Ещё в Древнем Китае обратили внимание на свойство некоторых металлов притягивать. Это физическое явление получило название магнетизм, а материалы, обладающие этой способностью, назвали магнитами. Сейчас это свойство активно используется в радиолектронике и промышленности, а особо мощные магниты используют, в том числе и для поднятия и транспортировки больших объёмов металла. Применяются свойства этих материалов и в быту – многим известны магнитные открытки и буквы для обучения детей. Какие магниты бывают, где их используют, что такое неодимовый, об этом расскажет этот текст.
Виды магнитов
В современном мире их классифицируют по трём основным категориям по типу создаваемого ими магнитного поля:
- постоянные, состоящие из природного материала, обладающего этими физическими свойствами, например, неодимовые;
- временные, обладающие этими свойствами во время нахождения в поле действия магнитного поля;
- электромагниты – это витки провода на сердечнике, создающие электромагнитное поле при прохождении энергии по проводнику.
В свою очередь, наиболее распространённые постоянные магниты подразделяются на пять основных классов, по своему химическому составу:
- ферромагниты на основе железа и его сплавов с барием и стронцием;
- неодимовые магниты, имеющие в своём составе редкоземельный металл неодим, в сплаве с железом и бором (Nd-Fe-B, NdFeB, NIB);
- самариево-кобальтовые сплавы, имеющие сравнимые с неодимовым магнитные характеристики, но в тоже время более широкий температурный диапазон применения (SmCo);
- сплав Альнико, он же ЮНДК, этот сплав отличается высокой коррозионной устойчивостью и высоким температурным пределом;
- магнитопласты, представляющие собой смесь магнитного сплава со связующим, это позволяет создать изделия различных форм и размеров.
Сплавы магнитных металлов хрупкие и достаточно дешёвые изделия, обладающие средними качествами. Обычно это сплав оксида железа с ферритами стронция и бария. Температурный диапазон стабильной работы магнита не выше 250-270°C. Технические характеристики:
- коэрцитивная сила – около 200 кА/м;
- остаточная индукция – до 0,4 Тесла;
- средний срок службы – 20-30 лет.
Что такое неодимовые магниты
Это наиболее мощные из постоянных, но в тоже время достаточно хрупкие и нестойкие к коррозии, в основе этих сплавов лежит редкоземельный минерал – неодим. Это самый сильный магнит из постоянных.
Характеристики:
- коэрцитивная сила – около 1000 кА/м;
- остаточная индукция – до 1,1 Тесла;
- средний срок службы – до 50 лет.
Их применение ограничивает только низкий предел температурного диапазона, для наиболее термостойких марок неодимового магнита это 140°C, в то время как менее стойкие разрушаются при температуре свыше 80 градусов.
Самариевокобальтовые сплавы
Обладающие высокими техническими характеристиками, но в тоже время очень дорогие сплавы.
Характеристики:
- коэрцитивная сила – около 700 кА/м;
- остаточная индукция – до 0,8-1,0 Тесла;
- средний срок службы – 15-20 лет.
Они используются для сложных условий работы: высокие температуры, агрессивные среды и большая нагрузка. Из-за сравнительно высокой стоимости их применение несколько ограничено.
Альнико
Порошковый сплав из кобальта (37-40%) с добавлением алюминия и никеля также обладает хорошими эксплуатационными характеристиками, кроме того способностью сохранять свои магнитные свойства при температурах до 550°C. Их технические характеристики ниже, чем у ферромагнитных сплавов и составляют:
- коэрцитивная сила – около 50 кА/м;
- остаточная индукция – до 0,7 Тесла;
- средний срок службы – 10-20 лет.
Но, несмотря на это, именно этот сплав наиболее интересен для применения в научной сфере. Кроме того, добавление в сплав титана и ниобия способствует повышению коэрцетивной силы сплава до 145-150 кА/м.
Магнитопласты
Используются в основном в быту для изготовления магнитных открыток, календарей и прочих мелочей, характеристики магнитного поля незначительно падают из-за меньшей концентрации магнитного состава.
Это основные типы постоянных магнитов. Электромагнит по принципу действия и применению несколько отличается от таких сплавов.
Интересно. Неодимовые магниты используются практически повсеместно, в том числе и в дизайне для создания парящих конструкций, и в культуре для этих же целей.
Электромагнит и демагнитизатор
Если электромагнит создаёт поле при прохождении через витки обмотки электроэнергии, то демагнитизатор, наоборот, снимает остаточное магнитное поле. Применять этот эффект можно в разных целях. Например, что можно сделать демагнитизатором? Ранее демагнитизатор использовался для размагничивания воспроизводящих головок магнитофонов, кинескопов телевизоров и выполнения иных функций подобного рода. Сегодня его зачастую применяют в несколько незаконных целях, для размагничивания счётчиков после применения на них магнитов. Кроме того это устройство можно и нужно применять для снятия остаточного магнитного поля с инструментов.
Состоит демагнитизатор обычно из обычной катушки, иначе говоря, по устройству этот прибор полностью повторяет собой электромагнит. На катушку подаётся переменное напряжение, после чего устройство, с которого мы снимаем остаточное поле, убирается из зоны действия демагнитизатора, после чего он отключается
Важно! Использование магнита для «подкрутки» счётчика незаконно и влечёт за собой штраф. Неправильное использование демагнитизатора может привести к полному размагничиванию прибора и его выходу из строя.
Самостоятельное изготовление магнита
Для этого достаточно найти металлический брусок из стали или другого ферросплава, можно использовать составной сердечник трансформатора, после чего сделать обмотку. Намотать на сердечник несколько витков медной обмоточной проволоки. Для безопасности стоит включить в схему плавкий предохранитель. Как сделать мощный магнит? Для этого нужно увеличивать силу тока в обмотке, чем она выше, тем больше магнитная сила устройства.
