từ trường trái đất

Từ trường của quả đất: a.Định Nghĩa: Từ trường Trái Đất và từ trường bề mặt được coi như một lưỡng cực từ trường, với một cực gần cực bắc địa lý và cực kia gần cực nam địa lý.. Theo thu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH

KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

BỘ MÔN VẬT LÝ

-* -BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

ĐỀ TÀI : TỪ TRƯỜNG TRÁI ĐẤT

GVHD: Phan Ngọc Khương Cát

Khoa : Khoa Học Ứng Dụng

Mục Lục: Trang

1.Từ Trường Trái Đất……….4

2 Độ từ thiên………7

3 Độ từ khuynh……… 7

4 Các cực của trái đất……… 8

5 Bão từ……… 9

6.Các quá trình hình thành bão từ……… 9

7 Ảnh hưởng của bão từ……… ……10

8.Ngắm cực quang từ vũ trụ………15

9 Bí ẩn về từ trường Trái đất đã được làm sáng tỏ……… 17

10 Lợi ích của từ trường Trái Đất……… ……18

TỪ TRƯỜNG CỦA TRÁI ĐẤT

1 Từ trường của quả đất:

a.Định Nghĩa: Từ trường Trái Đất (và từ trường bề mặt) được coi như một lưỡng cực

từ trường, với một cực gần cực bắc địa lý và cực kia gần cực nam địa lý Một đường thăng tưởng tượng nối hai cực tạo thành một góc khoảng 11,3° so với trục quay của trái đất Nguyên nhân gây ra từ trường có thể được giải thích theo lý thuyết dynamo

Các trường từ có thể mở rộng vô hạn, tuy nhiên nếu xét các điểm càng ra xa nguồn thì chúng càng yếu dần Từ trường của Trái Đất có tác dụng đến hàng chục ngàn km trong vũtrụ và được gọi là quyển từ

ở hai cực, còn ở mọi điểm trên quả cầu, kim la bàn đều chỉ hướng Nam Bắc Hiện nay vẫn chưa có sự giải thích chi tiết và thỏa đáng về nguồn gốc từ tính của Trái Đất

Năm 1940, một số nhà vật lý đã đưa ra giả thuyết "Đinamô" để giải thích nguồn gốc từ trường của trái đất Theo thuyết này thì từ trường Trái đất chủ yếu được hình thành từ các dòng đối lưu trong chất lỏng của trái đất ở độ sâu trên 3000 km Sự khác biệt về nhiệt

độ trong chất lỏng của trái đất đã làm xuất hiện các dòng đối lưu Nếu trong nhân của trái đất có một "từ trường nguyên thuỷ" thì các dòng đối lưu trên sẽ có vai trò như một cuộn dây trong máy phát điện Dòng điện nhờ đó được hình thành và chính nó đã tạo ra từ trường cho trái đất Tuy nhiên, thuyết vẫn còn một số điểm chưa rõ ràng Trong quá trình hình thành từ trường trái đất, cần có "từ trường nguyên thuỷ", nhưng từ trường này được hình thành từ bao giờ và bằng cách nào? Đây là một trong những tồn tại chưa giải quyết được của các ngành khoa học về Trái Đất

Gần đây, các nhà khoa học cho rằng ngoài từ trường chính của trái đất hình thành từ lõi ngoài chiếm 98%, còn có phần từ trường với nguồn gốc bên ngoài trái đất chiếm 2%, phần từ trường này lại hay biến đổi, là phần quan trọng gây ra những tác động đối với cơ thể sống

c.Quả đất là một NC khổng lồ nhưng từ trường khá yếu: B=0,5 Gauss= 0,00005 Tesla.

