369584571

Ćwiczenie E-8

Pomiar składowej poziomej indukcji ziemskiego pola magnetycznego metodą oscylacji igły magnetycznej.

I.    Cel ćwiczenia: wyznaczenie wartości składowej poziomej indukcji ziemskiego pola magne

tycznego.

II.    Przyrządy:    zasilacz napięcia stałego, opornica dekadowa, amperomierz, solenoid, komu

tator, stoper.

III.    Literatura:    J. L. Kacperski, I Pracownia fizyczna.

IV.    Wstęp

Pojęcie magnetyzmu ziemskiego zostało wprowadzone do nauki w 1600 r., kiedy Gilbert doszedł do wniosku, że pole magnetyczne Ziemi przypomina pole dipola - pole takie wytwarzałby prąd płynący przewodnikiem opasującym Ziemię wzdłuż równika. Było to bardzo trafne uogólnienie wyników najprostszych pomiarów, wykonywanych za pomocą swobodnie zawieszonej igły magnetycznej. Bezpośrednie obserwacje, które przeprowadzono w ostatnich latach przy użyciu sond kosmicznych wykazały, że obszar występowania ziemskiego pola magnetycznego (magneto-sfera) jest zniekształcony w porównaniu z symetrycznym polem dipola przez strumień naładowanych cząstek emitowanych ze Słońca - tzw. wiatr słoneczny. Pomimo tego zastąpienie pola geomagnetycznego przez pole dipola, umieszczonego w pobliżu środka Ziemi, jest w wielu rozważaniach dostatecznie dobrym przybliżeniem. Kąt pomiędzy osią takiego dipola i osią obrotu Ziemi ulega powolnym zmianom: obecnie wynosi ok. 0,2 rad.

Pomiary wykazały, że ziemskie pole magnetyczne podlega wahaniom okresowym i nieregularnym, z którymi związane są m. in. burze magnetyczne i zorze polarne. Okresy wspomnianych zmian leżą w szerokim przedziale - od wiekowych przez roczne i dzienne aż do częstości radiowych.

Spośród hipotez próbujących wyjaśnić zjawisko magnetyzmu ziemskiego najczęściej brana jest pod uwagę teoria samowzbudzającej się prądnicy (W. M. Elsasser, E. C. Bullard, 1950), w myśl której pole ziemskie indukowane jest przez prąd elektryczny generowany w wyniku przepływu cieczy w ciekłym jądrze Ziemi^{1 2}.

Pole magnetyczne niezbędne do zapoczątkowania działania prądnicy było przypuszczalnie pochodzenia galaktycznego (jego natężenie mogło być znacznie mniejsze od natężenia zainicjowanego pola ziemskiego). Do podtrzymania przepływu cieczy w jądrze (prędkość przepływu wynosi ok. 1 mm/s) służy energia grawitacyjna, uwalniana w procesie przemieszczania cięższych składników jądra w kierunku jego centrum i lżejszych w kierunku peryferii.

V.    Zastosowanie

Przytoczmy kilka przykładów zastosowania wyników pomiarów pola magnetycznego Ziemi:

- Pomiary zmian pola na powierzchni Ziemi pozwalają określić przewodnictwo elektryczne różnych obszarów płaszcza. Wyniki takie znajdują zastosowanie m. in. w sejsmologii.

1

1

¹ Zewnętrzna warstwa Ziemi, do głębokości kilkudziesięciu kilometrów, nazywana jest skorupą; poniżej, do około 2500 km, występuje płaszcz: pozostałą część objętości zajmuje, składające się głównie z żelaza i niklu, jadro płynne, z wyjątkiem części centralnej o promieniu ok. 1200 km. Ciśnienie w jądize wy nosi kilka GPa. a temperatura ponad 4000 K. Lepkość pły nnego żelaza i niklu jest w takich warunkach bliska lepkości wody, a przewodność elektryczna przewyższa przewodność miedzi.

2

PRACOWNIA FIZYCZNA