При включении устройства в сеть и подаче электроэнергии на обмотку, устройство будет притягивать металл, то есть фактически это самый настоящий электромагнит, пусть и несколько упрощённой конструкции.
В современном мире широко используется энергия магнитного поля. Как в промышленности, радиолектронике и электрике, так и в бытовых целях. Для генерации магнитного поля созданы десятки различных устройств, а также используются природные свойства минералов.
Наибольшее распространение среди постоянных получил неодимовый магнит. Его использование и широкое распространение связано как с его стоимостью, так и отличными техническими характеристиками. Его недостатками являются: склонность к коррозии и боязнь высоких температур. По этой причине в сложных условиях работы применяются другие типы, которые не обладают этими ограничениями.
Видео
Магниты это не только то, благодаря чему наши записки остаются надежно прикрепленными к холодильникам. Магниты помогают нам заглядывать внутрь нашего тела благодаря магнитно-резонансной интроскопии.
Самый мощный магнит в мире строится в Национальной Лаборатории Сильных Магнитных Полей недалеко от Университета Штата Флорида в Таллахасси. Импульсный электромагнит будет развивать магнитную индукцию 100 Тесла, когда будет завершена его постройка. Этот показатель в 67 раз превышает показатель при магнитно-резонансной интроскопии.
Но зачем нужен такой высокий показатель? Это единственный метод протестировать свойства недавно изобретенных высокотемпературных сверхпроводников, которые могут улучшить работу машин магнитно-резонансной интроскопии и высоковольтные линии электропередач, сократив при этом их стоимость.
Магнит на 100 Тесла позволит также проводить эксперименты с нулевой гравитацией без необходимости перемещения в космос и позволит разработать системы магнитного движения, которые заменят ракетные двигатели, которые сжигают топливо.
Ученые уже достигли магнитной индукции в 90 Тесла и пытаются получить еще больше, не разрушив магнит. Этот магнит сделан из 9 вложенных витков провода. В середине двух внутренних витков сила Лоренца создает давление в 30 раз больше, чем на дне океана.
До этого момента уже были созданы магниты, которые развивали 100 Тесла, но их предназначением была проверка максимального показателя магнитной индукции. Нормальная их работа проходит при меньшей силе, так как при 100 Тесла они могут разорваться своей собственной силой.
Стоимость разработки магнита составит 10 миллионов долларов. Стоит также сказать, что магнитная индукция 100 Тесла эквивалентна взрывной силе 200 динамитных шашек.
Самый мощный в мире магнит для исследований может быть создан в РФ
Реализация проекта рассчитана на 10 лет и предполагает строительство в ФИАН отдельного здания для магнита-рекордсмена на 100 Тесла.
МОСКВА, 30 мая РИА Новости. Самый мощный в мире магнит для изучения свойств вещества на молекулярном и атомном уровне планируется построить в России в рамках проекта, предложенного учеными Физического института имени Лебедева Российской академии наук и Массачусетского технологического института, сообщает пресс-служба ФИАН.
Реализация проекта рассчитана на 10 лет и предполагает строительство в ФИАН отдельного здания для магнита-рекордсмена на 100 Тесла. Сейчас в мире есть только три научных центра, в которых получают сильные магнитные поля силой около 40 Тесла. Это лаборатории сверхсильных полей в Талахасси, Гренобле и Неймегене. До постройки российского супермагнита в течение 3-5 лет может быть создан магнит на 40 Тесла, полагают авторы проекта.
Если посмотреть на список Нобелевских премий, то очень большое количество из них было получено благодаря тому, что ученые имели доступ к сильным магнитным полям Если у нас в России будет доступ к источнику сильных магнитных полей в 40 Тесла и, впоследствии, в 100 Тесла это откроет нам дверь в будущее, отметил руководитель проекта с российской стороны, заведующий отделом высокотемпературной сверхпроводимости и наноструктур ФИАН Владимир Пудалов, который цитируется в сообщении.
Для изготовления самого магнита потребуется большое количество специальной ленты из прочного и сверхпроводящего материала, производство которого уже сейчас возможно в России. Таким образом, весь проект может быть осуществлен целиком с помощью российских технологий и материалов, отмечается в сообщении.
Неодимовый магнит
Неодимовый магнит являются на сегодняшний день самым мощным магнитом в мире по остаточной намагниченности, коэрцитивной силе и удельной магнитной энергии. На данный момент они имеют портативные размеры, формы и могут быть свободно приобретены.
Неодимовые магниты находят свое широкое применение в современной технике. Сила магнитного поля неодимовых магнитов такова, что электрогенератор, построенный на неодимовых магнитах, можно изготавливать без катушек возбуждения и без железных магнитопроводов. В этом случае момент страгивания уменьшается до минимума, что увеличивает КПД генератора.
Неодимовые магниты это магниты, которые изготавливаются из таких химических элементов как Неодим Nd, являющийся редкоземельным элементом, железа Fe и бор B.
Около 77% добычи редкоземельных металлов принадлежит Китаю. Поэтому больше всего неодимовые магниты выпускают именно там. Англия, Германия, Япония и США являются самыми крупными потребителями неодимовых магнитов Китайского производства.
Неодимовые магниты находят свое широкое применение из-за своих уникальных свойств высокой остаточной намагниченности материала, а ткже из-за своей способности долгое время сопротивляться размагничиванию. Они теряют не более 1-2% своей намагниченности за 10 лет. Чего нельзя сказать о тех магнитах, которые выпускались ранее.
