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千虑一得之奇想录

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  • 作者:半卷素书看天下 时间:2017-01-18 19:59
    9.9.7.5关于地球磁场的来源
    早期历史上曾有来自北极星的传说
    但是到公元17世纪初就已经认识到地球本身就是一个巨大的磁体
    不过当时仍不清楚地球磁场是怎样产生的
    随着科学的发展
    对于地球磁场观测和地球结构的研究不断增多和深入
    对地球磁场的来源先后提出了10多种学说

    这里按照历史的先后
    对一些各有一定根据或设想的地球磁场来源学说作简单介绍:
    ⑴永磁体学说
    是最早提出的一种学说
    认为地球内部存在巨大的永磁体
    由这永磁体产生地球磁场
    这是一个永磁场的假说
    地球起源于一块巨大的磁体
    19世纪末
    著名物理学家居里夫人发现磁石的物理特性
    就是当磁石加热到一定温度时
    原来的磁性就会消失.
    正好可以证明地球在诞生之初只是一块超大的磁石
    他吸引附近带铁、钴、镍元素的小行星.
    陨石和磁石
    因为某种原因产生的高温使这块磁石的磁力消失而变成了电磁铁中间的磁芯
    因为这块磁芯没有固定
    所以会发生磁极颠倒
    牛顿发现的地球引力其实就是磁力
    当然这些还需要科学家的验证...................
    按照“居里点”的的结论地球内部不能有一个永磁体
    但是并不代表它最初不是一块永磁体

    ⑵内部电流学说
    认为地球内部存在巨大的电流
    形成巨大电磁体产生地球磁场
    但是既未观测到这种巨大电流
    而且巨大电流也会很快衰减
    不会长期存在


    ⑶电荷旋转学说(公元1900年简写作1900)
    认为地球表面和内部分别分布着符号相反、数量相等的电荷
    由地球自转而形成闭合电流
    由此电流产生磁场
    但这学说缺乏理论和实验基础

    ⑷压电效应学说(1929)
    认为在地球内部物质在超高压力下使物质中的电荷分离
    电子在这样的电场中运动而产生电流和磁场
    但理论计算出这样的磁场仅有地磁场的约千分之一(10-3)

    ⑸旋磁效应学说(1933)
    认为地球内的强磁物质旋转可以产生地球磁场
    但这种旋磁效应产生的磁场只有地球磁场的大约千亿分之一

    ⑹温差电效应学说(1939)
    认为地球内部的放射性物质产生的热量
    使熔融物质发生连续的不均匀对流
    这样产生温差电动势和电流
    由此电流产生地球磁场
    但理论估计也同地球磁场不符合

    ⑺发电机学说(1946-1947)
    认为是地球内部的导电液体在流动时产生稳恒的电流
    由这电流产生地球磁场

    ⑻旋转体效应学说(1947)
    是根据少数天体观测得到的经验规律
    认为具有角动量的旋转物体都会产生磁矩
    因而产生磁场
    这一学说需要使用一无科学根据的常数
    5年后又被提出这一学说的科学家根据精密的实验结果加以否定了

    ⑼磁力线扭结学说(1950)
    认为在地球磁场磁力线的张力特性和地核的较差自转
    会使原始微弱的地球磁场放大
    由此产生地球磁场

    ⑽霍尔效应学说(1954)
    认为在地球内部由于温度不均匀产生的温差电流和原始微弱磁场的同时使用下
    会由霍尔效应产生霍尔电动势和霍尔电流
    由此产生地球磁场

    ⑾电磁感应学说(1956)
    认为由太阳的强烈磁活动通过带电粒子的太阳风到达地球后
    会通过地球内部的电磁感应和整流作用产生地球内部的电流
    由此产生地球磁场
    在这些学说中
    只有发电机学说
    (又称磁流体发电机学说)
    在观 测、实验和理论研究上得到较多的证认
    是目前研究和应用较多的地球磁场学说

    作者:半卷素书看天下 时间:2017-01-18 20:00
    9.9.7.6倒转原因
    根据地磁场起源理论
    地磁场磁极之所以发生倒转
    是由地核自转角速度发生变化而引起的
    地壳和地核的自转速度是不同步的
    现阶段地核的自转速度大于地壳的自转速度
    然而
    40亿年前
    情况却不是这样
    那时地球表面呈熔融状态
    月球也刚刚被俘获
    地球从里到外的自转速度是一致的


    地球表面不存在磁场
    但是
    随着地球向月球传输角动量
    地球的自转角速度越来越小

    同时
    地球也渐渐形成了地壳、地幔和地核三层结构
    地球自转角动量的变化首先反映在地壳上
    出现了地壳自转速度小于地核自转速度的情形
    这时
    在地球表面第一次可以感受到磁场的存在
    地核以大于地壳的自转速度形成了地磁场
    按照左手定则
    磁场的N极在地理南极附近
    磁场的S极在地理北极附近

    地壳与地核自转角速度不同步
    这种情形并不能长久地保持下去
    地核必然通过地幔软流层物质向地壳传输角动量
    其结果是地核的自转角速度逐渐减小
    地壳的自转角速度逐渐增大
    当地壳与地核的自转角速度此增彼减而最终一致时
    地磁场就会在地球表面消失

    地核与地壳间的角动量传输并不会到此为止
    在惯性的作用下
    地壳的自转角速度还在继续增大
    地核的自转角速度继续减小
    于是出现了地壳自转角速度大于地核自转角速度的情形
    这时
    在地球表面就会感受到来自地核逆地球自转方向的旋转质量场效应
    按照左手定则判断
    新形成的地磁场的N极在地理北极附近
    S极在地理南极附近
    从较长的时期看
    整个地球的自转速度处在减速状态
    但地壳与地核间的相对速度却是呈周期性变化的
    这就是每隔一段时间地球磁场就要发生一次倒转的原因

    据测定
    地磁场发生倒转前有明显的预兆
    地球的磁场强度减弱直至为零
    随后
    约需一万年的光景
    磁场强度才缓缓恢复
    但是
    磁场方向却完全相反
    目前
    地球磁场强度有逐渐减弱的趋势
    在过去的4000年中
    北美洲的磁场强度已减弱了50%
    这说明地核相对地壳的速度差正在缩小


    值得说明的是
    无论地球表面测得的地磁场方向如何发生变化
    但是
    在太空中地磁场的方向却始终是不变的
    因为在太空中测得的地磁场
    是整个地球自转产生的旋转质量场效应
    并不会因为地壳与地核相对速度的改变而发生变化
    根据左手定则
    在太空中测得的地磁场的N方向始终在地理南极上空

    在电磁感应效应中
    通电导体产生的磁场强度与电流强度成正比
    即与导体内“定向移动”的自由电子数目成正比
    而每个电子的自旋角动量又是恒定的
    所以磁场强度实际上是与所有电子的自旋角动量之和成正比
    同理
    宏观物体产生的磁场强度
    也应与旋转质量场的角动量成正比
    即与物体的质量和自旋角速度成正比
    与质量场的旋转半径(观测点到物体质心的距离)成反比
    用公式表示为:
    H = f mω/r = f 0 m / T r
    (f 0为常数
    T为自转周期
    r为旋转质量场半径)
    根据这一公式
    在地球表面测得的磁场强度H
    只与地核的质量成正比
    角速度ω的取值为地壳与地核自转角速度之差
    r为地球的半径(地磁场强度为5×10-5特斯拉)
    而地球在太空中形成的空间磁场
    其磁场强度与整个地球的质量成正比
    与地球的自转角速度成正比(近似值)
    与观测点到地球中心的距离成反比
    因此
    在近地球的宇宙空间
    地球所形成的空间磁场强度大于地表的磁场强度
    空间磁场的最大特点是磁极恒定
    不会像地球表面磁场那样发生磁极倒转现象
    作者:半卷素书看天下 时间:2017-01-19 20:29
    9.9.7.7科学探讨
    当居里告诉人们
    永磁不耐高温时
    人们开始意识到地球磁场就应该是一个电磁场
    电磁场遵循麦克斯韦方程原理
    所以在地球里面一定有电流在流动
    依据我们测得的地球磁场形态反推地球电场
    地球电场电流的最大处应该在赤道切面的平面上
    当代地磁场理论认为
    这个电流是在地核赤道上流动的(地核发电机原理)
    它的动力源于地球层之间的自转差
    实际上这是一些很不切实际的想法
    地球的较差自转本身就不是一个加速度
    它不会有能量产生
    赤道环电流形成地磁场
    电流在地核上要比在地壳上须要更强大的动力
    它是在级数上差别的能量级
    所以根本上说地球内部就不会有这么大的能量产生

