علت خاصیت مغناطیسی زمین علوم ششم

علت خاصیت مغناطیسی زمین علوم ششم را از سایت پست روزانه دریافت کنید.

درس 4 علوم ششم دبستان

از آنجایی که  بخش عمده‌ی منابع و مخازن طبیعی مورد استفاده‌ی انسان مانند نفت، گاز، زغال سنگ، آب‌های زیرزمینی و سایر معادن فلزی و غیرفلزی در لایه‌های درونی زمین واقع شده‌اند، ضروری است که ساختمان درونی زمین مورد مطالعه قرار گیرد.

دانشمندان، ساختمان درونی زمین را به کمک امواج لرزه‌ای مورد مطالعه قرار می‌دهند. آنها با استفاده از ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی مواد سازنده‌ی زمین، لایه‌های مختلف  را نامگذاری می‌کنند.

براساس خواص شیمیایی، لایه‌های زمین به سه لایه‌ی: پوسته، گوشته و هسته تقسیم‌بندی می‌شوند.

براساس خواص فیزیکی، لایه‌های زمین به پنج لایه‌ی: سنگ کره، خمیر کره، گوشته‌ی زیرین، هسته‌ی خارجی و هسته‌ی داخلی تقسیم‌بندی می‌شوند.

 اهداف/ پیامد

در پایان این درس انتظار می‌رود دانشآموزان بتوانند:

سطح 1: لایه‌های مختلف زمین را از طریق نقاشی، ساخت ماکت و مدل نشان دهند.

سطح2: برخی از ویژگی‌های لایه‌های تشکیل‌دهنده‌ی زمین را از روی مدل توضیح دهند.

سطح 3: براساس مدل ساخته‌شده، تفاوت‌های لایه های مختلف و اهمیت هر لایه را توضیح دهند.

مواد و وسایل آموزشی

-       یک میز آهنی، چوبی و پلاستیکی

-       پارافین ژله‌ای

-       توپ پینگ‌پنگ

-       خاک رُس

-       بادکنک

-       نخ کاموا

-       ماسه ی ریز

دانستنی‌ها برای معلم

براساس مطالعات مستقیم (حفاری چاه، نمونه‌برداری از مواد خروجی از دهانه‌ی آتشفشان‌ها و...) و غیرمستقیم (امواج لرزه‌ای و...) زمین‌شناسان، ساختمان درونی زمین را به صورت‌های زیر معرفی کرده‌اند:

الف) از دیدگاه شیمیایی: در این دیدگاه، ترکیب شیمیایی و کانی‌شناسی مواد سازنده‌ی لایه‌های درونی زمین مورد بررسی قرار می‌گیرندکه بر این اساس به سه لایه: پوسته (Crust)، گوشته (Mantel) و هسته (Core) تقسیم‌بندی می‌شوند.

 پوسته:

به بالاترین لایه‌ی کره‌ی زمین که به‌صورت قشر نسبتاً نازکی گوشته‌ی زمین را دربر گرفته است، پوسته می‌گویند. پوسته‌ی زمین به دو بخش قاره‌ای و اقیانوسی تقسیم می‌شود.

پوسته‌ی قاره‌ای، خشکیها را شامل می‌شود و ضخامت آن حدوداً بین 20 تا 70 کیلومتر متغیر است و پوسته‌ی اقیانوسی بستر اقیانوس‌ها را شامل می‌شود و ضخامت آن حدوداً بین 8 تا 12 کیلومتر متغیر می‌باشد.

تراکم و چگالی پوسته‌ی اقیانوسی بیشتر از پوسته‌ی قاره‌‌ای می‌باشد، به‌طوری که چگالی پوسته‌ی قاره‌ای gr/cm³ 8/2 و پوسته‌ی اقیانوسی gr/cm³ 3 می‌باشد.

از نظر ترکیب سنگ‌شناسی، پوسته‌ی قاره‌ای بیشتر از سنگ آذرین اسیدی تا حد واسط مانند گرانیت و آندزیت تشکیل شده است.

سن پوسته‌ی اقیانوسی جوانتر از پوسته‌ی قاره‌ای است؛ به‌طوری که سن پوسته‌ی اقیانوسی حداکثر 200 میلیون سال است در حالی که سن پوسته‌ی قاره‌ای تا حدود 8/3 میلیارد سال می‌رسد.

گوشته:

این لایه در زیر پوسته قرار گرفته است  که از طریق ناپیوستگی موهو از پوسته جدا می‌شودو تا عمق حدود 2900 کیلومتری ادامه دارد. چگالی گوشته از پوسته بیشتر است به‌طوری که مقدار آن در گوشته‌ی بالایی حدود
gr/cm³ 3/3  است و در گوشته‌ی زیرین به حدود gr/cm³ 5/5 می‌رسد.

ترکیب سنگ‌شناسی گوشته عمدتاً شامل سنگ‌های آذرین فوق بازی مانند پریدوتیت، پیروکسنیت و... می‌باشد.

