Страница 199 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

1. Чем объяснить, что магнитная стрелка устанавливается в данном месте Земли в определённом направлении?

1. Магнитная стрелка компаса сама по себе является маленьким постоянным магнитом, у которого есть два полюса: северный (N) и южный (S). Наша планета Земля также представляет собой огромный магнит, создающий вокруг себя мощное магнитное поле. Это поле имеет свои силовые линии, которые направлены от южного магнитного полюса Земли к северному. Когда магнитная стрелка попадает в это поле, на нее начинает действовать вращающий момент, который разворачивает ее таким образом, чтобы ее ось совпала с направлением силовых линий магнитного поля Земли в данной точке. Северный полюс стрелки притягивается к Южному магнитному полюсу Земли (который находится вблизи Северного географического полюса), а южный полюс стрелки — к Северному магнитному полюсу Земли (который находится вблизи Южного географического полюса). Именно поэтому в любом месте на планете, где есть магнитное поле, стрелка компаса устанавливается в строго определённом направлении, указывая на магнитные полюсы.
Ответ: Установка магнитной стрелки в определённом направлении объясняется её взаимодействием с магнитным полем Земли.

2. Магнитные полюсы Земли не совпадают с её географическими полюсами и их положение со временем смещается.
• Северный магнитный полюс — это условная точка на земной поверхности, в которой магнитное поле Земли направлено строго вертикально вниз (под углом 90° к поверхности). По состоянию на начало 2020-х годов он находится в Северном Ледовитом океане и продолжает дрейфовать от канадской Арктики в сторону Сибири. Важно отметить, что с физической точки зрения этот полюс является южным (S), так как именно к нему притягивается северный (N) полюс стрелки компаса.
• Южный магнитный полюс — точка, где магнитное поле направлено строго вертикально вверх. Он расположен у побережья Антарктиды. С физической точки зрения этот полюс является северным (N).
Ответ: Магнитные полюсы Земли находятся вблизи её географических полюсов, но не совпадают с ними: Северный магнитный полюс — в Северном Ледовитом океане, а Южный магнитный полюс — у берегов Антарктиды.

2. Где находятся магнитные полюсы Земли?

1. Наша планета Земля является огромным магнитом, который создает вокруг себя магнитное поле. Силовые линии этого поля выходят из района южного географического полюса и входят в районе северного. Магнитная стрелка компаса — это, по сути, маленький постоянный магнит, который может свободно вращаться. Попадая в магнитное поле Земли, он, как и любой другой магнит, стремится расположиться вдоль его силовых линий. Именно поэтому северный полюс стрелки компаса всегда указывает на северный магнитный полюс Земли (который находится вблизи северного географического полюса), а южный — на южный.
Ответ: Стрелка компаса, будучи маленьким магнитом, ориентируется вдоль силовых линий магнитного поля Земли.

2. Магнитные полюсы Земли не совпадают с её географическими полюсами. Важно помнить, что с точки зрения физики, тот магнитный полюс, что находится вблизи Северного географического полюса, является южным полюсом земного магнита (поскольку он притягивает северный полюс стрелки компаса). По состоянию на начало 2020-х годов, Северный магнитный полюс находится в Северном Ледовитом океане и продолжает двигаться в сторону Сибири. Южный магнитный полюс (который является северным полюсом земного магнита) расположен у побережья Антарктиды, в море Дюрвиля.
Ответ: Магнитные полюсы находятся в приполярных областях, но не совпадают с географическими полюсами: Северный магнитный полюс — в Арктике, Южный магнитный полюс — у берегов Антарктиды.

3. Нет, положения магнитных полюсов Земли не являются постоянными. Они постоянно смещаются, или дрейфуют, из-за сложных динамических процессов в жидком внешнем ядре планеты, которое состоит в основном из железа и никеля. Это явление называется вековой вариацией магнитного поля. Например, за последние десятилетия скорость дрейфа Северного магнитного полюса значительно возросла. Более того, в геологической истории Земли магнитные полюса неоднократно менялись местами — этот процесс называется инверсией магнитного поля.
Ответ: Нет, положения магнитных полюсов постоянно изменяются (дрейфуют) из-за движения расплавленного металла в ядре Земли.

3. Остаются ли неизменными положения южного и северного магнитных полюсов Земли?

3. Остаются ли неизменными положения южного и северного магнитных полюсов Земли?

