MEDAN MAGNET BUMI: ASAL, KARAKTERISTIK, FUNGSI - FISIK - 2025

The medan magnet bumi adalah efek magnetik bahwa exerts Bumi dan yang memanjang dari interior hingga ratusan kilometer di ruang angkasa. Ini sangat mirip dengan yang dihasilkan oleh magnet batang. Ide ini dikemukakan oleh ilmuwan Inggris William Gilbert pada abad ke-17, yang juga mengamati bahwa tidak mungkin memisahkan kutub magnet.

Gambar 1 menunjukkan garis medan magnet bumi. Mereka selalu tertutup, melewati interior dan berlanjut ke luar, membentuk semacam penutup.

Gambar 1. Medan magnet bumi menyerupai magnet batang. Sumber: Wikimedia Commons.

Asal muasal medan magnet bumi masih menjadi misteri. Inti terluar bumi, yang terbuat dari besi tuang, tidak dapat dengan sendirinya menghasilkan medan, karena suhunya sedemikian sehingga merusak tatanan magnet. Ambang suhu untuk ini dikenal sebagai suhu Curie. Oleh karena itu, tidak mungkin material bermagnet bermassa besar bertanggung jawab atas medan tersebut.

Setelah mengesampingkan hipotesis ini, kita harus mencari asal medan dalam fenomena lain: rotasi bumi. Hal ini menyebabkan inti cair berputar secara tidak seragam, menciptakan efek dinamo, di mana suatu fluida secara spontan menghasilkan medan magnet.

Efek dinamo diyakini sebagai penyebab terjadinya kemagnetan benda-benda astronomi, misalnya Matahari. Namun hingga saat ini tidak diketahui mengapa fluida mampu berperilaku demikian dan bagaimana arus listrik yang dihasilkan bisa bertahan.

karakteristik

- Medan magnet bumi adalah hasil dari tiga kontribusi: medan internal itu sendiri, medan magnet luar dan dari mineral magnetis di kerak bumi:

1. Medan internal: menyerupai dipol magnet (magnet) yang terletak di pusat bumi dan kontribusinya sekitar 90%. Ini bervariasi sangat lambat dalam waktu.
2. Bidang luar: berasal dari aktivitas matahari di lapisan atmosfer. Ini tidak terlihat seperti dipol dan memiliki banyak variasi: harian, tahunan, badai magnet, dan banyak lagi.
3. Batuan magnet di kerak bumi, yang juga menciptakan medannya sendiri.

- Medan magnet terpolarisasi, menghadirkan kutub utara dan selatan, seperti magnet batang.

- Karena kutub yang berlawanan saling menarik, jarum kompas, yang merupakan kutub utaranya, selalu menunjuk ke sekitar utara geografis, tempat kutub selatan magnet bumi berada.

- Arah medan magnet direpresentasikan dalam bentuk garis-garis tertutup yang keluar dari magnet selatan (kutub utara magnet) dan memasuki magnet utara (kutub selatan magnet).

- Di magnet utara -dan di selatan magnet juga-, medan tegak lurus dengan permukaan bumi, sedangkan di ekuator, medan ini merumput. (lihat gambar 1)

- Intensitas medan jauh lebih besar di kutub daripada di ekuator.

- Sumbu dipol terestrial (gambar 1) dan sumbu rotasi tidak sejajar. Ada perpindahan 11,2º di antara keduanya.

Elemen geomagnetik

Karena medan magnet adalah vektor, sistem koordinat Kartesius XYZ dengan titik asal O membantu menetapkan posisinya.

Gambar 2. Elemen Geomagnetik. Sumber: F. Zapata.

Intensitas total medan magnet atau induksi adalah B dan proyeksi atau komponennya adalah: H horizontal dan Z vertikal. Mereka terkait oleh:

-D, sudut deklinasi magnet, terbentuk antara H dan utara geografis (sumbu X), positif ke arah timur dan negatif ke arah barat.

-I, sudut kemiringan magnet, antara B dan H, positif jika B di bawah horizontal.

Jarum kompas akan diorientasikan ke arah H, komponen horizontal bidang. Bidang yang ditentukan oleh B dan H disebut meridian magnetik, sedangkan ZX adalah meridian geografis.

