Báo cáo Vật lý - Đề tài 15: Từ trường Trái đất - Nguyễn Toàn Định

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG
BỘ MÔN VẬT LÝ
--------*-------
ĐỀ TÀI 15:
TỪ TRƯỜNG TRÁI ĐẤT
TPHCM, Ngày 9/1/2013
TP HCM, 8/1/2013
Tp.Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2011
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG
BỘ MÔN VẬT LÝ
--------*-------
BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
ĐỀ TÀI SỐ: 15
GVHD: Nguyễn Thị Minh Hương 
Khoa:	KT Địa Chất- Dầu Khí
Lớp DC1201 Nhóm: 15 
Nhóm sinh viên thực hiện:
Họ và tên
MSSV
1/ Nguyễn Toàn Định
31200782
2/ Nguyễn Thanh Hưng
31201506
3/ Lương Thái Khang
31201580
4/ Lê Văn Đạt
31200707
5/ Trần Phú An
31200027
6/ Nguyễn Hữu Hoài
31201184
7/ Thái Lê Hoàng Bảo
31200200
8/ Vũ Văn Tuấn
31204320
TPHCM, Ngày 9/1/2013
TỪ TRƯỜNG TRÁI ĐẤT
ĐỀ TÀI 15 
Đặt vấn đề:
 Khi ta đặt la bàn tại một vị trí xác định xa các nam châm khác và các dòng điện , kim nam châm của la bàn luôn luôn nằm theo hướng xác định không đổi -> Xung quanhTrái Đất cũng có từ trường!!
I/ Khái niệm: 
 Từ trường Trái Đất (và từ trường bề mặt) được coi như một lưỡng cực từ trường, với một cực gần cực bắc địa lý và cực kia gần cực nam địa lý. Một đường thăng tưởng tượng nối hai cực tạo thành một góc khoảng 11,3° so với trục quay của trái đất. Nguyên nhân gây ra từ trường có thể được giải thích theo lý thuyết dynamo.
Các trường từ có thể mở rộng vô hạn, tuy nhiên nếu xét các điểm càng ra xa nguồn thì chúng càng yếu dần. Từ trường của Trái Đất có tác dụng đến hàng chục ngàn km trong vũ trụ và được gọi là quyển từ.
II/ Phát hiện từ trường:
 Vào năm 1600, nhà vật lí người Anh W. Gilbert đã đưa ra giả thuyết Trái Đất là một nam châm khổng lồ. Ông đã làm một quả cầu lớn bằng sắt nhiễm từ, gọi nó là "Trái Đất tí hon" và đặt các từ cực của nó ở các địa cực. Đưa la bàn lại gần trái đất tí hon ông thấy trừ ở hai cực, còn ở mọi điểm trên quả cầu, kim la bàn đều chỉ hướng Nam Bắc. Hiện nay vẫn chưa có sự giải thích chi tiết và thỏa đáng về nguồn gốc từ tính của Trái Đất.
 Năm 1940, một số nhà vật lý đã đưa ra giả thuyết "Đinamô" để giải thích nguồn gốc từ trường của trái đất. Theo thuyết này thì từ trường Trái đất chủ yếu được hình thành từ các dòng đối lưu trong chất lỏng của trái đất ở độ sâu trên 3000 km. Sự khác biệt về nhiệt độ trong chất lỏng của trái đất đã làm xuất hiện các dòng đối lưu. Nếu trong nhân của trái đất có một "từ trường nguyên thuỷ" thì các dòng đối lưu trên sẽ có vai trò như một cuộn dây trong máy phát điện. Dòng điện nhờ đó được hình thành và chính nó đã tạo ra từ trường cho trái đất. Tuy nhiên, thuyết vẫn còn một số điểm chưa rõ ràng. Trong quá trình hình thành từ trường trái đất, cần có "từ trường nguyên thuỷ", nhưng từ trường này được hình thành từ bao giờ và bằng cách nào? Đây là một trong những tồn tại chưa giải quyết được của các ngành khoa học về Trái Đất.
 Gần đây, các nhà khoa học cho rằng ngoài từ trường chính của trái đất hình thành từ lõi ngoài chiếm 98%, còn có phần từ trường với nguồn gốc bên ngoài trái đất chiếm 2%, phần từ trường này lại hay biến đổi, là phần quan trọng gây ra những tác động đối với cơ thể sống.
