Campo magnético da Terra: origem, características, função - Ciência - 2023

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o Campo magnético da terra É o efeito magnético que a Terra exerce e que se estende de seu interior a centenas de quilômetros no espaço. É muito semelhante ao produzido por uma barra magnética. Essa ideia foi sugerida pelo cientista inglês William Gilbert no século 17, que também observou que não é possível separar os pólos do ímã.

A Figura 1 mostra as linhas do campo magnético da Terra. Estão sempre fechadas, passam pelo interior e continuam pelo exterior, formando uma espécie de cobertura.

A origem do campo magnético da Terra ainda é um mistério. O núcleo externo da terra, feito de ferro fundido, não pode por si só produzir o campo, pois a temperatura é tal que destrói a ordem magnética. O limite de temperatura para isso é conhecido como temperatura de Curie. Portanto, é impossível que uma grande massa de material magnetizado seja responsável pelo campo.

Descartada essa hipótese, devemos buscar a origem do campo em outro fenômeno: a rotação da Terra. Isso faz com que o núcleo derretido gire não uniformemente, criando o efeito dínamo, no qual um fluido gera espontaneamente um campo magnético.

Acredita-se que o efeito dínamo seja a causa do magnetismo de objetos astronômicos, por exemplo, o do Sol. Mas até agora não se sabe por que um fluido é capaz de se comportar dessa maneira e como as correntes elétricas produzidas conseguem se manter.

Caracteristicas

- O campo magnético terrestre é o resultado de três contribuições: o próprio campo interno, o campo magnético externo e o dos minerais magnéticos da crosta:

Campo interno: lembra o de um dipolo magnético (ímã) localizado no centro da Terra e sua contribuição é de cerca de 90%. Varia muito lentamente no tempo.
Campo externo: provém da atividade solar nas camadas da atmosfera. Não se parece com o dipolo e tem muitas variações: diárias, anuais, tempestades magnéticas e muito mais.
As rochas magnéticas na crosta terrestre, que também criam seu próprio campo.

- O campo magnético é polarizado, apresentando os pólos norte e sul, como uma barra magnética.

- Como os pólos opostos se atraem, a agulha da bússola, que é seu pólo norte, sempre aponta para a vizinhança do norte geográfico, onde está o pólo sul do ímã terrestre.

- A direção do campo magnético é representada na forma de linhas fechadas que saem do sul magnético (pólo norte do ímã) e entram no norte magnético (pólo sul do ímã).

- No norte magnético - e também no sul magnético -, o campo é perpendicular à superfície da Terra, enquanto no equador o campo é pastoso. (veja a figura 1)

- A intensidade do campo é muito maior nos pólos do que no equador.

- O eixo do dipolo terrestre (figura 1) e o eixo de rotação não estão alinhados. Existe um deslocamento de 11,2º entre eles.

Elementos geomagnéticos

Como o campo magnético é vetorial, um sistema cartesiano de coordenadas XYZ com origem O ajuda a estabelecer sua posição.

A intensidade total do campo magnético ou indução é B e suas projeções ou componentes são: H horizontalmente e Z verticalmente. Eles são relacionados por:

-D, o ângulo de declinação magnética, formado entre H e o norte geográfico (eixo X), positivo para o leste e negativo para o oeste.

-I, o ângulo de inclinação magnética, entre B e H, positivo se B está abaixo da horizontal.

A agulha da bússola será orientada na direção de H, o componente horizontal do campo. O plano determinado por B e H é chamado de meridiano magnético, enquanto ZX é o meridiano geográfico.

O vetor de campo magnético é totalmente especificado se três das seguintes quantidades são conhecidas, que são chamadas de elementos geomagnéticos: B, H, D, I, X, Y, Z.

Função

Aqui estão algumas das funções mais importantes do campo magnético da Terra:

-Os humanos têm usado para se orientar usando a bússola por centenas de anos.

-Exerce uma função protetora do planeta, envolvendo-o e desviando as partículas carregadas que o Sol emite continuamente.

-Embora o campo magnético da Terra (30 - 60 micro Tesla) seja fraco em comparação com os do laboratório, é forte o suficiente para que certos animais o utilizem para se orientar. Assim como pássaros migratórios, pombos-correio, baleias e alguns cardumes de peixes.

-A magnetometria ou medição do campo magnético é utilizada para prospecção de recursos minerais.

Luzes do norte e sul

Eles são conhecidos como luzes do norte ou sul, respectivamente. Eles aparecem em latitudes próximas aos pólos, onde o campo magnético é quase perpendicular à superfície da Terra e muito mais intenso do que no equador.

Eles têm sua origem na grande quantidade de partículas carregadas que o Sol envia continuamente. Aqueles que estão presos pelo campo geralmente derivam em direção aos pólos devido à maior intensidade. Lá eles aproveitam para ionizar a atmosfera e no processo é emitida luz visível.

As luzes do norte são visíveis no Alasca, Canadá e norte da Europa, devido à proximidade do pólo magnético. Mas devido à migração deste, é possível que com o tempo eles se tornem mais visíveis para o norte da Rússia.

