什么是磁场？

分类: 教育/科学 >> 科学技术

问题描述:

请你说明白点，我很笨！

答对了的我可以追加很多分哦！~~

解析:

磁场

magic field

电流、运动电荷、磁体或变化电场周围空间存在的一种特殊形态的物质。由于磁体的磁性来源于电流，电流是电荷的运动，因而概括地说，磁场是由运动电荷或变化电场产生的。磁场的基本特征是能对其中的运动电荷施加作用力，磁场对电流、对磁体的作用力或力矩皆源于此。

与电场相仿，磁场是在一定空间区域内连续分布的矢量场，描述磁场的基本物理量是磁感应强度矢量B ，也可以用磁力线形象地图示。然而，作为一个矢量场，磁场的性质与电场颇为不同。运动电荷或变化电场产生的磁场，或两者之和的总磁场，都是无源有旋的矢量场，磁力线是闭合的曲线族，不中断，不交叉。换言之，在磁场中不存在发出磁力线的源头，也不存在会聚磁力线的尾闾，磁力线闭合表明沿磁力线的环路积分不为零，即磁场是有旋场而不是势场（保守场），不存在类似于电势那样的标量函数。

电磁场是电磁作用的媒递物，是统一的整体，电场和磁场是它紧密联系、相互依存的两个侧面，变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，变化的电磁场以波动形式在空间传播。电磁波以有限的速度传播，具有可交换的能量和动量，电磁波与实物的相互作用，电磁波与粒子的相互转化等等，都证明电磁场是客观存在的物质，它的“特殊”只在于没有静质量。

磁现象是最早被人类认识的物理现象之一，指南针是中国古代一大发明。磁场是广泛存在的，地球，恒星(如太阳)，星系（如银河系），行星、卫星，以及星际空间和星系际空间，都存在着磁场。为了认识和解释其中的许多物理现象和过程，必须考虑磁场这一重要因素。在现代科学技术和人类生活中，处处可遇到磁场，发电机、电动机、变压器、电报、电话、收音机以至加速器、热核聚变装置、电磁测量仪表等无不与磁现象有关。甚至在人体内，伴随着生命活动，一些组织和器官内也会产生微弱的磁场。

电磁场

electromagic field

有内在联系、相互依存的电场和磁场的统一体和总称 。随时间变化的电场产生磁场 ， 随时间变化的磁场产生电场，两者互为因果，形成电磁场。电磁场可由变速运动的带电粒子引起，也可由强弱变化的电流引起，不论原因如何，电磁场总是以光速向四周传播，形成电磁波。电磁场是电磁作用的媒递物，具有能量和动量，是物质存在的一种形式。电磁场的性质、特征及其运动变化规律由麦克斯韦方程组确定。

地磁场

geomagic field

从地心至磁层顶的空间范围内的磁场。地磁学的主要研究对象。人类对于地磁场存在的早期认识，来源于天然磁石和磁针的指极性。磁针的指极性是由于地球的北磁极（磁性为S极）吸引着磁针的N极，地球的南磁极（磁性为N极）吸引着磁针的S极。这个解释最初是英国W.吉伯于1600年提出的。吉伯所作出的地磁场来源于地球本体的假定是正确的。这已为1839年德国数学家C.F.高斯首次运用球谐函数分析法所证实。

地磁场是一个向量场。描述空间某一点地磁场的强度和方向，需要3个独立的地磁要素。常用的地磁要素有7个，即地磁场总强度F，水平强度H，垂直强度Z，X和Y分别为H的北向和东向分量，D和I分别为磁偏角和磁倾角。其中以磁偏角的观测历史为最早。在现代的地磁场观测中，地磁台一般只记录H，D，Z或X，Y，Z。

近地空间的地磁场，像一个均匀磁化球体的磁场，其强度在地面两极附近还不到1高斯，所以地磁场是非常弱的磁场。地磁场强度的单位过去通常采用伽马（γ），即10高斯。1960年决定采用特斯拉作为国际测磁单位，1高斯＝10特斯拉（T），1伽马＝10特斯拉＝1纳特斯拉（nT），简称纳特。地磁场虽然很弱，但却延伸到很远的空间，保护着地球上的生物和人类，使之免受宇宙辐射的侵害。

地磁场包括基本磁场和变化磁场两个部分，它们在成因上完全不同。基本磁场是地磁场的主要部分，起源于地球内部，比较稳定，变化非常缓慢。变化磁场包括地磁场的各种短期变化，主要起源于地球外部，并且很微弱。