III/ Đặc điểm của từ trường:
 Cũng như nam châm, Trái Đất có 2 cực địa từ, không trùng với 2 cực địa lý. Cực Bắc từ có toạ độ 70° Vĩ Bắc Và 96° Kinh Tây, trên lãnh thổ Canada, cách cực Bắc địa lý 800 km. Cực Nam từ có toạ độ 73° Vĩ Nam và 156° Kinh Đông ở vùng Nam cực, cách cực Nam địa lý 1000 km. Trục từ trường tạo với trục trái đất một góc 11°. Các từ cực thường có vị trí không ổn định và có thể đảo ngược theo chu kỳ. Do đó bản đồ địa từ cũng phải thường xuyên điều chỉnh (5 năm một lần). Việc thu nhập các thông tin từ vệ tinh đã phát hiện các vành đai bức xạ bao quanh trái đất ở môi trường khí quyển trên cao từ 500–600 km dến 60.000- 80.000 km: đó là từ quyển (tầng điện ly trở lên).
IV/ Ứng dụng của từ trường trái đất:
 Việc thu nhập các thông tin từ vệ tinh đã phát hiện các vành đai bức xạ bao quanh trái đất ở môi trường khí quyển trên cao từ 500-600 km đến 60.000- 80.000 km: đó là từ quyển (tầng điện ly trở lên). 
 Nó tạo thành một cái vỏ bảo vệ chung quanh trái đất.Sự bảo vệ này là cần thiết vì mặt trời không ngừng phát ra các hạt điện tích, còn được gọi là gió mặt trời. Từ trường cản gió mặt trời và dẩn nó đi vòng qua trái đất. từ trường bị biến dạng bởi gió mặt trời, hướng về phía bị nén lại, còn hướng kia thì xuất hiện một cái đuôi dài, co thể vươn vào vũ trụ 250.000 km.
 Bồ câu có “la bàn” trong não, các nhà khoa học Mỹ nói rằng chim bồ câu di chuyển bằng cách ghi nhận thông tin về từ trường của trái đất, sử dụng các tế bào não như một chiếc la bàn sinh học. Theo báo The New York Times, khám phá trên làm sáng tỏ việc làm thế nào nhiều loài chim có thể di chuyển hàng nghìn cây số, bay cả ngày lẫn đêm, cả khi mặt trời và các ngôi sao bị mây che khuất.
 Rùa biển định hướng nhờ từ trường trái đất Loài rùa biển luôn trở về khu vực quen thuộc để đẻ trứng. Trung bình cứ 4 năm một lần, chúng bơi giữa đại dương mà không cần bất cứ điểm mốc nào, di chuyển hàng trăm, thậm chí hàng nghìn km giữa khu vực tìm thức ăn và khu vực đẻ trứng. Chúng sử dụng hệ thống định vị tương đối đơn giản là từ trường trái đất. Từ trường giúp loài rùa tìm hướng dù bị cuốn đi bởi sóng biển.
 Tại sao từ trường trái đất lại giảm?
Nguyên nhân từ trường giảm nằm ở trong lòng trái đất. Ở đó kim loại chảy lỏng xoay vòng quanh nhân ngoài.Bằng chuyển động cắt ngang từ trường nó tạo ra một dòng điện, dòng điện đó cũng tạo ra một từ trường nữa. Nhưng do đường chuyển động của nó thường xuyên thay đổi, từ trường được tạo ra cũng thay đổi và làm giảm bớt đi từ trường có trước.
Kết quả là trái đất đổi cực?
 Cứ khoảng 1 triệu năm thì cực từ của trái đất thay đổi. Theo sự phỏng đoán của các nhà vật lý trái đất thì khi thay đổi cực, từ trường của trái đất không ổn định và phân ra làm nhiều từ trường nhỏ, bao bọc lấy trái đất khắp mọi hướng. Sau đó thì từ trường sẽ ổn định trở lại nhưng theo hướng ngược lại. Điều đó có nghĩa là đường đi của từ trường sẽ không phải là từ Nam đến Bắc mà từ Bắc đến Nam.
V/ Cực quang là gì?