Vektor medan magnet sepenuhnya ditentukan jika tiga dari besaran berikut diketahui, yang disebut elemen geomagnetik: B , H, D, I, X, Y, Z.

Fungsi

Berikut beberapa fungsi terpenting medan magnet bumi:

-Manusia telah menggunakannya untuk menyesuaikan diri dengan kompas selama ratusan tahun.

-Melakukan fungsi pelindung planet, dengan membungkusnya dan membelokkan partikel bermuatan yang terus menerus dipancarkan Matahari.

-Meskipun medan magnet bumi (30-60 mikro Tesla) lemah dibandingkan dengan yang ada di laboratorium, cukup kuat sehingga hewan tertentu menggunakannya untuk mengorientasikan diri. Begitu pula burung yang bermigrasi, merpati pos, paus, dan beberapa kelompok ikan.

-Magnetometri atau pengukuran medan magnet digunakan untuk pencarian sumber daya mineral.

Cahaya utara dan selatan

Mereka masing-masing dikenal sebagai cahaya utara atau selatan. Mereka muncul di garis lintang dekat kutub, di mana medan magnet hampir tegak lurus dengan permukaan bumi dan jauh lebih kuat daripada di ekuator.

Gambar 3. Cahaya utara di Alaska. Sumber: Wikimedia Commons.

Mereka berasal dari sejumlah besar partikel bermuatan yang dikirim Matahari secara terus menerus. Mereka yang terjebak oleh medan umumnya melayang ke arah kutub karena intensitasnya yang lebih tinggi. Di sana mereka memanfaatkannya untuk mengionisasi atmosfer dan dalam prosesnya cahaya tampak dipancarkan.

Cahaya utara terlihat di Alaska, Kanada, dan Eropa utara, karena kedekatan kutub magnet. Tetapi karena migrasi ini, ada kemungkinan bahwa seiring waktu mereka menjadi lebih terlihat ke arah utara Rusia.

Namun, tampaknya tidak demikian untuk saat ini, karena aurora tidak persis mengikuti arah utara magnetis yang tidak menentu.

Deklinasi dan Navigasi Magnetik

Untuk navigasi, terutama pada perjalanan yang sangat jauh, sangat penting untuk mengetahui deklinasi magnetik, untuk membuat koreksi yang diperlukan dan menemukan arah utara yang sebenarnya.

Hal ini dicapai dengan menggunakan peta yang menunjukkan garis-garis dengan deklinasi yang sama (isogonal), karena deklinasi tersebut sangat bervariasi menurut lokasi geografis. Hal ini disebabkan medan magnet mengalami variasi lokal secara terus menerus.

Nomor besar yang dilukis di landasan pacu adalah arah dalam derajat relatif terhadap utara magnet, dibagi 10 dan dibulatkan.

Orang-orang utara

Meskipun kelihatannya membingungkan, ada beberapa jenis utara, yang ditentukan oleh beberapa kriteria tertentu. Jadi, kita dapat menemukan:

Utara Magnetik adalah titik di Bumi yang medan magnetnya tegak lurus dengan permukaan. Di sana titik kompas, dan omong-omong, itu tidak antipodal (berlawanan secara diametris) dengan magnet selatan.

Utara Geomagnetik , adalah tempat sumbu dipol magnet naik ke permukaan (lihat gambar 1). Karena medan magnet bumi sedikit lebih kompleks daripada medan dipol, titik ini tidak persis sama dengan magnet utara.

Utara geografis , sumbu rotasi bumi melewatinya.

Utara Lambert atau grid , adalah titik di mana meridian peta bertemu. Itu tidak persis bertepatan dengan utara sebenarnya atau geografis, karena permukaan bumi yang bulat terdistorsi ketika diproyeksikan ke bidang.

Gambar 4. Berbagai utara dan lokasinya. Sumber: Wikimedia Commons. Cavit

Pembalikan medan magnet

Ada fakta yang membingungkan: kutub magnet dapat berubah posisi dalam beberapa ribu tahun, dan hal itu sedang terjadi. Padahal, hal itu diketahui terjadi 171 kali sebelumnya, dalam 17 juta tahun terakhir.

