در زمین نواحی وجود دارند که در آنجا مؤلفههای مغناطیسی بطور ناگهانی تغییر میکنند و مقادیری به خود میگیرند که با مقادیر مربوط به محلهای مجاور تفاوت فاحشی دارند. این نواحی ، نواحی با ناهنجارهای مغناطیسی نامیده میشود. در اغلب موارد ناهنجاری مغناطیسی ناشی از فشار توده بزرگی از سنگ آهنهای مغناطیسی در زیر سطح زمین است. به این دلیل مطالعه ناهنجاریهای مغناطیسی اطلاعات با ارزشی در مورد وجود و محل مخازن و سنگهای مغناطیسی ارائه میدهند.
یکی از بزرگترین و بهترین مطالعات در مورد ناهنجاریهای مغناطیسی شوروی سابق در ناهنجاری مغناطیسی کورسک (kurs توسط گروهی از فیزیکدانان روسی به سرپرستی لازارف (La-zarev) انجام گرفته و در آنجا مخازن سنگ عظیمی کشف شده است. تحلیل دقیق میدان مغناطیسی زمین وسیله توانمندی برای بررسی ذخایر معدنی زمین است. در حال حاضر جستجوی مغناطیس سنجی ، روش ژئوفیزیکی مهم و گستردهای است که برای اکتشافات معدنی بکار میرود.
مؤلفههای میدان مغناطیسی زمین در هر نقطه کره زمین با مرور زمان به آرامی تغییر میکند. بعضی از رصدخانههای مغناطیسی اروپایی اطلاعات جمع آوری شده در 300 تا 400 سال اخیر را در اختیار دارند. این اطلاعات تصور روشنی را در مورد قانون این تغییرات کند (قانون سدهای میدان مغناطیسی زمین) ارائه میدهند. ولی افزون بر تغییر سدهای میدان مغناطیسی زمین ، مؤلفههای میدان مغناطیسی زمین تغییرات دورهای جزئی در ضمن روز و سال نیز دارند. این تغییرات روزانه و سالانه مؤلفههای میدان مغناطیسی زمین مرسومند و معمولا کوچک هستند.
![]() |
تمام این تغییرات دورهای در میدان مغناطیس تا اندازهای آرام صورت میگیرد. ولی ، گاهی میدان مغناطیسی زمین در مدت چند ساعت تغییرات ناگهانی و زیادی پیدا میکند. این پدیده توفان مغناطیسی یا آشفتگی مغناطیسی نامیده میشود. توفان مغناطیسی معمولا از 6 تا 12 ساعت طول میکشد و پس از آن مؤلفههای مغناطیسی زمین به تدریج مقادیر معلوم خود را به دست میآورند. در مواقع اعتدال (اعتدال بهاری یا اعتدال پاییزی) توفانهای مغناطیسی بیشتر از سایر دورههای سال مشاهده می شود.
تعداد و شدت توفانهای مغناطیسی از سالی نسبت به سال دیگر تغییر میکند. دورههای قلههای توفان مغناطیسی در فاصله 11.5 سال تکرار میشوند. پس از هر قله ، تعداد توفانهای مغناطیسی به تدریج کاهش مییابند و به مقدار مینیمم خود میرسند و دوباره تا مقدار قله زیاد میشوند. تعدادی از پدیدههای دیگر نیز شفقهای قطبی ، لکههای خورشیدی ، بعضی پدیدههای مربوط به انتشار امواج رادیویی و غیره) دارای دوره 11.5 سال هستند. امروزه میتوان اظهار داشت که این تطابقها تصادفی نیستند بلکه ارتباط ذاتی این پدیدهها را نشان میدهند.
کلمات کلیدی: مغناطیس
کلمات کلیدی: مغناطیس
1 - زمینه با پیدایش آهنربا ، پس از گذشت زمان کوتاهی پی بردند که کرة زمین نیز خاصیت آهنربایی دارد ؛ تا آنجا که نام قطب های آهن ربا را را بر اساس نام قطب های زمین نام گذاری کردند .
به دنبال آن ، برای اولین در سال 1600 میلادی ، توسط « گیلبرت » زمین به عنوان یک آهنربای بزرگ معرفی شد .
برای دلیل وجود خاصیت مغناطیسی در کرة زمین ، نظریه های متفاوتی از آغاز شناخت آن تا کنون ، ارائه شده است و حتی بعضی می گفتند ، خاصیت مغناطیسی کرة زمین ، تحت تأثیر کره های دیگر است . اما آخرین نظریه ، این خاصیت را به مواد مذاب داخل کرة زمین مربوط می داند .