 Mặt trời luôn phóng vào vũ trụ một khối lượng khổng lồ các hạt mang năng lượng, kể cả hướng trái đất. Nhưng trái đất đã may mắn được từ trường bảo vệ, ngoại trừ ở cực Bắc và cực Nam. Nơi đó thì tấm chắn bảo vệ có thể bị xuyên qua được. Ở đây các hạt năng lượng cao của gió mặt trời có thể xâm nhập vào vùng khí quyển trên cùng và làm nó phát sáng. Những dải, vòng cung hoặc băng ánh sáng xuất hiện trên trời, đó là cực quang.
 Thỉnh thoảng cực quang có thể được nhìn thấy ở miền Bắc nước Đức. Thông thường hơn người ta có thể quan sát cực quang ở vùng cao phía Bắc như Alaska, Canada hay Bắc Scandinavia
VI/ Bão từ
A/Định nghĩa
 Các yếu tố của từ trường Trái đất (chẳng hạn cảm ứng từ, độ từ thiên, độ từ khuynh) có những biến đổi theo thời gian. Những biến đổi này xảy ra hầu như cùng một lúc trên qui mô hành tinh gọi là BÃO TỪ (còn gọi là bão địa từ).
 B/Quá trình tạo bão từ
Các dòng hạt mang điện phóng ra từ Mặt Trời sinh ra một từ trường, có độ lớn vào khoảng 6.10-9 tesla.
Từ trường này ép lên từ trường Trái Đất làm cho từ trường nơi bị ép tăng lên.
Khi từ trường Trái Đất tăng lên, từ thông sẽ biến thiên và sinh ra một dòng điện cảm ứng chống lại sự tăng từ trường của Trái Đất (theo định luật Lenz). 
Dòng điện cảm ứng này có thể đạt cường độ hàng triệu Ampe có hướng vòng quanh Trái Đất và gây ra một từ trường rất lớn tác dụng lên từ trường Trái Đất. 
Hiện tượng này tiếp diễn làm cho từ trường Trái Đất liên tục biến thiên .
 C/Ảnh hưởng của bão từ:
Về sức khỏe con người
Về kinh tế
Khoa học công nghệ vũ trụ
Cao huyết áp Đau đầu Tim mạch
 Những người mẫn cảm với từ tính hoặc bị bệnh tim mạch thường cảm thấy mệt mỏi, bồn chồn, huyết áp tăng cao. Thậm chí những người già, bệnh nặng có thể bị trụy tim mạch. Tại Nga, một số nhà khoa học đã nghiên cứu và thống kê được trong vòng hơn 15 năm qua trong những ngày có bão từ, số lượng bệnh nhân tim mạch tăng lên 25 - 30%.
	Ở các nước phương Tây, trong cùng một điều kiện chăm sóc ổn định, sau nhiều năm, nhiều nhà khoa học đã có những nghiên cứu chứng minh bão từ làm giảm năng suất một số loại cây trồng như: Nho, lúa mì, ngô rất rõ rệt và gây ra nhiều đột biến gen cho cây trồng. 
	Bão từ có thể gây ra dòng điện cảm ứng đi vào máy biến áp, gây rối loạn hệ thống. Bão từ cũng có khả năng ảnh hưởng tới đường dây tải điện và đường ống dẫn dầu khí. Tại một thành phố của Canada, vào năm 1989, do bão từ đã làm sập hệ thống truyền tải điện làm mất điện gần 10 tiếng. 
 Hệ thống thu phát vệ tinh cũng chịu ảnh hưởng lớn của bão từ. Tín hiệu truyền từ vệ tinh đến mặt đất sẽ bị nhiễu loạn liên tục khiến thông tin mất một lúc hoặc làm sai lạc các dữ liệu. Khi bão mạnh, tín hiệu có thể mất trong vài ba ngày. Tháng giêng năm 1997 bão từ làm tê liệt một vệ tinh viễn thông trị giá 200 triệu đô la. 
	Đối với một số loài động vật thì từ trường rất quan trọng vì chúng sử dụng từ trường để định hướng. Kiến, chim di cư, rùa và cá mập do đó bão từ cũng sẽ ảnh hưởng lớn đến sự sinh sống của các loài này.