No entanto, este não parece ser o caso por enquanto, já que as auroras não seguem exatamente o norte magnético errático.

Declinação magnética e navegação

Para a navegação, especialmente em viagens muito longas, é extremamente importante conhecer a declinação magnética, a fim de fazer as correções necessárias e encontrar o norte verdadeiro.

Isso é feito por meio de mapas que indicam as linhas de declinação igual (isogonal), uma vez que a declinação varia muito dependendo da localização geográfica. Isso se deve ao fato de que o campo magnético experimenta variações locais continuamente.

Os grandes números pintados nas pistas são as direções em graus em relação ao norte magnético, dividido por 10 e arredondado.

Os caras do norte

Por mais confuso que possa parecer, existem vários tipos de norte, definidos por alguns critérios particulares. Assim, podemos encontrar:

Norte magnetico, é o ponto na Terra onde o campo magnético é perpendicular à superfície. Aí a bússola aponta, e aliás, não é antípoda (diametralmente oposto) com o sul magnético.

Norte geomagnético, é o local onde o eixo do dipolo magnético sobe para a superfície (ver figura 1). Como o campo magnético da Terra é ligeiramente mais complexo do que o campo dipolo, esse ponto não coincide exatamente com o norte magnético.

Norte Geográfico, o eixo de rotação da Terra passa por lá.

Norte de Lambert ou a grade, é o ponto para onde convergem os meridianos dos mapas. Não coincide exatamente com o norte verdadeiro ou geográfico, uma vez que a superfície esférica da Terra é distorcida quando projetada em um plano.

Inversão do campo magnético

Há um fato intrigante: os pólos magnéticos podem mudar de posição ao longo de alguns milhares de anos, e isso está acontecendo atualmente. Na verdade, sabe-se que já aconteceu 171 vezes antes, nos últimos 17 milhões de anos.

A evidência é encontrada em rochas emergindo de uma fenda no meio do Oceano Atlântico. À medida que sai, a rocha esfria e se solidifica, definindo a direção da magnetização da Terra no momento, que é conservada.

Mas até agora não há uma explicação satisfatória de por que isso acontece, nem existe a fonte de energia necessária para inverter o campo.

Como discutido anteriormente, o norte magnético está atualmente se movendo rapidamente em direção à Sibéria, e o sul também está se movendo, embora mais lentamente.

Alguns especialistas acreditam que isso se deve a um fluxo em alta velocidade de ferro líquido logo abaixo do Canadá, que enfraquece o campo. Também pode ser o início de uma reversão magnética. O último que aconteceu foi há 700.000 anos.

Pode ser que o dínamo que dá origem ao magnetismo terrestre se desligue por algum tempo, quer espontaneamente, quer por alguma intervenção externa, como a aproximação de um cometa por exemplo, embora não haja evidência desta.

Quando o dínamo é reiniciado, os pólos magnéticos trocaram de lugar. Mas também pode acontecer que a inversão não seja completa, mas uma variação temporária do eixo do dipolo, que finalmente retornará à sua posição original.

Experimentar

É realizado com bobinas de Helmholtz: duas bobinas circulares idênticas e concêntricas, pelas quais passa a mesma intensidade de corrente. O campo magnético das bobinas interage com o da Terra, dando origem a um campo magnético resultante.

Um campo magnético aproximadamente uniforme é criado dentro das bobinas, cuja magnitude é:

-Eu é a intensidade da corrente

-μ_ou é a permeabilidade magnética do vácuo

-R é o raio das bobinas

Processo

- Com uma bússola colocada no eixo axial das bobinas, determine a direção do campo magnético da Terra B_T.

-Orientar o eixo das bobinas de modo que seja perpendicular aoB_T. Desta forma, o campo B_H gerado assim que a corrente é passada, será perpendicular a B_T. Neste caso:

-B_H é proporcional à corrente passada pelas bobinas, de modo que B_H = k.I, Onde k é uma constante que depende da geometria dessas bobinas: raio e número de voltas. Ao medir a corrente, você pode ter o valor de B_H. De modo que:

B_H = k.I = B_T. tg θ

Portanto:

-Várias intensidades são passadas pelas bobinas e os pares são registrados em uma tabela (Eu, tg θ).

-O gráfico é feito Eu vs. tg θ. Como a dependência é linear, esperamos obter uma reta, cuja inclinação m isto é:

m = B_T / k

-Finalmente, a partir do ajuste da linha por mínimos quadrados ou por ajuste visual, passamos a determinar o valor de B_T.

Referências

Campo Magnético Terrestre. Recuperado de: web.ua.es
Grupo Magneto-hidrodinâmico da Universidade de Navarra. Efeito Dínamo: história. Recuperado de: fisica.unav.es.
Kirkpatrick, L. 2007. Physics: A Look at the World. 6ª edição resumida. Cengage Learning.
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National Geographic. O pólo norte magnético da Terra está se movendo. Recuperado de: ngenespanol.com.
Americano científico. A Terra tem mais de um Pólo Norte. Recuperado de: scientificamerican.com.
Wikipedia. Pólo geomagnético. Recuperado de: en.wikipedia.org.