Рекорд пока принадлежит специалистам из Национальной лаборатории высоких магнитных полей, расположенной в городе Таллахасси. В декабре 1999 года они запустили гибридный магнит. Он весит 34 т, высота его - почти 7 м, и он может создать магнитное поле в 45 Тл, что примерно в миллион раз больше, чем у Земли. Этого уже достаточно, чтобы свойства обычных электронных и магнитных материалов сильно изменились.
Этот магнит, разработанный NHMFL, представляет собой очень важную веху в строительстве МКС, считает руководитель лаборатории Джек Кроу.
Это вам не подкова
Если вы представили себе гигантскую подкову, вас ждет разочарование. Флоридский магнит фактически представляет собой два, работающие в системе. Внешний слой - это сверхохлажденный, сверхпроводящий магнит. Он самый большой из когда-либо созданных такого рода. Его все время охлаждают до температуры, близкой к абсолютному нулю. Используется для этого система со сверхтекучим гелием - единственная в США, специально созданная для охлаждения данного магнита. А в центре хитрой штуковины заключен массивный электромагнит, то есть очень большой резистивный магнит.
Несмотря на гигантские размеры системы, построенной в NHMFL, площадка для экспериментов чрезвычайно мала. Обычно эксперименты проводят над объектами размером не больше кончика карандаша. При этом образец заключают в бутылочку, вроде термоса, чтобы сохранить низкую температуру.
Когда материалы подвергаются воздействию сверхвысоких магнитных полей, с ними начинают твориться очень странные вещи. Например, электроны «танцуют» на своих орбитах. А когда напряженность магнитного поля превышает 35 Тл, свойства материалов становятся неопределенными. Например, полупроводники могут менять свойства туда-сюда: в один момент проводить ток, в другой - нет.
Кроу говорит, что мощность флоридского магнита в течение пяти лет будет постепенно увеличена до 47, затем 48 и в конечном счете до 50 Тл, а результаты исследований уже превзошли самые смелые его ожидания: «Мы получили все, на что надеялись, и гораздо больше. Наши коллеги теперь одолевают нас просьбами предоставить им возможность тоже экспериментировать».
Источники: hizone.info, ria.ru, joy4mind.com, pikabu.ru, www.innoros.ru
Большой Сфинкс в Гизе: когда наступит конец мира
Аномальна зона в Афганистане
Генератор для Марса
Орден тамплиеров
По статистике, не очень крупная больница в год приобретает 500-1000 градусников. Из этого можно сделать вывод, что примерно такое...
Пророчества Сивиллы
Спустя некоторое время после того, как Сивилла Кумская поселилась в Кумах, её посетил легендарный герой Эней, участник Троянской войны. Это...
Тайна острова Пасхи
В течение десятилетий академическая наука не может ответить на вопросы, каким образом были построены гигантские моаи на отдалённом острове, чье...
Япония единственная страна в мире, которая до сих пор сохранила формальный статус Империи. Императорская династия в Японии ни...
Чудеса России
Многие наши соотечественники редко выезжают за границу и предпочитают путешествовать по России. В нашей стране есть множество удивительных мест и...
Для создания магнитных устройств ученые в свое время использовали разные материалы, включая даже такие экзотические как платина. Однако мощность неодимового магнита оставляла желать лучшего вплоть до 1982 года, когда были открыты и применены потрясающие свойства неодима. С тех пор прошло всего несколько десятилетий, но уже сейчас можно сказать, что этот редкоземельный элемент буквально взорвал технологические процессы разных отраслей промышленности. Прорыв удалось осуществить, благодаря сразу нескольким достоинствам сплава.
Характеристики магнитных изделий
Во-первых, сегодня мы с полной уверенностью можем сказать, что из всего семейства подобных устройств самые мощные - неодимовые магниты. Во-вторых, фантастическая сила сцепления - далеко не единственное достоинство такого рода изделий. Чего только стоит их знаменитая устойчивость к размагничиванию. В то время, как ферритовые аналоги за 20-30 лет практически полностью утрачивают свои характеристики, неодим становится слабее только на пару процентов. А значит, срок его эксплуатации практически неограничен. Все, кому повезло купить мощные неодимовые магниты, смогли убедиться в их внушительных характеристиках.
Помимо прочего, на силу сцепления магнитной продукции серьезно влияют её массогабаритные параметры. Другими словами, чем массивней изделие, тем большая сила потребуется, чтобы оторвать его от железной поверхности. Даже диск 50х30, который весит меньше полкилограмма, не каждый сможет отсоединить от стальной плиты, ведь для этого потребуется усилие сравнимое с подъемом 116 кг. Поэтому все, кто решил купить большой неодимовый магнит, должны помнить о мерах предосторожности в обращении с ним. Старайтесь хранить предметы из неодима подальше от массивных железных вещей, не давайте их детям, не подвергайте грубому механическому воздействию - материал достаточно хрупкий.
Магниты от пары грамм до нескольких килограмм и сцеплением в несколько центнеров Вы сможете найти в каталоге на сайте .
В нашем мире существуют масса разных вещей, происхождение которых имеет вполне научное объяснение. Но несмотря на это, они все еще вызывают массу споров и колоссальный интерес у многих людей. Одним из таких наболевших вопросов считается использование самых мощных магнитов. В мире существует масса магнитов, каждый из которых по-своему уникален. Но какой из них самый мощный?
Необычная и мощная звезда-магнит
Магнитная нейтронная звезда, именуемая «Гамма-ретранслятор 1806-20», является самым мощным магнитным объектом во Вселенной. Она подавляет достаточную чтобы замедлить локомотив с расстояния в четверть миллиона миль (путь от Земли к Луне).
