Государственное образовательное учреждение

Гимназия № 209

Центрального района Санкт-Петербурга

Исследовательская работа

«Магнитное поле Земли и его влияние на жизнедеятельность человека»

Автор: Шашихина Ольга, 9 «А» класс

Руководитель: Жданова Людмила Константиновна

Учитель физики гимназии №209

2010/2011 гг.

Санкт - Петербург

Магнитное поле Земли и его влияние на жизнедеятельность человека

Почему была выбрана эта тема?

Взявшись за тему, я имела весьма туманные представления о предмете и не знала, что именно от меня требуется. Но если задуматься, то первые ассоциации, связанные с выражением «магнитное поле» - это: магнитные бури, зависимость нашего самочувствия от активности Солнца, радиация, направленная в сторону нашей планеты, но не добирающаяся до неё именно за счет геомагнитного поля. Вопросы важные, и ко мне начинало приходить понимание, что нужно это в первую очередь мне. Ведь даже если человек не может справиться с явлениями планетарного масштаба, и не в силах изменить естественные природные процессы, то он хотя бы может больше узнать о них, попытаться понять их природу. Эту задачу я себе и поставила.

Данное исследование стало моим ответом на вопросы, которые изначально поставил передо мной учитель, и на те, которые ставила я сама, начав заниматься заданной темой.

Содержание:

Часть I. Природа геомагнетизма

1. Что такое магнетизм.

2. Почему Земля имеет магнитное поле, и какова его структура.

3. Как изменялось магнитное поле Земли, и какие изменения претерпевает сейчас?

Часть II. Влияние возмущений геомагнитного поля на жизнедеятельность человека

1. Магнитосфера Земли и ее роль в защите от космических излучений. Возмущения геомагнитного поля и солнечная активность.

2. Какое влияние оказывают возмущения геомагнитного поля на живые организмы и жизнедеятельность человека?

3. Теория А.Л.Чижевского.

Часть I. Природа геомагнетизма

1. Что такое магнетизм

Свойство магнита притягивать некоторые предметы не потеряло своей таинственности и сегодня. Вряд ли кто-то может с полной уверенностью сказать: «Я знаю о магните ВСЕ». Почему магнит притягивает? – этот вопрос всегда будет внушать волнение перед таинственностью природы, и рождать жажду новых знаний и новых открытий.

Природные магниты, кусочки магнитного железняка – магнетита (химический состав: 31% железа и 69% кислорода) не везде назывались магнитами. В разных странах магнит называли по-разному, но большая часть всех этих названий магнита переводится как «любящий», «любовник». Так поэтичным языком древних описано свойство кусков магнита притягивать железо. Название «магнит», как утверждает Платон, дано Эврипидом. По другой, значительно более красивой и известной, но менее правдоподобной притче Плиния, название дано в честь сказочного волопаса Магниса, гвозди сандалий и железная палка которого прилипали к неведомым камням.

По иным сведениям, слово «магнит» происходит от названия провинции Магнезия (сейчас Манисса), жителей которой звали магнетами. Так утверждает Тит Лукреций Кар в своей поэме «О природе вещей». Русский путешественник В.А. Теплов, посетивший Магнезию в 80-х годах 19 века, утверждал, что на горе Сипил до сих пор встречаются образчики этого камня, а сама гора давно известна частыми ударами в нее молний (этим же славилась и гора Магнитная на Урале, почти целиком состоявшая из магнетита). Магнитное железо считалось в старину, по-видимому, особенно прочным. Так, миф повествует устами Эсхила и Гесиода, что из материала «адамас» были выкованы цепи Прометея и шлем Геракла. Наиболее распространенная из сказок о чудодейственной силе магнита, вошедшая в «Сказки тысяча и одной ночи», заимствована у Плиния, который утверждал, что в Эфиопии существует гора Зимир, вытягивающая из кораблей все гвозди и железные части.