هسته:

این لایه، داخلی‌ترین لایه‌ی زمین است که از طریق ناپیوستگی گوتنبرگ از گوشته جدا می‌شود و تا مرکز زمین (عمق Km6368) ادامه دارد. چگالی آن بیشتر از گوشته است به‌طوری که مقدار آن از حدود gr/cm³ 5/5 شروع و در قسمت‌های مرکز زمین به حدود gr/cm³ 11 می رسد.

ترکیب شیمیایی آن بیشتر از عناصر فلزی و سنگین مانند آهن و نیکل تشکیل شده است.

ب) از دیدگاه فیزیکی: در این دیدگاه، خواص فیزیکی مانند حالت مواد (جامد، خمیری و مایع) و تراکم لایه‌های تشکیل‌دهنده‌ی زمینمورد بررسی قرار می‌گیرد که بر این اساس به پنج لایه: سنگ کره (Lithosphere)، خمیر کره (Astenosphere)، گوشته‌ی زیرین (Lower Mantel)، هسته‌ی خارجی (Outer Core) و هسته‌ی داخلی (Inner Core) تقسیم‌بندی می‌شوند

سنگ کره (Lithosphere):

سنگ کره، شامل پوسته به‌علاوه‌ی بخش جامد و فوقانی گوشته می‌باشد که حالت فیزیکی آن جامد است و ضخامت آن حدود 100 کیلومتر می‌باشد. این لایه بر روی قسمت خمیری گوشته‌ (نرم‌ کره) واقع شده است که در برخی از قسمت‌ها دارای حرکت می‌باشد. در برخی از منابع، این بخش از زمین، سخت کره نیز ذکر شده است.

خمیر کره (Astenosphere):

این بخش  از کره‌ی زمین حالت خمیری دارد و از سنگ کره (عمق حدود 100 کیلومتر) شروع می‌شود و تا عمق حدود 350 کیلومتر ادامه می‌یابد. منشأ بیشتر زمین‌لرزه‌ها و آتشفشان‌ها مربوط به این لایه می‌باشد. در برخی از منابع این لایه را با نام‌های «نرم کره» و «سست کره» ذکر کرده‌اند.

گوشته‌ی زیرین (Lower Mantel):

این قسمت از زمین که حالت جامد دارد از زیر آستنوسفر (عمق حدود 350 کیلومتر) شروع و تا مرز گوتنبرگ (عمق حدود 2900 کیلومتر) ادامه دارد.

هسته‌ی خارجی (Outer Core):

این لایه از زمین که حالت مایع دارد از مرز گوتنبرگ (عمق حدود 2900 کیلومتر) شروع و تا مرز لِمان (عمق حدود 5100 کیلومتر)  ادامه دارد. ترکیب شیمیایی آن عمدتاً از عناصر فلزی مانند آهن و نیکل تشکیل شده است. این لایه در ایجاد میدان مغناطیسی زمین مؤثر است.

هسته‌ی داخلی (Inner Core):

این لایه حالت جامد دارد و از مرز لمان شروع و تا مرکز زمین (عمق حدود 6400 کیلومتر) ادامه دارد. ترکیب شیمیایی این لایه نیز همانند هسته‌ی خارجی می‌باشد اما چگالی (وزن مخصوص) آن بیشتر از هسته‌ی خارجی است.

هسته‌ی داخلی با آنکه در قسمت عمیق‌تر از هسته‌ی خارجی قرار دارد، حالت فیزیکی آن جامد است. علت این امر مربوط به فشار زیاد در هسته‌ی داخلی می‌باشد. به عبارت دیگر در این بخش (هسته‌ی داخلی)، تأثیر فشار بیشتر از دما می‌باشد.

به نظر شما دانشمندان چگونه به اطلاعات فوق دست یافتند؟

زمین‌شناسان برای مطالعه‌ی ساختمان درونی زمین به دو طریق عمل می‌کنند:

الف) روش مستقیم: در این روش، به‌طور مستقیم از قسمت‌های درونی زمین نمونه‌برداری می‌کنند؛ مانند:

1-  حفاری در پوسته‌ی زمین و برداشت نمونه از عمق‌های مختلف جهت مطالعه. البته عمیق ترین حفاری انجام‌شده در حدود Km 13 عمق دارد.

2-  استفاده از مواد مذاب آتشفشانی که این مواد گاهی به همراه خود قطعاتی از بخش‌های عمیق پوسته را به سطح زمین می‌آورند و از طریق بررسی آنها به خصوصیات بخش‌های درونی زمین (گوشته‌ی فوقانی و پوسته)  پی می‌برند.

ب) روش غیرمستقیم: در این روش از امواج لرزه‌ای استفاده می‌شود؛ به‌طوری که سرعت این امواج در بخش‌های مختلف زمین متفاوت است. یعنی در قسمت پرتراکم و چگال، سرعت امواج زیاد (بیش از Km/s 10) و در بخش‌های کم‌تراکم‌، سرعت این امواج، کم  (کمتر از Km/s 6) است.