    科学的进步使人们知道
    对自己周围的环境数量化很是重要
    二十世纪人类开始测量各地岩石的剩余磁场
    它可以表明岩石形成时地球磁场的许多参数
    测量的结果令人震惊
    有许多的岩石剩余磁场颠倒了
    颠倒的剩磁是当时主要想解释的矛盾
    经过很长时间思考
    没有更好的解释
    只好是说地磁场翻转了
    可是岩石剩磁场不仅是颠倒
    而且由下倾变为向上翘
    这在当时科学界没太多地注意这个问题
    这只是一个空间概念问题的思考
    实际上地球磁场从来就没有翻转过
    我们可以想象
    在你面前横放着一个导电体
    流经它的电流就可以在导体周围产生一个磁场
    你可以把在你这边的磁场定义为正向磁场
    那么在导体的另一边对你这面来说就是一个反向磁场

    你面对的正向磁场某个点上
    有它的场强、极向和倾角
    在磁场发生翻转时
    也就是说导体的电流方向发生改变
    这时磁场极向也就改变了
    可是磁场的磁倾角是不会改变的
    极向和倾角同时改变的情况就只有到导电体的反向磁场相对位置中去找
    地球岩石的翻转剩磁可以说都是在地电流层之下形成的
    所以它们的磁场极向和磁倾角都发生了改变

    有人会问
    地球磁场在几十亿年的进化中到底发生过翻转吗?
    解决这个问题
    这就只能到剩余磁性的资料里去翻看了
    要是发现有磁场极向改变而磁倾角不变地层
    这说明会有地磁场翻转的情
    况发生
    可是地球磁场从来就没有翻转过

    地球生物都是在地球表面和水中进化的
    所以地球生物从来就没有在逆向磁场中生存过
    这样地球生物演化的表现也就没有逆向磁场的生物特征留存

    麦克斯韦方程反推地球电场和岩石剩余磁场唯一解释都说明
    地球电磁场的电流是在地壳中流动着
    但是我们为什么很少能感觉到这个地电流的存在呢?
    这主要是因为电流在地壳导体场流动时
    它有一个最小电阻路径原理
    因为地球是圆的
    所以地电流不会表现到地球表面上来

    地球的演化、乃至太阳系的演化是一个恒定变化的过程
    在其中很少会有突发事件发生
    行星的磁场如果发生翻转
    那可以说是突发事件引诱的
    这种突发事件在太阳里我们无法找到它的诱发点
    地球磁场也从来就没有翻转过



    作者:半卷素书看天下 时间:2017-01-19 20:30

    9.9.8 地球磁场的猜测

    9.9.8.1猜测:来自太阳的中微子流造成了地球的磁场

    上文中百度的资料说到:
    关于地球磁场的形成
    有着各种猜想:
    ……
    这里按照历史的先后
    对一些各有一定根据或设想的地球磁场来源学说作简单介绍:
    ⑴永磁体学说
    是最早提出的一种学说
    认为地球内部存在巨大的永磁体
    由这永磁体产生地球磁场
    这是一个永磁场的假说
    地球起源于一块巨大的磁体
    19世纪末
    著名物理学家居里夫人发现磁石的物理特性
    就是当磁石加热到一定温度时
    原来的磁性就会消失.
    正好可以证明地球在诞生之初只是一块超大的磁石
    他吸引附近带铁、钴、镍元素的小行星.
    陨石和磁石
    因为某种原因产生的高温使这块磁石的磁力消失而变成了电磁铁中间的磁芯
    因为这块磁芯没有固定
    所以会发生磁极颠倒
    牛顿发现的地球引力其实就是磁力
    当然这些还需要科学家的验证...................
    按照“居里点”的的结论地球内部不能有一个永磁体
    但是并不代表它最初不是一块永磁体

    ⑵内部电流学说
    认为地球内部存在巨大的电流
    形成巨大电磁体产生地球磁场
    但是既未观测到这种巨大电流
    而且巨大电流也会很快衰减
    不会长期存在


    ⑶电荷旋转学说(公元1900年简写作1900)
    认为地球表面和内部分别分布着符号相反、数量相等的电荷
    由地球自转而形成闭合电流
    由此电流产生磁场
    但这学说缺乏理论和实验基础

    ⑷压电效应学说(1929)
    认为在地球内部物质在超高压力下使物质中的电荷分离
    电子在这样的电场中运动而产生电流和磁场
    但理论计算出这样的磁场仅有地磁场的约千分之一(10-3)

