, а затем сравните их по показанию компаса.

Разбор задач

Задача 1

Условие. На рисунке показаны географический Северный полюс и северный конец магнитной стрелки компаса. Объясните, почему стрелка указывает примерно на север, хотя магнитные полюса Земли не совпадают с географическими.

Решение.

1. Разделим понятия: географический север определяется осью вращения Земли, а направление стрелки — магнитным полем.
2. Учтём, что возле географического Севера находится область, соответствующая южному магнитному полюсу Земли.
3. Северный конец стрелки притягивается к этой области как к противоположному магнитному полюсу.
4. Эта область расположена недалеко от географического Севера, поэтому стрелка показывает примерно на север, но не обязательно точно на него.

Ответ: стрелка направляется к магнитной области возле географического Севера, поэтому показывает примерно северное направление; полное совпадение невозможно из-за несовпадения полюсов.

Задача 2

Условие. Магнитная стрелка показывает направление, отклонённое на 8° к востоку от географического севера. Определите магнитное склонение и укажите его сторону.

Решение.

1. Магнитное склонение — это угол между географическим направлением и стрелкой.
2. В условии уже дан этот угол: 8°.
3. Стрелка отклонена к востоку, значит, склонение называют восточным.

Ответ: магнитное склонение равно 8°, оно восточное.

Задача 3

Условие. На схеме показаны линии магнитного поля у экватора и у полюса. Где стрелка, поворачивающаяся в вертикальной плоскости, сильнее наклонится к поверхности?

Решение.

1. Такая стрелка ориентируется вдоль линии магнитного поля, а не только по сторонам горизонта.
2. У магнитного полюса линии входят в Землю или выходят из неё почти вертикально.
3. Значит, стрелка там наклонится к поверхности сильнее, чем у экватора, где линии направлены более полого.

Ответ: сильнее всего стрелка наклоняется вблизи магнитного полюса.

Типичные ошибки

Ошибка: считать магнитный и географический Север одним местом. Её допускают, потому что компас обычно показывает примерно на север. Проверка: вспомните, что географическое направление связано с осью вращения, а магнитное — с полем.

Ошибка: называть область возле географического Северного полюса северным магнитным полюсом. Так происходит из-за названия направления на карте. Проверка: северный конец стрелки притягивается к противоположному, то есть к южному магнитному полюсу.

Ошибка: полагать, что компас всегда указывает точно на географический север. Причина — привычное упрощение при ориентировании. Проверка: учитывайте магнитное склонение и местное направление поля.

Ошибка: считать поле одинаковым во всех точках Земли. Так думают, если представляют его как простые параллельные линии. Проверка: у полюсов линии почти вертикальны, а в других местах их наклон и направление меняются.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания о действии магнита на магнитную стрелку и о магнитном поле вокруг магнита. Они помогают понять, почему стрелка поворачивается, а не остаётся в случайном положении.

Также понадобятся сведения о полюсах магнита: разноимённые полюса притягиваются, а одноимённые отталкиваются. Это объясняет, почему северный конец стрелки направляется к области южного магнитного полюса Земли.

Тема связана с магнитным полем проводника с током, ориентированием по компасу и движением заряженных частиц. Позже те же идеи помогут объяснить действие магнитного поля на электрический ток и частицы.

Что запомнить

• Земля обладает магнитным полем.
• Магнитная стрелка компаса ориентируется вдоль местного магнитного поля Земли.
• Магнитные полюса Земли не совпадают с географическими.
• У географического Северного полюса находится область южного магнитного полюса.
• Угол между географическим севером и направлением магнитной стрелки называют магнитным склонением.
• Вблизи магнитных полюсов линии магнитного поля подходят к поверхности почти вертикально.