Chuyên đề TỪ TRƯỜNG TRÁI ĐẤT | Vật lý 11

Như các bạn đã biết, Trái Đất của chúng ta cũng giống như một nam châm khổng lồ vậy. Nhưng các bạn biết và hiều được bao nhiêu về chiếc nam châm khổng lồ này của chúng ta? Các bạn có biết từ trường Trái Đất thực chất rất quan trọng trong đời sống của chúng ta không? Nó chính là một trong những lí do làm cho Trái Đất của chúng ta trở thành một hành tinh có sự sống. Hay các bạn có biết về những điều rất thú vị xung quanh lớp từ trường này không?Chuyên đề “Từ trường Trái Đất” do nhóm 2 thực hiện sẽ phần nào giải đáp các câu hỏi trên. Trong quá trình thực hiện, mặc dù đã rất cố gắng nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, chúng tôi mong nhận được sự đóng góp của các bạn để chuyên đề được hoàn thiện hơn. Trân trọng

LỚP 10L

o O o BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU

-Thực hiện: NHÓM 2 Giáo viên: PHẠM THÙY DUNG

Năm học: 2015 - 2016

TRƯỜNG THPT CHUYÊN NGUYỄN BỈNH KHIÊM

LỚP 10L

o O o BÁO CÁOCHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU

MỤC LỤC

I.2 Sự phát hiện Từ trường Trái Đất: Trang 05

I.3 Nguyên nhân của Từ trường Trái Đất: Trang 06

IV BÃO TỪ - Hệ quả của Từ trường Trái Đất Trang 09

VI NHỮNG ĐIỀU THÚ VỊ VỀ TỪ TRƯỜNG TRÁI ĐẤT Trang 13

VI.1 Bí ẩn về Từ trường Trái Đất đã được làm sáng tỏ Trang 13 VI.2 Phỏng vấn Tiến sỹ Lê Huy Minh về Bão từ Trang 14

VI.3 Chuyện gì sẽ xảy ra khi từ trường của TĐ đảo chiều? Trang 16 VI.4 Hơn 3 tỷ năm trước, Trái Đất đã có từ trường rất mạnh Trang 19

VI.5 Từ trường Trái Đất bảo vệ các phi hành gia Trang 20 VI.6 Từ trường Trái Đất mới hơn nửa tuổi đời Trang 21

Lời nói đầu

Các bạn có bao giờ thắc mắc, tại sao kim la bàn định hướng Bắc Nam rõ ràng cho dù bạn có quay đi hướng nào đi nữa? Các bạn có từng tựhỏi làm thế nào các mà các loài động vật có thể xác định được phươnghướng mà di cư đến phía Nam để tránh rét và quay lại phía Bắc vào mùaxuân một cách chuẩn xác đến thế?

-Như các bạn đã biết, Trái Đất của chúng ta cũng giống như một namchâm khổng lồ vậy Nhưng các bạn biết và hiều được bao nhiêu về chiếcnam châm khổng lồ này của chúng ta? Các bạn có biết từ trường Trái Đấtthực chất rất quan trọng trong đời sống của chúng ta không? Nó chính làmột trong những lí do làm cho Trái Đất của chúng ta trở thành một hànhtinh có sự sống Hay các bạn có biết về những điều rất thú vị xung quanhlớp từ trường này không?

Chuyên đề “Từ trường Trái Đất” do nhóm 2 thực hiện sẽ phần nàogiải đáp các câu hỏi trên Trong quá trình thực hiện, mặc dù đã rất cố gắngnhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, chúng tôi mongnhận được sự đóng góp của các bạn để chuyên đề được hoàn thiện hơn.Trân trọng!

Nhóm 2

I TỪ TRƯỜNG TRÁI ĐẤT

I.1 Từ trường Trái Đất là gì?

