М. Х. Турсунов
03.05.2012 г.

  На главную раздела "Научные работы"





          Механизм взаимодействия магнитных полей Солнца и Земли. Выше говорилось, что принцип взаимодействия двух магнитных полей почти не отличается от принципа работы простейшего электродвигателя, несколько схожим аналогом которого является стартер, такой знакомый в наш автомобильный век автолюбителям. Отличие только в том, что планетарная система представляет собой систему с однофазным статором, поскольку Земля испытывает действия внешнего солнечного поля только с одной стороны (рис. 60).

Пример изображения
Рис. 75. Схема взаимодействия магнитных полей
Солнца и Земли при взгляде со стороны
северного полюса.
          Это, а также сплющенная форма магнитного поля Солнца делает внешне схожим принцип взаимодействия этих двух магнитных полей с работой механизма зубчатой передачи, роль зубьев которой выполняют силовые линии магнитных полей Солнца и Земли (рис. 75).

          На рис. 75 для лучшего воспроизводства механизма взаимодействия вместо секторной картины, приведённой в существующих литературных источниках по магнитному полю Солнца, где каждый последующий сектор представляет собой поток направленных в противоположную сторону магнитных силовых линий (т. е. южная или северная от токового слоя части дискообразной гелиомагнитной зоны), нарисована картина, которую мы могли бы видеть со стороны северного полюса Солнца. А это значит, что силовые линии двух магнитных полей в месте их максимального взаимодействия направлены перпендикулярно плоскости рисунка.

          Кроме того, как уже говорилось, здесь взаимодействуют два поля, отталкивающие друг друга. Но поскольку, по сравнению с Солнцем, Земля по своей массе вместе со своим магнитным полем представляет собой нечто вроде электрона в атоме, то, естественно, Солнце не будет испытывать сколь-либо заметного вращательного момента от Земли или, вернее, получает согласно третьему закону Ньютона столько же, сколько и Земля, но направленный в противоположную сторону.

          Образно говоря, наподобие солнечного ветра, выталкиваемого магнитным полем Солнца за пределы Солнечной системы, существует точно такой же, но малый по размерам и слабый по мощности «земной ветер», изгоняемый магнитным полем Земли во внешнюю сторону и движущийся навстречу солнечному ветру. Земля же ввиду своей незначительной массы по сравнению с Солнечной постоянно получает мощный вращающий момент от солнечного ветра, дующего навстречу направления земного по аналогии с солнечным, но из-за отсутствия источника мощного потока заряженных частиц (в отличие от Солнца), являющегося скорее потенциальным полем, нежели кинетическим ветровым потоком.

          Но это поле препятствует потоку солнечного ветра. Нетрудно догадаться, что два взаимодействующих поля отталкивали бы друг друга даже если бы полностью отсутствовали заряженные частицы, ибо направление силы, действующей на заряженные частицы, и её наличие является первичной и не зависит от наличия последних, т. е., в данном случае, заряженные частицы выполняют как бы роль проявителя в фотоделе, своим действием внося ясность в наличие и механизм взаимодействия магнитных полей.

          Как видно из рис. 71, для вращения Земли немаловажное значение имеет конфигурация силовых линий магнитных полей. На уровне орбиты Земли направление силовых линий магнитного поля Солнца отличается от строго радиального на 50° [38, с. 85]. Судить о величине указанного угла для поля Земли из-за отсутствия необходимых сведений невозможно. Но поскольку направление деформации поля является следствием одной и той же причины — влияния общей для всех вращающихся тел деформации пространства согласно общей теории относительности, то сила, выталкивающая заряженные частицы из магнитного поля Земли, направлена в противоположную сторону к направлению солнечного ветра (на рис. 71 они указаны стрелками на фронте взаимодействия магнитных полей).

          Таким образом, магнитные поля Солнца и Земли в плоскости их максимальной плотности отталкивают друг друга. Именно по этой причине солнечный ветер не проникает в магнитное поле Земли, а вместо этого Земля получает вращающий момент. На уровне ударной плоскости двух противодействующих полей их напряжённости, согласно третьему закону Ньютона, равны друг другу, т. к. любые изменения мощности полей с той или другой стороны компенсируются моментальным сдвиганием плоскости взаимодействия в сторону слабого поля. Этот механизм аналогичен процессу, обратному процессу взвешивания на коромысловых весах, т. е. тому, как равновесие восстанавливается не подбором тяжести, а подбором плеч путём сдвигания опоры.

          Что касается надвигающейся половины магнитного поля Земли (на рис. 75 верхняя сторона), то здесь силовые линии двух магнитных полей совпадают по направлению и вращающего действия не оказывают.

          Здесь также следует отметить, что в передаче вращающих усилий от Солнца к Земле участвует лишь дневная сторона её поверхности и прочно связанная с нею соответствующая половина магнитного поля, т. к. с ночной стороны, как видно на рис. 60, поле Земли сильно растянуто, а межпланетное поле обтекает его с обеих сторон.

