TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA KHOA HỌC CƠ BẢN BÁO CÁO NHÓM HỌC PHẦN VẬT LÝ 1 TỪ TRƯỜNG CỦA TRÁI ĐẤT. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Huy Trịnh Công Huy Kim Thị Huyền Bùi Quốc Khánh Trần Văn Khánh Vũ Khắc Khoa
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA KHOA HỌC CƠ BẢN *** BÁO CÁO NHÓM HỌC PHẦN: VẬT LÝ TỪ TRƯỜNG CỦA TRÁI ĐẤT Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Huy Trịnh Công Huy Kim Thị Huyền Bùi Quốc Khánh Trần Văn Khánh Vũ Khắc Khoa Lớp – Khóa : Giáo viên hướng dẫn: LTCĐ – ĐH Điện – K17 TS Nguyễn Thị Sạ Hà Nội, tháng 11 năm 2022 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN KẾT QUẢ BÀI ĐÁNH GIÁ THƯỜNG XUYÊN Họ tên Sinh viên Điểm Chữ ký Giảng viên Nguyễn Văn Huy Trịnh Công Huy Kim Thị Huyền Bùi Quốc Khánh Trần Văn Khánh Vũ Khắc Khoa MỤC LỤC MỞ ĐẦU BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC .6 TỪ TRƯỜNG LÀ GÌ, TỒN TẠI Ở ĐÂU 1.1 Từ trường gì? .7 1.2 Tồn đâu? .7 CÁC CỰC CỦA TỪ TRƯỜNG TRÁI ĐẤT, CÁCH XÁC ĐỊNH 2.1 Các cực từ trường trái đất 2.2 Cách xác định .9 2.3 La bàn ĐẶC ĐIỂM, TÁC DỤNG CỦA TỪ TRƯỜNG TRÁI ĐẤT 3.1 Đặc điểm 10 3.1.1 Cường độ .10 3.1.2 Độ từ khuynh 11 3.1.3 Độ từ thiên 11 3.2 Tác dụng từ trường trái đất 11 MỘT SỐ HIỆN TƯỢNG THỰC TẾ 4.1 Bầu khí trái đất 12 4.2 Trọng lực 12 4.3 Sấm, sét 12 4.4 Mặt trăng quay quanh trái đất 13 4.5 Thủy triều 13 4.6 Trái đất quay quanh trục với vận tốc thay đổi không 14 KẾT LUẬN 15 TÀI LIỆU THAM KHẢO 15 MỞ ĐẦU 1) Lý chọn chủ đề: Chắc hẳn thắc mắc, kim la bàn định hướng Bắc Nam rõ ràng cho dù có quay hướng nữa? Chúng ta tự hỏi làm mà loài động vật xác định phương hướng mà di cư đến phía Nam để tranh rét quay lại phía Bắc vào mùa xuân cách chuẩn xác đến vậy? Như biết, Trái Đất ví nam châm khổng lồ Nhưng lại nhiều cục nam châm khổng lồ này? Tìm hiểu từ trường Trai Đất có tác động đến đời sống người, điều thú vị xung quanh nó, Trong chủ đề “Từ trường Trái Đất” phần giải đáp câu hỏi 2) Ý nghĩa chủ đề: Giúp ta hiểu nguồn gốc từ trường, có tác động đến đời sống, 3) Giới thiệu chung nội dung chủ đề: Tìm hiểu từ trường, nơi tồn tại, cực từ trường trái đất, cách xác dịnh Tìm hiểu la bàn, đặc điểm, tác dụng từ trường trái đất, số tượng từ trường thực tế BẢNG PHÂN CƠNG CƠNG VIỆC Tên thành viên Cơng việc Nguyễn Văn Huy Làm word Trịnh Công Huy Đặc điểm, tác dụng từ trường trái đất Thời gian hoàn thành Mức độ hoàn thành 12/11 – 15/11 16,66% 10/11 – 12/11 16,66% Kim Thị Huyền Từ trường gì, tồn đâu 10/11 16,66% Bùi Quốc Khánh Một số hiền tượng thực tế 10/11 – 12/11 16,66% Trần Văn Khánh Làm powerpoint 12/11 – 13/11 16,66% 10/11 – 12/11 16,66% Vũ Khắc Khoa Các cực từ trường trái đất, cách xác định TỪ TRƯỜNG LÀ GÌ, TỒN TẠI Ở ĐÂU 1.1 Từ trường gì? Từ trường mơi trường vật chất bao quanh hạt mang điện, có chuyển động nam châm, dòng điện, …từ trường gây lực từ tác động lên vật có từ tính đặt Bản chất từ trường xung quanh điện tích chuyển động có từ trường gây Vậy nên xung quanh hạt mang điện đứng yên có điện trường, hạt mang điện chuyển động có điện trường từ trường Ví dụ: Từ trường nam châm: hai nam châm hút chúng đặt vùng từ trường - Tương tác từ hai dòng điện song song chiều hút nhau, ngược chiều đẩy - Từ trường Trái Đất: được tạo tính chất từ vật chất Trái Đất, tồn từ lòng Trái Đất đến không gian rộng lớn xung quanh Từ trường Trái Đất ảnh hưởng đến hàng chục ngàn km vũ trụ gọi từ Từ với khí có tác dụng ngăn chặn dịng hạt tích điện, bảo vệ sống người sinh vật Trái Đất Từ trường Trái Đất là trường từ của Trái Đất, xuất tính chất từ vật chất Trái Đất hợp thành tạo Từ trường Trái Đất tồn từ lịng Trái Đất đến khơng gian rộng lớn bao quanh Trái Đất. Từ trường Trái Đất cho là sinh dòng diện vật liệu dẫn điện lõi, tạo dòng đối lưu nhiệt thoát khỏi lõi. Từ trường Trái Đất coi lưỡng cực từ trường, với cực gần cực bắc địa lý cực gần cực nam địa lý 1.2 Tồn đâu Từ trường tồn xung quanh dịng điện hay nam châm Chính từ trường gây lực tác dụng lên dòng điện khác hay nam châm khác đặt Từ trường định hướng nam châm nhỏ: Để phát tồn từ trường khoảng khơng gian đó, người ta sử dụng kim nam châm nhỏ, đặt vị trí khoảng không gian Kim nam châm nhỏ, dùng để phát từ trường, gọi nam châm thử Quy ước: Hướng từ trường điểm hướng Nam - Bắc kim nam châm nhỏ nằm cân điểm CÁC CỰC CỦA TỪ TRƯỜNG TRÁI ĐẤT, CÁCH XÁC ĐỊNH 2.1 Các cực từ trường trái đất Trái Đất có địa cực: Nam cực địa lý Bắc cực địa lý.Trái Đất có từ trường nên xem lưỡng cực từ nên có từ cực: Nam cực từ gần Bắc cực địa lý Bắc cực từ gần Nam cực địa lý.Các đường sức từ mặt đất gọi kinh tuyến từ.Trái Đất nam châm khổng lồ: - Từ cực N: phía cực Nam địa lí - Từ cực S: phía cực Bắc địa lí - từ cực khơng trùng với cực địa lí Từ cực Bắc (N) Trái Đất nằm đảo nước Canada, có tọa độ địa lí 1010 Kinh Tây 760 Vĩ Bắc.Từ cực Nam (S) Trái Đất nằm ngồi biển khơi Nam Băng Dương, có tọa độ địa lí 1390 Kinh Đơng 650 Vĩ Nam.Tại nơi phát sinh từ trường tồn Trái Đất.Mọi nam châm Trái Đất có cực N hướng cực Bắc địa lý( từ cực S TĐ) 2.2 Cách xác định Đặt la bàn mặt phẳng cố định song song với mặt đất cho kim la bàn nằm ổn định Chỉnh la bàn cho kim la bàn trùng vạch bắc nam từ cực la bàn Khi kim la bàn ổn định, đọc phương hướng cần xác định 2.3 La bàn La bàn ứng dụng nhiều hoạt động biển, vào rừng, sa mạc, hướng bay máy bay, tàu thủy, tàu ngầm, tên lửa, tàu vũ trụ, La bàn từ hoạt động dựa theo từ trường Trái Đất thì dùng cho xác định hướng Bắc (N), Nam (S), Đông (E), Tây (W) mặt Trái Đất Trên phi thuyền bay vũ trụ phải dùng la bàn khơng từ tính, để định hướng theo một đối tượng hướng nào đó, ví dụ hướng phía Mặt Trời Cấu tạo La bàn từ hay La bàn theo cách gọi thông thường, dùng kim nam châm đặt trụ xoay để nam châm định hướng trong từ trường Trái Đất Tất đặt vỏ hay hộp đựng - Vỏ hay hộp đựng kim xoay hình trịn, phân chia theo ly giác (6400 ly giác) - hay độ (360 độ) - Miếng kim loại có từ tính, mài giũa thành hình lá, dẹt, mỏng, nhẹ, hình dạng kim đầu Chính to hơn, có khoan phần trung tâm kim cho lõm vào Trung tâm vỏ hộp đựng có kim ngắn cố định Trên kim cố định vỏ hộp - kim la bàn xoay kim xoay theo hướng định BẮC NAM - Hướng BẮC thường đánh dấu sơn màu đỏ Hướng NAM đánh dấu sơn màu xanh (hoặc màu trắng) - Mặt kính hộp đựng kim La Bàn - Các phụ kiện khác để cầm La bàn dây ngắm với khe tiêu điểm thiết kế bên ngồi mặt kính, giúp cho việc đo - ngắm tính tốn nhanh chóng, dễ dàng ĐẶC ĐIỂM, TÁC DỤNG CỦA TỪ TRƯỜNG TRÁI ĐẤT 3.1 Đặc điểm Cũng nam châm, Trái Đất có 2 cực địa từ, không trùng với cực địa lý. Cực Bắc từ có toạ độ 70° Vĩ Bắc Và 96° Kinh Tây, lãnh thổ Canada, cách cực Bắc địa lý 800 km. Cực Nam từ có toạ độ 73° Vĩ Nam 156° Kinh Đông vùng Nam cực, cách cực Nam địa lý 1000 km Trục từ trường tạo với trục Trái Đất một góc 11° Các từ cực thường có vị trí khơng ổn định đảo ngược theo chu kỳ Do đồ địa từ phải thường xuyên điều chỉnh (5 năm lần) Việc thu nhập thông tin từ vệ tinh phát vành đai xạ bao quanh Trái Đất ở mơi trường khí cao từ 500–600 km dến 60.000- 80.000 km: là từ quyển (tầng điện ly trở lên) Các hệ tọa độ phổ biến dùng để diễn tả Trường từ Trái Đất Ở vị trí nào, từ trường Trái Đất đại diện vector ba chiều Một phuơng pháp điển hình để đo hướng sử dụng la bàn để xác định hướng Bắc từ Góc liên quan đến Bắc thật độ lệch (D) biến thể Đối diện Bắc từ trường, góc trường tạo theo chiều ngang độ từ khuynh (I) từ nhúng Cường độ (F) trường tương ứng với lực tác động lên nam châm Một cách biểu diễn thường thấy tọa độ X (Bắc), Y (Đông) Z (Xuống) 3.1.1 Cường độ Cường độ từ trường thường đo gauss (G), thông thường báo cáo nanotesla (nT), với G = 100.000 nT Một nanotesla gọi gamma (γ). Tesla đơn vị SI trường từ B Từ trường Trái Đất nằm phạm vi từ 25.000 đến 65.000 nT (0,25-0,65 G) Để so sánh, nam châm tủ lạnh mạnh có cường độ từ khoảng 10.000.000 nanotesla (100 G) 10 Bản đồ đường đồng mức cường độ gọi "biểu đồ đẳng động lực học" Như Mơ hình Từ trường Thế giới cho thấy, cường độ có xu hướng giảm từ cực đến xích đạo Một cường độ tối thiểu xảy ở Dị thường Nam Đại Tây Dương phía Nam Mỹ có cực đại miền bắc Canada, Siberia bờ biển Nam Cực phía nam Úc 3.1.2 Độ từ khuynh Độ từ khuynh cho góc giả định giá trị từ -90° (lên) đến 90° (xuống) Ở bán cầu bắc, trường trỏ xuống Nó trỏ thẳng