На данный момент обнаружено только десять таких необычных объектов. При магнитном поле в 100 млрд тесла звезда затмевает Землю. Магнитное поле Земли составляет 0,00005 тесла. Маловероятно, что какое-нибудь рукотворное устройство когда-нибудь приблизится к силе этого самого мощного магнита из космоса.
Мощнейший американский магнит
Самый мощный магнит, разработанный во Флориде, представляет собой технический рубеж по порядку строительства космической станции и является инженерным подвигом. Исследователи из штата Флорида (США), в настоящее время ведут запись с использованием гибридной магнитной системы, введенной в эксплуатацию в девяностых годах. Мощная магнитная система, массой в 35 тонн, имеет магнитное поле в миллион раз превышающее магнитное поле Земли.
Необычный магнит или гигантская подкова
Услышав такое название, сразу приходит на ум огромная подкова. Однако в данном случае все не совеем так. Речь идет об универсальной магнитной системе из Флориды. Она состоит из двух огромных магнитов изогнутой формы, работающих вместе. Наружный слой - это самый мощный магнит имеющий сверхохлаждение и сверхпроводимость. Ему нет равных среди подобных устройств когда-либо созданных человеком. Магнит постоянно охлаждают сверхтекучим гелием до температурных показателей близких к абсолютному нулю. В центре системы расположен огромный резистивный магнит.
Несколько интересных моментов из испытаний
Этот огромный резисторный магнит представляет собой устройство, расположенное в центре комплексного приспособления. Но, несмотря на его размеры, этот супермагнит редко используется. Все дело в том, что для его испытаний была выделена очень маленькая тестовая площадка. Из-за этого испытуемые объекты крохотные и не превышают размеров кончика обычного карандаша.
Более того, в процессе тестирования испытуемый образец необходимо охлаждать до определенной температуры. Для этого он опускается в специальный цилиндрический резервуар с охлаждающей жидкостью.
Применение магнита в медицине
Любой самый мощный магнит с легкостью найдет свое применение в медицине. Использование этих устройств позволяет решить проблему модернизации современного медицинского оборудования.
К примеру, во Флориде находится самый большой магнит, используемый для томографии. Этот 24-тонный гигант позволяет исследовать головной и спинной мозг, выявив не только различные заболевания, но и некогда полученные пациентом травмы. Чем выше магнитное поле, тем точнее результаты. В университете мозга считают, что использование сверхмощных магнитов поможет в исследованиях травм головного и спинного мозга.
В рамках одного из проектов планируется использовать функциональную визуализацию живых клеток при помощи мощного магнита. В ходе эксперимента ученые узнают, насколько повреждается мозговая ткань с течением времени и как лекарственные средства могут на это повлиять.
Технология МРТ, где также нашлось место магнитам, использует мощное магнитное поле для выравнивания клеточных ядер тела. При этом один магнит находится в неподвижном состоянии, а другой вращает ядра и генерирует сигнал. Его-то и считывают компьютеры. Затем они перерабатывают и преобразовывают полученный сигнал в трехмерный визуальный образ.
Влияют ли магниты на человека?
Расширяющееся медицинское использование магнитов вызывает очевидный вопрос: являются ли магнитные поля хорошими или плохими для человеческого тела? В последние годы было много дебатов по поводу последствий жизни вблизи высоковольтных линий электропередач.
Но так как сила магнитного поля падает довольно быстро, кто-то, живущий всего в 50 футах от линии электропередачи, вероятно, испытает не более двух миллигауссов. В последнем исследовании не было оснований полагать, что этот уровень воздействия может оказать пагубное воздействие на организм.
Неодимовые магниты: что и как
Эти магниты являются очень мощными. Они сильные и довольно безопасные, но тяжелые. Некоторые из них могут весить сотни килограммов. Это своеобразные куски из магнитного сплава, наделенного сверхмощной силой сцепления. Такие устройства могут быть облачены в дополнительный стальной корпус, что усилит их вес и сцепление. Также они могут быть лишены подобной дополнительной оболочки. Соответственно, будут обладать меньшим сцеплением и весом.
Благодаря мощи и силе подобных устройств появилась возможность поднимать вверх грузы с весом до 1000 кг.
Для чего нужны поисковые магниты?
Самые мощные поисковые магниты представляют собой небольшие по размеру устройства, используемые для поиска ценных металлических предметов и объектов. Такие находки всегда имеют историческое значение и важны для разного рода исследовательских компаний, археологических обществ и других любителей старинных вещей.
Как правило, они состоят из мощных неодимовых магнитов, резиновых и стальных корпусов, других компонентов. Размеры устройств довольно компактные, поэтому их можно носить в руках. Использовать их можно не только на поверхности, но и в колодцах, болотах, реках. Они могут быть двусторонними и односторонними, а также отличатся своим весом и мощностью.
Мощные и сильные неодимовые магниты
Есть постоянные магниты, которые могут иметь такую же привлекательную силу, как и самые мощные неодимовые магниты. Они называются магнитами AlNiCo. Создаются такие устройства обычно на базе алюминия, кобальта и никеля. При большего размера используется отливка и ее сложные формы.
По словам экспертов, данные виды магнитов обладают прекрасными термическими характеристиками. Благодаря этому они нашли свое применение в производстве тормозных автомобильных систем ABS, изделий с герконовыми переключателями (к примеру, датчиками топливной подачи) и гитарных звукоснимателей.
Как видите, магниты - это важная часть нашей жизни. Они используются в различных сферах нашей деятельности и с разными целями.