2 - خاصیت مغناطیسی کرة زمین
یکی از ویژگی های مهم کرة زمین ، وجود خاصیت آهنربایی در آن است و مانند این است که درون کرة زمین ، آهنربای بسیار بزرگی قرار داده شده است و تا کنون ، نظریه های گو ناگونی برای علت آن ارائه شده است . آخرین نظریه این است که درون کرة زمین ، مواد مذاب در حال حرکت وجود دارد و بیشتر این مواد ، از جنس آهن و نیکل هستند . هنگامی که این مواد حرکت می کنند ، در اطراف جریان های الکتریکی ضعیفی به وجود می آورند که در مجموع ، باعث می شود کرة زمین ، خاصیت آهنربایی پیدا کند و در اطراف کرة زمین ، میدان مغناطیسی به وجود می آید . ما روی آهنربای بزرگی به نام «زمین » زندگی می کنیم .
چندین سیارة دیگر از سیاره های منظومه شمسی نیز ، میدان مغناطیسی دارند که از جمله آنها می توان از عطارد و مشتری نام برد . این خاصیت در خورشید و بسیاری ستاره های دیگر نیز دیده می شود .
خاصیت مغناطیسی کرة زمین ، نقش بسیار مهمی در جهت یابی کشتی ها و هواپیماها دارد . شمال و جنوب مغناطیسی زمین ثابت نیست و در فاصله های زمانی ، به میزان قابل ملاحظه ای تغییر می کند .
3 - زاویه انحراف
چنانچه به کمک عقربة مغناطیسی به طرف قطب شمال یا جنوب برویم ، به قطب شمال و جنوب واقعی کرة زمین نمی رسیم . علت این است که قطب شمال و جنوب جغرافیایی و مغناطیسی کرة زمین ، با هم یکی نیست ؛ یعنی اینکه قطب شمال مغناطیسی زمین ، درست روی قطب شمال جغرافیایی زمین قرار ندارد و اگر دو قطب جغرافیایی و مغناطیسی زمین را توسط خطی فرضی به به نام « محور » به هم وصل کنیم ، بین دو محور مغناطیسی و محور جغرافیایی زمین ، زاویه ای ساخته می شود که به آن ، زاویة انحراف گویند . این زاویه ، به مرور زمان ، جزئی تغییر می کند و ثابت نمی ماند ، و اندازة آن در نقاط مختلف زمین متفاوت است . زاویة انحراف در جهت یابی هواپیماها و کشتی ها بسیار مهم است . هم اکنون قطب شمال مغناطیسی کرة زمین ، در شمال کانادا قرار دارد .
4 - زاویه میل
مطالعة مغناطیسی زمین ، نشان می دهد که خط های میدان مغناطیسی زمین افقی نیست و با سطح زمین زاویه ای می سازد همچنین می دانیم خاصیت مغناطیسی یک آهنربا در نقاط مختلف آن متفاوت است و در دو قطب آن ، این خاصیت بیشتر است . به همین ترتیب ، خاصیت آهنربایی کرة زمین در دو قطب بیشتر است . پس اگر یک عقربة مغناطیسی آزاد باشد تا بتواند در راستای عمودی نیز حرکت کند ، نوک این عقربه نزدیک قطب ها به زمین متمایل می شود و در خط استوای مغناطیسی عقربه ، افقی قرار می گیرد و در قطب ها ، به عنوان مثال قطب شمال ، نوک عقربه N آن ، عمود بر سطح افقی خواهد شد . پس محور مغناطیسی عقربه های مغناطیسی در مکان های مختلف استوا تا قطب ، نسبت به سطح افق تغییر کرده و زاویه ای با افق می سازد ؛ این زاویه را زاویة میل گویند . پس زاویه میل ، زاویه ای است که محور مغناطیسی عقربه با سطح افق می سازد همچنین این زاویه ، در جهت یابی هواپیماها و کشتی ها نقش بسیار مهمی دارد ؛ در جغرافیا به این زاویه ، عرض جغرافیایی گویند .
5 - کشف معدن های آهنی زمین
مطالعة میدان مغناطیسی زمین برای هدف های علمی و عملی ، از اهمیت به سزایی برخوردار است . وجود میدان مغناطیس زمین ، انجام پاره ای از بررسی های مهم دیگر را میسر کرده است ؛ از آن جمله ، می توان از روش های اکتشاف و مطالعة ذخایر زمین نام برد . تحلیل دقیق میدان مغناطیسی زمین ، وسیلة توانمندی برای بررسی ذخایر معدنی زمین است . در حال حاضر ، جست و جوی مغناطیس سنجی ، روش ژئوفیزیکی مهم و گسترده ای است که برای اکتشاف و ذخایر معدنی به کار می رود .