Как повествует одна древняя китайская легенда, император Хуанг-Ти, живший более 4000 лет назад, выиграл большое сражение, используя своеобразный компас. На повозке императора стояла фигурка человека с вытянутой вперед рукой. Фигурка свободно вращалась вокруг вертикальной оси и рукой показывала всегда на юг. В густом тумане Хуанг-Ти безошибочно определил расположение врага и, внезапно напав, разгромил его. Чудесная особенность фигурки заключалась в том, что под действием магнитного поля Земли она поворачивалась лицом к югу. В китайской энциклопедии можно найти и первое указание об использовании магнитной стрелки на кораблях в период между 265 и 419 гг. н. э.

В европейской литературе самые ранние упоминания о магнитных свойствах относятся к XII в. Английский монах Некэм писал, что магнитная стрелка всегда показывает на север и что моряки определяют по ней курс корабля в открытом море, когда небо покрыто облаками и не видно Солнца и звёзд. В его сочинении впервые говорится о применении магнитной стрелки в морской навигации.

В 1600 году в Лондоне вышло знаменитое сочинение В.Гильберта – ученого и придворного врача «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле», в котором теоретически объяснялись причины земного магнетизма. Это сочинение было первым научным трудом, в котором автор, обобщая результаты своих многолетних исследований, сделал смелый и верный вывод о том, что Земля является гигантским магнитом. Гильберт первым ввел понятие магнитного поля как сферы действия намагниченного тела.

Изготовив из магнетита шар - терреллу («маленькую Землю»), Гильберт заметил, что этот шар по магнитным свойствам сильно напоминает Землю. У терреллы так же, как и терры (Земли), оказались северный и южный полюсы, экватор, изолинии, магнитное наклонение. Эти свойства позволили Гильберту провозгласить Землю «большим магнитом». До Гильберта о магнетизме Земли никто не подозревал, и притяжение северного, окрашенного в черный цвет конца магнитной стрелки к северному полюсу Земли объяснялось в средние века тем, что «железо направляется к северным звездам, так как ему сообщена сила полярных звезд, подобно тому, как Солнцу следуют растения, например подсолнечник». Кстати, почему южный конец магнитной стрелки красный, а северный черный? Не исключено, что здесь использованы древнекитайские традиции. Китайцы всегда окрашивали южный конец стрелки в красный цвет. Городские ворота в Китае окрашивались всегда в соответствии с этим правилом. В древнем ассирийском календаре времен Александра Македонского север называется черной страной, юг – красной, восток – зеленой и запад – белой. Вполне вероятно, что такое обозначение стран света было в то время общепринятым и отголоском этого являются названия Черного и Красного морей, лежащих на юг и север от моря центрального – Средиземного.

Естественный магнит, встречающийся в природе, представляет собой минерал магнетит, или магнитный железняк, образующийся в процессе окисления железа при высокой температуре. Цвет минерала чёрный или коричневый. Удельный вес 4,9- 5,2 г/см². Магнетит довольно широко распространён на земной поверхности: он присутствует в изверженных породах: базальтах, диабазах, гранитах, иногда встречается в виде залежей. Например, гора Магнитная на Южном Урале, где находится один из крупнейших в мире Магнитогорский металлургический завод, состоит из магнетита. Магнетит содержит около 70% железа. Это прекрасная железная руда, из которой получают железо.

Причиной магнитных свойств единодушно считают вращение заряженных электронов вокруг ядра атома и собственное вращение электрона вокруг оси (спин). Всякое движение заряда – это электрический ток, а каждый ток создает магнитное поле. Магнитные свойства атомов, так же как и все их свойства, находят отражение в Периодической системе элементов Д.И. Менделеева.

Почему же намагниченные тела притягиваются? Теория утверждает, что всякая система пытается принять такое положение, в котором ее энергия минимальна. Почему камень падает на землю? Он падает на землю потому, что стремится занять такое положение, в котором его потенциальная энергия будет минимальной. Другими словами, камень стремится занять энергетически наиболее низкое положение и поэтому падает.

Нужно отметить, однако, что поскольку современное объяснение магнетизма следует из категорий квантовой физики, полная разгадка тайны магнита наступит тогда, когда мы полностью поймем суть пока еще таинственных процессов, происходящих в микромире.