          Расчёт вращающего Землю момента силы. Переходя к количественной стороне вопроса, напоминаем, что магнитное поле Земли рассматривается нами как результат индукции за счёт электротоков трения, возникающих и постоянно существующих на поверхности Земли и жёстко связанных с нею генетически [9, 96].

          Для расчёта вращающего Землю момента силы (М), учитывая аналогию с электродвигателем, можно воспользоваться формулой

Пример изображения [41, с. 357], (1) где
N — число витков обмотки якоря,
I — ток, текущий в обмотке якоря,
B — магнитная индукция,
Пример изображения — площадь витка,
w — угловая скорость вращения,
t — время, отсчитываемое от того момента, когда обмотка занимала положение, перпендикулярное направлению магнитного поля.

          Магнитный поток межпланетного магнитного поля вблизи орбиты Земли равен [101, с. 177]

Пример изображения,
или в системе СИ

Пример изображения.

          Для расчётов примем среднее значение

Пример изображения

          По имеющимся сведениям, в среднем, градиент потенциала земных токов разных точек суши колеблется от 1 до 30 мв/км. В периоды возмущений они достигают 0,5-1 в/км и даже 10 в/км [133, с. 34].

          В другом источнике «…плотность теллурических токов для различных участков земной поверхности приблизительно одинакова — порядка 2 а/км2. Отсюда, принимая сопротивление поверхностного слоя земной коры для континентов — порядка 10-2 ом·км и для океанов — порядка 2·10-4 ом·км, имеем соответственно Eконт = 20 мв/км, Eокеан = 0,4 мв/км. Указанные величины в различных пунктах в спокойные дни колеблются от 5 до 600 мв/км, а в периоды возмущений доходят до 103-104 мв/км» [101, с. 40].

          В третьем источнике «средняя плотность земных электротоков, обнаруживаемых на суше, определяется лишь в 2·10-10 А/см2. Электрический же ток в море при амплитуде всего в 1 мв/км создаёт плотность тока в 3·10-6 А/см2. При градиентах потенциала, нередко достигавших 100 мв/км в Баренцевом и 30 мв/км в Чёрном морях, плотность тока несоразмерно велика по сравнению со средней плотностью токов на суше» [48].

          Таким образом, по самым скромным оценкам (ибо за неимением других данных, величина тока по северному полушарию, фиксируемая в вышеприведённых цифрах, распространяется нами на всю поверхность Земли, тогда как в приэкваториальных широтах их величина должна быть намного больше), плотность тока равна для материков

Пример изображения,
а для моря

Пример изображения,
или в системе СИ

Пример изображения.

          Средневзвешенная на площадь мирового океана (70,5 %) и суши (29,5 %) величина плотности тока будет

Пример изображения.

          Для оценки количества витков следует учесть следующие сведения: «Земные электротоки текут по поверхностному слою почвы и воды, сила которых с углублением в земную кору резко уменьшается. На глубине 10 м ток ослабевает примерно в 12 раз» [48].

          Косвенным подтверждением сказанного является также то, что высота приливных волн достигает 16 м (например, в заливе Фанди [7, с. 26]), а волна в штормовую погоду захватывает глубины до 10-15 м и более [134. с. 33]. Поскольку ЗЭТ являются следствием трения, а трение — следствием движения, то эти сведения можно использовать для определения средней глубины ЗЭТ.

          При расчёте, не рискуя повысить действительную величину, можно принять для указанной выше плотности тока предельную глубину в 5 м, распространив её на всю поверхность земного шара.

          Тогда количество витков при толщине проводника с квадратным сечением в 1 м2 в 5 слоёв, уложенных на поверхность шара, будет равно

Пример изображения, где
 
Rм = 6357 км — длина земной полуоси в перпендикулярном к плоскости витков направлении [35, с. 116].

          Расчёт площади витка для усреднённого сечения произведём по формуле

Пример изображения, где

Rэ = 6378 км — экваториальный радиус Земли [35, с. 116],
Пример изображения из расчёта, что произведение угловой скорости (w) на время действия (t) представляет собой, в данном случае, бесконечно большое число.

          По основному закону динамики вращательного движения [41, с. 95]

Пример изображения или Пример изображения, (2) где

Пример изображения — полный момент, действующий на данное тело силы, равный сумме моментов всех сил, действующих на отдельные моменты (Пример изображения) массы тела;
Пример изображения — момент инерции;
Пример изображения — угловое ускорение, с которым вращается твёрдое тело, одинаковое у всех элементов массы.

          Момент инерции (Пример изображения) связан с каждым элементом массы (Пример изображения) соотношением

Пример изображения, (3) где

Пример изображения — расстояние каждого элемента массы (Пример изображения) от оси вращения;
Пример изображения — количество элементов массы.

