Почему Земля похожа на магнитный диполь?

Question

Почему Земля похожа на магнитный диполь?

земля
Физика
геофизика
геомагнетизм
магнитные поля
магнитный момент

Стефан

Магнитное поле Земли в основном создается электрическими токами в жидком внешнем ядре, состоящем из проводящего расплавленного железа. Петли токов в постоянно движущемся жидком железе создают магнитные поля.

Однако можно сказать, что магнитное поле Земли подчиняется уравнению магнитного диполя.

Дипольная модель магнитного поля Земли представляет собой приближение первого порядка к довольно сложному истинному магнитному полю Земли. Из-за эффектов межпланетного магнитного поля и солнечного ветра дипольная модель особенно неточна для высоких L-оболочек (например, выше L=3), но может быть хорошим приближением для более низких L-оболочек. Для более точной работы или для любой работы на более высоких L-оболочках рекомендуется более точная модель, учитывающая солнечные эффекты, например модель магнитного поля Цыганенко.

Почему все эти огромные случайные движения жидкого железа создают магнитное поле, подобное магнитному диполю, для малых L оболочек (ниже L=3)? Простое эмпирическое совпадение?

Qмеханик

Возможные дубликаты: physics.stackexchange.com/q/13922/2451 и ссылки там.

Ответы (2)

Почему Земля похожа на магнитный диполь?

Возможные дубликаты: physics.stackexchange.com/q/13922/2451 и ссылки там.

свободный · Answer 1

Магнитное поле $\vec B=\nabla \times \vec A$ любого локализованного тока $\vec J(\vec r)$ распределение может быть аппроксимировано многополюсным разложением его векторного потенциала $\vec A$ . Наименьший член этого многополюсного расширения дает вам магнитное дипольное поле.

\vec{А} \approx \frac{{мю}_{0}}{4 π} \frac{\vec{м} \times \vec{р}}{| \vec{р} |^{3}}

$\vec A \approx \frac {\mu_0}{4\pi}\frac{\vec m \times \vec r}{|\vec r|^3}$ где

\vec{м} "=" \frac{1}{2} \int_{В} {\vec{р}}^{'} \times \vec{Дж} ({\vec{р}}^{'}) г^{3} р^{'}

$\vec m=\frac {1}{2} \int_V \vec r' \times \vec J(\vec r')d^3r'$ – магнитный дипольный момент. Таким образом, первое приближение магнитного поля Земли представляет собой поле магнитного диполя.

См., например, Джексон, Классическая электродинамика, 3-е изд., сек. 5.6 Магнитное поле локализованного распределения тока, Магнитный момент.

Это только часть ответа. Быть членом самого низкого порядка не означает, что дипольный момент самый большой. Однако при расширении магнитного поля дипольный член падает как $1/r^3$ , квадрупольный член как $1/r^4$ и так далее. Поверхность Земли примерно в два раза больше радиуса ядра Земли, поэтому по сравнению с дипольным членом квадрупольный член вдвое меньше, чем на поверхности ядра. См. en.wikipedia.org/wiki/… .
@ А.Ньюэлл - это хороший дополнительный момент. Вероятно, важен также коэффициент квадрупольного члена.

Джон Ренни · Answer 2

Генерация магнитного поля в ядре до конца не изучена, не в последнюю очередь потому, что задействованная физика ( магнитогидродинамика ) чрезвычайно сложна.

Но мы можем сделать некоторые эвристические наблюдения. Если вы рассматриваете две разные петли в ядре, то они обе генерируют магнитные диполи и будут взаимодействовать друг с другом через свои магнитные поля. Таким образом, вы не можете рассматривать ядро как совокупность независимых потоков. Все потоки генерируют магнитные поля и, следовательно, все взаимодействуют друг с другом (теперь вы понимаете, почему это усложняется :-).

Общая дипольная природа поля предполагает, что взаимодействия между потоками заставляют их выстраиваться в линию, так что их диполи указывают в одном направлении. Я не уверен, в какой степени это, очевидно, самая низкоэнергетическая конфигурация для потока, но по крайней мере в качественном смысле имеет смысл то, что взаимодействия между отдельными потоками будут иметь тенденцию выравнивать их.

Почему Земля похожа на магнитный диполь?

Стефан

Qмеханик

Ответы (2)

свободный

А. Ньюэлл

свободный

Джон Ренни

Почему Земля ведет себя как природный стержневой магнит?

Вращается ли геомагнитное поле?

Почему магнитное поле Земли меняет свое направление каждые несколько миллионов лет? [дубликат]

Почему Северный магнитный полюс (полюс наклона) Земли должен быть четко определенным (уникально определенным)?

Почему магнитное поле Земли такое стабильное?

В каких именно точках магнитная стрелка становится горизонтальной?

Обязательно ли всегда есть хотя бы две точки, в которых магнитное поле Земли вертикально?

Как Земля является магнитом, если ее объем в основном выше температуры Кюри?

Электрический заряд ядра Земли

Почему геологи не считают расплавленное железо в магме источником магнитного поля Земли?