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磁鐵被火烤一會就消磁了,地核溫度高達6千度,為何還有磁場?

  • 由 魅力科學君 發表于 棋牌
  • 2021-06-03
簡介研究者認為,地核溫度高達6千度,並且承受著360萬個大氣壓的巨大壓力,在這種環境下,地核中的因為高溫而產生的自由電子,就會具有向壓力較低的地幔擴散的趨勢,於是就產生了電荷(地核帶正電荷、緊挨著地核的地幔帶負電荷),這些電荷會隨著外核的運動而

磁鐵為什麼會產生磁場

磁鐵被火烤一會就消磁了,地核溫度高達6千度,為何還有磁場?

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雖然磁鐵只能吸引少部分的金屬,但是它的這種“隔空取物”的神奇本領也足夠令人著迷,相信大家都沒少玩過。假如你是一個磁鐵的“資深玩家”,你就會發現如果把磁鐵放上火上,那麼磁鐵被火烤一會就消磁了,在這種情況下,磁鐵就吸引不了任何的金屬,這是怎麼回事呢?

磁鐵被火烤一會就消磁了,地核溫度高達6千度,為何還有磁場?

答案就在磁鐵的微觀結構裡,構成磁鐵的每一個原子都有一個微小的磁場,這被稱為“微磁”,在正常情況下,磁鐵內部的絕大部分“微磁”都是沿著同一個方向整整齊齊地排列著,因此它們就可以疊加成一個較大的磁場,從而對外表現出磁性。

溫度其實就是指物體內部微觀粒子熱運動的激烈程度,當我們把磁鐵放在火上烤的時候,磁鐵內部原子的熱運動就會隨著溫度的升高而越來越激烈,“微磁”的方向也會跟著改變,當溫度升高到一個臨界值的時候,這些“微磁”就會變得非常混亂,這會導致它們的磁場相互抵消,從而不再對外表現出磁性。這個臨界值被稱為“居里溫度”,根據測定,我們常見的磁鐵(鐵氧體磁鐵)的“居里溫度”為450度(攝氏度,下同)。

磁鐵被火烤一會就消磁了,地核溫度高達6千度,為何還有磁場?

我們都知道,地球的核心也會像磁鐵一樣產生磁場,正是因為有了這個磁場的保護,我們賴以為生的大氣層才不會遭到太陽風的破壞。然而科學家卻告訴我們,地核的溫度極高,可以達到6千度,這就有點奇怪了,磁鐵在450度時就消磁了,地核溫度高達6千度,為何還有磁場呢?

很明顯,在高達6千度的溫度下,所有的磁鐵都會消磁,因此我們可以確定,地核並不是一塊大磁鐵,它的磁場肯定是由另外的機制產生的,那具體是什麼機制呢?

磁鐵被火烤一會就消磁了,地核溫度高達6千度,為何還有磁場?

在過去的日子裡,科學家為了解釋地球磁場的成因,提出了很多種假說,但隨著人們對地核瞭解的深入,很多假說都被否定了,在剩下的為數不多的假說裡,目前認同度較高的是“發電機假說”,下面我們就來了解一下。

地核佔地球總質量的16%,半徑約為3470公里(和火星差不多大),主要由鐵、鎳這兩種元素構成,地核由外核、過渡層和核心三個層次組成,其中外核的物質因為高溫高壓而表現出類似液體的性質,而核心則因為更高的壓力以固體的形式存在,在它們之間就是過渡層。

磁鐵被火烤一會就消磁了,地核溫度高達6千度,為何還有磁場?

該理論假設地核在某一時刻擁有一個微弱的磁場,這被稱為“種子磁場”,並認為在高溫高壓的環境下,外核中處於熔融狀態的物質擁有絕佳的導電效能,可以將其視為一個巨大的“封閉線圈”。

該理論認為,由於外核是可以像液體一樣流動的,因此這裡的物質就會產生對流,與此同時,它們還會因為受到地球自轉產生的“科里奧利力”而發生運動。我們先來簡單瞭解一下什麼是“科里奧利力”。

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地球上的每個質點都會因為地球的自轉而具備一個線速度,但不同質點的線速度卻不相同,比如說距離地心越近的質點,其線速度就越慢。所謂的“科里奧利力”,就是描述的旋轉體系中的某個質點的線速度,相對於整個旋轉體系的線速度的偏移,這種“力”其實就是慣性的體現。

當外核中的物質由於上述原因在這個“種子磁場”中運動的時候,就會切割這個“種子磁場”的磁力線,從而產生感應電流,產生的電流會使“種子磁場”增強,而增強的磁場會反過來讓外核中的感應電流增強,然後增強的電流又會讓“種子磁場”進一步增強……

磁鐵被火烤一會就消磁了,地核溫度高達6千度,為何還有磁場?

在這種正反饋機制的作用下,“種子磁場”就變得越來越強大,當它最終達到穩定狀態的時候,就形成了現在的地球磁場。那麼問題又來了,地核的這個“種子磁場”又是哪裡來的呢?

研究者認為,地核溫度高達6千度,並且承受著360萬個大氣壓的巨大壓力,在這種環境下,地核中的因為高溫而產生的自由電子,就會具有向壓力較低的地幔擴散的趨勢,於是就產生了電荷(地核帶正電荷、緊挨著地核的地幔帶負電荷),這些電荷會隨著外核的運動而形成電流,而“種子磁場”就是因此而產生。

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除此之外還有一種可能,正如前面提到的,外核可以視為一個巨大的“封閉線圈”,因此當地球圍繞太陽公轉的時候,這個“封閉線圈”就可能會因為受到太陽磁場的影響而產生一定強度的感應電流,從而形成一個微弱的磁場。

需要說明的是,雖然上述觀點可以較好地解釋地球磁場的成因,但是目前並沒有得到最終的證實,儘管如此,我們還是可以看到,之所以磁鐵在450度時就消磁了,而地核溫度高達6千度卻還有磁場,其實是因為這兩種磁場的產生機制完全不同。

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