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 thẳng tưởng tượng nối hai cực tạo thành một góc khoảng 11,3°

so với trục quay của Trái Đất

Quả đất là một NC khổng lồ nhưng từ trường khá yếu: B=0,5 Gauss=0,00005 Tesla

Hình dạng của từ trường cũng giống như từ trường của một thỏi namchâm Từ trường đi ra từ bán cầu nam và đi vào phía bán cầu bắc của tráiđất Hai nơi này được gọi là cực từ Nó không trùng với cực nam và cựcbắc địa lý mà cách nhau vài trăm cây số

Trường từ của Trái Đất, đường thẳng nối hai cực từ tạo thành một góc

11,3° so với trục quay của Trái Đất

I.2 Sự phát hiện Từ trường Trái Đất:

Năm 1600, nhà vật lí người Anh W Gilbert đã đưa ra giả thuyết Tráiđất là một nam châm khổng lồ Ông đã làm một quả cầu lớn bằng sắtnhiễm 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 điểmtrên 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 giảithích nguồn gốc từ trường của trái đất Theo thuyết này thì từ trường Tráiđất chủ yếu được hình thành từ các dòng đối lưu trong chất lỏng của tráiđất ở độ sâu trên 3000 km Sự khác biệt về nhiệt độ trong chất lỏng củatrái đất đã làm xuất hiện các dòng đối lưu Nếu trong nhân của trái đất cómột" từ trường nguyên thuỷ " thì các dòng đối lưu trên sẽ có vai trò nhưmột cuộn dây trong máy phát điện Dòng điện nhờ đó được hình thành vàchính nó đã tạo ra từ trường cho trái đất Tuy nhiên thuyết vẫn còn một sốđiểm 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 đượccủa các ngành khoa học về Trái Đất

I.3 Nguyên nhân của Từ trường Trái Đất:

a) Thí nghiệm:

- Từ trường của Trái đất có thể được tạo ra bởi các chuyển độngmạnh của các chất dẫn điện lỏng trong lòng đất đó là khám phámới của các nhà khoa học Pháp, được đăng tải trên tờ Le Figarongày 12/3/2007

- Bằng cách tạo ra sự chuyển động mạnh của dung dịch natri lỏngtrong ống nghiệm, một nhóm các nhà nghiên cứu thuộc Trung tâmnghiên cứu khoa học Pháp (CNRS), Trung tâm nghiên cứu khoa học

về Trái đất và môi trường (CEA) và các trường ĐH sư phạm tại Paris

và Lyon đã tạo ra được từ trường Trái đất trong phòng thí nghiệm

- Các nhà nghiên cứu nhận thấy từ trường được tạo ra mang nhiềuđặc điểm giống với từ trường tự nhiên của Trái đất

b) Kết luận:

Từ trường trái đất tạo thành bởi các dòng đối lưu sắt (Fe) nóng lỏng bên trong lõi trái đất Ngoài ra nó còn chảy theo đường xoắn ốc do trái đất quay Từ trường cũng giống như từ trường của nam châm Nó hướng ra từ bán cầu nam và hướng vào phía bán cầu bắc của trái đất Hai vị trí này được gọi là cực từ (cách vị trí địa lý của 2 cực vài trăm km).

I.4 Các từ cực của Trái Đất:

- Cực địa lý và cực từ không trùng nhau và ngược nhau

- Trái Đất có 2 cực địa từ, không trùng với 2 cực địa lý

+ Cực từ Bắc có toạ độ 70° vĩ Bắc Và 96° kinh Tây, trên lãnh thổCanada, cách cực Bắc địa lý 800 km

+ Cực từ Nam có toạ độ 73° vĩ Nam và 156° kinh Đông ở vùngNam cực, cách cực Nam địa lý 1000 km

+ Trục từ trường tạo với trục trái đất một góc 11°

- Cực từ có vị trí không ổn định và có thể đảo ngược theo chu kỳ Do

đó, bản đồ địa từ được cập nhật 5 năm một lần

II ĐỘ TỪ THIÊN:

- Độ từ thiên là góc lệch giữa kinh tuyến từ và kinh tuyến địa lý.