地球的基本磁场可分为偶极子磁场、非偶极子磁场和地磁异常几个组成部分。偶极子磁场是地磁场的基本成分，其强度约占地磁场总强度的90％，产生于地球液态外核内的电磁流体力学过程，即自激发电机效应。非偶极子磁场主要分布在亚洲东部、非洲西部、南大西洋和南印度洋等几个地域，平均强度约占地磁场的10％。地磁异常又分为区域异常和局部异常，与岩石和矿体的分布有关。

地球变化磁场可分为平静变化和干扰变化两大类型。平静变化主要是以一个太阳日为周期的太阳静日变化，其场源分布在电离层中。干扰变化包括磁暴、地磁亚暴、太阳扰日变化和地磁脉动等，场源是太阳粒子辐射同地磁场相互作用在磁层和电离层中产生的各种短暂的电流体系。磁暴是全球同时发生的强烈磁扰，持续时间约为1～3天，幅度可达10纳特。其他几种干扰变化主要分布在地球的极光区内。除外源场外，变化磁场还有内源场。内源场是由外源场在地球内部感应出来的电流所产生的。将高斯球谐分析用于变化磁场，可将这种内、外场区分开。根据变化磁场的内、外场相互关系，可以得出地球内部电导率的分布。这已成为地磁学的一个重要领域，叫做地球电磁感应。

地球变化磁场既和磁层、电离层的电磁过程相联系，又和地壳上地幔的电性结构有关，所以在空间物理学和固体地球物理学的研究中都具有重要意义。

磁暴

太阳风暴特点

太阳黑子活动通常以11年为一个周期，本次周期的高峰在2000年就已出现。在高峰过后3年多，太阳黑子再度活跃，导致太阳风暴产生，某种程度上有些反常。除太阳风暴效应外，太阳黑子还会导致高能量的耀斑爆发，后者也许还将持续一两周时间，可能影响到地球上的无线电通信。

新一轮太阳风暴主要由太阳表面新形成的巨大黑子群释放出的气体和带电粒子流引起，以每小时约320万公里的速度向地球袭来。

个大的耀斑可发射高达1025焦耳的能量，相当于全世界每个人挨一颗氢弹。这个能量比火山爆发所释放的能量大1000万倍

11月3日，太阳再次发生X3级耀斑爆发，我国短波通讯一度严重中断。自10月28日以来[被屏蔽广告]

，太阳发生了一系列爆发性活动，并对地球的磁层、电离层和高层大气产生不同程度的扰动。太阳耀斑、日冕物质抛射和太阳风暴等名词频繁地出现，这些词的科学含义是什么？太阳的各种爆发性活动究竟对人类有哪些影响？

太阳耀斑

太阳耀斑是太阳表面局部区域突然和大规模的能量释放过程。耀斑发生时，强烈的辐射覆盖整个电磁波谱，包括γ射线、Χ射线、紫外线、可见光，直到射电波段，同时，电子、质子和重离子等粒子在太阳大气中被加热和加速。一个大的耀斑可发射高达1025焦耳的能量，相当于全世界每个人挨一颗氢弹。这个能量比火山爆发所释放的能量大1000万倍，但小于太阳每秒钟所发射总能量的十分之一。

大的太阳耀斑会对地球空间(包括高层大气、电离层和磁层)进行三轮“攻击”。首先，耀斑所产生的X射线暴以光速飞向地球，使向阳面电离层的电离增强，短波通信受到干扰甚至完全中断。第二轮攻击是相对论带电粒子(主要是质子和电子)，它们的速度接近于光速，在耀斑发生30分钟左右到达地球空间，通过多种物理效应对卫星产生破坏作用。

第一种效应是单粒子事件，当单个质子或重离子打到航天器内电子器件的芯片上时，芯片内产生电荷过大，将电路锁定在一个状态，只有关断电源，重新启动方可使装置恢复正常，这种效应称为单粒子锁定。严重时可导致单粒子烧毁。第二种效应是航天器内部充电。高能电子具有很强的穿透能力，它们能穿透卫星的外壳，进入卫星内部，并能穿进绝缘介质内部，在里面积累起来。随着积累的电荷增多，电场越来越强，当电场增加到一定程度时，绝缘介质被击穿。如果这种事件发生在卫星的关键部件，可导致整个卫星报废。1998年5月，一个强的高能电子暴使美国的通信卫星“银河4号”失效，导致美国部分州之间的信用卡业务中断，部分地区的电视节目中断。

高能粒子还危害航天员的健康。1989年1月19日，美国亚特兰蒂斯号航天飞机在发射伽利略号飞船时，航天员感觉到有闪光，这是高能粒子打到视网膜上引起的。航天员不得不退回到航天飞机内，但眼睛仍受到严重刺激。高能带电粒子还会对航空飞行员和旅客带来损伤。如1989年9月29日，在巴黎与华盛顿之间飞行的协和式飞机上的辐射监视器，发现飞机内的辐射剂量超过了警戒线。

