Warto przeczytać

Zacznijmy od tego, co jest źródłem ziemskiego pola magnetycznegoPole magnetycznepola magnetycznego. Nie może to być żaden materiał ferromagnetycznyFerromagnetyzmferromagnetyczny we wnętrzu Ziemi. Najbardziej dziś uznana teoria głosi, że ziemski magnetyzm jest skutkiem prądów w płynnym żelazie, z którego składa się zewnętrzne jądro Ziemi, znajdujące się ok. 3,5 tys. km pod powierzchnią naszej planety. Jednak ten mechanizm nie jest dla nas do końca jasny. W szczególności, nie wiadomo, co jest powodem zmian ziemskiego pola magnetycznego. Bo wcale nie jest ono stałe.

Okazuje się, że północny biegun geograficzny i północny biegun magnetyczny Ziemi (używając nazw z geografii)Północny biegun magnetyczny Ziemi (w geografii)północny biegun magnetyczny Ziemi (używając nazw z geografii) nie leżą w tym samym miejscu (tak samo jest z biegunami na południu). Są w stosunku do siebie w pewnej odległości, która w dodatku zmienia się w czasie. Bieguny magnetyczne wędrują, ostatnio bardzo szybko (zobacz Rys. 1.).

Rey39gOO1hbL7
Rys. 1. Aktualne położenie północnego (według nomenklatury geograficznej) bieguna magnetycznego Ziemi (dane za National Centers for Environmental Information).
Źródło: dostępny w internecie: https://www.theguardian.com/world/2019/feb/05/magnetic-north-pole-moving-pretty-fast-towards-russia [dostęp 29.05.2022 r.].

Uwaga: mamy spore zamieszanie z nazwami. Północny biegun magnetyczny (na rysunku zaznaczony na czerwono) oznacza w geografii biegun magnetyczny na półkuli północnej. Wiemy, że naprawdę, z fizycznego punktu widzenia, to magnetyczny biegun południowy (ku niemu zbiegają się linie pola, co pokazuje igła magnetyczna). Powszechnie, w odniesieniu do Ziemi używa się nazw geograficznych, a nie fizycznych.

O zmianach pola magnetycznego i o tym, jak się je bada dowiesz się więcej z e‑materiału „Czy pole magnetyczne Ziemi jest stałe w czasie?”.

Obecnie oś ziemskiego pola magnetycznego jest odchylona do osi obrotu Ziemi o około 11°. W związku z tym, kompas na Ziemi nie pokazuje (na ogół) dokładnie północy geograficznej. W Polsce, to odchylenie kątowe kierunku magnetycznego od geograficznego, które nazywa się deklinacją, wynosi średnio 5°.

R5PT8mhkMyvNS
Rys. 2. Igła magnetyczna poziomo ułożonego kompasu pokazuje kierunek nazywany w geografii północą magnetyczną Nm (wiemy, że naprawdę znajduje się tam południowy biegun pola magnetycznego Ziemi - S). Jest on odchylony od kierunku północy geograficznej Ng o kąt δ – deklinację.
Źródło: Politechnika Warszawska Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0.

Jak silne jest ziemskie pole magnetyczne?

W zależności od położenia na Ziemi, waha się od 30 muT do 60 muT. To bardzo mała wartość, wziąwszy pod uwagę, że potrafimy wytwarzać dużo silniejsze pola (o milion razy większej wartości indukcji). Średnia wartość indukcji magnetycznej w Polsce, to około 47 muT.

Dokładniejsze informacje o pomiarze indukcji ziemskiego pola magnetycznego za pomocą tzw. busoli stycznych znajdziesz w materiale „Badanie wpływu przewodników z prądem na zachowanie igły magnetycznej”.

Linie pola magnetycznegoLinie pola magnetycznegoLinie pola magnetycznego w Polsce, ze względu na nasze położenie geograficzne, skierowane są pod pewnym kątem do poziomu. Ten kąt nazywa się inklinacją i mierzy się go za pomocą igły magnetycznej zawieszonej na poziomej osi (zobacz Rys. 3.). Inklinacja dla Polski jest spora i wynosi 66°.

RZhxphbEy6ugy
Rys. 3. Wyjaśnienie występowania inklinacji (kąta pomiędzy wektorem indukcji ziemskiego pola magnetycznego a horyzontem).
Źródło: Politechnika Warszawska Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0.

Na Rys. 4. Pokazano przyrząd do badania inklinacji magnetycznej.

R1Mx12MjseEXk
Rys. 4. Przyrząd do badania inklinacji magnetycznej.
Źródło: Daderot, dostępny w internecie: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Dip_needle,_by_W._Wilson,_1_Belmont_St.,_London,_NW,_for_measuring_vertical_aspect_of_Earth%27s_magnetic_field,_c._1900_-_Museum_of_Science_and_Industry_(Chicago)_-_DSC06529.JPG [dostęp 29.05.2022 r.], domena publiczna.

Słowniczek

Ferromagnetyzm
Ferromagnetyzm

(ang. ferromagnetism) – zjawisko, w którym materia wykazuje własne, spontaniczne namagnesowanie. Jest jedną z najsilniejszych postaci magnetyzmu i jest odpowiedzialny za większość magnetycznych zachowań spotykanych w życiu codziennym. Jest podstawą istnienia wszystkich magnesów trwałych. Temperatura Curie, powyżej której ferromagnetyki tracą swoje właściwości (stają się paramagnetykami) wynosi: dla żelaza = 1043 K, dla tlenku żelaza = 858 K.

Linie pola magnetycznego
Linie pola magnetycznego

(ang. magnetic line of induction) – poglądowy obraz pola magnetycznego. Przebieg linii odzwierciedla układ wektorów indukcji magnetycznej B w przestrzeni. W  dowolnym punkcie linii pola zaczepiony jest wektor B, styczny do tej linii.

Pole magnetyczne
Pole magnetyczne

(ang. magnetic field) – stan przestrzeni, charakteryzujący się działaniem siły, zwanej siłą magnetyczną (Lorentza) na poruszający się ładunek umieszczony w tej przestrzeni lub na obiekt obdarzony momentem magnetycznym; wielkością charakteryzująca pole magnetyczne jest wektor indukcji magnetycznej B.

Północny biegun magnetyczny Ziemi (w geografii)
Północny biegun magnetyczny Ziemi (w geografii)

(ang. Earth's magnetic north pole) – w geografii oznacza biegun magnetyczny Ziemi na półkuli północnej. Z fizycznego punktu widzenia jest to południowy biegun ziemskiego pola magnetycznego.