- Kinh tuyến từ là các đường sức từ của trái đất vẽ trên mặt đất

- Độ từ khuynh là góc hợp bởi vector từ trường trái

đất với mặt phẳng ngang Được đo bằng la bàn từ

IV BÃO TỪ - Hệ quả của Từ trường Trái Đất:

IV.1 Mô tả quá trình:

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 Đấtlàm cho từ trường nơi bị ép tăng lên

Khi từ trường Trái Đất tăng lên, từ thông sẽ biến thiên và sinh ra mộtdòng điện cảm ứng chống lại sự tăng từ trường của Trái Đất (theo định luậtLenz) Dòng điện cảm ứng này có thể đạt cường độ hàng triệu ampechuyển động vòng quanh Trái Đất và gây ra một từ trường rất lớn tác dụnglên từ trường Trái Đất

Hiện tượng này tiếp diễn làm cho từ trường Trái Đất liên tục biếnthiên và kim la bàn dao động mạnh

Nếu hướng của từ trường trong tầng điện ly hướng về phía Bắc,giống như hướng của từ trường Trái Đất, bão địa từ sẽ lướt qua hành tinhcủa chúng ta Ngược lại, nếu từ trường hướng về phía Nam, ngược vớihướng từ trường bảo vệ của Trái Đất, các cơn bão địa từ mạnh sẽ ảnhhưởng trực tiếp tới Trái Đất Mặc dù khí quyển Trái Đất chặn được cácdòng hạt năng lượng cao đến từ Mặt Trời này (gồm electron và proton),song các hạt đó làm xáo trộn từ trường của hành tinh, cụ thể là quyển từ,

có thể gây ra rối loạn trong liên lạc vô tuyến hay thậm chí gây mất điện

Các vụ phun trào khí và nhiễm điện từ Mặt Trời được xếp theo 3 cấp:

C là yếu, M là trung bình, X là mạnh Tùy theo cấp cao hay thấp mà ảnhhưởng của nó lên từ trường Trái Đất gây ra bão từ nhiều hay ít Bão từđược xếp theo cấp từ G1 đến G5, G5 là cấp mạnh nhất Theo nhiềunghiên cứu thì hiện nay các cơn bão từ xuất hiện nhiều hơn và mạnh hơn,điều này cho thấy rằng Mặt Trời đang ở vào thời kỳ hoạt động rất mạnh

IV.2 Ảnh hưởng của Bão từ:

- Sức khỏe con người

- Kinh tế

- Khoa học công nghệ vũ trụ

- Các cực quang tuyệt đẹp

- …

IV.2.a) Ảnh hưởng của Bão từ đến Sức khỏe con người:

Khoa học đã chứng minh rằng các tế bào động vật có dư điện tích

âm bên trong màng tế bào và có dư điện tích dương ở bên ngoài màng.Điện áp giữa 2 mặt của màng tế báo là 90 mV Khi tế bào bị kích thích hoạtđộng, có sự dịch chuyển của các điện tích qua màng tế bào, tạo ra mộtxung điện thế hoạt động Các xung điện thế này đặc biệt mạnh ở cơ tim Vìthế, khi bão từ xuất hiện, nó tác động đến các tế bào trong tim và não nênảnh hưởng đến người huyết áp cao, bệnh nhân tim mạch và thần kinh, gâymất ngủ, đau đầu, gãy xương

IV.2.b) Ảnh hưởng của Bão từ đến Kinh tế:

Điện lực: Khi bão từ xuất hiện sẽ tạo ra dòng điện tròn xung quanh Trái Đất Dòng điện này tạo ra từ trường bổ sung vào từ trường Trái Đất, làm biến đổi rất mạnh từ trường này Khi từ trường Trái Đất tăng lên, từ thông sẽ biến thiên và sinh ra dòng điện cảm ứng hàng triệu ampe đối nghịch với dòng điện trên mặt đất, gây tê liệt hệ thống điện