Hình 2.1c: Quả đất là một NC khổng lồ

truong-cua-trai-dat)

(https://sites.google.com/site/vatlyvmd/bai-ghi/k11/ch4-tu-truong-1/bai-8-tu-d Nguồn gốc:

• Cấu tạo của trái đất gồm:

o Vỏ đá silic hóa từ mặt đất (0 km) đến độ sâu 2900km

o Lõi cứng ở tâm, bán kính cỡ 1300km.

o Nhân: nằm giữa lõi là sắt nóng chảy Có độ sâu 2900 km đến độ sâu 5100km

o Nhân có thể chia 2 phần:

 Phần ngoài là một chất dẫn điện rất tốt, nhiệt độ tới 3000 độ C

và áp suất hơn một triệu atmosphere

 Phần trong có áp suất vào khoảng > 3 triệu atmosphere khiến cho lõi trở thành cực kỳ cứng

• Sự truyền tải nhiệt trong nhân lỏng thực hiện bằng đối lưu: Vật chất nóng chuyển lên trên mặt, vật chất lạnh chuyển xuống dưới sâu.Nguồn gốc của từ trường gắn liền với chuyển động đối lưu của chất lỏng dẫn điện này

• Hoạt động đối lưu không có sự tham gia của các hiện tượng bên ngoài.

e Đặc điểm

Cũng như nam châm, Trái Đất có 2 cực địa từ, không trùng với 2 cực địa lý Cực Bắc từ

có toạ độ 70° Vĩ Bắc Và 96° Kinh Tây, trên lãnh thổ Canada, cách cực Bắc địa lý

800 km Cực Nam từ có toạ độ 73° Vĩ Nam và 156° Kinh Đông ở 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 không ổn định và có thể đảo ngược theo chu kỳ Do đó bản đồ địa từ cũng phải thường xuyên điều chỉnh (5 năm một lần) Việc thu nhập các thông tin từ vệ tinh đã phát hiện các vành đai bức xạ bao quanh trái đất ở môi trường khí quyển trên cao

từ 500–600 km dến 60.000- 80.000 km: đó là từ quyển (tầng điện ly trở lên)

Hình 3.1e:Cấu trúc Trái Đất

trai-dat)

(https://sites.google.com/site/vatlyvmd/bai-ghi/k11/ch4-tu-truong-1/bai-8-tu-truong-cua-Từ trường trái đất có từ đâu?

Từ trường xuất hiện trong lòng trái đất Nơi đó có nhân trái đất được cấu tạo chủ yếu là sắt Nhân rắn bên trong được bao bọc bởi cái vỏ bằng sắt dạng lỏng Do sức nóng từ trong nhân, kim loại sẽ chảy tràn lên bề mặt nhân, nguội đi và lại chìm xuống phía dưới Đồng thời nó chảy theo đường xoắn ốc do trái đất quay Sự chuyển động của sắt có khả năng dẫn điện sẽ làm xuất hiện một nguồn điện, tương tự như một máy phát điện khổng

lồ Và khi có dòng điện chảy thì sẽ xuất hiện từ trường.

Hình dạng của từ trường cũng giống như từ trường của một thỏi nam châm Từ trường đi

ra từ bán cầu nam và đi vào phía bán cầu bắc của trái đất Hai nơi này được gọi là cực

từ Nó không trùng với cực nam và cực bắc địa lý mà cách nhau vài trăm cây số.

Từ trường vươn ra ngoài vũ trụ hơn 60.000 km Nó tạo thành một cái vỏ bảo vệ chung quanh trái đất Sự bảo vệ này là cần thiết vì mặt trời không ngừng phát ra các hạt tích điện, còn được gọi là gió mặt trời Từ trường cản gió mặt trời và dẫn nó đi vòng qua trái đất Từ trường bị biến dạng bởi gió mặt trời, hướng phía mặt trời bị nén lại, còn hướng kia thì xuất hiện một cái đuôi dài, có thể vươn vào vũ trụ đến 250.000 km.

Tại sao từ trường trái đất lại giảm?

Nguyên nhân từ trường giảm nằm ở trong lòng trái đất Ở đó kim loại chảy lỏng xoay vòng quanh nhân ngoài Bằng chuyển động cắt ngang từ trường nó tạo ra một dòng điện, dòng điện đó cũng tạo ra một từ trường nữa Giả sử như hướng chuyển động đó giữ nguyên thì từ trường trước đó vẫn nguyên vẹn Nhưng do đường chuyển động của nó thường xuyên thay đổi, từ trường được tạo ra cũng thay đổi và làm giảm bớt đi từ trường

có trước.