در زمین ، نواحی ای وجود دارد که در آن جا کمیت های مغناطیسی به طور ناگهانی تغییر می کنند و مقادیری به خود می گیرند که با مقادیر مربوط به محل های مجاور ، تفاوت زیادی دارند تفاوت زیاد کمیت های مغناطیسی در این ناحیه ها ، ناشی از فشار تودة بزرگی از سنگ آهن های مغناطیسی در زیر سطح زمین است ؛ به همین دلیل ، مطالعة ناهنجاری های مغناطیسی ، دانسته های باارزشی در مورد وجود و محل مخزن های سنگ های مغناطیسی ارائه می دهد .
6- مین های دریایی
مواد مغناطیسی مانند آهن که در میدان مغناطیسی کرة زمین قرار گرفته باشند . به مرور زمان ، خاصیت مغناطیسی پیدا می کنند ؛ مثلاً یک کشتی که در آن آهن نیز به کار رفته است ، به مرور زمان آهنربا می شود . از این خاصیت برای به دام انداختن آن استفاده می شود .
عملکرد یک مین دریایی ، به گونه ای است که خاصیت آهنربایی کشتی بر آن اثر گذاشته و فرمان انفجار صادر می شود .
در یک مین دریایی ، عقربه ای مغناطیسی قرار داده اند که هنگام عبور کشتی از بالای آن ، عقربه تحت تأثیر قرار گرفته و مین از سطح زیرین دریا ، به سطح دریا می رسد و سپس منفجر می شود . برای خنثی کردن این مین ها دو روش وجود دارد .
الف ـ مغناطیس نیرومندی را با کابل های سیمی از زیر هواپیما آویزان کرده و آن را نزدیک سطح آب ، حرکت می دهند . آهنربای قوی روی مین ها اثر گذاشته و آنها را خنثی می کند . گاهی کابل سیمی دایره شکل را به طور شناور روی سطح آب قرار می دهند و جریانی را از آن می گذرانند ، که بر اثر این میدان مغناطیسی یا جریان جریان ساز و کار ، مین ها عمل کرده ، بدون هیچ خسارتی منفجر می شوند .
ب ـ حلقه هایی از سیم عایق شده را به کشتی وصل کنند و جریانی را از آنها می گذرانند ؛ به طوری که میدان مغناطیسی این جریان مساوی و در خلاف میدان مغناطیسی کشتی کشتی ( که یک مغناطیس دائمی است ) باشد . وقتی این میدان ها با هم ترکیب شوند ، یکدیگر را خنثی می کنند و کشتی بدون این که ساز و کار مین را به کار اندازند ، از روی آن می گذرد .
7 - باستان شناسی مغناطیسی
میدان مغناطیسی زمین ، منظم و پایدار نیست ؛ بلکه با گذشت سال ها در یک محل معین ، مقدار متوسط زاویة انحراف و میل تغییر می کند . این انحراف محور مغناطیسی و در نتیجه ، تغییرات زاویه انحراف و زاویه میل در یک محل نسبت به زمان ، شاخة جدیدی را در « باستان شناسی » به نام «باستانو مغناطیسی» ایجاد کرده است که توسط آن ، عمر کوره ها ، اجاق ها و آتشکده های قدیمی تعیین می شود . اساس کار ، مبتنی بر این است که بیشتر خاک رسهایی که این اجسام از آنها ساخته شده اند ، حاوی مقدار کمی مواد مغناطیسی اند . سمتگیری این مواد مغناطیسی ، با گرم شدن در موقع استفادة عادی تثبیت شده است . با مقایسة جهت فعلی میدان مغناطیسی زمین با جهت میدان مغناطیسی این مواد ، می توان قدمت باستانی تقریبی آن ها را تعیین کرد .
در مقیاس طولانی تر زمان ( دوران زمین شناسی ) ، شواهدی وجود دارد که نشان می دهد محور مغناطیسی زمین در مدت چهار میلیون سال گذشته ، نه بار کاملاً تغییر جهت داده است . این شواهد ، مبتنی بر اندازه گیری های خاصیت مغناطیسی ( ضعیف ) تثبیت شده در تخته سنگ های با عمر زمین شناسی معین هستند .