Buktinya ditemukan pada bebatuan yang muncul dari celah di tengah Samudera Atlantik. Saat keluar, batuan mendingin dan mengeras, mengatur arah magnetisasi Bumi untuk saat ini, yang kekal.

Namun sejauh ini tidak ada penjelasan yang memuaskan mengapa hal ini terjadi, juga tidak ada sumber energi yang dibutuhkan untuk membalikkan medan.

Seperti dibahas sebelumnya, utara magnet saat ini bergerak cepat menuju Siberia, dan selatan juga bergerak, meski lebih lambat.

Beberapa ahli percaya bahwa ini karena aliran besi cair berkecepatan tinggi tepat di bawah Kanada yang melemahkan lapangan. Ini juga bisa menjadi awal dari pembalikan magnet. Yang terakhir terjadi 700.000 tahun yang lalu.

Bisa jadi dinamo yang menimbulkan magnetisme bumi mati untuk sementara waktu, baik secara spontan atau karena intervensi eksternal, seperti pendekatan komet misalnya, meskipun tidak ada bukti yang terakhir.

Saat dinamo dinyalakan kembali, kutub magnet telah bertukar tempat. Tetapi dapat juga terjadi bahwa pembalikan tidak lengkap, tetapi variasi sementara dari sumbu dipol, yang akhirnya akan kembali ke posisi semula.

Percobaan

Itu dilakukan dengan kumparan Helmholtz: dua kumparan melingkar yang identik dan konsentris, yang dilalui dengan intensitas arus yang sama. Medan magnet kumparan berinteraksi dengan medan magnet bumi, sehingga menghasilkan medan magnet.

Gambar 5. Percobaan untuk menentukan nilai medan magnet bumi. Sumber: F. Zapata.

Medan magnet yang kira-kira seragam dibuat di dalam kumparan, yang besarnya:

-Aku adalah intensitas arus

-μ _o adalah permeabilitas magnetis dari vakum

-R adalah jari-jari kumparan

Proses

Dengan kompas ditempatkan di sumbu aksial kumparan, menentukan arah medan magnet terestrial B _T .

-Oriente sumbu kumparan menjadi tegak lurus terhadap B _T . Dengan demikian bidang B _H dihasilkan lancar dilewatkan, akan tegak lurus terhadap B _T . Pada kasus ini:

Gambar 6. Bidang yang dihasilkan adalah apa yang akan ditandai oleh jarum kompas. Sumber: F. Zapata.

-B _H sebanding dengan arus yang melewati kumparan, sehingga B _H = kI, di mana k adalah konstanta yang bergantung pada geometri kumparan tersebut: jari-jari dan jumlah lilitan. Sebuah saat pengukuran tersebut, dapat memiliki nilai B _H . Yang seperti itu:

Jadi:

Arus -Berbagai dilewatkan melalui kumparan dan pasangan (I, tg θ) dicatat dalam tabel.

-Grafik I vs. tg θ. Karena ketergantungannya linier, kita berharap mendapatkan garis, yang kemiringannya m adalah:

-Finally, dari lurus - garis muat kuadrat atau penyesuaian visual, hasil untuk menentukan nilai B _T .

Referensi

1. Medan Magnet Bumi. Diperoleh dari: web.ua.es
2. Kelompok Magneto-hidrodinamika dari Universitas Navarra. Efek dinamo: sejarah. Diperoleh dari: fisica.unav.es.
3. Kirkpatrick, L. 2007. Fisika: Pandangan di Dunia. Edisi ringkasan ke-6. Pembelajaran Cengage.
4. POT. Medan Magnet Bumi dan Perubahan Waktu. Dipulihkan dari: image.gsfc.nasa.gov.
5. NatGeo. Kutub utara magnet bumi sedang bergerak. Diperoleh dari: ngenespanol.com.
6. Scientific American. Bumi Memiliki Lebih Dari Satu Kutub Utara. Diperoleh dari: scientificamerican.com.
7. Wikipedia. Kutub geomagnetik. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org.