Bưu chính viễn thông: làm hỏng vệ tin truyền hình gây gián đọan choviệc truyền tín hiệu của các trạm quan sát và những vệ tinh trong quỹ đạo Trái Đất

Hàng không: gây nhiễu sóng vô tuyến làm cho máy không thể xác định được phương hướng và liên lạc với mặt đất nên tai nạn hàng không tăng lên

Dầu khí: vì đây là ống dẫn kim loại nên khi có bão từ, chắc chắn xuấthiện một dòng điện cảm ứng mạnh trong đường ống dẫn dầu ,dẫn khí làm cho ống bị ăn mòn và có thể thủng

IV.2.c) Ảnh hưởng của Bão từ đến Khoa học công nghệ vũ trụ:

Làm cho vệ tinh truyền thông bị hư hại, tất cả mọi dữ liệu quan trọng truyền về trái đất dều bị gián đọan, làm cho họat động tại vài thành phố lớn

tê liệt hoàn toàn

IV.2.d) Ảnh hưởng của Bão từ tạo nên Các cực quang tuyệt đẹp:

V VAI TRÒ CỦA TỪ TRƯỜNG TRÁI ĐẤT:

Từ trường bao quanh trái đất tạo thành

một lớp từ quyển Lớp từ quyển này có

một vai trò cực kì quan trọng Chúng giúp

bảo vệ Trái Đất khỏi những cơn bão từ dữ

dội của Mặt Trời

Không chỉ bảo vệ sự sống trên Trái Đất,

lớp từ quyển này còn bảo vệ cả những phi

hành gia đang mạo hiểm tính mạng của mình ở nơi vũ trụ rộng lớn kia

Những phi hành gia thám hiểm mặt trăng sẽ được bảo vệ khỏi luồng phân

tử điện từ mặt trời khi mặt trăng nằm trong từ trường của trái đất khoảng 7ngày liên tiếp mỗi tháng

Và nhờ có từ trường Trái Đất mà các loài độngvật có thể định hướng rõ ràng được phươnghướng trong những cuộc di cư

Con người lợi dụng từ trường của Trái Đất và chế tạo ra la bàn để định hướng Nam- Bắc, đây làmột trong những phát minh quan trọng của con người

VI NHỮNG ĐIỀU THÚ VỊ VỀ TỪ TRƯỜNG TRÁI ĐẤT:

VI.1 Bí ẩn về Từ trường Trái Đất đã được làm sáng tỏ:

Từ trường của Trái đất có thể được tạo ra bởi các chuyển động mạnh của các chất dẫn điện lỏng trong lòng đất đó là khám phá mới của

các nhà khoa học Pháp, được đăng tải trên tờ Le Figaro ngày 12-3.

Bằng cách tạo ra sự chuyển động mạnh của dung dịch natri lỏng trong ốngnghiệm, một nhóm các nhà nghiên

cứu thuộc Trung tâm nghiên cứu khoa

học Pháp (CNRS), Trung tâm nghiên

cứu khoa học về Trái đất và môi

trường (CEA) và các trường ĐH sư

phạm tại Paris và Lyon đã tạo ra được

từ trường Trái đất trong phòng thí

Từ trường của Trái đất cũng rất quan trọng với cuộc sống trên hành tinh

Nó bảo vệ chúng ta, giúp ta tránh được những tác động có hại của các tia

vũ trụ và gió Mặt trời Nếu không có từ trường, chúng ta sẽ không ngừng bịcác vật chất độc hại tấn công và cuộc sống không thể duy trì trên Trái đất.Tìm hiểu cơ cấu phát sinh ra từ trường Trái đất, các hành tinh và các vìsao là mục tiêu mà rất nhiều nhà khoa học trên thế giới theo đuổi

Từ năm 1919, Joseph Larmor, một nhà vật lý người Anh, đã đưa ra giả thuyết cho rằng từ trường của Mặt trời được sinh ra do sự chuyển động của các chất lỏng dẫn điện Giờ đây, giả thuyết này của ông đã được các nhà khoa học hậu sinh khẳng định

VI.2 Phỏng vấn Tiến sỹ Lê Huy Minh về Bão từ:

- Bão mặt trời xảy ra khi nào, thưa ông?