امواج لرزه‌ای، انواع متفاوتی دارند که دو نوع مهم آن که در مطالعه‌ی ساختمان درونی زمین کاربرد دارند عبارتند از: امواج اولیه (طولی P) و امواج ثانویه (عرضی S).

امواج P از تمام حالت‌های مواد (جامد، مایع و خمیری) عبور می‌کنند اما امواج S فقط از جامدات عبور می‌کنند؛ به‌طوری که در هنگام آزادشدن امواج لرزه‌ای، موج P از تمام بخش‌های زمین عبور می‌کند در حالی که سرعت آن در بخش‌های مختلف، متفاوت است؛ به‌عنوان مثال، در پوسته، سرعت کم است و به‌تدریج که به بخش‌های عمیق گوشته و در نهایت هسته می‌رسد، سرعت آن نیز افزایش می‌یابد.

  امواج S که فقط از جامدات عبور می‌کنند، در مسیر حرکت خود از سطح زمین به سمت مرکز زمین، ابتدا در پوسته با سرعت معین، حرکت نموده، در هنگام رسیدن به بخش خمیری (آستنوسفر) سرعت آن کاهش می‌یابد، پس از عبور از آستنوسفر مجدداً سرعت آنها افزایش می‌یابد و در نهایت در مرز گوتنبرگ، متوقف می‌گردد که علت این امر، مایع‌بودن هسته‌ی خارجی می‌باشد.

نکات آموزشی

در صورت امکان، معلم فیلم سفر به اعماق زمین را تهیه کرده و برای دانش‌آموزان نمایش دهد و ار آنها بخواهد که در گروه‌های خود  در مورد آن بحث کنند. در صورت عدم دسترسی به فیلم، درباره‌ی داستان ژول‌ورن، گفت‌وگو کنند. سپس سؤالات زیر مطرح شود:

1-  آیا به راستی سفر به اعماق زمین امکان‌پذیر است؟

2-  دانشمندان اطلاعات مربوط به ساختمان درونی زمین را چگونه به‌دست می‌آورند؟

3-  به نظر شما چگونه می‌توانیم به مطالعه‌ی ساختمان درونی زمین بپردازیم؟

4-  ضرورت مطالعه‌ی ساختمان درونی زمین چیست؟

برای پاسخ به سؤالات بالا لازم است که فعالیت‌های زیر را انجام دهیم:

فعالیت مربوط به نشان دادن امواج لرزه‌ای (به‌وسیله‌ی تلفن همراه).

معلم گوشی خود را در حالت لرزشی (ویبره) قرار می‌دهد و از دانش‌آموزان می‌خواهد که از تلفن دیگری به این گوشی زنگ بزنند و در هنگام لرزش گوشی، از دانش‌‌آموزان بخواهید که‌آن را مشاهده نمایند. در هنگام مشاهده سعی شود دانش‌آموزان از تمام خواس خود استفاده نمایند. توجه به تأثیر گوشی بر میز و لمس گوشی ضروری است (توجه کنید دانش‌آموزان تلفن همراه به مدرسه نیاورند و از گوشی معلمشان استفاده کنند). از آنان خواسته شود که مشاهدات خود را بیان کنند و موارد دیگری از لرزش اجسام را نام ببرند.

تأکید بر لرزش و انتقال لرزش به میز دانش‌آ‌موزان برای فهم انتقال امواج لرزه در داخل اجسام که جزء اهداف درسی است مورد توجه قرار گیرد.

در فعالیت مربوط به «آزمایش کنید» از دانش‌آ‌موزان خواسته شود چگونگی انتقال لرزش (امواج لرزه‌ای) را در موارد مختلف مقایسه کنند و به این نتیجه برسند که سرعت انتقال امواج لرزه در داخل مواد متراکم بیشتر از مواد کم‌تراکم است.

پس از انجام آزمایش، این سؤال مجدداً مطرح شود که به نظر شما دانشمندان چگونه ساختمان درونی زمین را مطالعه می‌کنند. آنان توسط معلم راهنمایی شوند تا این که به چگونگی مطالعه‌ی زمین تویط امواج لرزه بپردازند و درباره‌ی لایه‌های زمین و تراکم آنها با توجه به دانسته‌های قبلی خود بحث کنند. دانش‌آموزان برای کمک به بحث می‌توانند  از تصاویر داخل کتاب نیز استفاده نمایند.

همان‌طورکه می‌دانید پوسته‌‌ی زمین به دو نوع قاره‌ای و اقیانوسی تقسیم می‌شود که دانش‌آ‌موزان می‌توانند این دو نوع پوسته را از روی شکل با هم مقایسه کنند. پس از آنکه لایه‌های تشکیل‌دهنده‌ی زمین ارائه شد، در یک جلسه یا زنگ علوم از دانش‌آاموزان خواسته شود که مدل ساختمان درونی زمین را بسازند و پس از تهیه‌ی مدل، لایه‌ها را با هم مقایسه کنند. در بررسی مدل، دانش‌آموزان باید به تفاوت ضخامت، تراکم (مثل نرم بودن بخشی از گوشته) اشاره کنند.