Нет, положения южного и северного магнитных полюсов Земли не являются неизменными. Они постоянно смещаются, этот процесс называется вековым дрейфом магнитных полюсов. В отличие от географических полюсов, которые определяются осью вращения планеты и являются практически неподвижными, магнитные полюсы перемещаются по поверхности Земли довольно быстро.

Движение полюсов происходит из-за сложных гидродинамических процессов в жидком внешнем ядре Земли, состоящем в основном из железа и никеля. Конвекционные потоки в этом ядре генерируют магнитное поле нашей планеты (теория геодинамо), и их нестабильный характер приводит к смещению полюсов.

Скорость и направление дрейфа не постоянны. Например, Северный магнитный полюс в XX веке смещался со скоростью около 10-15 км в год, но в начале XXI века его скорость резко возросла и сейчас составляет примерно 55-60 км в год. Он движется от канадской Арктики в сторону Сибири. Дрейф Южного магнитного полюса также наблюдается, хотя его скорость несколько меньше.

Кроме векового дрейфа, существует и более глобальное явление — инверсия магнитного поля Земли. Это процесс, в ходе которого северный и южный магнитные полюсы меняются местами. Такие инверсии происходили много раз в геологической истории планеты. Последняя полная инверсия произошла около 780 тысяч лет назад. Этот процесс нерегулярен и может занимать несколько тысяч лет.

Таким образом, магнитное поле Земли и положение его полюсов — это динамичная, постоянно изменяющаяся система.

Ответ: Нет, положения магнитных полюсов Земли постоянно изменяются. Они дрейфуют по поверхности со значительной скоростью, а в геологических масштабах времени могут даже меняться местами (инверсия).

4. Что такое магнитная

Вопрос на изображении представлен не полностью. Слово "магнитная" является прилагательным женского рода, поэтому далее должно следовать существительное. Скорее всего, имелось в виду одно из следующих понятий, связанных с магнетизмом Земли: магнитная буря или магнитная аномалия. Ниже приведено развернутое определение обоих терминов.

Магнитная буря

Это сильное и быстрое возмущение магнитного поля Земли (магнитосферы), которое длится от нескольких часов до нескольких суток.

• Причины: Магнитные бури вызываются взаимодействием магнитосферы Земли с возмущениями солнечного ветра. Основными источниками таких возмущений являются корональные выбросы массы (КВМ) на Солнце или высокоскоростные потоки солнечного ветра, исходящие из корональных дыр. Когда такой усиленный поток плазмы достигает Земли, он оказывает давление на магнитосферу и передает ей значительную энергию.

• Проявления и последствия: Во время магнитной бури происходит изменение величины и направления вектора магнитной индукции поля Земли. Это приводит к ряду эффектов:

  • Яркие и обширные полярные сияния, которые могут наблюдаться в нетипично низких широтах.
  • Нарушения в работе радиосвязи, особенно на коротких волнах, и сбои в системах навигации (например, GPS).
  • Возникновение индуцированных токов в длинных проводниках, таких как линии электропередач и трубопроводы. Эти токи могут вызывать перегрузки и повреждение трансформаторов, приводя к масштабным отключениям электроэнергии.
  • Увеличение радиационной опасности для космонавтов на орбите и для электроники космических аппаратов.

Магнитная аномалия

Это область на поверхности Земли, где наблюдается значительное отклонение характеристик магнитного поля от нормальных (фоновых) значений для данной широты.

• Причины: Основной причиной магнитных аномалий являются неоднородности в составе и строении земной коры. Наличие в породах большого количества ферромагнитных минералов, в первую очередь магнетита, создает локальные магнитные поля, которые накладываются на главное поле Земли, усиливая или ослабляя его.
• Примеры и значение: Аномалии могут быть положительными (поле сильнее нормы) и отрицательными (поле слабее нормы). Они используются в геофизике для поиска залежей полезных ископаемых (железных руд, полиметаллов). Самой известной и мощной является Курская магнитная аномалия (КМА) в России, связанная с гигантскими залежами железистых кварцитов. Напряженность поля в районе КМА в несколько раз превышает нормальные значения, что вызывает сильное отклонение стрелки компаса.

Ответ: Поскольку вопрос неполон, он может относиться к магнитной буре (сильное возмущение магнитосферы Земли, вызванное солнечной активностью) или к магнитной аномалии (локальное отклонение магнитного поля от нормы, вызванное особенностями строения земной коры, например, залежами руды).

4. Что такое магнитная аномалия? Приведите примеры таких областей в России.