Bão mặt trời xảy ra nhiều lần rồi chứ không phải bây giờ mới xuấthiện Hiện tượng bão từ chính là do hiện tượng bão mặt trời hình thành.Bão mặt trời chính là nguyên nhân gây ra bão từ

Khi có sự bùng nổ của mặt trời sẽ xuất hiện những luồng tia rấtmạnh Những luồng tia đó bay tới, tương tác với từ quyển của Trái đất gây

ra hiện tượng gọi là bão từ Các nhà khoa học quan sát được thườngxuyên hiện tượng bão từ trong từ quyển của Trái đất

- Bão từ gây ảnh hưởng thế nào tới Trái

đất?

Nó gây ảnh hưởng trực tiếp tới đời

sống của chúng ta, đặc là hệ thống kĩ thuật

Nó gây ra nhiều hiện tượng bất thường

Chẳng hạn có năm nó làm cho hệ thống

truyền tải điện cao thế ở Canada bị hư hỏng

nặng

Bão từ cũng có thể khiến người ta tử

vong đặc biệt là những người bị bệnh tim,

mạch Khi bão từ mạnh, còn tùy vào hiện

trạng bệnh tật, người ta dễ bị đe dọa tính

mạng Tuy nhiên, nó cũng không quá nguy

hiểm so với nhiều hiện tượng tự nhiên khác

- Gần đây Việt Nam thường xuất hiện

những đợt nắng nóng kéo dài Liệu điều này có liên quan gì tới việc hoạt động của mặt trời đạt cực đại không, thưa ông?

Không Hai hiện tượng đó hoàn toàn khác nhau Hiện tượng thời tiếtliên quan tới cường độ bức xạ hoặc chu kì quay của mặt trời còn bão từ làmột yếu tố khác

Nói chung, những hiện tượng thời tiết như nắng nóng khiến người takhó chịu hơn là hiện tượng bão từ Mức độ cảm nhận về ảnh hưởng củabão từ không rõ rệt như các hiện tượng thời tiết: bão gió, nắng nóng

- Viện vật lý địa cầu có thể dự báo về bão từ không, thưa ông?

Viện chỉ có nhiệm vụ quan sát liên tục từ trường của Trái đất còn việc

Bão từ cũng có thể khiến người ta tử vong đặc biệt là những người bị bệnh tim, mạch.

Tuy nhiên, nó cũng không quá nguy hiểm so với nhiều hiện tượng tự nhiên khác.

Tiến sỹ Lê Huy MinhPhó viện trưởngViện Vật lý địa cầu

khảo sát xem bão từ ảnh hưởng thế nào tới người dân, chúng tôi chưa cónghiên cứu nào

Trên thế giới, hiện người ta có thể dự báo được 20 phút trước khibão từ xảy ra nhờ những vệ tinh bay cách Trái đất khoảng 1,5 triệu km của

Mỹ Khi luồng hạt bay từ mặt trời tới Trái đất, phải đi qua điểm đó, sau đómất 20 – 40 phút chúng mới tác động được tới quyển từ của Trái đất Nhờvậy, người ta có thể dự báo trước bão từ

Còn tại Việt Nam, do chưa phát triển về công nghệ không giannên những cái đó chưa được quan tâm tới

- Chúng ta có thể ngăn chặn được bão từ từ việc dự báo sớm trên không?