2 Độ từ thiên:

• Độ từ thiên là góc tạo thành (δ) giữa hướng bắc

thực (bắc địa lý) và hướng bắc từ (là hướng chỉ phương

bắc của kim la bàn) hay góc tạo thành giữa kinh tuyến

địa lí (phương bắc nam) và kinh tuyến từ tại điểm đã cho

trên mặt đất Giá trị này sẽ dương khi bắc từ nằm về phía

đông của bắc thực và ngược lại

• Kinh tuyến từ là các đường sức từ của trái đất vẽ trên

3 Độ từ khuynh:

• Độ từ khuynh là góc hợp bởi vector từ trường trái đất với mặt phẳng

ngang.

Độ từ khuynh là do kim nam châm hướng theo đường sức từ do tác động

của lực từ Do lực của các đường sức trên Trái Đất không song song với bề

mặt đất nên

đầu bắc của kim la bàn sẽ chúi xuống ở bắc bán cầu (giá trị dương)

và hướng lên ở nam bán cầu (giá trị âm) Các đường đồng giá trị từ

khuynh trên bề mặt Trái Đất được gọi là "đường đẳng khuynh" Tập

hợp các điểm có giá trị từ khuynh bằng 0 thì được gọi là xích đạo

• Trái Đất có 2 cực địa từ, không trùng với 2 cực địa lý

o Cực từ Bắc có toạ độ 70° vĩ Bắc Và 96° kinh Tây, trên lãnh thổ Canada, cách cực Bắc địa lý 800 km

Cực từ Nam có toạ độ 73° vĩ Nam và 156° kinh Đông ở vùng Nam cực, cách cực Nam địa lý 1000 km

o Trục từ trường tạo với trục trái đất một góc 11°

• Cực từ có vị trí không ổn định và có thể đảo ngược theo chu kỳ Do đó, bản đồ địa

từ được cập nhật 5 năm một lần

Kết quả là trái đất đổi cực?

Cứ khoảng 1 triệu năm thì cực từ của trái đất thay đổi Theo sự phỏng đoán của các nhà vật lý trái đất thì khi thay đổi cực, từ trường của trái đất không ổn định và phân ra làm nhiều từ trường nhỏ, bao bọc lấy trái đất khắp mọi hướng Sau đó thì từ trường sẽ ổn định trở lại nhưng theo hướng ngược lại Điều đó có nghĩa là đường đi của từ trường sẽ không phải là từ Nam đến Bắc mà từ Bắc đến Nam.

5 Bão từ:

• Bão từ hay còn gọi là bão địa từ trên Trái Đất là những thời kỳ mà kim la bàn daođộng mạnh.

• Bão từ là những dòng điện tích ( plasma) từ mặt trời phát tán đến quả đất ( và các hành tinh trong hệ mặt trời) làm biến đổi từ trường của quả đất.

• Nguyên nhân: Bão từ hình thành từ các vụ bùng nổ ở mặt trời.

• Cách nhận biết: Khi các yếu tố của từ trường Trái Đất (cảm ứng từ, độ từ thiên,

độ từ khuynh…) biến đổi bát thường và xảy ra cùng một lúc trên toàn cầu.

• Mức độ (theo thời gian): Bão từ mạnh, bão từ yếu.

• Hậu quả: Bão từ ảnh hưởng đến:

o Sức khỏe con người.

o Truyền tải điện.

o Thông tin vô tuyến trên hành tinh.

o Điều khiển các hoạt động ngoài quả đất.

6.Các quá trình hình thành bão từ.

1. Các dòng hạt mang điện phóng ra từ Mặt Trời sinh ra một từ trường, có độ lớn vào khoảng 6.10-9 tesla.

2. Từ trường này ép lên từ trường Trái Đất làm cho từ trường nơi bị ép tăng lên.

3. Khi từ trường Trái Đất tăng lên, từ thông sẽ biến thiên và sinh ra một dòng điện cảm ứng chống lại sự tăng từ trường của Trái Đất (theo định luật Lenz).

4. Dòng điện cảm ứng này có thể đạt cường độ hàng triệu ampe chuyển động vòng quanh Trái Đất và gây ra một từ trường rất lớn tác dụng lên từ trường Trái Đất.