4. Что такое магнитная аномалия? Приведите примеры таких областей в России.

Магнитная аномалия — это область на земной поверхности, в которой характеристики магнитного поля Земли (напряженность, магнитное склонение и наклонение) существенно отличаются от нормальных (фоновых) значений, характерных для данной широты. Нормальное магнитное поле создается глобальными процессами в жидком внешнем ядре планеты (эффект геодинамо), в то время как аномалии обусловлены локальными неоднородностями в составе и строении земной коры.

Основной причиной возникновения магнитных аномалий являются крупные залежи горных пород, содержащих ферромагнитные минералы, прежде всего магнетит ($Fe_3O_4$). Эти породы обладают собственной высокой намагниченностью и создают локальные магнитные поля, которые накладываются на основное поле Земли, искажая его. Интенсивность, форма и размер аномалии зависят от концентрации магнитных минералов, глубины их залегания и размеров геологического тела. Изучение магнитных аномалий является важным методом геофизической разведки, позволяющим находить месторождения полезных ископаемых.

На территории России находится несколько крупных и известных магнитных аномалий.

Наиболее известным примером является Курская магнитная аномалия (КМА). Это самая мощная магнитная аномалия на планете, расположенная в центральной части России (на территории Курской, Белгородской и Орловской областей). Она вызвана колоссальными залежами богатых железных руд (железистых кварцитов), залегающих на относительно небольшой глубине. Напряженность поля здесь может превышать нормальную в 2–3 раза, что вызывает сильное отклонение стрелки компаса. КМА — это крупнейший в мире железорудный бассейн.

Другим примером является Восточно-Сибирская магнитная аномалия. Это очень большая по площади, но менее интенсивная по сравнению с КМА аномалия. Она связана со сложным геологическим строением древней Сибирской платформы и также имеет большое значение для геологических исследований.

Также многочисленные, но более локальные магнитные аномалии встречаются в горнопромышленных районах, таких как Урал и Кольский полуостров, где они связаны с месторождениями железа, меди, никеля и других металлов.

Ответ: Магнитная аномалия — это локальное отклонение магнитного поля Земли от его нормального значения, вызванное, как правило, залежами сильномагнитных горных пород (например, железных руд) в земной коре. Примеры в России: Курская магнитная аномалия (самая мощная в мире), Восточно-Сибирская магнитная аномалия, а также многочисленные аномалии на Урале и Кольском полуострове.

5. Чем объясняют появление магнитных бурь?

аномалия? Приведите примеры таких областей в России.

Магнитная аномалия — это область на земной поверхности, в которой значение и/или направление вектора индукции магнитного поля Земли существенно отличается от нормальных, фоновых значений для данной широты. Эти отклонения вызваны, как правило, неоднородностями в строении земной коры, в частности, наличием на относительно небольшой глубине крупных залежей полезных ископаемых с сильными магнитными свойствами (в первую очередь, железосодержащих руд).

Магнитные аномалии делятся на:

• Положительные, где индукция магнитного поля превышает нормальные значения.
• Отрицательные, где индукция магнитного поля ниже нормальных значений.

Наиболее известные и крупные магнитные аномалии в России:

• Курская магнитная аномалия (КМА) — самый мощный в мире железорудный бассейн, расположенный на территории Курской, Белгородской и Орловской областей. Здесь магнитное поле настолько сильно искажено, что стрелка компаса может вести себя непредсказуемо. Аномалия вызвана гигантскими залежами железистых кварцитов.
• Ангаро-Илимская магнитная аномалия — расположена в Иркутской области. Связана с крупными месторождениями железных руд (магнетитов).
• Магнитные аномалии Кольского полуострова — связаны с разнообразными месторождениями руд, включая железо, медь и никель.
• Восточно-Сибирская магнитная аномалия — одна из крупнейших по площади аномалий, охватывающая значительную часть Сибири. Её природа до конца не изучена, но предполагается, что она связана с особенностями глубинного строения земной коры и верхней мантии в этом регионе.

Ответ: Магнитная аномалия — это локальное отклонение магнитного поля Земли от его нормального значения, вызванное, как правило, залежами ферромагнитных пород в земной коре. Примерами таких областей в России являются Курская магнитная аномалия (КМА), Ангаро-Илимская магнитная аномалия и аномалии на Кольском полуострове.

5. Чем объясняют появление магнитных бурь?