    ⑸旋磁效应学说(1933)
    认为地球内的强磁物质旋转可以产生地球磁场
    但这种旋磁效应产生的磁场只有地球磁场的大约千亿分之一

    ⑹温差电效应学说(1939)
    认为地球内部的放射性物质产生的热量
    使熔融物质发生连续的不均匀对流
    这样产生温差电动势和电流
    由此电流产生地球磁场
    但理论估计也同地球磁场不符合

    ⑺发电机学说(1946-1947)
    认为是地球内部的导电液体在流动时产生稳恒的电流
    由这电流产生地球磁场

    ⑻旋转体效应学说(1947)
    是根据少数天体观测得到的经验规律
    认为具有角动量的旋转物体都会产生磁矩
    因而产生磁场
    这一学说需要使用一无科学根据的常数
    5年后又被提出这一学说的科学家根据精密的实验结果加以否定了

    ⑼磁力线扭结学说(1950)
    认为在地球磁场磁力线的张力特性和地核的较差自转
    会使原始微弱的地球磁场放大
    由此产生地球磁场

    ⑽霍尔效应学说(1954)
    认为在地球内部由于温度不均匀产生的温差电流和原始微弱磁场的同时使用下
    会由霍尔效应产生霍尔电动势和霍尔电流
    由此产生地球磁场

    ⑾电磁感应学说(1956)
    认为由太阳的强烈磁活动通过带电粒子的太阳风到达地球后
    会通过地球内部的电磁感应和整流作用产生地球内部的电流
    由此产生地球磁场
    在这些学说中
    只有发电机学说
    (又称磁流体发电机学说)
    在观测、实验和理论研究上得到较多的证认
    是目前研究和应用较多的地球磁场学说
    ……

    所有这些理论
    各有道理
    又各有不足
    体现了”盲人摸象”的特点

    但是
    他们的观点有着几乎相同的特点
    那就是认为地球磁场是地球内部一系列运动等形成的
    并未考虑地球外部的因素
    只有第⑾电磁感应学说(1956)
    考虑了太阳的原因

    在前文中
    我们假设磁场就是中微子流在空间的定向流动
    那么
    来自太阳的中微子流会给地球带来一个垂直磁场
    地球以每秒29.79公里的速度围绕太阳公转
    相当于在垂直磁场做水平切割磁力线
    我们把地球看作一巨大的导线
    那么
    导线内就应该产生感应电流

    我们知道
    地球是逆时针围绕太阳公转
    当地球导线沿逆时针方向公转切割磁力线时
    会在地球导线的左边形成中微子的拥堵区
    即在地球大气层的拦截面—即大气层的中间层一带形成中微子的拥堵区
    这时拥堵区中微子的泄洪通道就是地球这个导线

    太阳、地球都是逆时针自转
    中微子在太阳系这个大空间是逆时针转动的
    所以
    这些中微子流会以逆时针通过泄洪通道
    中微子在大气层中的中间层就开始逆时针泄洪
    由于大气层对流层、平流层以及中间层的存在
    大多数中微子不能直接穿透大气层
    只会沿着大气层向南极附近移动
    到了南极附近
    对流层高度很低
    并且
    从四面八方汇集过来的顺时针(相对地表)转动的平流层的空气分子
    互相碰撞、旋转、下沉
    形成了南极的大风天气
    (在别的星球南北极同样也会形成巨大的类六角形漩涡)
    此时
    中微子必然也会随漩涡转动、下沉
    最终从地球表面的南极一带进入地表
    从地球内部流向北极

    在导体中中微子流定向流动会产生感应电流
    那么
    在这么大的地球球体内
    不会产生明显的、大规模的电流
    但是
    中微子从地球表面的南极一带流向北极这一现象还是可以观测到的
    那就是最终形成了中微子从地球南极附近进入从北极附近流出的磁场

    这与在地球上导线切割磁力线产生感应电流原理相同

    不过I
    这两者之间还是有不同之处的:
    在地球表面
    虽然中微子也是逆时针转动
    但是
    地球自转速度必然要大于地表上方的大气层自转速度
    所以这个大气层连同大气层中的中微子相对于对地表物体来说
    是顺时针转动
    也就是说
    中微子拥堵时会按顺时针方向流过泄洪通道

    中微子流过泄洪通道的方向一个按顺时针方向
    另一个按逆时针方向
    这是它们的区别

    或许
    这就是地球磁场形成的真正原因吧
    并且我们使用这个推理
    也能够解释地球存在许多磁场异常的现象


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