اهمیت لایه‌های زمین

منبع مطلب : binesh1yazd.blogfa.com

مدیر محترم سایت binesh1yazd.blogfa.com لطفا اعلامیه سیاه بالای سایت را مطالعه کنید.

خاصیت مغناطیسی کره ی زمین

تاریخچه

آهنربا از یک کلمه یونانی به نام ماگنت (Magnet)بوجود آمده و این کلمه نیز از یک شهر قدیمی به نام مگنسیا گرفته شده است می گویند اولین سنگ های آهنربایی در نزدیکی این شهر پیدا شد این سنگ ها ،اکسیدی از آهن بودند که خاصیت مغناطیسی داشته و بر یکدیگر اثر داشتند. اولین دانشمندی که روی آن تحقیق کرد طالس بود که خاصیت مغناطیسی را تشریح کرد ولی نتوانست به علت آن پی ببرد.
ویلیام گیلبرت (willam gilbert) یکی از فیزیکدانان پیشگامی بود که اولین بار به وجود میدان مغناطیسی زمین پی برد. وی نشان داد که اگر یک میله آهنی را در راستای شمال و جنوب قرار داده و بر روی آن بکوبیم میله ، آهنربا خواهد شد.
او همچنین برای اثبات وجود میدان مغناطیسی زمین یک آهنربا را درون کره‌ای قرار داد و نام ان را Terrlla نامید که در زبان لاتینی به معنای زمین کوچک بود. گیلبرت یک قطب نما را بر روی آن حرکت داد و مشاهده نمود که وقتی قطب نما در راستای سطح Terrlla قرار می‌گیرد، جهت عقربه مغناطیسی آن همواره ثابت می‌ماند، که نشانگر قرار گرفتن عقربه تحت تاثیر میدان مغناطیسی آهنربای درون کره است

نکته مهم:● قطب‌های میدان مغناطیسی زمین
در واقع کره زمین مانند یک آهنربای قوی عمل می‌کند که قطب N آن در جنوب جغرافیایی قرار دارد (که می‌تواند قطب S آهنربا‌ها را به سمت خود منحرف کند) و قطب S آن در شمال جغرافیایی قرار دارد (که قطب N آهنربا را به سمت خود منحرف می‌سازد).شاهد براین دلیل آنست که اگر آهن ربایی را از نقطه گرانیگاه(نقطه ثقل نیرو جسم)آزادانه به دور از اجسام مغناطیسی(آهن نیکل کبالت)آویزان کنیم،آهنربا پس از مدتی طوری قرار می گیردکه قطب N آن تقریبا به سمت شمال جغرافیایی زمین وقطب S آن تقریبا بسمت جنوب جغرافیایی زمین قرار می گیرندچون در آهنرباها قطب های ناهمنام همدیگر را می ربایند پس نتیجه می گیریم وقتی قطبNآهن ربا به سمت شمال جغرافیایی زمین قرار می گیرد زمین در شمال جغرافیایی قطب Sاست که با قطب Nآهن ربا ناهمنام بوده آن را جذب می کند و در یک راستا قرار می گیرند برای قطب جنوب جغرافیایی زمین بلعکس.

زمینه با پیدایش آهنربا ، پس از گذشت زمان کوتاهی پی بردند که کره 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 ۱۶۰۰ 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 ، ارایه 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 .

خاصیت مغناطیسی کره زمین

یکی از ویژگی های مهم کرة زمین ، وجود خاصیت آهنربایی در آن است و مانند این است که درون کره زمین ، آهنربای بسیار بزرگی قرار داده شده است و تا کنون ، نظریه های گو ناگونی برای علت آن ارایه 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 .

چرا زمین خاصیت مغناطیسی دارد؟

داخلی ترین قسمت زمین که آن را هسته ی داخلی نیز می گویند از آهن و نیکل ساخته شده است .از مطالعه زمین دانشمندان به این نتیجه رسیده اند که چرخش زمین به دور خود گرداب هایی را در هسته خارجی که حالت مذاب دارد  بوجود می آورد که از غرب به شرق دور می زند.بر اثر این گرداب ها جریان های الکتریکی تولید شده که آن نیز از شرق به غرب جاری می شود و این جریان در هسته داخلی خاصیت مغناطیسی بوجود می آورد. پس نتیجه می گیریم که هسته داخلی زمین مانند آهنربای درازی است که از شمال به جنوب زمین در امتداد است . نکته ای که خیلی مهم است این که خاصیت مغناطیسی زمین هیچ ارتباطی با نیروی جاذبه زمین ندارد و این دو مستقل از هم هستند.

