Сложность решения этой проблемы связана с неверным пониманием физического смысла основных параметров магнитного поля, а любая сложность уже по определению противоречит знаменитому девизу, начертанному золотыми буквами над входом в физическую аудиторию Гёттингенского университета: «Simplex sigillum veri» («Простота – печать Истины»).
Давайте вместе попробуем через простоту добраться до Истины. И начнём с того, что давно известно всем - каждая точка магнитного поля любой планеты (и звезды) характеризуется вектором напряжённости. Этот вектор мы определяем из следующего уравнения:
В = μ0*(Н + М), где μ0 = 4π*10-7 кг*м/Кл2 – магнитная постоянная;
Но главными параметрами здесь являются векторы Н и М. Что это за параметры?
Вектор Н = Q*vR*R/4πR3 А/м – внешний магнитный момент (Q*vR*R), отнесённый к единице объёма сферы (4πR3), где R – радиус орбиты, по которой движется данная планета со скоростью vR.
В числителе значится выражение (Q*vR*R), которое по определению Нильса Бора (1885–1962) является магнетоном. Однако, если принять во внимание общеизвестное определение «момент импульса» (М*vR*R), в котором мы заменили массу (М) на электрический заряд (Q), то надо признать, что для полученного выражения (Q*vR*R) более понятным является определение «магнитный момент».
Если мы магнитный момент делим на объём сферы (4πR3), то действительно получим магнитный момент единицы объёма. Простое и внятное определение.
Однако математики назвали этот параметр напряжённостью магнитного поля, хотя данной характеристикой обладает вектор В, ибо именно он определяет силу действия магнитного поля на движущиеся заряженные частицы и токи. Поэтому далее вектор Н мы будем называть правильно, чтобы не путаться с определениями. По физическому смыслу этот вектор представляет вклад внешних (по отношению к данной точке пространства) источников магнитного поля в магнитную индукцию в данной точке.
Теперь обратимся к вектору М = Q*vr*r/4πr3*(r/R)1/2 А/м, который можно назвать вектором магнитной поляризации (вектором намагниченности). Этот вектор представляет вклад внутренних источников магнитного поля и тоже является магнитным моментом единицы объёма. Но уже внутренним магнитным моментом (Q*vr*r), отнесённым к единице объёма сферы (4πr^3), где vr – первая космическая скорость вокруг поверхности планеты с радиусом r.
Однако и это ещё не всё, ибо надо учесть подкоренное отношение радиуса планеты r к радиусу орбиты R.
И ещё. Q = (MП*r0*10^7)1/2 Кл – полный электрический заряд планеты (точнее – её электромагнитного поля), где:
МП – полная масса поля (равна массе планеты);
r0 = Кп/с2 – гравитационный радиус планеты, равный отношению постоянной Кеплера (Кп, Дж*м/кг), для гравитационного поля данной планеты к минимально (по модулю – максимально) возможному гравитационному потенциалу (с2, Дж/кг).
Внешний и внутренний магнитные моменты единицы объёма можно записать в более удобном виде:
Н = Q*ωR/4πR А/м, где ωR = vR/R – угловая скорость данной планеты, говорящая нам о вращении планеты по орбите;
М = Q*ωr/4π(R*r)1/2 А/м, где ωr = vr/r – угловая скорость вихря вокруг данной планеты, которая тоже говорит нам о вращении.
Следовательно, напряжённость магнитного поля для каждой планеты:
В = μ0*Н (1 + (ωr/ωR)*(R/r)1/2) Тл
Или окончательно:
В = μ0*μ*Н Тл, где μ = 1 + М/Н – магнитная проницаемость, а отношение:
М/Н = (ωr/ωR)*(R/r)1/2 называется магнитной восприимчивостью (степень концентрации магнитного потока). Чем больше эта величина, тем более «намагниченной» оказывается планета.
Проводим вычисления по вышеприведенным уравнениям для Земли.
Внешний магнитный момент, отнесённый к единице объёма Н = Q*ωR/4πR = 5,4535*10-5 А/м, где;
Q = (MП*r0*107)1/2 = 5,1492*1014 Кл – полный электрический заряд поля Земли;
МП = 5,9760*1024 кг – полная масса поля Земли (равна массе Земли);
r0 = 4,4367*10-3 м – гравитационный радиус поля Земли.
ωR = vR/R = 1,9910*10-7 1/с – угловая скорость Земли на орбите вокруг Солнца;
vR = 29785 м/с – орбитальная скорость Земли вокруг Солнца;
R = 1,4960*1011 м – радиус орбиты.
Магнитная проницаемость в поле Земли μ = 1 + (ωr/ωR)*(R/r)1/2 = 9,5356*105, где:
ωr = vr/r = 1,2397*10-3 1/с – угловая скорость вихря вокруг Земли;
vr = 7906,9 м/с – первая космическая скорость вокруг Земли;
r = 6,3782*106 м – радиус Земли.
Тогда: В = μ0*μ*Н = 6,5348*10-5 Тл
Измеренное значение напряженности магнитного поля Земли - около 6*10-5 Тл или Дж/(А*м2), что на 9% меньше расчетного.
И наконец, главный вывод: Магнитное поле любой планеты Солнечной системы зависит от модуля угловой скорости (мгновенное значение круговой частоты) собственного электрического (гравитационного) поля на поверхности планеты, а также от радиусов: гравитационного, орбитального и самой планеты.
Кроме этого, магнитное поле незначительно зависит от угловой скорости наводящего электрического (гравитационного) поля (поля Солнца).
Вывод: Чтобы грамотно говорить о магнетизме, надо уметь самостоятельно вычислять значение напряжённости магнитного поля у поверхности Земли с тем, чтобы сравнить полученный результат с уже измеренным.
Только в этом случае можно осознать, что такое:
- внешний магнитный момент, отнесённый к единице объёма;
- вектор магнитной поляризации (вектор намагниченности);
- полный электрический заряд планеты или звезды (точнее – её электромагнитного поля);
- магнитная проницаемость и магнитная восприимчивость (из чего они складываются);
- физический смысл напряжённости магнитного поля и как это поле образуется у звёзд и планет.
- Код ссылки на тему, для размещения на персональном сайте | Показать