کلمات کلیدی: مغناطیس
برای اولین بار میدان مغناطیسی یک ستاره نوترونی به شکل مستقیم تعیین شد
با استفاده از رصدخانه پرتو X آزانس فضایی اروپا موسوم به XMM-Newton ، اخترشناسان اروپایی موفق شدند برای اولین بار و بدون واسطه میدان مغناطیسی یک ستاره نوترونی را مورد سنجش قرار دهند و دید دقیق تری نسبت به این موجودات راز آلود کیهان به دست آورند.
ستاره های نوترونی اجرامی بسیار چگالند . این ستاره ها با جرمی معادل خورشید در کره ای به قطر 20 تا 30 کیلومتر فشرده می شوند و جرمی با چگالی بسیار بالا را تولید می کنند. ستاره های نوترونی حاصل انفجارهای ابرنواختری است. پس از آنکه لایه های ستاره در اثر انفجاری مهیب در فضا پراکنده شد بقایای ستاره اصلی به شکل قلبی چگال باقی می ماند و ستاره نوترونی را تشکیل می دهد ستاره ای که با آهنگی غیرقابل تصور به دور خود می چرخد.
این گونه اجرام اگرچه خانواده ای آشنا ازاجرام کیهانی به حساب می ایند اما به شکل فردی و تک تک اطلاع اندکی از آنها در دست داریم.این اجرام در هنگام تولد دمای بسیار بالایی دارند و تابش قوی از خود ساطع می کنند اما پس از گذشت زمان با سرعت حرارات خود را از دست می دهند و به همین دلیل تابشهای قوی خود نظیر تابش در محدوده پرتو X را از دست داده و در طول موجهای رادیویی به تابش می پردازند و به همین دلیل است که برای بررسی آنها باید از این طول موجها استفاده کرد. تنها تعداد اندکی از این اجرام تابشهایی در طول موج X نشان می دهند.
یکی از این موارد ستاره ای نوترونی موسوم به 1 E1207.4-5209 است که در خلال طولانی ترین عکسبرداری رصدخانه XMM-Newton که 72 ساعت به طول انجامید آشکار شد.با کمک این تصویر برداری اخترشناسان اروپایی موفق شدند برای اولین بار به طور مستقیم به اندازه گیری میدان مغناطیسی این ستاره بپردازند این در حالیست که پیش از این تنها با کمک روشهای غیر مستقیم نظیر استفاده از نظریات شکل گیری ستاره های پرجرم و یا بررسی آهنگ کاهش دوران ستاره نوترونی (که با کمک بررسی داده های رادیویی امکان پذیر می شد) این میدان مغناطیسی مورد محاسبه قرار می گرفت . اما این بار اخترشناسان توانستند با رصد تابش پرتو X یک ستاره نوترونی این میدان را مستقیما ندازه گیری کنند تابش پرتو X پیش از آنکه در فضا منتشر شود از درون میدان مغناطیسی ستاره نوترونی عبور می کند و این میدان اثر انگشت خود را بر روی این پرتو باقی می گذارد. با بررسی پرتوهای دریافت شده می توان میدان را شناسایی کرد . اما نکته هیجان انگیز در خصوص این ستاره نوترونی جای دیگری بود میدان مغناطیسی که به روش مستقیم مورد اندازه گیری قرار گرفت 30 برابر ضعیف تر از میدانی بود که روشهای غیر مستقیم اعلام می کرد ند و این پرسشی تاز ه را مطرح می کرد منشا این اختلاف چیست.
در مدلهای رایج اندازه گیری میدان مغناطیسی ستاره های نوترونی فرض می شود که کاهش سرعت ستاره تنها در اثر میدان مغناطیسی ستاره و واکنش ان با محیط اطراف است د حالیکه به نظر می رسد، حداقل در مورد 1 E1207.4-5209 عامل دیگری نیز در کاهش سرعت ستاره نقش ایفا می کند و آن قرصی از بقایای انفجار ابرنواختری است که در اطراف ستاره نوترونی باقی مانده است.
حال این سوال مطرح اسن که آیا این مورد تنها یک استثنا و گونه جدیدی از ستاره های نوترونی است و یا نمونه ای عمومی از این خانواده از اجرام آسمانی است. بررسیهای بعدی باید پاسخگوی این سوال باشد.