xuống cực Bắc từ quay ngược trở lên vĩ độ giảm nằm ngang (0°) xích đạo từ Nó tiếp tục quay lên trỏ thẳng lên cực Nam từ Độ từ khuynh đo cái vịng trịn đo góc từ khuynh Một biểu đồ đẳng khuynh (bản đồ đường đồng mức từ khuynh) cho từ trường Trái Đất hiển thị bên 3.1.3 Độ từ thiên Độ từ thiên là dương độ lệch phía đơng trường so với hướng Bắc thật Nó ước tính cách so sánh hướng bắc từ / nam từ la bàn với hướng của thiên cực Bản đồ thường bao gồm thông tin độ từ thiên dạng góc sơ đồ nhỏ cho thấy mối quan hệ hướng bắc từ hướng bắc thật Thông tin độ từ thiên cho vùng biểu diễn biểu đồ có đường đẳng từ thiên (các đường đồng mức với đường biểu diễn một độ từ thiên cố định) 3.2 Tác dụng từ trường trái đất Từ trường chắn bảo vệ cho trái đất Từ trường giảm ngày có nhiều tia cực tím đến bề mặt Điều nghĩa bão mặt trời khứ ra: Tháng giêng năm 1997 làm tê liệt vệ tinh viễn thơng trị giá 200 triệu dollar năm trước đó, làm hỏng mạng lưới điện Canada Các nhà khoa học cho cịn phải tính đến thay đổi thời tiết khí hậu Những giơng tố có lẽ xảy thường xuyên mạnh Lốc xoáy, lũ lụt kỳ hạn hán trở thành thông lệ Đối với số lồi động vật từ trường quan trọng chúng sử dụng từ trường để định hướng Kiến, chim di cư, rùa cá mập có lẽ lạc hướng khơng có từ trường Sự thay đổi cực xảy muộn 1.000 năm 11 Thực địa từ trường yếu rõ ràng - dẫn chứng cho việc triệu năm có lần thay đổi cực Các nhà vật lý địa cầu tính tốn chậm 1.000 năm điều xảy MỘT SỐ HIỆN TƯỢNG THỰC TẾ 4.1 Bầu khí trái đất Chúng ta biết, Trái đất có từ trường phân cực Bắc Nam rõ ràng Mặt khác, Trái đất có chuyển động quay quanh trục quay quanh Mặt trời Vậy khẳng định từ trường bao quanh Trái đất từ trường chuyển động quay cặp cực Từ trường chuyển động với vận tốc góc với vận tốc góc Trái đất, tạo thành vùng không gian bao bọc quanh Trái đất vô số đường sức chuyển động liên tục Do vậy, khơng khí sinh từ trái đất khơng thể hết ngồi vũ trụ, hình thành bầu khí Trái đất Chính bầu khí hình thành từ trường chuyển động khơng khí, bao bọc, bảo vệ tạo nên sống Trái đất Các thiên thạch bị đốt cháy gần hồn tồn vào bầu khí này, lực từ trường chuyển động ma sát với khơng khí chứa 4.2 Trọng lực Từ trường trái đất từ trường chuyển động, bán kính trường lớn, nên vận tốc dài lớn, chuyển động xung quanh trái đất tạo nên sức căng lớp vỏ bọc làm đường sức, chuyển động bao quanh Trái đất Khơng khí sinh từ trái đất, khơng thể hết ngồi được, bị nén lại tạo nên áp suất ép vào bề mặt trái đất Các vật chất nằm bên vùng không gian này, bị giằng giữ đường sức bị áp suất khơng khí ép phía bề mặt trái đất Lực ép này, nguyên nhân tạo trọng lực, ép buộc vật chất nằm khí quyển, chuyển động theo chiều hướng phía bề mặt trái đất Vậy trọng lực ngoại lực khối từ trường chuyển động áp suất khơng khí chứa bên tạo 4.3 Sấm, sét 12 Trong mưa, ta thường thấy tượng Sấm, Sét Hiện tượng này, giải thích Sự phóng điện từ đám mây mang điện tích trái dấu từ đám mây có tích điện với mặt đất Nhưng đám mây lại có tích điện trái dấu nhau? Ta biết rằng, mây hình thành từ bốc nước từ biển, ao, hồ,…di chuyển nhờ gió quay từ trường trái đất Trong mưa thường có giơng, gió giật mạnh, làm cho đám mây với hạt nước đủ lớn dễ tích điện, dao động di chuyển với vận tốc lớn Điều dẫn đến, có đám mây di chuyển nhanh hơn, có đám mây di chuyển chậm tốc độ từ trường chuyển động quay quanh Trái đất, dẫn đến tượng tích điện trái dấu đám mây 4.4 Mặt trăng quay quanh trái đất Từ trường trái đất từ trường chuyển động, bán kính trường lớn, nên vận tốc dài lớn, chuyển động xung quanh trái đất tạo nên sức căng lớp vỏ bọc, làm đường sức chuyển động bao quanh Trái đất Mặt trăng nằm phạm vi hoạt động mạnh từ trường Trái đất Nên từ trường Trái đất quay, kéo đẩy Mặt trăng quay theo nó, tạo chuyển động Mặt trăng quay quanh Trái đất Từ trường trái đất từ trường cặp cực (Bắc – Nam) nên không tạo chuyển động quay quanh trục cho Mặt trăng Do vậy, Mặt trăng chuyển động quay quanh Trái đất với mặt hướng Trái đất 4.5 Thủy triều Hiện tượng thuỷ triều thay đổi mực nước sông, biển theo quy luật định Hiện tượng này, giải thích chủ yếu lực hấp dẫn Mặt trăng Mặt trời Nếu dựa vào từ trường hấp dẫn chuyển động để lý giải, rõ ràng nhiều Nhật triều: tượng nước lên xuống lần ngày Mặt trăng với kích thước lớn, đường kính ¼ đường kính Trái đất, nên di chuyển làm biến dạng liên tục cấu hình từ trường chuyển động (được tạo đường sức) Trái đất Hãy hình dung, hệ thống đường sức nối hai cực trái đất, thời điểm Nơi Mặt trăng chiếm chỗ, đường sức qua nó, số vịng phía ngồi, số cịn lại khơng qua vùng không gian lân cận hai bên Mặt trăng Ta thấy: 13 - Vùng không gian hai bên Mặt trăng tăng số đường sức, từ trường mạnh so với hai vùng lại, tạo khối từ trường méo oval Dài nơi có Mặt trăng nơi đối diện Dẹp nơi hai bên Mặt trăng Ap suất khơng khí ép lên bề mặt trái đất, tức thời thay đổi biến đổi này, cao lên chỗ hẹp thấp xuống chỗ rộng Do nước chất lỏng, nên di chuyển từ nơi áp cao đến nơi áp thấp tạo thuỷ triều Mực nước sông (biển) dâng lên phía chứa Mặt trăng phía đối diện Bán nhật triều: tượng nước lên xuống hai lần ngày (xảy vùng gần đường xích đạo), lần nước lên vào sáng sớm lần nước lên vào chiều tối Hiện tượng này, giải thích tương tác từ trường hấp dẫn chuyển động Mặt trời với từ trường chuyển động Trái đất Hãy hình dung, mặt phẳng Hồng Đạo, tia sóng điện từ xạ từ Mặt trời hướng phía Trái đất Ta thấy, thời điểm, lực điện từ tia làm méo từ trường Trái đất Phình hai biên dẹp lại chỗ Trái đất Mặt trời đối diện Sự biến dạng này, dẫn đến thay đổi áp suất khơng khí ép lên bề mặt Trái đất, cao lên chỗ hẹp thấp xuống chỗ rộng Nước di chuyển từ nơi áp cao đến nơi áp thấp tạo thuỷ triều Trái đất quay, hai biên, bên chiều tối, bên sáng sớm, nước dâng lên Theo cách giải thích trên, tượng thuỷ triều xảy Trái đất thay đổi hình dáng từ trường chuyển động Trái đất mà hai tác nhân Mặt trăng từ trường chuyển động Mặt trời Hai tác nhân này, không tác động riêng lẻ mà phối hợp chặt chẽ với Ngồi ra, thay đổi hình dáng từ trường chuyển động Trái đất, chắn bị chi phối nguồn từ trường chuyển động khác vũ trụ 4.6 Trái đất quay quanh trục với vận tốc thay đổi khơng là sự quay của hành tinh Trái Đất xung quanh trục của Trái Đất quay từ phía tây sang phía đơng Nhìn từ sao Bắc cực Polaris, Trái Đất quay ngược chiều kim đồng hồ Bắc Cực, biết đến Cực Bắc địa lý, điểm Bán cầu Bắc mà trục quay Trái Đất gặp bề mặt Điểm khác với Cực Bắc từ của Trái Đất. Nam Cực là điểm lại mà trục quay Trái Đất gặp bề mặt, ở Châu Nam Cực Trái Đất quay vòng khoảng 24 so với Mặt Trời 23 giờ, 56 phút giây so với Hiện tượng tự quay Trái Đất giảm nhẹ với thời 14 gian; vậy, ngày khứ ngắn Điều do hiệu ứng thủy triều Mặt Trăng tác động lên Trái Đất. Đồng hồ nguyên tử cho thấy ngày thời đại chậm khoảng 1,7 mili giây so với kỷ trước, từ từ tăng tốc độ Giờ Phối hợp Quốc tế (UTC) điều chỉnh bởi giây nhuận Phân tích ghi chép thiên văn học lịch sử cho thấy xu hướng chậm lại 2,3 mili giây kỷ từ kỷ thứ TCN KẾT LUẬN Qua báo cáo nhóm trình bày phần hiểu tầm quan trộng từ trường đối trai đất người Nó thứ bảo vệ khỏi thiệt hại mà gió mặt trời gây ra, Từ trường ngun nhân khiến có bầu khí Bầu khí lớp bảo vệ khỏi tia sáng Mặt trời lớp trì nhiệt độ sống Nếu khơng, nhiệt độ nằm khoảng từ 123 độ đến -153 độ Cũng phải nói hàng ngàn lồi động vật, bao gồm loài chim rùa, sử dụng từ trường để định hướng định hướng suốt thời gian di cư chúng TÀI LIỆU THAM KHẢO Bách khoa toàn thư mở wikipedia (https://vi.wikipedia.org) Học tập vật li (https://sites.google.com/site/hoctapvatli) Thư viện vật li (http://thuvienvatly.com) Top lời giải (https://toploigiai.vn) Chuyên trang khoa học Online (https://khoahoc.tv) 15 ... Từ trường gì, tồn đâu 10 /11 16 ,66% Bùi Quốc Khánh Một số hiền tượng thực tế 10 /11 – 12 /11 16 ,66% Trần Văn Khánh Làm powerpoint 12 /11 – 13 /11 16 ,66% 10 /11 – 12 /11 16 ,66% Vũ Khắc Khoa Các cực từ. .. VIỆC Tên thành viên Cơng việc Nguyễn Văn Huy Làm word Trịnh Công Huy Đặc điểm, tác dụng từ trường trái đất Thời gian hoàn thành Mức độ hoàn thành 12 /11 – 15 /11 16 ,66% 10 /11 – 12 /11 16 ,66% Kim... CỦA TỪ TRƯỜNG TRÁI ĐẤT 3 .1 Đặc điểm 10 3 .1. 1 Cường độ .10 3 .1. 2 Độ từ khuynh 11 3 .1. 3 Độ từ thiên 11 3.2 Tác dụng từ trường trái đất 11 MỘT