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磁场是怎么形成的吗?磁场的形成经过了哪些步骤?磁场的种类有哪些?

时间:2017-05-20 作者:693295245 浏览:    手机版

许多人都知道地球是有磁场的,手拿指南针在地球上就可以知道正确的方位,那么您们知道磁场是怎么形成的吗?在宇宙初期是有没有磁场的?磁场的形成经过了哪些步骤?磁场的种类有哪些?下面就天天奇闻网去看看吧!

磁场是怎么形成的

宇宙开始的时候并没有磁性。在宇宙大爆炸之后,宇宙中出现带电质子、电子以及氦和锂原子核组成的热气云。每一种粒子都能够在各个方向产生磁场,但是这些磁场完全彼此抵消。Schlickeiser认为甚至在第一颗恒星出现之前,就存在一种极其微弱的磁场。这些微弱的磁场后来被恒星风和超新星所强化和拉伸。

磁场

磁场

Schlickeiser称那种磁性能够通过原子和亚原子微粒的旋转自然产生。然而强大的磁性不会出现于初期宇宙,因为它需要重金属元素。产生更加沉重的地磁元素反过来需要超新星。加利福尼亚大学的迈克尔-赖尔登说道:“如果你非常混乱的摆放许多充电线路,正如在宇宙初期发生的一样,每一处的平均电流都是零,因此在任何宏观水平都不存在净余磁性。”

当宇宙形成大约38万年的时候,有可能随着热气云温度的降低,密度和压力的变化会导致随机磁岛的形成。Schlickeiser称,那些磁性如此弱小以至于对于周围的气体毫无影响。最终宇宙中的物质聚集成为恒星和星系,恒星并不需要重元素来形成,但是随着它们冷却和倒塌开始产生重元素。

磁场

磁场的形成

恒星爆炸的喷射物压缩了周围的介质,而且用重元素丰富了周围物质。据Schlickeiser所说,恒星风和爆炸的组合开始推动周围的小型磁场,对它们进行了压缩和强化。最终磁场就变得强大到足以推动周围的等离子。与此同时,恒星开始创造那些能够通过原子旋转产生更强磁性的重元素。正是那种磁性形成了地球的磁场,而且也是你在北极光中看到的那种磁场。

这种随机磁场的原始理论是由Schlickeiser和马里兰大学自然科学与技术研究所的Peter Yoon共同探索的。Yoon说道:“Schlickeiser提出通过等离子作用随机放大磁场的新想法。你必须要有一个出发点开始探索,而Schlickeiser提出了一种理论。”确实,科学都是通过无数次的探索之后被证实的,包括我们现在所认为的宇宙真理,或许某天,它们就会全部被推翻。

磁场的种类

电磁场

电磁场

电磁场(electromagnetic field)是有内在联系、相互依存的电场和磁场的统一体和总称。随时间变化的电场产生磁场,随时间变化的磁场产生电场,两者互为因果,形成电磁场。电磁场可由变速运动的带电粒子引起,也可由强弱变化的电流引起,不论原因如何,电磁场总是以光速向四周传播,形成电磁波。电磁场是电磁作用的媒递物,具有能量和动量,是物质存在的一种形式。电磁场的性质、特征及其运动变化规律由麦克斯韦方程组确定。

电磁场是电磁作用的媒递物,是统一的整体,电场和磁场是它紧密联系、相互依存的两个侧面,变化的电场产生磁场,变化的磁场产生电场,变化的电磁场以波动形式在空间传播。电磁波以有限的速度传播,具有可交换的能量和动量,电磁波与实物的相互作用,电磁波与粒子的相互转化等等,都证明电磁场是客观存在的物质,它的“特殊”只在于没有静质量。

在电磁学里,磁石、磁铁、电流、含时电场,都会产生磁场。处于磁场中的磁性物质或电流,会因为磁场的作用而感受到磁力,因而显示出磁场的存在。磁场是一种矢量场;磁场在空间里的任意位置都具有方向和数值大小。

地磁场

地磁场

地磁场

地磁场(geomagnetic field)是从地心至磁层顶的空间范围内的磁场。地磁学的主要研究对象。人类对于地磁场存在的早期认识,来源于天然磁石和磁针的指极性。地磁的北磁极在地理的南极附近;地磁的南磁极在地理的北极附近。磁针的指极性是由于地球的北磁极(磁性为S极)吸引着磁针的N极,地球的南磁极(磁性为N极)吸引着磁针的S极。这个解释最初是英国W.吉伯于1600年提出的。吉伯所作出的地磁场来源于地球本体的假定是正确的。这已为1839年德国数学家C.F.高斯首次运用球谐函数分析法所证实。

地磁的磁感线和地理的经线是不平行的,它们之间的夹角叫做磁偏角。中国古代的著名科学家沈括是第一个注意到磁偏角现象的科学家。地球的基本磁场可分为偶极子磁场、非偶极子磁场和地磁异常几个组成部分。偶极子磁场是地磁场的基本成分,其强度约占地磁场总强度的90%,产生于地球液态外核内的电磁流体力学过程,即自激发电机效应。非偶极子磁场主要分布在亚洲东部、非洲西部、南大西洋和南印度洋等几个地域,平均强度约占地磁场的10%。地磁异常又分为区域异常和局部异常,与岩石和矿体的分布有关。

地磁场

地磁场的来源

地球变化磁场可分为平静变化和干扰变化两大类型。平静变化主要是以一个太阳日为周期的太阳静日变化,其场源分布在电离层中。干扰变化包括磁暴、地磁亚暴、太阳扰日变化和地磁脉动等,场源是太阳粒子辐射同地磁场相互作用在磁层和电离层中产生的各种短暂的电流体系。磁暴是全球同时发生的强烈磁扰,持续时间约为1~3天,幅度可达10纳特。其他几种干扰变化主要分布在地球的极光区内。除外源场外,变化磁场还有内源场。

内源场是由外源场在地球内部感应出来的电流所产生的。将高斯球谐分析用于变化磁场,可将这种内、外场区分开。根据变化磁场的内、外场相互关系,可以得出地球内部电导率的分布。这已成为地磁学的一个重要领域,叫做地球电磁感应。地球变化磁场既和磁层、电离层的电磁过程相联系,又和地壳上地幔的电性结构有关,所以在空间物理学和固体地球物理学的研究中都具有重要意义。

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