Nói chung không thể ngăn chặn được bão từ Mức độ ảnh hưởngcủa nó là trên toàn Trái đất, đặc biệt là hệ thống kĩ thuật trong không gian.Hiện thế giới chưa có biện pháp để ngăn chặn, tránh bão từ

- Vậy chúng ta nên làm gì để hạn chế thấp nhất những ảnh hưởng từ bão từ?

Khi người già cảm thấy khó chịu, choáng váng mà không phải do yếu

tố thời tiết hay các nguyên nhân khác, cũng có thể do bão từ xuất hiện Lúc

đó, không nên để họ vận động hay đi ra ngoài

Ở các nước tiên tiến, người ta đã tạo ra những chiếc lồng sắt có tênFaraday với lưới đủ lớn để trùm cả một căn phòng cho người dân tránhbão từ Khi bão từ xảy đến, họ sẽ rủ nhau vào đó ngồi thì sẽ không chịubất cứ ảnh hưởng nào từ bão từ

Còn tại Việt Nam, trước đây người ta có quảng cáo về chiếc vòngđeo tay có xuất xứ từ Trung Quốc có thể chống được từ trường của bão

từ, nhưng tôi chẳng nghĩ chúng có tác dụng

- Xin cảm ơn ông!

VI.3 Chuyện gì sẽ xảy ra khi từ trường của Trái Đất đảo chiều?

Tóm tắt bài viết:

- Từ trường đảo chiều là hiện tượng đã từng xảy ra trên Trái đất và là một phần của quá trình phát triển một hành tinh Nó sẽ tiếp tục xảy ra trong tương lai.

- Có nhiều giả thuyết về việc từ trường đảo chiều làm suy yếu khả năng bảo vệ khỏi các bức xạ Mặt trời, làm thay đổi các lục địa dẫn tới sự diệt vong.

- Trên thực tế, hiện tượng từ trường đảo chiều có thể gây ra nhiều ảnh hưởng, nhưng nó không thể làm cho Trái đất bị hủy diệt.

Thế giới có thể bị hủy diệt theo nhiều cách khác nhau, có thể do thảm họađộng đất, sóng thần, hay do thiên thạch va vào Trái đất, tuy nhiên cũng cónhiều người nói rằng thế giới sẽ bị diệt vong khi mà từ trường của Trái đấtđảo chiều Đó là lúc mà cực Bắc di chuyển về phía Nam và ngược lại, cáclục địa bị đảo lộn, bức xạ vũ trụ gây ra sự biến đổi trên các loài vật và dẫntới sự diệt vong

Tuy nhiên nếu lật lại lịch sử của Trái đất, chúng ta sẽ thấy trong quá khứ

đã từng có nhiều lần hai cực Trái đất bị đảo chiều Đó không phải là điều

kỳ lạ, mà là một quá trình tự nhiên của bất kỳ hành tinh nào, ngay cả MặtTrời cũng vậy Cho đến nay, từ trường của Trái đất vẫn đang di chuyển vàcác cực đang có xu hướng đổi vị trí cho nhau, tuy nhiên đây là một quátrình kéo dài hàng trăm nghìn đến cả triệu năm Do đó mà hiện tại chúng tavẫn không thể cảm thấy sự thay đổi rõ rệt

Theo các nhà khoa học tại NASA, lần cuối cùng từ trường của Trái đất đảochiều tính đến nay khoảng 780.000 năm trước, trong một quá trình mà cácnhà khoa học gọi là “nghịch chuyển Brunhes-Matuyama” Các nhà khoahọc biết được điều này nhờ những bằng chứng dưới đáy biển, đó là cáctrầm tích của những dòng chảy dung nham Những bằng chứng này chothấy hai cực của Trái đất lúc đó hoàn toàn ngược lại so với vị trí bây giờ.Như vậy hiện tượng từ trường của Trái đất bị đảo chiều đã từng xảy ratrong quá khứ và chắc chắn sẽ còn tiếp tục trong tương lai sắp tới Nhưngliệu nó có gây ra sự hủy diệt như lời đồn đại hay không? Qua các hóa