Страница 199 — Глава 3. Электромагнитные явления. § 54. Магнитное…

Земля имеет собственное магнитное поле: её можно упрощённо рассматривать как большой полосовой магнит. Магнитная стрелка в любой точке Земли находится в этом поле и устанавливается вдоль магнитных линий поля Земли, как стрелка устанавливается в поле любого магнита. Южный магнитный полюс Земли расположен вблизи Северного географического полюса и притягивает северный конец стрелки, а северный магнитный полюс (вблизи Южного географического) притягивает её южный конец. Поэтому в данном месте стрелка устанавливается в определённом направлении — приблизительно вдоль меридиана, с севера на юг.

Магнитными полюсами Земли называют условные точки (небольшие области) на поверхности, в которых магнитные линии перпендикулярны земной поверхности. Южный магнитный полюс Земли находится вблизи Северного географического полюса, а северный магнитный полюс — вблизи Южного географического полюса. Поэтому северный конец стрелки компаса, притягиваемый южным магнитным полюсом, указывает примерно на север. Магнитные и географические полюсы не совпадают: по данным на 2020 г. северный магнитный полюс имел координаты 64,1° ю. ш., 135,9° в. д., а южный — 86,5° с. ш., 162,9° в. д., поэтому стрелка компаса лишь приблизительно указывает направление на север.

Нет, не остаются. Исследования показывают, что положения магнитных полюсов Земли медленно изменяются со временем, причём скорости дрейфа южного и северного магнитных полюсов различаются. Поэтому магнитные карты и данные о координатах полюсов периодически уточняют (например, приводят координаты «по данным на 2020 г.»). Кроме того, магнитное поле Земли может кратковременно меняться во время магнитных бурь, но это изменения поля, а не смещение полюсов.

Магнитной аномалией называют область, в которой магнитная стрелка существенно отклоняется от направления на магнитные полюсы Земли (слово происходит от греческого «отклонение, неправильность»). Причина — большие залежи железной руды, представляющей собой природный магнит, на небольшой глубине: их собственное магнитное поле складывается с полем Земли и искажает его. В России известны Курская магнитная аномалия (одна из крупнейших в мире) и Восточно-Сибирская; кроме того, известны Бразильская и Канадская аномалии за пределами России.

Магнитные бури — кратковременные изменения магнитного поля Земли. Они возникают из-за взаимодействия магнитного поля Земли с потоками заряженных частиц, выбрасываемых Солнцем в период его активности (вспышки и выбросы вещества на Солнце). Когда такой поток достигает Земли, магнитное поле сжимается и колеблется, стрелки компасов отклоняются от привычного направления. Магнитные бури сопровождаются красивыми полярными сияниями, а также неприятными сбоями в работе радиоэлектронной аппаратуры, систем связи и навигации.

Решение. Компас (рис. 143) — прибор для определения сторон света. Его основная часть — лёгкая магнитная стрелка, которая вращается почти без трения на остром стержне (оси) внутри закрытого корпуса. Под стрелкой или вокруг неё находится круговая шкала с делениями (градусами) и обозначениями сторон света (С, Ю, З, В). Стрелка намагничена, поэтому она представляет собой маленький магнит с северным и южным полюсами; её северный конец обычно окрашивают или отмечают.
Принцип действия: Земля — большой магнит. Магнитное поле Земли действует на стрелку и устанавливает её вдоль магнитных линий поля Земли. Северный конец стрелки притягивается к южному магнитному полюсу Земли, находящемуся вблизи Северного географического полюса, поэтому он показывает примерно на север, а противоположный конец — на юг. Повернув шкалу так, чтобы метка «С» совпала с северным концом стрелки, определяют направление на другие стороны света и азимут любого направления.
Условия точной работы: компас нельзя использовать рядом с железными предметами, магнитами и проводами с током, поскольку их поля искажают показания; вблизи магнитных аномалий и во время магнитных бурь показания тоже неточны.
Ответ: компас — это закреплённая на оси магнитная стрелка со шкалой; стрелка устанавливается вдоль линий магнитного поля Земли и указывает приблизительно на север.

Решение. Магнитная стрелка обычного компаса может вращаться только в горизонтальной плоскости, поэтому она показывает направление горизонтальной составляющей магнитного поля Земли. Вблизи магнитных полюсов Земли магнитные линии почти перпендикулярны поверхности, то есть направлены почти вертикально. Горизонтальная составляющая поля там очень мала, и стрелка либо не имеет определённого направления, либо слабо реагирует на поле и поворачивается под действием посторонних причин (железные части самолёта, электрические токи, магнитные бури, трение в оси). Кроме того, магнитные полюсы Земли не совпадают с географическими, и вблизи Северного полюса направление стрелки сильно отличается от направления на географический север, а оно меняется от места к месту очень быстро. Поэтому ориентироваться по магнитному компасу там нельзя.
Ответ: вблизи полюсов линии магнитного поля Земли почти вертикальны, горизонтальная составляющая поля мала, и стрелка компаса, вращающаяся в горизонтальной плоскости, не даёт надёжного направления.

Решение. Магнитная стрелка компаса вращается в горизонтальной плоскости и ориентирована вдоль горизонтальной составляющей магнитного поля Земли, которая в первом приближении направлена вдоль меридиана на север (северный конец стрелки показывает на север). В точке Северного географического полюса любое горизонтальное направление — это направление на юг (из этой точки идти можно только к югу). Если поместить стрелку в этой точке, её концы направлены вдоль горизонтали, то есть оба указывают на юг. Магнитные линии Земли около полюса почти вертикальны, поэтому стрелка, которая может поворачиваться только в горизонтальной плоскости, сохраняет неопределённое направление.
Ответ: на Северном географическом полюсе (вблизи него) оба конца стрелки показывают на юг.
Оговорка: строго магнитное поле в этой точке не вертикально — магнитный полюс сдвинут относительно географического; ответ приведён в смысле географических направлений.