5. Hiện tượng này tiếp diễn làm cho từ trường Trái Đất liên tục biến thiên và kim la bàn dao động mạnh.

Nếu hướng của từ trường trong tầng điện ly hướng về phía Bắc, giống như hướng của từ trường Trái Đất, bão địa từ sẽ lướt qua hành tinh của chúng ta Ngược lại, nếu từ trường hướng về phía Nam, ngược với hướng từ trường bảo vệ của Trái Đất, các cơn bão địa từ mạnh sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới Trái Đất Mặc dù khí quyển Trái Đất chặn được các dòng hạt năng lượng cao đến từ Mặt Trời này (gồm electron và proton), song các hạt đó làm xáo trộn từ trường của hành tinh, cụ thể là quyển từ, có thể gây ra rối loạn trong liên

lạc vô tuyến hay thậm chí gây mất điện.

Các vụ phun trào khí và nhiễm điện từ Mặt Trời được xếp theo 3 cấp: C là yếu, M là trung bình, X là mạnh Tùy theo cấp cao hay thấp mà ảnh hưởng của nó lên từ trường Trái Đất gây ra bão từ nhiều hay ít Bão từ được xếp theo cấp từ G1 đến G5, G5 là cấp mạnh nhất Theo nhiều nghiên cứu thì hiện nay các cơn bão từ xuất hiện nhiều hơn và mạnh hơn, điều này cho thấy rằng Mặt Trời đang ở vào thời kỳ hoạt động rất mạnh

7 Ảnh hưởng của bão từ.

A, Đối với sức khỏe

Thời kỳ có bão từ là thời kỳ rất nguy hiểm cho người có bệnh tim mạch bởi vì từ trường ảnh hưởng rất mạnh đến hoạt động của các cơ quan trong hệ tuần hoàn của con người

Để đảm bảo sức khỏe, những người mắc bệnh tim mạch nên tránh hoạt động nhiều ngoài trời, nhất là những bệnh nhân đã được cấy máy tạo nhịp tim vĩnh viễn, uống đủ nước trong ngày để tránh hiện tượng máu cô đặc vì máu cô đặc sẽ càng làm cho cục máu đông hình thành dễ dàng hơn Những bệnh nhân mắc bệnh mạch vành, bệnh động mạch cảnh đang được dùng các loại thuốc chống đông máu, chống kết dính tiểu cầu như Aspirin, Plavix phải dùng thuốc đều đặn theo đúng chỉ dẫn của thầy thuốc và đặc biệt là không được quên uống thuốc trong những ngày này dù chỉ một lần

Bệnh nhân tăng huyết áp đang được dùng thuốc chống tăng huyết áp, không được quên uống thuốc hạ áp vì dù chỉ quên một lần vào ngày có bão từ, huyết áp có thể tăng cao kịch phát gây tai biến nghiêm trọng (vỡ động mạch chủ, vỡ mạch não ) Các trường hợp đau đầu kiểu migraine cần được nghỉ ngơi, có thể sử dụng các thuốc giảm đau để chống lại các cơn đau cũng như tình trạng rối loạn giấc ngủ có thể xảy ra

Bệnh nhân mắc các chứng trầm cảm cần được gia đình và người thân quan tâm, săn sóc nhiều hơn để có thể duy trì chất lượng cuộc sống ở mức cao trong những ngày thời tiết không tốt này Người bình thường, nhất là những người cao tuổi khi thấy những biểu hiện bất thường như đau đầu, choáng váng, có cơn xỉu, ngất, đau ngực, giảm hoặc yếu vận động chân tay cần đi kiểm tra sức khoẻ tại các cơ sở y tế để phát hiện sớm và điều trị kịp thời những bệnh lý tim mạch thường gặp trong thời gian bão từ.

Bão từ cũng sẽ gây ra tác động tiêu cực đến sức khỏe của người già, và ảnh hưởng tới da nếu phơi nắng trực tiếp

B Hai bão từ mạnh đổ xuống trái đất

Giới khoa học cảnh báo các hoạt động truyền tải điện, định vị bằng vệ tinh nhân tạo và định hướng cho máy bay có thể rối loạn sau khi hai đợt bão từ cực mạnh ập xuống địa

BBC cho biết, đây là hai trận bão từ mạnh nhất trong 5 năm qua và tác động của chúng sẽ

thể hiện rõ rệt nhất ở các vùng cực Do hậu quả của bão từ, cực quang ở gần Bắc Cực sẽ xuất hiện nhiều hơn Cực quang xuất hiện do những hạt mang điện tích từ mặt trời lao vào bầu khí quyển trái đất với tốc độ cực lớn Trong quá trình di chuyển, những hạt mangđiện tích đâm vào các nguyên tử oxy và nitơ khiến mức năng lượng của chúng tăng lên Kết quả là những nguyên tử nitơ và oxy phát ra ánh sáng nhiều màu sắc

Tuy nhiên, nhiều hoạt động khác sẽ chịu ảnh hưởng xấu Chẳng hạn, trong vài ngày tới

có thể các máy bay sẽ phải đổi hướng để tránh tác động của bão từ tại các vùng cực Các phi hành gia trên Trạm Không gian Quốc tế cũng phải cảnh giác với bão từ

Vết đen khổng lồ trên mặt trời mà các nhà khoa học phát hiện vào tuần trước đang di chuyển tới vị trí hướng về trái đất, một diễn biến có thể khiến địa cầu hứng chịu bão

từ mạnh trong tuần.

Cơ quan Hàng không vũ trụ Mỹ (NASA) phát hiện những vết đen khổng lồ trên mặt trời vào hôm 3/11 nhờ những bức ảnh do tàu theo dõi mặt trời Solar Dynamic

Observatory (SDO) gửi về Đây là nhóm vết đen lớn nhất trên mặt trời mà con người phát hiện kể từ năm 2005 Tới nay chiều rộng của nhóm - được đặt tên là AR1339 - đã gấp 17 lần đường kính trái đất, Space đưa tin.

Ngày 4/11, SDO phát hiện một cơn bão dữ dội trên tầng thượng quyển của mặt trời

Nó là một trong những cơn bão mạnh nhất mà ngôi sao trong Thái Dương Hệ có thể tạo ra Nơi xuất phát của nó chính là nhóm vết đen AR1339.

"Khoảng 45 phút sau khi cơn bão xuất hiện trên mặt trời, hoạt động của một số hệ thống viễn thông radio trên trái đất bị tê liệt Chúng tôi đang tiếp tục theo dõi vùng AR1339 vì nó có thể tạo ra những trận bão khác", NASA thông báo.

Trang spaceweather.com cũng xác nhận lượng hạt ion trong tầng thượng quyển trái đất tăng vọt sau cơn bão Các hạt ion làm thay đổi sóng radio tại Mỹ và châu Âu.

Từ hôm 4/11 tới nay các nhà khoa học của Trung tâm Dự báo Thời tiết vũ trụ Mỹ đang theo dõi những vết đen trên mặt trời, Discovery cho biết Họ xác nhận rằng giờ

đây AR1339 đang di chuyển tới phía đối diện trái đất nên phần lớn năng lượng của nó

sẽ hướng về hành tinh xanh Trong vòng mấy ngày tới rất có thể trái đất sẽ hứng chịu một trận bão từ mạnh khác do hoạt động của vết đen khổng lồ.

Vết đen trên mặt trời là những vùng tối trên bề mặt ngôi sao này Độ sáng bề mặt vết đen chỉ bằng khoảng 1/4 so với vùng xung quanh và nhiệt độ của chúng cũng thấp hơn nhiều Sự biến đổi từ trường cực mạnh là nguyên nhân gây nên vết đen mặt trời

Từ trường của vết đen tăng dần trong quá trình phát triển của nó.

Bão mặt trời (hay gió mặt trời) là hiện tượng các luồng hạt mang điện tích được giải phóng từ tầng thượng quyển của mặt trời Do mang năng lượng cao, các hạt mang điện tích - bao gồm proton và electron - có thể thoát khỏi lực hấp dẫn của mặt trời Sự tương tác giữa các hạt mang điện tích từ mặt trời với những đường sức từ của trái đất

là nguyên nhân gây nên bão từ.

Trung tâm Dự báo thời tiết vũ trụ (SWPC) thuộc Cục quản lý Đại dương và Khí quyển quốc gia Hoa Kỳ (NOAA) cảnh báo, một cơn bão địa từ cấp G3 trên trái đất do một vụ

nổ mạnh đáng kể ngày 24/9/2011 đã tạo ra một vầng hào quang của mặt trời và một cơn

bão năng lượng mặt trời cấp độ từ cấp G1 đến cấp G5.