Самый большой магнит
Магнитные бури обычно не считаются грозным явлением природы, таким как землетрясения, цунами, тайфуны. Правда, они срывают радиосвязь в высоких широтах планеты, заставляют плясать стрелки компасов. Сейчас эти помехи уже не страшны. Дальнюю связь всё чаще ведут через спутники, с их же помощью штурманы задают курс кораблям и самолётам.
Казалось бы, капризы магнитного поля уже могут никого не беспокоить. Но именно теперь некоторые факты дали почву опасениям, что перемены в магнитном поле Земли способны вызвать катастрофы, перед которыми побледнеют самые грозные силы природы!
Одно из таких изменений поля происходит в наши дни… С тех пор как немецкий математик и физик Карл Гаусс впервые дал математическое описание магнитного поля, последующие измерения - на протяжении 150 лет до сегодняшних дней - показывают, что магнитное поле Земли неуклонно ослабевает.
В связи с этим кажутся естественными вопросы: не исчезнет ли магнитное поле совсем, и чем это может грозить землянам?
Вспомним, что нашу планету непрерывно бомбардируют космические частицы, особенно интенсивно - протоны и электроны, излучаемые Солнцем, так называемый солнечный ветер. Мимо Земли они проносятся со средней скоростью 400 км/с. Магнитосфера Земли не пропускает заряженные частицы к поверхности планеты. Она направляет их к полюсам, где в верхней атмосфере те рождают фантастические сияния. Но если магнитного поля не будет, если растительный и животный мир окажется под таким непрерывным обстрелом, то можно предположить, что радиационное повреждение организмов самым губительным образом скажется на судьбе всей биосферы.
Чтобы судить о том, насколько реальна такая угроза, надо вспомнить, как возникает магнитное поле Земли и нет ли в этом механизме ненадёжных звеньев, способных выйти из строя.
По современным представлениям, ядро нашей планеты состоит из твёрдой части и жидкой оболочки. Подогреваемое твёрдым ядром и охлаждаемое расположенной выше мантией, жидкое вещество ядра вовлекается в кругооборот, в конвекцию, распадающуюся на многие отдельные циркулирующие потоки.
Такое же явление знакомо земным океанам, когда источники глубинного тепла оказываются близко ко дну океана, благодаря чему оно нагревается. Тогда в толще воды возникают вертикальные течения. Хорошо исследовано, например, такое течение в Тихом океане неподалёку от берегов Перу. Оно выносит из глубин к поверхности вод огромную массу питательных веществ, благодаря чему этот район океана особенно богат рыбой…
Вещество жидкой части ядра - это расплав с большим содержанием металлов, и потому он обладает хорошей электропроводностью. Из школьного курса мы знаем, что если проводник движется в магнитном поле, пересекая его линии, то в нём возбуждается электродвижущая сила.
Во взаимодействие с потоками расплава могло первоначально вступить слабое межпланетное магнитное поле. Порождённый этим ток, в свою очередь, создал мощное магнитное поле, которое кольцами окружило ядро планеты.
В недрах Земли в принципе всё происходит так, как в динамо-машине с самовозбуждением, схематическую модель которой имеет обычно каждый школьный кабинет физики. Отличие в том, что вместо проводов в недрах действуют потоки жидкого электропроводящего материала. И, по-видимому, вполне правомерна аналогия между секциями ротора динамо и конвекционными потоками расплава в недрах. Механизм, создающий магнитное поле Земли, назвали поэтому гидромагнитное динамо.
Но картина, конечно, сложнее: кольцевые, иначе их называют тороидальные, поля не выходят на поверхность планеты. Взаимодействуя стой же электропроводной подвижной жидкой массой, они порождают другое, внешнее поле, с которым мы на поверхности Земли и имеем дело.
Нашу планету с её внешним магнитным полем схематически обычно изображают как симметрично намагниченный шар с двумя полюсами. В действительности внешнее поле не столь идеально по форме. Симметрию нарушает множество магнитных аномалий.
Некоторые из них очень значительны и получили название континентальных. Одна такая аномалия находится в Восточной Сибири, другая - в Южной Америке. Подобные аномалии возникают потому, что гидромагнитное динамо в недрах Земли «сконструировано» не столь симметрично, как электрические машины, построенные на заводе, где обеспечивают соосность ротора и статора и на специальных станках тщательно балансируют роторы, добиваясь совпадения их центров масс (точнее, главной центральной оси инерции) с осью вращения. И мощность потоков вещества, и температурные условия, от которых зависит скорость их движения, далеко не одинаковы в различных зонах земных недр, где действует природное динамо. Скорее всего, глубинное динамо можно сравнить с машиной, у которой секции в обмотке ротора разной толщины и зазор между ротором и статором меняется.
Аномалии меньших масштабов - региональные и локальные - объясняются особенностями состава земной коры - как, например, Курская магнитная аномалия, возникшая благодаря гигантским залежам железной руды.
Словом, механизм, порождающий магнитное поле Земли, устойчив, надёжен, и в нём нет, кажется, деталей, которые способны внезапно выйти из строя. Более того, по мнению профессора мюнхенского университета Г. Зоффеля, электропроводность жидкого материала в недрах так велика, что если по какой-либо причине гидромагнитное динамо вдруг «выключится», магнитные силы на поверхности планеты просигналят нам об этом только через многие тысячелетия.
Но одно дело «поломка» природного механизма, другое - постепенное затухание его действия, подобное похолоданиям, породившим оледенения планеты.
Чтобы проанализировать это обстоятельство, нам понадобится более детальное знакомство с поведением магнитного поля: как и почему изменяется оно во времени.
Любая горная порода, любое вещество, содержащее железо или другой ферромагнитный элемент, всегда находится под воздействием магнитного поля Земли. Элементарные магнитики в этом материале стремятся ориентироваться подобно стрелке компаса вдоль силовых линий поля.