تصوری کلی در این باره وجود دارد که دست کم توضیح مختصری از میدان مغناطیسی زمین به دست می‌دهد. هر جا که ذرات باردار در یک حرکت دورانی جریان پیدا کنند، میدان مغناطیسی ایجاد می‌شود. اگر ذرات بارداری درون زمین وجود داشته باشد، با چرخش زمین طبیعتاً در یک حرکت دورانی قرار میگیرد. شاید، درون هسته خارجی مایع زمین، جریان هایی گردابی(گرداب های کوچک) برقرار است که میدان های مغناطیسی منفردی تولید می کنند و میدان کلی جمع جبری این میدان های منفرد باشد. شق دیگر این است که لایه های متفاوت زمین و یا عرض های جغرافیایی متفاوت، با سرعت های اندکی متفاوت می چرخند و حرکتی نسبی میان ذرات باردار زمین به وجود می آورند. این فرآیند نیز می‌تواند یک میدان مغناطیسی ایجاد کند. همچنان که با کاوشگر های کنارگذر، مدارگردها، و سطح نشینها به مشاهده سایر سیارات میپردازیم، میخواهیم میدان مغناطیسی آن ها را با میدان مغناطیسی زمین مقایسه کنیم.

میدان مغناطیسی زمین را می‌توان با خطوطی تجسم کرد که ظاهراً از قطب شمال مغناطیسی بیرون می آیند و به قطب جنوب مغناطیسی بر میگردند. این خطوط فرضی اند، اما دلالت بر جهتی دارند که اگر قطب نما در مکان معینی برچنین خطی قرار گیرد، آن جهت را نشان می‌دهد. برای ذره بارداری که در این میدان مغناطیسی حرکت کند نیرویی وارد می آید که بر این خطوط مغناطیسی عمود است و ذره باردار را در مسیری دایروی برگرد زمین به حرکت در می آورد. به این ترتیب به نظر می‌رسد که زمین بعضی از ذرات باردار سریع (الکترون، پروتون و ذرات دیگر) گسیل یافته از خورشید را به دام می اندزد. دو ناحیه چنبره ای شکل از ذرات پرانرژی، به نام کمربندهای وان آلن، در ارتفاع های3200 کیلومتر و 16000 کیلومتر استوا قرار دارند. نواحی بالای قطب ها نسبتاً خالی از این ذرات به دام افتاده اند.

گاهی میدان مغناطیسی زمین، بر اثر فعالیت های خورشیدی، به شدت مختل می‌شود. مثلا، همراه با شراره خورشیدی، ‌انرژی عظیمی رها می‌شود که غالباً ارتباطات رادیویی را قطع می‌کند و تغییراتی در میدان مغناطیسی زمین پدید می آورد. حتی وقتی خورشید نسبتاً آرام است، جریان ثابتی از ذرات باردار، به نام باد خورشیدی، جریان می یابد. این باد خورشیدی واپیچشه ایی در میدان مغناطیسی زمین ایجاد می‌کند. اطلاعات حاصل از ماهواره هایی که زمین را دور می زنند و بارها از درون و بیرون نواحی این میدان مغناطیسی می گذرند، حاکی از آن است که این میدان در طرفی که به سوی خورشید است، تا حدی پهن شده و در طرف مقابل آن به صورت یک "دنباله" مغناطیسی است.

پدیده شفق قطبی

هنگامی که ذرات پر انرژی حاصل از توفانهای خورشیدی در دام میدان مغناطیسی زمین گرفتار می شوند ٬ در مسیر حرکت خود در جو زمین با مولکولهای هوا برخورد می کنند و چون حامل انرژی زیاد هستند آنها را یونیزه می کنند٬ این امر سبب تولید ذرات جدید و پرتوهای گاما می شود. نقاط درخشانی را که در قطب مشاهده می کنیم٬ به آن کمربند تشعشعی یا کمربند وان آلن گفته می شود. به این پدیده شفق قطبی می گویند.

آیا میدان مغناطیسی زمین در همه جای آن یکسان است؟

خاصیت مغناطیسی زمین با افزایش عرض جغرافیایی همواره افزایش می یابد بطوری که در قطب شمال این خاصیت 3 برابر مناطق استوایی است . لازم به ذکر است که خاصیت مغناطیسی زمین از سال 1670 میلادی حدود 15 درصد کاهش یافته است و اگر به این صورت ادامه یابد در سال 4000 این خاصیت صفر خواهد شد و معلوم نیز که آن موقع چه بر سر موجودات زمین خواهد آمد . نکته قابل توجه این  که دانشمندان معتقد هستند که میدان مغناطیس زمین در سالیان دور چندین بار برعکس شده .

