地球磁极倒转现象及其应对方案

电磁学小论文PAGEPAGE2地球磁极倒转现象及其应对方案何小东班级：11级物理四班学号：201172010413地球磁极倒转现象及其应对方案【摘要】：1.地磁场产生的原因2.地球磁极倒转事件及倒转周期3.地球磁极倒转原因的各种假说4.磁极倒转的后果5.关于如何应对磁极倒转的一点想法【关键词】：地磁场磁极倒转电层旋转一.地磁场产生的原因地球存在磁场的准确原因还不为人所知，普遍认为是由地核内液态铁的流动引起的。一个行星要具有磁场，就要求它既具有足够快的自转速度，又具有熔融的铁磁体核心。此理论与太阳系中一些行星的磁场状态相符合，如金星旋转速度极慢（自转周期243天），即使它具有熔融铁磁体核心，也不能形成磁场（金星是太阳系中唯一无磁场的行星），而地球、火星既具备足够快的自转速度（地球自转周期23小时56分、火星自转周期24小时37分），又具备熔融铁磁体核心，故能形成磁场。然而，铁磁质在770℃（居里温度）的高温中其铁磁性会完全消失。在地层深处的高温状态下（远高于770℃），铁是不可能具有磁性的。因此，关于地磁场的产生还有另一种解释：高温、高压中的物质，其原子的核外电子会被加速而向外逃逸，地核在6000K的高温和假设该人造环形电流位于赤道，且足以在北极点产生出的磁场强度，由《电磁学与电动力学（上册）》第122页例5.2的结论，知载流圆环线圈在轴线上一点产生的磁感应强度的公式代入=，=，可得这是一个相当大的电流值，如果应用现有导电技术，不但要耗费巨大的能量，而且光是电流传导产生的焦耳热就已无法处理。应用超导体可以有效解决这一问题，然而，现阶段的超导技术还不成熟，超导体造价昂贵，对温度条件的要求也比较苛刻，因此，这一设想何时能够实现，还有赖于超导工业的发展。另外，若是将此超导线圈安放于赤道表面，则其周围的强大磁场会对赤道附近的人类的正常生活产生严重影响，因此，这种想法的可行性值得商榷。(二)利用地球的自转使电荷运动形成电流由于地球的自转速度很快，所以只要使地球表面带上正电荷（或负电荷），就会在自转时形成环形电流，从而模拟地磁场。现假设地球表面均匀带有电荷，总电荷量为q，地球自转角速度为w，由《电磁学与电动力学（上册）》271页习题5.9的结论，知地球内（包括地球表面）转轴上任意一点的磁感应强度为如果同样要求在北极点产生出的磁感应强度，那么将，=，，（为地球自转周期）代入上式，可得尽管这个电量也是比较大的，但可以通过较长时间的积累来实现。然而，我们知道，地球整体上是电中性的，要想获得额外的净电荷，需要从外太空寻找来源。为此我们可以在太空中安装一些类似质谱仪结构的装置（详见《电磁学与电动力学（上册）》140页图5.21），将宇宙射线中不同种类的带电粒子分离开，用来收集单一电性的粒子（如质子或是电子），再把它们转移到地表来，储存在地面上某些特殊装置中（也可以考虑储存在大气中或海洋中）。这样，地球表面就带上了净电荷，自转时就会产生环形电流。与上一种构想相比，该方法可行性稍强，技术要求也较低，但收集到的电荷，仍不是一件容易的事。以上两种方案只是我的粗浅构想，鉴于其工程规模，在实际操作中一定会遇到无法想象的困难。中国有句古话说得好：居安思危，思则有备，有备无患。因此，我们还要积极寻找一切可能的应对办法，为可能到来的灾难做好充足的准备。参考文献：胡友秋，程福臻，叶邦角