Появление магнитных (или геомагнитных) бурь объясняется взаимодействием усиленного потока заряженных частиц, идущего от Солнца (так называемого солнечного ветра), с магнитным полем Земли — магнитосферой.

Процесс возникновения магнитной бури можно описать следующими этапами:

1. Солнечная активность. На Солнце происходят мощные явления, такие как солнечные вспышки или корональные выбросы массы (КВМ). В результате этих событий в межпланетное пространство выбрасывается огромное количество плазмы (ионизированного газа, состоящего в основном из протонов и электронов) и уплотненное солнечное магнитное поле.
2. Распространение солнечного ветра. Этот возмущенный поток плазмы, называемый усиленным солнечным ветром, движется к Земле со скоростью от 400 до 1000 км/с и более.
3. Взаимодействие с магнитосферой. Когда облако плазмы достигает Земли, оно сталкивается с ее магнитосферой. Магнитосфера сжимается со стороны, обращенной к Солнцу, и вытягивается с ночной стороны.
4. Пересоединение магнитных полей. Если межпланетное магнитное поле, переносимое солнечным ветром, имеет южную направленность (противоположную направлению земного поля у экватора на дневной стороне), происходит процесс магнитного пересоединения. Этот процесс позволяет энергии и частицам солнечного ветра эффективно проникать внутрь магнитосферы.
5. Формирование кольцевого тока. Проникшие в магнитосферу заряженные частицы захватываются магнитным полем Земли и начинают двигаться по сложным траекториям, образуя вокруг планеты мощный кольцевой электрический ток.
6. Возникновение бури. Этот кольцевой ток создает собственное магнитное поле, направленное противоположно основному магнитному полю Земли. В результате на поверхности планеты наблюдается временное ослабление геомагнитного поля, что и регистрируется приборами (магнитометрами) как магнитная буря.

Следствиями магнитных бурь являются яркие полярные сияния, которые могут наблюдаться на более низких широтах, чем обычно, а также сбои в работе спутников, систем навигации (GPS), радиосвязи и возникновение индуцированных токов в линиях электропередач.

Ответ: Магнитные бури объясняются возмущениями магнитного поля Земли, вызванными взаимодействием ее магнитосферы с мощными потоками заряженных частиц и магнитного поля, выброшенными Солнцем во время вспышек или корональных выбросов массы.

1. Каково устройство и принцип действия компаса?

Устройство компаса

Классический магнитный компас, прибор для ориентирования на местности, состоит из нескольких ключевых частей. Корпус, обычно круглый и изготовленный из немагнитного материала (пластика, латуни), защищает внутренние механизмы. Центральным элементом является магнитная стрелка — легкий, сбалансированный постоянный магнит, установленный на острой игле для свободного вращения с минимальным трением. Один конец стрелки (северный) обычно окрашен для удобства. Под стрелкой расположена шкала (лимб) — круговой циферблат с делениями в градусах (от 0° до 360°) и обозначениями сторон света (С, Ю, З, В). В современных жидкостных компасах корпус заполнен специальной жидкостью (маслом, керосином), которая гасит колебания стрелки, делая ее показания более стабильными. Сверху конструкция защищена прозрачным стеклом. Многие компасы также оснащены арретиром — тормозным механизмом, который фиксирует стрелку для предотвращения износа опоры при транспортировке.

Ответ: Основными частями компаса являются корпус, свободно вращающаяся магнитная стрелка, шкала с делениями (лимб) и, в современных моделях, жидкость для стабилизации стрелки.

Принцип действия компаса

Принцип действия магнитного компаса основан на взаимодействии его магнитной стрелки с магнитным полем Земли. Наша планета представляет собой гигантский магнит, имеющий Южный магнитный полюс вблизи Северного географического полюса и Северный магнитный полюс вблизи Южного географического полюса.

Магнитная стрелка компаса — это, по сути, маленький стержневой магнит. Согласно фундаментальному закону магнетизма, противоположные полюса магнитов притягиваются, а одноименные — отталкиваются. Северный полюс магнитной стрелки компаса (тот, что ищет север) притягивается к Южному магнитному полюсу Земли. Поскольку этот магнитный полюс Земли находится в районе Северного географического полюса, стрелка компаса всегда выстраивается вдоль силовых линий земного магнитного поля и указывает на направление к Северному магнитному полюсу.