第三轮攻击是太阳风，它们在耀斑发生2天至3天到达地球的磁层，可在地球空间产生磁暴。

太阳强粒子辐射还会对人类生存环境产生影响。如1965年2月和1972年8月曾发生过两次大的质子事件，前一次使地面的中子数约增加了90倍，大气中的碳14同位素增加了10%，后一次使平流层中的臭氧长时期地减少15%。美国卫星于1994年拍摄到的高能电子穿透大气层的图像表明，高能电子在中、低纬大气层的强度也很高。高能电子在大气层会产生氮的化合物，直接影响全球臭氧的分布。

臭氧对紫外线有很强的吸收作用，臭氧层的存在使不致有太多的太阳辐射的紫外线到达地面，对人类及生物起着重要的保护作用。

根据太阳耀斑期间发出的软X射线光子流量，可将耀斑分成C、M和X三大类。C类流量最低，X类流量最高，每类流量相差10倍。各大类还可再细分为多个小级别，如C1到C9，X1到X20。从10月28日到11月5日，已经发生了两次X17级的耀斑。而从1976年以来，只记录到两次X20级耀斑，因此称10月底到11月初的大耀斑，是自1976年以来的第三大耀斑。

日冕物质抛射

太阳最外层大气称为日冕。日冕物质抛射(缩写为CME)是太阳日冕中的物质瞬时向外膨胀或向外喷射的现象。大的CME可含有10亿吨物质，这些物质被加速到每秒几百甚至上千公里。当它们与地球的磁层相遇时，会使磁层产生强烈地扰动。CME有时伴随耀斑，但通常单独发生。耀斑有时伴随CME，但有时也单独发生。在太阳活动最大年，太阳每天产生大约3次CME，而在活动最小时，大约每5天产生一次CME。快速CME向外的速度可达每秒2000公里，而正常的太阳风速度约每秒400公里。CME通常是产生大的非重现性磁暴的源。

太阳风

由于日冕气体温度很高，足以克服太阳引力，以每秒约400公里的速度离开太阳。这个外流的等离子体称为太阳风。太阳风主要由质子和电子组成，但有少量氦核及微量重离子成分。在地球轨道附近，每立方厘米的太阳风中含有大约8个质子和等量的电子。

如果在X射线波段观测太阳，可以看到太阳表面有黑的区域，这些区域称为冕洞。一般认为，高速太阳风源于冕洞。在太阳耀斑期间，带电粒子可被加速到至少100倍的太阳风速度。在发生CME时，也常常伴随着高能粒子发射。

太阳黑子

太阳黑子是太阳表面上黑色斑点，有瞬变的、集中的磁场。他们是太阳最显著的可见特征。黑子大小相差很大，有小、中、大和特大黑子。大的黑子有地球那样大，特大黑子是地球的10倍。黑子通常是成群出现的，一群黑子通常由几个小、中和大的黑子组成。通过对太阳黑子200多年的系统观测，发现太阳黑子数目每11.2年达到最大。随着太阳旋转，一个特定的黑子返回到太阳同一位置大约需要27天。也就是说，太阳黑子以27天和11年为周期变化。黑子群，特别是具有复杂磁场形状的黑子群常常是发生耀斑的地方。上月底和本月初的几次大耀斑，都发生在486和488号大黑子群所在区域。

磁暴

磁暴是全球范围内地磁场的剧烈扰动，扰动持续时间在十几小时到几十小时之间。地磁场的扰动是由撞击地球的太阳风引起的。磁暴对输电系统可产生破坏作用。近年来最引人注目的磁暴损坏输电系统的事件发生在1989年3月。一个强磁暴使加拿大魁北克的一个巨大电力系统损坏，6百万居民停电达9小时，光是电力损失就达2千万千瓦，直接经济损失约5亿美元。据美国科学家估计，此事件若发生在美国东北部，直接经济损失可达30至60亿美元。

突发电离层骚扰

太阳耀斑产生的高能电磁辐射暴(紫外线和X射线)以光速运动，在离开耀斑位置仅8分钟就到达地球。高层大气对太阳耀斑产生的紫外线和X射线暴的直接响应，是几分钟到几小时的时间内在向阳半球电离的突然增加，短波和中波无线电信号立即衰落甚至完全中断，这种现象称突发电离层骚扰，电离层扰动严重影响通讯的例子屡见不鲜。1989年3月的大磁暴期间，在低纬的无线电通讯几乎完全失效，轮船、飞机的导航系统失灵。

鹏仔微信 15129739599 鹏仔QQ344225443 鹏仔前端 pjxi.com 共享博客 sharedbk.com