تغییرات روزانه میدان مغناطیسی زمین

آیا شمال جغرافیایی زمین برقطب S آهن ربایی زمین منطبق است؟

جواب:خیر1600کیلومتر با هم در قطب شمال زمین فاصله دارنددر حال حاضر، قطب شمال مغناطیسی در شمال شرقی کانادا واقع است، اما همیشه در آنجا نبوده است بلکه به نحوی تقریباً نامنظم در اطراف قطب شمال جغرافیایی در گردش بوده است. علاوه بر این، زمین شناسان با کاوش در صخره های زیر زمینی که شامل کانی های مغناطیسی است، به شواهدی دست یافته اند مبنی بر اینکه قطب میدان مغناطیسی زمین، بارها در هر یک از نُه دوران 3.6 میلیون سال گذشته، معکوس شده است. وقتی کانیهای مغناطیسی در صخره ها از حالت مایع متبلور میشوند، اجزای مغناطیسی آنها، در حین تبلور، با میدان مغناطیسی زمین در یک ردیف قرار می گیرند. وقتی چنین صخره هایی در زیر زمین یافت می شوند، خاصیت مغناطیسی شان جهت میدان مغناطیسی زمین را به هنگام تشکیل این صخره ها نشان می‌دهد.

قطب شمال مغناطیسی: طول جغرافیایی 96 درجه غربی و عرض جغرافیایی 70 درجه شمالی

قطب جنوب مغناطیسی: طول جغرافیایی 140 درجه شرقی و عرض 68 درجه جنوبی است.

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 ، جزیی 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 .

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

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 ژیوفیزیکی 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 ارایه می دهد .

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 دایمی 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 .

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.

پیش از این تصور می شد که خاصیت مغناطیسی زمین از آهن ربای دائمی بزرگ که درن آن است به وجود آمده است . می دانیم که بخش درونی زمین عمدتاً از نیکل و آهن مذاب تشکیل شده است که دمای آن حداقل حدود 2200 است و می تواند آزادانه به طریق همرفت حرکت کند . از این رو این فرضیه که درون زمین یک آهن ربای دائمی وجود داشته باشد ، بسیار غیر متحمل است . از سوی دیگر ف میدان مغناطیسی زمین کاملاً ثابت نیست . قطب شال مغناطیسی اکنون در شمال کانادا قرار دارد ولی در سال های اخیر دیده شده است که این قطب به آهستگی حرکت می کند . علاوه بر این خاصیت مغناطیسی مشاهده شده در صخره های آهنربا در پوسته زمین گواهی بر این هستند که گه گاهی جهت میدان مغناطیسی زمین بطور کامل معکوس شده است . همهاین شواهد این باور را تایید می کنند که میدان مغناطیسی زمین به جای اینکه از یک آهن ربای دائمی سرچشمه گرفته باشد ، می تواند از جریان های الکتریکی که به دور هسته نیکل – آهنی این سیاره می چرخند به وجود آمده باشد . جریان الکتریکی در درون زمین نیز می تواند درست به گونه جریانی که در یک پیچه جریان می یابد ، میدان مغناطیسی ایجاد کند . اگر به دلیلی جهت این جریان الکتریکی تغیر کند ، جهت میدان مغناطیسی نیز معکوس خواهد شد . بنابرانی ، به علت دلایلی که در بالا ذکر شد قطب N آهن ربا به سمت قطب شمال جغرافیایی ( یا قطب جنوب آهن ربایی زمین ) و قطب S آهن ربا به سمت قطب جنوب جغرافیایی (یا قطب شمال آهنربایی زمین) می ایستد . جنبه های شگفت آور بی شمار میدان مغناطیسی زمین همچنان حل نشده باقی مانده اند .الگوی  خطوط میدان دائماً در حال تغییر است ، قطب های شمال و جنوب مغناطیسی در فواصل زمانی که در مقایس زمین شناختی بسیار کوتاه هستند ، به میزان قابل ملاحظه ای حرکت می کنند .

متناسب با این حرکت ، انحراف مغناطیسی یعنی اختلاف بین شمال واقعی جغرافیایی و شمال مغناطیسی ، نیز هر سال مقداری از مرتبه 10 دقیقه قوس تغییر می کند . پس در طول یک یا دو دهه ، این تغییرات ممکن است به تصحیحاتی در حدود یک یا چند درجه منجر شود . اسرار آمیزتر آنکه شواهدی در دست است که ثابت می کند هرچند صدهزار سال یک بار میدان مغناطیسی زمین کاملاً معکوس می شود ، اما این حرکت دستخوش چنین اختلالی نیست .

میدان مغناطیسی زمین چه فایده ای دارد؟

خاصیت مغناطیسی زمین علاوه بر این که باعث می شود انسان در جهت یابی های خود آن را به کار برد. بلکه وسیله ای است برای پرندگان تا در مسافرت های طولانی خود با آن جهت یابی کنند. حتی بسیاری از دانشمندان اعتقاد دارند که خاصیت مغناطیسی زمین ، ساعت بیولوژیک جانداران را تنظیم کرده و در خواب و بیداری آنان تاثیر دارد .

مهمترین فایده میدان مغناطیسی زمین این است که مانند سدی مانع می شود تا طوفان های خورشیدی که ذرات خطرناکی هستند وارد زمین شده و ما در سایه این خاصیت زمین است که در آسایش زندگی می کنیم.

آیا خورشید هم میدان مغناطیسی دارد،

خورشید هم دارای میدان مغناطیسی است که این میدان در مقایسه با زمین بسیار قوی تر است و شدت آن دو تا سه برابر زمین می باشد علاوه بر این خورشید دارای میدان های مغناطیسی محلی نیز است که شدت آن هزاران برابر شدت مغناطیسی زمین می باشد و احتمال می رود که این میدان ها با لکه های خورشیدی در ارتباط می باشند. و این نشان می دهد که در درون خورشید جریان های الکتریکی وجود داشته که به حالت دورانی حرکت می کنند.

چرا مواد خاصیت مغناطیسی دارند؟

تمام مواد و اتم ها دارای این خاصیت هستند ولی در مواد گوناگون این نیروها همدیگر را خنثی می کنند ولی در بعضی از همواد مانند آهن ،کبالت و نیکل چون بین اتم ها همیاری و همسویی وجود دارد نیروی اندک اتم ها با یکدیگر جمع شده و نیروی عظیمی را بوجود می آورند ولی در مواد دیگر چون همسویی و همیاری اتم ها وجود ندارد این نیرو از بین رفته و و این گونه مواد خاصیت مغناطیسی ندارند.

میدان مغناطیسی :میدان مغناطیسی‌ یک میدان نیروست، مثل میدان جاذبة زمین. درست همان‌طور که یک جسم در محدودة میدان جاذبة زمین، جذب زمین می‌شود، یک قطعة مغناطیسی نیز در میدان مغناطیسیِ یک آهن‌ربا، جذب آهن‌ربا می‌شود.
این خاصیت مغناطیسی در آهن‌ربا به علت وجود دوقطبی‌های مغناطیسی است (یعنی یک آهن‌ربا متشکل از آهن‌رباهای ریز است). علت به وجود آمدن دوقطبی‌های مغناطیسی، حرکت الکترون‌هاست. برای درک بهتر انواع حرکت‌های الکترون، بهتر است قدری راجع به ساختمان اتم صحبت کنیم.

ساختمان اتم
همان‌طور که می‌دانیم، اتم شامل مجموعه‌ای از ذرات باردار مثبت (پروتون‌ها) در هسته و مجموعه‌ای از ذرات باردار منفی (الکترون‌ها) در پوسته است. (نوترون در ایجاد خاصیت مغناطیسی تأثیری ندارد). الکترون‌ها در مدارهایی حلقوی به نام اُربیتال دور هسته می‌چرخند. با نگاه به نمودار زیر (که برای Fe26 رسم شده است) قطعاً این مجموعه را به خاطر خواهید آورد:

fe26:1s2,2s2,2P6,3s3,3P6,3d4,4s2

اُربیتال‌ها به ترتیب با نام‌های K و L وM وN و... شناخته می‌شوند و در هر اُربیتال اتم‌ها در لایه‌های s و p و d و f به دور هسته می‌چرخند. جهت چرخش الکترون به دور هسته را «اسپین» می‌گوییم. در تمام این مقاله،‌ می‌خواهیم این موضوع را تفهیم کنیم که چرخش الکترون به دور هسته بُرداری به نام «گشتاور» ایجاد می‌کند. حتماً قانون دست راست را به خاطر می‌آورید: اگر چهار انگشت در جهت چرخش الکترون‌ها خم بشوند، انگشت شصت دست راست، جهت نیرویی را نشان می‌دهد که در اثر تغییر بردار حرکت الکترون تولید می‌شود. مجموعة خطوط این بردارهای گشتاور، یک میدان مغناطیسی را به وجود می‌آورد. یعنی وقتی یک جسم در فاصله‌ای نزدیک چنین قطعه‌ای قرار بگیرد، این مجموعه از نیروها بر آن وارد می‌شوند و به اصطلاح آن را یا به طرف خود جسم می‌کشند (جاذبه) و یا هُل می‌دهند (دافعه).

قانون دست راست

امّا حتماً توجه دارید که دو نیرو در یک راستا، ولی در خلاف جهت هم، همدیگر را خنثی می‌کنند. بنابراین،‌ اگر در یک لایه مانند s ــ که در آن دو الکترون در خلاف جهت هم دور هسته می‌چرخند ــ هر دو الکترون وجود داشته باشند، دوبردار نیرو در خلاف جهت تولید می‌شوند که همدیگر را خنثی می‌کنند. از این رو، اگر جسمی در نزدیکی آنها قرار بگیرد، یک نیرو آن را می‌کشد و یک نیرو آن را هُل می‌دهد و در کل هیچ نیرویی بر آن وارد نمی‌شود. پس مادة مورد نظر ما، با یک اربیتال پُر (دارای تعداد الکترون‌های زوج در لایة آخر که برای Fe26،‌ اربیتال d لایة آخر است) دارای خاصیت مغناطیسی نخواهد بود.
اما یک راه دیگر هم برای ایجاد خاصیت مغناطیسی در ماده وجود دارد. در این روش، خاصیت مغناطیسی ناشی از نوع دیگری از حرکت الکترون در اتم است. چون الکترون‌ها به جز حرکت اُربیتالی (چرخش به دور هسته که در بالا توضیح داده شد) می‌توانند مثل کرة زمین به دور خود نیز بچرخند. در این حالت نیز همان بردار گشتاور ایجاد می‌شود و اگر تعداد الکترون‌ها در لایة آخر زوج باشد دوباره نیروهای به‌وجودآمده همدیگر را خنثی می‌کنند.
جامداتی که در آنها لایة d در حال پر شدن است، دارای خاصیت مغناطیسی خواهند بود، اما این خاصیت مغناطیسی فقط ناشی از چرخش الکترون‌های لایة آخر ( : Fe26) است. زیرا لایة d به هسته نزدیک است و جاذبة هسته به الکترون‌های این لایه اجازه نمی‌دهد که به دور خود بچرخند. اما در جامداتی که لایة f در حال پُر شدن است، چون فاصلة لایه از هسته زیاد است، الکترون‌ها هم می‌توانند به دور خودشان و هم به دور هسته بچرخند. پس دو بردار نیرو ناشی از دو نوع حرکت به وجود می‌آید و واضح است که خاصیت مغناطیسی بسیار بیشتر از حالت قبل خواهد شد. البته به این موضوع هم باید توجه کرد که جهت چرخش به دور هسته (حرکت اُربیتالی) و چرخش به دور خود (حرکت وضعی)‌ برای یک الکترون در خلاف هم هستند.

حوزه‌های مغناطیسی
یک مادة مغناطیسی مجموعه‌ای از حوزه‌های مغناطیسی است. حوزة مغناطیسی،‌ ناحیه‌ای است که درون آن همة الکترون‌های لایه‌های منفرد در یک جهت به دور هسته و به دور خود می‌چرخند. یعنی یک مادة چندحوزه‌ای مجموعه‌ای از حوزه‌هاست که در هر حوزه الکترون‌ها در جهتی خاص به دور هسته می‌چرخند و مشخص است که هر چرخش الکترون، بردار نیرو در راستای خاص خود را به وجود می‌آورد و مجموعة بردارهای نیروی تولیدشده، در جهات مختلف، به نوعی همدیگر را خنثی می‌کنند. یعنی میدان نیروی ما، مجموعه‌ای از نیروهای پراکنده است. پس قدرت آن ضعیف‌تر خواهد شد.

حوزه‌های مغناطیسی

برای درک این موضوع به مثال زیر توجه کنید.
دو اتاق کنار هم را در نظر بگیرید. در اتاق اول 10 نفر وجود دارند. از این 10 نفر، 1 نفر از جنوب به شمال،‌ 2 نفر از غرب به شرق، 1 نفر از شرق به غرب و 4 نفر از شمال به جنوب در حرکت‌اند. (این اتاق دقیقاً همان مادة چندحوزه‌ای است که در بالا به آنها اشاره شد و فلش‌ها جهت حرکت آدم‌ها هستند.)
در اتاق دوم 4 نفر وجود دارند که همگی از شمال اتاق به سمت جنوب اتاق در حرکت‌اند. مشخص است که در اتاق اول آدم‌ها با هم برخورد می‌کنند. بنابراین، برآیند حرکت آنها از شمال اتاق به جنوب اتاق خیلی کم‌تر از حرکت دو نفر از شمال اتاق به جنوب آن است. اما در اتاق دوم، چهار نفر به‌راحتی حرکت می‌کنند و هیچ برخوردی بین آنها وجود ندارد. بنابراین، برآیند حرکتیِ آنها معادل حرکت 4 نفر است.

القای مغناطیسی
القای مغناطیسی یعنی اینکه بخواهیم ماده‌ای را که برای مغناطیسی شدن مناسب است، مغناطیس کنیم. واضح است که برای این کار باید حوزه‌های مغناطیسی غیر هم‌جهت را هم‌جهت کنیم تا نیروهای حاصل همدیگر را خنثی نکنند. برای این کار باید قطعه را با یک آهن‌ربا مالش دهیم، یا آن را در جهت میدان مغناطیسیِ زمین گداخته کنیم یا در این جهت چکش‌کاری کنیم. این کارها باعث چرخیدن فلش‌ها در هر حوزه ‌می‌شوند تا در نهایت تمام فلش‌ها هم‌جهت شوند، یعنی جهت چرخش الکترون‌ها در هر حوزه عوض شود. با این کار مرز بین حوزه‌ها حرکت می‌کند و حوزه‌های کوچک‌تر در حوزه‌های بزرگ ادغام (هضم) می‌شوند.

منبع : علوم تجربی (کلهری)

منبع مطلب : irangeomorphological.blogfa.com

مدیر محترم سایت irangeomorphological.blogfa.com لطفا اعلامیه سیاه بالای سایت را مطالعه کنید.

جواب کاربران در نظرات پایین سایت

مهدی : نمیدونم, کاش دوستان در نظرات جواب رو بفرستن.