Таким образом, в любом месте на планете (за исключением районов вблизи магнитных полюсов, где поле становится вертикальным, и мест с магнитными аномалиями) свободно подвешенная магнитная стрелка устанавливается в направлении "север-юг". Это позволяет определить стороны света и ориентироваться на местности. Важно помнить о существовании магнитного склонения — угла между направлением на истинный (географический) север и магнитный север. Для точной навигации в показания компаса необходимо вносить поправку на величину магнитного склонения, которая зависит от географического местоположения.

Ответ: Принцип действия компаса основан на свойстве его магнитной стрелки (которая является постоянным магнитом) ориентироваться вдоль силовых линий магнитного поля Земли, указывая одним концом на Северный магнитный полюс Земли.

2. При подготовке первых полётов самолётов к Северному полюсу много внимания инженеры уделяли вопросу ориентации самолёта вблизи полюса, так как там обыкновенные магнитные компасы работают очень плохо и практически непригодны. Почему?

Решение

Обыкновенный магнитный компас — это прибор, работа которого основана на взаимодействии его магнитной стрелки с магнитным полем Земли. Стрелка компаса сама является маленьким постоянным магнитом и выстраивается вдоль силовых линий окружающего её магнитного поля. На большей части земной поверхности эти силовые линии имеют значительную горизонтальную составляющую, которая и заставляет стрелку указывать направление на магнитные полюса.

Однако вблизи Северного магнитного полюса (который находится недалеко от Северного географического полюса) структура магнитного поля Земли существенно меняется. Силовые линии здесь направлены не вдоль поверхности, а уходят почти вертикально вниз, «входя» в Землю. Это приводит к следующим последствиям.

Во-первых, горизонтальная составляющая магнитного поля, которая и должна ориентировать стрелку компаса, становится очень слабой, почти нулевой. В результате сила, поворачивающая стрелку в нужном направлении, практически исчезает. Компас становится «вялым», его показания — крайне неустойчивыми и подверженными влиянию малейших магнитных помех, например, от металлических частей самолёта или его электрооборудования.

Во-вторых, доминирующей становится вертикальная составляющая магнитного поля. Она стремится повернуть стрелку компаса не в горизонтальной, а в вертикальной плоскости, заставляя её «клевать носом» — указывать вниз, в землю. Это делает невозможным определение сторон света с помощью стандартного компаса, предназначенного для работы в горизонтальной плоскости.

Именно по этим причинам обычные магнитные компасы в приполярных широтах работают очень плохо и практически непригодны для навигации. Для полётов в этих районах используются другие приборы, такие как гирокомпасы или системы спутниковой навигации.

Ответ: Вблизи Северного полюса силовые линии магнитного поля Земли направлены почти вертикально вниз. Из-за этого практически исчезает горизонтальная составляющая поля, которая необходима для ориентации стрелки компаса в горизонтальной плоскости. В результате компас теряет направляющую силу, его показания становятся крайне ненадежными, что делает его непригодным для навигации.

3. В каком месте Земли магнитная стрелка обоими концами показывает на юг?

3. Таким местом является географический Северный полюс Земли.
Для понимания ответа необходимо учесть несколько фактов:
1. Магнитная стрелка компаса — это маленький магнит с двумя полюсами: северным (N), который обычно окрашен в синий цвет, и южным (S), окрашенным в красный. Северный полюс стрелки указывает на Южный магнитный полюс Земли, который находится вблизи географического Северного полюса. Соответственно, южный полюс стрелки указывает на Северный магнитный полюс Земли, расположенный у географического Южного полюса.
2. Географические и магнитные полюса Земли не совпадают. Северный магнитный полюс (куда указывает стрелка компаса) смещен относительно географического Северного полюса на несколько сотен километров.
3. Особенность географического Северного полюса заключается в том, что любое направление от этой точки вдоль поверхности Земли является направлением на юг. Все меридианы сходятся в этой точке и от нее расходятся в сторону юга.

Теперь представим, что мы находимся точно на географическом Северном полюсе с компасом. Северный конец (N) магнитной стрелки будет указывать на Северный магнитный полюс Земли. Поскольку мы находимся на географическом Северном полюсе, это направление будет строго на юг (вдоль определенного меридиана). Южный конец (S) стрелки будет указывать в прямо противоположную сторону. Но с географического Северного полюса противоположное направление — это тоже направление на юг, просто вдоль другого меридиана. Таким образом, в этой уникальной точке Земли оба конца магнитной стрелки будут показывать на юг.

Ответ: На географическом Северном полюсе.