Однако если материал нагревать, то наступит момент, когда тепловое движение частиц станет столь энергичным, что оно разрушит магнитную упорядоченность. Затем, когда наш материал будет остывать, начиная с определённой температуры (её называют точкой Кюри) магнитное поле одержит верх над силами хаотического движения. Элементарные магнитики снова выстроятся так, как велит им поле, и останутся в этом положении, если тело не будет снова нагрето. Поле оказывается как бы «замороженным» в материале.
Это явление позволяет уверенно судить о прошлом земного магнитного поля. Учёным удаётся проникать в такие дали времён, когда на юной планете остывала твёрдая кора Минералы, сохранившиеся с той поры, рассказывают о том, каким было магнитное поле два миллиарда лет назад.
Когда же дело касается исследований периодов, значительно более близких к нам по времени - в пределах последних 10 тысяч лет, - учёные предпочитают брать для анализа материалы искусственного происхождения, а не природные лавы или осадки. Это обожжённая человеком глина - посуда, кирпичи, ритуальные фигурки и т. п., которые появились с первыми шагами цивилизации. Преимущество искусственных поделок из глины в том, что археологи могут их достаточно точно датировать.
В Институте физики Земли РАН исследованиями изменений магнитного поля занималась лаборатория археомагнетизма. Там были сосредоточены обширные данные, добытые в лаборатории и в ведущих зарубежных научных центрах. Занимаются этим и российские учёные.
Действительно, эти данные подтверждают, что в наше время магнитное поле ослабевает. Но здесь необходима оговорка: точные измерения поведения поля на больших отрезках времени говорят, что магнитное поле планеты подвержено многочисленным колебаниям с разными периодами. Если мы их все сложим, то получим так называемую «сглаженную кривую», которая достаточно хорошо совпадает с синусоидой, имеющей период 8 тысяч лет.
В данное время суммарное значение магнитного поля находится на нисходящем отрезке синусоиды. Вот это и вызвало беспокойство некоторых авторов. Позади более высокие значения, впереди - дальнейшее ослабление поля. Оно будет продолжаться примерно ещё две тысячи лет. Но затем начнётся усиление поля. Эта фаза продлится 4 тысячи лет, чтобы потом снова наступил спад. Предыдущий максимум пришёлся на начало нашей эры. Множественность колебаний магнитного поля объясняется, по-видимому, отсутствием сбалансированности движущихся частей гидромагнитного динамо, различной их электропроводностью.
Важно отметить, что амплитуда синусоиды составляет менее половины средней величины напряжённости поля. Иными словами, эти колебания никак не могут свести значение поля к нулю. Таков ответ тем, кто считает, будто нынешнее ослабление поля в конце концов откроет поверхность земного шара для обстрела частицами из космоса.
Как уже говорилось, кривая представляет собой сумму накладывающихся друг на друга различных колебаний магнитного поля Земли - всего их выявлено пока около десятка. Хорошо выражены периоды, имеющие длительность 8000, 2700, 1800, 1200, 600 и 360 лет. Менее чётко прослеживаются периоды в 5400, 3600 и 900 лет.
С некоторыми из этих периодов связаны существенные явления в жизни планеты.
Период в 8000 лет имеет несомненно глобальный масштаб в отличие от колебаний, например, в 600 или 360 лет, имеющих региональный, локальный характер.
Интересны взаимосвязи со многими природными явлениями периода в 1800 лет. Географ А. В. Шнитников провёл сопоставление различных природных ритмов Земли и обнаружил их привязанность к астрономическому явлению, названному. Большой сарес, когда Солнце, Земля и Луна оказываются на одной прямой и при этом Земля расположена на наименьшем удалении и от светила, и от спутника. В этом случае достигают наибольшего значения приливные силы. Большой сарес повторяется через 1800 лет (с отклонениями) и сопровождается расширением земного шара в экваториальной полосе - за счёт приливной волны, в которой участвуют Мировой океан и земная кора. Как следствие этого происходит изменение момента инерции планеты, и она замедляет своё вращение. Изменяется также положение границы полярного ледового покрова, происходит подъём уровня океана. Большой сарес отражается на климате Земли - по-иному начинают чередоваться засушливые и влажные периоды. Такие перемены в природе в прошлом отражались и на населении планеты: усиливалась, например, миграция народов…
В Институте физики Земли задались целью выяснить, не существует ли связей между явлениями, вызванными Большим саресом, и поведением магнитного поля. Оказалось, что именно 1800-летний период колебаний поля хорошо согласуется с ритмом явлений, вызванных взаиморасположением Солнца, Земли и Луны. Совпадают начала и концы изменений и их максимумы… Это можно объяснить тем, что в жидкой массе, окружающей ядро планеты, во время Большого сареса приливная волна также достигала наибольшей величины, следовательно, взаимодействие потоков вещества с внутренним полем также менялось.
В последние 10 тысяч лет земная природа не терпела каких-либо бедствий по вине беспокойного магнитного поля. Но что скрывает более глубокое прошлое? Как известно, наиболее драматические события в биосфере Земли лежат далеко за пределами 10 тысяч лет. Может быть, их причиной были какие-либо изменения в магнитном поле?
Здесь мы должны будем заняться фактом, который встревожил некоторых учёных.