کلمات کلیدی: مغناطیس
برای اینکه بتوانیم در یک محیط ، میدان مغناطیسی برقرار کنیم، باید مقداری انرژی صرف کنیم. این انرژی در میدان ذخیره شده و تحت عنوان انرژی مغناطیسی از آن تعبیر میشود. این مطلب از قانون القای فاراده به صورت مستقیم نتیجه میشود. |
هرگاه یک منبع ولتاژی را که قادر به ایجاد ولتاژی به اندازه V است، به مداری متصل کنیم، در این مدار جریان الکتریکی برقرار میشود، اما هر ماده دارای یک مقاومت الکتریکی میباشد، بنابراین مجموع ولتاژ چشمه و نیروی محرکه القایی در مدار با حاصلضرب مقاومت مدار در جریانی که از آن میگذرد، برابر خواهد بود و چون جریان را به صورت مشتق زمانی بار الکتریکی تعریف میکنند، بنابراین میتوان گفت که چشمه ولتاژ یا باتری مقداری کار انجام میدهد تا مقداری بار الکتریکی را در مدار انتقال دهد.
مقداری از این کار انجام شده توسط منبع ولتاژ یا انرژی تزریق شده به مدار و مقداری هم به صورت گرما تلف میشود. این انرژی برگشت ناپذیر است. مقدار دیگری از انرژی نیز صرف تغییر شار در مدار میشود، یعنی این جمله دوم کاری است که علیه نیروی محرکه القا شده در مدار انجام میشود. بنابراین اگر در یک مدار صلب و ساکن که بجز اتلاف گرمای ژول هیچ انرژی دیگری از دست نمیدهد، کار انجام شده توسط باتری با تغییر انرژی مغناطیسی مدار برابر خواهد بود.
در بحث الکتریسیته به مجموع چند مقاومت و خازن یا قطعات دیگر الکترونیکی که به یک منبع ولتاژ وصل شده باشد، مدار الکتریکی میگویند. در بحث مغناطیس به مجموعه سیم پیچی که بر اطراف حلقهای از یک ماده مغناطیسی پیچیده شده باشد، مدار مغناطیسی میگویند.
حال فرض کنید که دستگاهی متشکل از تعدادی مدار که با یکدیگر برهمکنش دارند، داشته باشیم. برای اینکه بتوانیم انرژی مغناطیسی این دستگاه را بیان کنیم، فرض میکنیم در حالت اول کلیه این مدارها بدون جریان هستند و ما تمام جریانها را بطور هماهنگ به مقدار نهاییشان میرسانیم، یعنی در هر لحظه از زمان تمام جریانها کسر یکسانی از مقدار نهایی خود را دارند. البته این امر تنها زمانی درست است که مدارها صلب بوده و محیطهای موجود خطی باشند، تا انرژی نهایی به ترتیب تغییر جریانها بستگی نداشته باشد.
بنابراین اگر جریان هر مدار را با I_i و شار مغناطیسی القا شده در آن را با Ф_i نشان دهیم، به رابطه زیر خواهیم رسید:
که n تعداد مدارها میباشد. البته این رابطه را میتوان برحسب القا متقابل مدارها نوشت.
رابطهای که در قسمت قبلی برای انرژی مغناطیسی مدار محاسبه شد، رابطه مفید است، چون پارامترهای موجود در آن را میتوان با اندازه گیری مستقیم بدست آورد. از طرف دیگر ، میتوان انرژی را برحسب میدانهای برداری مغناطیسی و بردار شدت میدان مغناطیسی بیان کرد. در این صورت چون رابطه گویاتر است و تصویری را عرضه میکند که در آن انرژی در خود میدان مغناطیسی ذخیره شده است، لذا این بیان مفیدتر است.
این رابطه نسبت به رابطه قبلی کلیتر میباشد و اگر محیط مورد نظر ما یک محیط خطی باشد، یعنی بتوانیم با داشتن یکی از مقادیر شدت میدان مغناطیسی (H) یا القا مغناطیسی (B) یکی را برحسب دیگری محاسبه کنیم، به راحتی میتوانیم مقدار انرژی ذخیره شده در آن مدار را با استفاده از حل یک انتگرال ساده از رابطه زیر محاسبه کنیم:
که در آن ضرب موجود از نوع ضرب عددی یا اسکالر است و انتگرال روی حجم مدار انجام میگیرد.
تابع انتگرال (یا سیگما) که در رابطه مربوط به انرژی مغناطیسی ظاهر میگردد، یک انتگرال حجمی است که روی تمام نقاط فضا گرفته میشود و لذا بدیهی است که میتوانیم انرژی واحد حجم را به عنوان چگالی انرژی مغناطیسی تعریف کنیم، یعنی اگر چگالی انرژی را با μ نشان دهیم، در این صورت خواهد بود.
در مورد خاص اجسام مغناطیسی همسانگر و خطی که بین H و B یک رابطه خطی وجود دارد، یعنی است که در آن μ تراوایی مغناطیسی ماده میباشد، لذا رابطه چگالی انرژی به فرم ساده زیر در میآید:
کلمات کلیدی: