§ 14. Досліджуємо магнітне поле Землі

• Назад до змісту довідника

ПОМІРКУЙТЕ

Як дослідити магнітне поле Землі?

Дослідити магнітне поле Землі найпростіше за допомогою магнітного компаса або спеціального датчика (магнітометра) у смартфоні. Стрілка компаса вільно обертається і встановлюється вздовж магнітних ліній планети, вказуючи напрямок на північ і південь. Магнітометр дає змогу виміряти значення магнітної індукції поля в мікротеслах ($\text{мкТл}$) у будь-якій точці довкілля.

О, це просто. Взяти компас і визначити його полюси.

Для цього достатньо покласти компас горизонтально подалі від заліза та увімкнених електроприладів. Коли коливання стрілки припиняться, її північний кінець покаже напрямок на північний географічний полюс планети (де фізично розташований південний магнітний полюс Землі).

Це так. Але ось чому Земля має магнітне поле? І цікаво, що змінилося б, якби його не стало?

Магнітне поле Землі виникає завдяки постійному руху розплавленого заліза та нікелю в рідкому зовнішньому ядрі планети — цей процес називають геодинамо. Якщо це поле зникне, сонячний вітер і космічна радіація безперешкодно досягнуть земної поверхні, знищать усе живе та з часом здують атмосферу в космос, як це сталося на Марсі.

ДОСЛІДЖУЙ

Досліди магнітне поле Землі. Обладнання: компас, програма «магнітометр» у смартфоні. Визнач за допомогою компаса напрям ліній магнітного поля. Розташовуй компас у різних місцях кабінету, в коридорі, на вулиці. Завантаж і відкрий на смартфоні додаток для вимірювання магнітного поля. Перевір, яке значення магнітного поля показує прилад (у мікротеслах). Зроби кілька замірів у різних напрямах (поверни смартфон на схід, захід, північ, південь). Перевір значення у різних місцях: у приміщенні та на вулиці. Зроби висновок: чи впливають на результати вимірювань розташовані поблизу електроприлади та металеві предмети.

Під час досліду компас на відкритому просторі чітко показує напрямок північ–південь. На вулиці додаток-магнітометр фіксує стабільні показники магнітного поля Землі в межах $45\text{–}50\text{ мкТл}$. У шкільному коридорі біля залізобетонних стін значення коливаються від 38 до $44\text{ мкТл}$, а в кабінеті поблизу комп’ютерів і металевих батарей показники суттєво зростають і перевищують $80\text{–}100\text{ мкТл}$.

Висновок: розташовані поблизу електроприлади та металеві конструкції відчутно впливають на результати вимірювань. Працюючі електроприлади створюють власні змінні магнітні поля, а деталі з заліза намагнічуються та спотворюють лінії магнітного поля Землі, тому точні заміри слід проводити подалі від джерел електромагнітних завад.

ДУМАЙ

1. Що є джерелом утворення магнітного поля Землі?

Джерелом магнітного поля Землі є рух розплавленого електропровідного заліза та нікелю в зовнішньому рідкому ядрі планети (механізм геодинамо).

2. Яка головна функція магнітного поля Землі?

Головна функція поля полягає у захисті життя: магнітосфера діє як щит, що відхиляє згубні потоки заряджених частинок сонячного вітру та космічних променів і не дає їм розвіяти земну атмосферу.

3. У якому напрямі орієнтується північна стрілка компаса?

Північна стрілка компаса вказує на північ (у напрямку Північного льодовитого океану та Канади), оскільки там розташований фізичний південний магнітний полюс Землі, до якого притягується північний кінець стрілки.

4. Які з перелічених явищ пов’язані з магнітним полем Землі: полярні сяйва, озонова діра, глобальне потепління, дрейф континентів?

Із наведеного переліку з магнітним полем Землі безпосередньо пов’язані полярні сяйва. Вони виникають тоді, коли захоплені магнітним полем заряджені частинки спрямовуються до полюсів і збуджують атоми газів верхніх шарів атмосфери, викликаючи їх світіння.

ВИКОНАЙ ДОСЛІДЖЕННЯ

Виконуй досліди з дотриманням правил безпеки життєдіяльності! Сконструюй компас самостійно. Обладнання: голка (або тонкий металевий цвях), магніт (маленький, наприклад з холодильника), чаша або склянка з водою, пінопласт, папір, корок або шматок пластику, компас для перевірки.

Хід виготовлення та перевірки саморобного компаса:

1. Беремо сталеву голку і 20–30 разів проводимо вздовж неї магнітом в один бік, щоб надати їй постійних магнітних властивостей. Кінець голки, від якого відривали магніт, стає одним із полюсів.
2. Відрізаємо тонкий кружалець корка або невеличкий плаский шматочок пінопласту.
3. Кладемо голку горизонтально на поверхню цього плотика, щоб уся конструкція залишалася стійкою.
4. Обережно опускаємо плотик із голкою на поверхню води в чаші, забезпечуючи йому вільне обертання без доторкання до стінок посуду.
5. За кілька секунд вода заспокоюється, і плотик повертається так, що голка лягає на лінію північ–південь. Звіряємо її орієнтацію зі справжнім компасом і переконуємося в однаковому напрямку.

ОПРАЦЮЙ ІНФОРМАЦІЮ

1. Прочитай твердження. Магнітне поле Землі — це невидимий щит і природний «орієнтир», який одночасно захищає життя на планеті, впливає на клімат і біологію, допомагає людям і тваринам орієнтуватися, а також є ключем до наукових досліджень. Віднайди в тексті параграфа підтвердження або спростування цього переліку функцій магнітного поля.

Усі наведені в твердженні функції повністю підтверджуються матеріалом параграфа:

• Захисний щит: магнітосфера відхиляє сонячний вітер та космічні частинки й захищає атмосферу від здування у відкритий космос.
• Вплив на клімат і біологію: магнітні бурі під час сонячної активності позначаються на самопочутті живих організмів і породжують яскраві полярні сяйва.
• Орієнтир для навігації: поле дозволяє людям століттями користуватися компасом на морі й суші, а також слугує орієнтиром для міграцій перелітних птахів і черепах.
• Ключ до досліджень: завдяки залишковій намагніченості стародавніх гірських порід учені з’ясували факти дрейфу та зміни магнітних полюсів, а за магнітними аномаліями геологи знаходять родовища корисних копалин.

2. Дізнайся про магнітні поля планет Сонячної системи. Упорядкуй цю інформацію у вигляді таблиці. Намалюй схематично магнітні поля Меркурія, Землі, Юпітера та Урану.