Магнитные поля прошлого оказались «вмороженными» ещё и в вулканические лавы, когда те, остывая, проходили точку Кюри. Запечатлены магнитные поля и в донных осадках: опускающиеся на дно частицы, если они содержат ферромагнетики, подобно стрелкам компасов ориентируются по линиям магнитного поля. Оно сохраняется вечно в окаменевших осадках, если только осадки не подвергались сильному нагреву…
Исследованием древних магнитных полей занимаются палеомагнитологи. Им удалось обнаружить поистине грандиозные изменения, которые претерпевало в далёком прошлом магнитное поле. Было открыто явление инверсии - смены магнитных полюсов. Северный перемещался на место южного, южный - на место северного.
Кстати, полюса меняются не так уж быстро - по некоторым оценкам, смена длится 5 или даже 10 тысяч лет.
Последнее такое перемещение произошло 700 тысяч лет назад. Предыдущее - ещё на 96 тысяч лет раньше. В истории планеты таких смен насчитывают сотни. Какой-либо регулярности здесь не обнаружено - известны длительные спокойные периоды, их сменяли времена частых инверсий.
Были открыты также так называемые «экскурсы» - уход магнитных полюсов от географических на большие расстояния, завершавшиеся, однако, возвращением к своему прежнему месту.
Объяснить переполюсовки пытались многие. Американские учёные Р. Мюллер и Д. Моррис, например, считают первопричиной этого удары гигантских метеоритов. «Встряска» планеты заставляла менять характер движения расплавов в её глубине. Авторы этой гипотезы основывались на том, что 65 миллионов лет назад одновременно произошли инверсия и падение на Землю большого космического тела, о чём говорят отложения того времени, богатые космическим иридием. Гипотеза выглядела эффектной, но была малоубедительной хотя бы потому, что временная связь между этими событиями доказана весьма слабо. По другой гипотезе, к инверсиям побуждают глубинные потоки расплава, когда в них попадают гигантские комья ферромагнитного материала. Эти комья, концентрируя в себе линии магнитного поля, как бы «тянут» его за собой.
И эта гипотеза вызывает возражения.
Очевидно, что за миллиарды лет своего существования ядро Земли должно было увеличиваться в размерах. Казалось бы, это не могло не отразиться на магнитном поле Земли. Между тем учёные, располагающие сведениями о том, каким было магнитное поле планеты два миллиарда лет назад, сравнивают эти данные с сегодняшними и не находят даже следов влияния роста ядра на магнитное поле. Может ли отразиться на состоянии поля явление куда более скромных масштабов, какое представляют собой гипотетические «комья»?
Принятая ныне теория гидромагнитного динамо способна объяснить инверсию, но эта теория не говорит о том, что смена полюсов обязательна, она только не противоречит этому явлению.
Причиной инверсий служат всё те же «конструктивные несовершенства» природного гидромагнитного динамо. Но это иные дефекты, нежели те, которые вызывают уже знакомый нам спектр из десяти колебаний магнитного поля, колебаний, однообразно повторяющихся через те или иные отрезки времени. Инверсии не имеют такого регулярного систематического характера.
Можно было бы полагать, что явление инверсии, поиски её причин и её последствий вызовут интерес одних лишь исследователей земного магнетизма. Но нет, это явление привлекло внимание широкого круга учёных и в том числе тех, кто изучает развитие земной биосферы.
В последнее время в нескольких научных статьях было высказано предположение, что при инверсиях магнитное поле Земли исчезает. Таким образом, речь идёт о том, что планета на какое-то время теряет свою невидимую броню. А это, видимо, может повлечь за собой гибель многих видов растений и животных. Вот почему в переменах, которым подвержено магнитное поле, некоторые видят опасность более грозную, чем та, которую несёт разрушительное трио: землетрясения, цунами, тайфуны.
Авторы этого предположения в доказательство своей правоты приводят взаимосвязь между вымиранием динозавров, исчезнувших с лица Земли 65 миллионов лет назад и частыми инверсиями, характерными для того периода.
Гипотезу о таком радикальном влиянии переполюсовок на развитие всей живой природы Земли с особенным удовлетворением встретили эволюционисты, которые в недавнем прошлом моделировали с помощью компьютера историю биосферы нашей планеты, начиная от первичных форм живой материи. В программу были заложены все известные к тому времени факторы, влияющие на мутации и естественный отбор. Результаты исследования оказались неожиданными: эволюция от первой клетки до человека в математической интерпретации шла много медленнее, чем в реальных условиях земной природы.
Очевидно, заключили учёные, в программе не были учтены какие-то энергичные факторы, заставляющие природу одномоментно сменять виды. Теперь, считают они, найден один из таких сильных ускорителей эволюции - это воздействие на органический мир космических излучений в те периоды, когда полюса обменивались местами… Что-то подобное, по меньшей мере, чернобыльской катастрофе.
То ли тревожно, то ли обнадёживающе на этом фоне звучит утверждение американских геофизиков, что ими обнаружены в штате Орегон слои лавы, по которым видно, что «вмороженное» в них поле повернулось на 90 градусов в течение всего двух недель. Иначе говоря, перемены не обязательно требуют тысячелетий, а могут быть почти мгновенными. То есть время губительного воздействия космических излучений невелико, что уменьшает их опасность. Непонятно только, почему поле повернулось не на 180 градусов, а всего на 90.
Однако предположение о том, что при переполюсовках магнитное поле исчезает, всего лишь предположение, а не истина, опирающаяся на достоверные факты. Напротив, некоторые палеомагнитные исследования говорят о том, что поле сохраняется и при инверсиях. Оно, правда, имеет не дипольное строение и много слабее - в 10, и даже в 20 раз. Серьёзные возражения вызвала трактовка резких перемен поля, обнаруженных в лавах из штата Орегон. Упоминавшийся нами профессор Г. Зоффель считает, что открытие американских коллег можно объяснить совсем иначе, например, так: в остывающую лаву «вморозилось» магнитное поле, рождённое ударившей в этот момент молнией.