          Из выражения (2) ясно, что угловое ускорение тела может увеличиваться либо за счёт увеличения полного момента силы, либо за счёт уменьшения момента инерции. Если полный момент силы остаётся постоянным (т. е. отсутствует постоянно действующая вращающая сила), то замедление и ускорение вращения Земли зависит только от момента инерции, которая в свою очередь связана с расстоянием каждого элемента массы от оси вращения, или, иными словами, от распределения массы тела относительно оси вращения.

          Изменяющееся во времени сколь-нибудь заметное перераспределение массы Земли, как известно, обязано своим происхождением только силам гравитации за счёт сближения и удаления небесных тел друг от друга при своём движении по орбите. Все остальные внешние силы, такие как приливное трение, давление метеоритов и увеличение массы за их счёт (ежедневный прирост составляет в среднем около 10-20 тн [135, с. 288], давление солнечных лучей и прочей космической радиации должны с неизбежностью приводить к регулярному замедлению вращения Земли, т. е. вековые и сезонные флуктуации скорости вращения не должны были бы существовать или происходить так, чтобы каждый последующий пик был ниже предыдущего.

          На самом деле это не так и, как показывают вековые и сезонные флуктуации (рис. 69 и 70), увеличение и уменьшение скорости вращения происходит так, как будто на Землю действует какая-то посторонняя вращающая сила, иная чем инерциальная, первоначально сообщенная ей (если таковая могла сохраниться вообще).

          Формула (1) усматривает, во-первых, случай взаимодействия всего проводника с током с магнитным полем, а в нашем случае, с магнитным полем Солнца взаимодействуют только токи обращённой к Солнцу половины земного шара, в силу чего требуется ввести соответствующую поправку Пример изображения; во-вторых, случай перпендикулярного расположения оси вращения якоря к направлению силовых линий статора или внешнего магнитного поля (рис. 76).


Пример изображения Рис. 76. Магнитное поле машины постоянного
тока [137, с. 153]. а — магнитное поле полюсов
(статора), б — магнитное поле якоря,
в — результирующее магнитное поле
при нагрузке.


          В нашем же случае, поскольку угол наклона плоскости экватора к плоскости эклиптики равен 23,5° [99, с. 31], то на такой же угол наклонена ось вращения к направлению силовых линий магнитного поля. Но чтобы выделить ту часть токов, которые участвуют во вращении Земли в качестве движущей силы, можно разложить ось вращения Земли на две составляющие, одна из которых будет всегда расположена перпендикулярно силовым линиям внешнего поля (рис. 77). Она равна синусу указанного угла. Значит, в формулу (1) вводится ещё один коэффициент

Пример изображения.

          Тогда, подставив численные значения величин в формулу (1), получим окончательно

Пример изображения

          Следует отметить, что земные электротоки являются чрезвычайно изменчивыми. Они меняют силу и направление, особенно в непосредственной близости к поверхности Земли, а с глубиной их направление меняется всё меньше и меньше, и, в общем, совпадает с направлением, указанным на рис. 46. Поэтому выполненный выше расчёт следует рассматривать справедливым лишь в грубом приближении.


Пример изображения
Рис. 77. Схема разложения оси вращения Земли на
вращательную и нейтральную составляющие.


          Экспериментальная проверка механизма вращения Земли. Для проверки направления вращения под действием описанного механизма был выполнен небольшой эксперимент (рис.78), где земной шар имитировался капроновым мячиком (Ø 70 мм), обмотанным по большому кругу витками медной проволоки (n = 20 витков с сечением Ø 0,5 мм, удельное сопротивление медной проволоки R = 1,78·10-8 ом·м; [41, с. 475]). В качестве внешнего магнитного поля был взят стальной с примесью хрома (3,5 %) магнит, используемый в электроизмерительных приборах с выходными характеристиками В = 0,95 Тл и H = 66 Э [137, с. 156]. Источником электрического тока служила батарея типа «Крона» напряжением в 9 в.


Пример изображения Рис. 78. Схема эксперимента, показывающего возникновение
вращающего Землю момента силы определённого направления
под влиянием взаимодействия межпланетного (поле магнита)
и земного (поле постоянного тока) магнитных полей.


          При замыкании цепи капроновый мячик, подвешенный на тонкой нити, начинал вращаться вначале с возрастающей скоростью в направлении, соответствующем направлению вращения Земли (рис. 78). Затем, после достижения определённой закрученности нити подвеса, когда сила сопротивления нити достигала величины момента вращающей силы плюс инерции вращения, мячик останавливался, а затем медленно начинал вращаться в обратном направлении (т. к. сила закрученности нити оставалась на том же уровне, в то время как инерция вращения исчезала, а ток и, следовательно, его магнитное поле за столь короткий промежуток времени оставались практически на том же уровне).



В начало                               Продолжение
 

Добавить комментарий Сообщение модератору


Защитный код
Обновить