Номер 1, страница 194 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Глава 4. Магнитные явления. Параграф 46. Постоянные магниты. Темы докладов - номер 1, страница 194.

Условие.

1. Магнитное поле Земли. Смена магнитных полюсов.

Решение.

Магнитное поле Земли

Магнитное поле Земли, также известное как геомагнитное поле, представляет собой силовое поле, которое окружает нашу планету. Оно простирается от внутреннего ядра Земли в космос, где взаимодействует с солнечным ветром — потоком заряженных частиц, исходящих от Солнца. Это поле играет важнейшую роль в защите жизни на Земле, отклоняя большую часть вредного космического излучения.

Основной и наиболее признанной теорией происхождения магнитного поля является теория геодинамо. Согласно этой теории, поле генерируется в жидком внешнем ядре Земли, которое состоит в основном из расплавленного железа и никеля. Процесс можно описать в несколько этапов:

1. Конвекция: Тепло, выделяющееся при кристаллизации внутреннего ядра и радиоактивном распаде, нагревает жидкое вещество внешнего ядра. Нагретые, менее плотные массы поднимаются, а более холодные и плотные опускаются, создавая постоянные конвективные потоки.

2. Эффект Кориолиса: Вращение Земли воздействует на эти конвективные потоки, закручивая их в спиральные колонны.

3. Генерация поля: Движение электропроводящей жидкости (расплавленного металла) в этих спиральных потоках создает электрические токи. Согласно законам электродинамики, эти электрические токи, в свою очередь, генерируют магнитное поле. Это поле усиливает само себя, создавая самоподдерживающийся динамо-механизм.

Структура магнитного поля Земли в первом приближении напоминает поле магнитного диполя (полосового магнита), ось которого наклонена примерно на $10^\circ$ по отношению к оси вращения Земли. Из-за этого магнитные полюса не совпадают с географическими. Важно отметить, что Северный магнитный полюс (куда указывает северный конец стрелки компаса) на самом деле является южным полюсом земного магнита, так как силовые линии входят в него. Соответственно, Южный магнитный полюс является северным полюсом магнита.

Область пространства, контролируемая магнитным полем Земли, называется магнитосферой. Она защищает планету, отклоняя и захватывая частицы солнечного ветра. Напряжённость магнитного поля на поверхности Земли варьируется от $\text{25}$ до $\text{65}$ микротесла ($0.25–0.65$ гаусс).

Ответ: Магнитное поле Земли — это силовое поле, генерируемое движением расплавленного железа в её внешнем ядре (теория геодинамо). Оно имеет дипольную структуру, защищает планету от солнечной радиации и является основой для навигации с помощью компаса.

Смена магнитных полюсов

Смена магнитных полюсов, или инверсия геомагнитного поля, — это процесс, в ходе которого Северный и Южный магнитные полюса меняются местами. Это не мгновенное событие, а длительный процесс, занимающий от 1000 до 10 000 лет.

Доказательства того, что инверсии происходили многократно в истории Земли, получены из области палеомагнетизма — изучения остаточной намагниченности древних горных пород. Когда вулканическая лава остывает, магнитные минералы в ней (например, магнетит) выстраиваются вдоль силовых линий магнитного поля Земли, существовавшего на тот момент. После застывания породы эта ориентация "замораживается". Изучая слои вулканических пород разного возраста по всему миру, учёные смогли составить шкалу геомагнитных инверсий. Особенно ярким доказательством служат симметричные полосовые магнитные аномалии на дне океанов по обе стороны от срединно-океанических хребтов.

Инверсии происходят хаотично, без строгой периодичности. Интервалы между ними могут составлять от десятков тысяч до десятков миллионов лет. Последняя полная инверсия (инверсия Брюнес-Матуяма) произошла около 780 000 лет назад. В настоящее время наблюдается ускоренное смещение Северного магнитного полюса и ослабление общего магнитного поля, что некоторые учёные считают признаками приближающейся инверсии, хотя она может и не произойти в ближайшие тысячелетия.

Во время инверсии основное дипольное поле Земли сильно ослабевает (возможно, до 10% от нормального значения) и его структура становится гораздо более сложной, с множеством локальных северных и южных полюсов по всей планете. После завершения переходного периода дипольное поле восстанавливается, но с противоположной полярностью.

Последствия инверсии для жизни и цивилизации могут быть существенными:

• Ослабление защиты от радиации: Значительное ослабление магнитосферы приведёт к тому, что до поверхности Земли будет доходить больше высокоэнергетических частиц от Солнца и из космоса. Это может увеличить риски для здоровья живых организмов, повредить электронику спутников и вызвать сбои в электросетях.

• Нарушение навигации: Компасная навигация станет невозможной. Многие животные (птицы, черепахи, киты), использующие магнитное поле для миграций, могут быть дезориентированы.

Несмотря на потенциальные угрозы, в геологической летописи нет убедительных свидетельств связи прошлых инверсий с массовыми вымираниями. Жизнь на Земле успешно пережила сотни таких событий.

Ответ: Смена магнитных полюсов (инверсия) — это процесс, при котором северный и южный магнитные полюса меняются местами. Этот процесс происходит нерегулярно и длится тысячи лет. Доказательства инверсий получены из изучения намагниченности древних горных пород. Во время инверсии магнитное поле Земли значительно ослабевает, что может привести к увеличению уровня радиации на поверхности и нарушению работы навигационных систем.