Но эти возражения не исключают вероятность прямого, может быть, ослабленного воздействия космических частиц на растительный и животный мир. В поиски ответов на вопросы, поставленные этой гипотезой, включились многие учёные.
Заслуживают внимания соображения, высказанные в своё время сотрудником Института физики Земли АН СССР В. П. Щербаковым. Он считал, что при инверсиях магнитное поле планеты, пусть и ослабленное, сохраняет своё строение, в частности, магнитные силовые линии в районе полюсов по-прежнему упираются в поверхность планеты. Над движущимися полюсами в периоды инверсии в магнитосфере существуют постоянно, как и в наши дни, воронки, в которые словно бы ссыпаются космические частицы.
В периоды инверсий, при ослабленном поле они могут здесь подлететь к поверхности зелёного шара на самые близкие расстояния, возможно и достигают её.
В поиски включились и палеонтологи. Например, германский профессор Г. Херм, который в сотрудничестве со многими зарубежными лабораториями изучал донные отложения, приуроченные к концу мелового периода. Он нашёл доказательства, что в эти времена произошёл скачок в развитии видов. Однако этот учёный считает тогдашние инверсии всего лишь одним из факторов, подтолкнувших эволюцию. Г. Херм не находит никаких оснований для тревог за будущую жизнь на планете в случае, если в магнитном поле наступят резкие перемены.
Профессор МГУ Б. М. Медников, биолог-эволюционист, также не считает их опасными и поясняет, почему. Основной защитой от солнечного ветра, говорит он, нам служит всё же не магнитное поле, а атмосфера. Протоны и электроны теряют свою энергию в её верхних слоях над полюсами планеты, заставляя светиться, «сиять» молекулы воздуха. Если вдруг магнитного поля не станет, то сияния, вероятно, будут не только над полюсами, куда магнитосфера теперь сгоняет частицы, а на всём небосводе - но на тех же больших высотах. Солнечный ветер по-прежнему останется безопасным для живого.
Б. М. Медников говорит и о том, что эволюция не нуждается в «подхлёстывании» космическими силами. Последние, более совершенные компьютерные модели эволюции убеждают: её реальная скорость вполне объясняется внутренними для организма молекулярными причинами. Когда при зарождении нового организма создаётся его аппарат наследственности, в одном из ста тысяч случаев копирование родительских признаков происходит с ошибкой. Этого вполне достаточно, чтобы виды животных и растений поспевали за изменениями в окружающей среде. Не стоит забывать и о механизме массового распространения генных мутаций посредством вирусов.
По мнению магнитологов, возражения Б. М. Медникова не могут зачеркнуть проблему. Если маловероятно прямое влияние перемен в магнитном поле на биосферу, то есть ещё и косвенное. Есть, например, несомненные взаимосвязи магнитного поля планеты и её климата…
Как видите, в проблеме взаимосвязи магнитного поля с биосферой немало серьёзных противоречий. Противоречия, как всегда, побуждают исследователей к поиску.
Из книги 100 Великих Чудес Света автора Ионина Надежда82. Самый древний, самый большой, самый молодой (храмы Таиланда) Столица королевства Таиланд - Бангкок, но это название используют главным образом иностранцы. Официально же город именуется иначе, а именно:
Из книги 100 великих рекордов стихий автора Непомнящий Николай НиколаевичСамый большой океан… Сибири В последнее время учёных всего мира волнуют вопросы климатических изменений. Согласно выдвигаемым гипотезам, человечество в обозримом будущем могут ожидать глобальное потепление или похолодание, очередной всемирный потоп или же
Из книги Новейшая книга фактов. Том 3 [Физика, химия и техника. История и археология. Разное] автора Кондрашов Анатолий ПавловичСамый большой овраг на Земле (По материалам Ю. Рязанцева)Если отвлечься от повседневности, от наших мелких забот и страстей, то можно сказать, что на краю Большого Каньона Колорадо явственно ощущаешь дыхание Вечности. И осознаёшь ничтожность отпущенного нам отрезка
Из книги Справочник кроссвордиста автора Колосова СветланаСамый большой магнит Магнитные бури обычно не считаются грозным явлением природы, таким как землетрясения, цунами, тайфуны. Правда, они срывают радиосвязь в высоких широтах планеты, заставляют плясать стрелки компасов. Сейчас эти помехи уже не страшны. Дальнюю связь всё
Из книги Все обо всем. Том 3 автора Ликум АркадийКакие размеры имеют самый большой и самый маленький карандаши в мире? В 2003 году немецкая фирма канцелярских товаров «Фабер-Кастелль» выпустила тиражом 50 экземпляров самый маленький карандаш в мире. Длина карандашика 17,5 миллиметра, диаметр 3 миллиметра, а толщина грифеля
Какой кит самый большой? Самый большой кит в то же время является и самым крупным животным в мире. Это голубой кит - длина его может превышать 30 метров, а вес достигает 125 тонн. Его можно встретить в любых морях, но чаще всего он попадается в Тихом океане. Он относится к
Из книги автораСамый большой орган Он находится в соборе Парижской Богоматери: 109 регистров, почти 7800 труб. Он не единожды модернизировался, и сейчас в его чреве оптоволоконный кабель, а управление полностью компьютеризировано. Орган звучит во время всех служб, а по воскресеньям в
Из книги автора Из книги автораСамый большой жук Имя библейского великана Голиафа дано жуку из группы бронзовок, обитающего только в Верхней Гвинее и достигающего в длину до 10 сантиметров. Это действительно великан. Некоторые экземпляры весят более 100 граммов. Чтобы отловить этих жуков, ученым
Похожие статьи
