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地球磁場方向是正北嗎

生活更新时间:2025-02-03 20:45:30

地球是個磁鐵

地球被認為是一塊磁鐵意味着什麼。人們經常有一種誤解， (圖1)提供了一個誤解的極好例子。你能看出出什麼問題了嗎?從物理學的一些定義和慣例開始是一個很好的開始。我中學物理教科書上談到:如果一個條形磁鐵被一根繩子懸挂或安裝在一個樞軸上，人們會發現條形磁鐵大緻上朝南北方向排列，條形磁鐵的相同的末端總是指向北方。因為這個原因嗎，我們把朝向北極的磁條一端稱作N極，朝向南極的一端稱作S極。這樣我們可以标志所有條形磁鐵的N極或S極。

地球磁場方向是正北嗎（地球的南北極是磁場的南北極嗎）1

到目前為止一切都好。但這個定義并不适用于地球本身，因為我們不能讓地球懸挂起來看它磁力指向哪個方向。所以我們必須考慮磁性的一些性質，看看我們是否可以得出一個一緻的關于地球的答案。

地球磁場方向是正北嗎（地球的南北極是磁場的南北極嗎）2

讓我們考慮圖1中的線條指定為“磁場線”。怎麼理解這些磁場線呢?考慮圖2，其中展示了很多經典的磁力試驗，即在一張紙上的磁鐵棒上分散着許多小鐵屑。小鐵屑的作用就像小指南針指向磁鐵的一極(見圖3)。鐵屑線顯示沒有方向。然而我們需要進一步考慮條形磁鐵的性能及其磁極。物理教科書一般這樣描述:“通過在軸上安裝磁棒或懸挂使它們可以自由移動時，我們發現兩塊磁鐵的同極相斥，然而不同的磁極相互吸引。”用細長的磁化針，可以測量一個磁體或數個磁體之間的磁性，并且個别的、近似孤立的極點之間的力也可以測量。這項試驗首先是由法國人完成的物理學家查爾斯·庫侖(1736-1806)，1785年完成。庫侖首先發現兩個N極之間的排斥力是與他們之間的距離的平方成反比。(他還發現力是與磁極強度成正比)

地球磁場方向是正北嗎（地球的南北極是磁場的南北極嗎）3

這裡有一個類似在相反的兩極之間的引力與距離平方反比的關系，但是與斥力的方向相反。

因此我們可以想象繞着磁棒的N極放置一個磁針，畫出在磁針上的合力。這

提供了有關磁棒中的磁力作用所産生的靜磁的磁場概念，類似于電場周圍的靜電場(圖4)。

地球磁場方向是正北嗎（地球的南北極是磁場的南北極嗎）4

現在我們準備根據這些概念來考慮指南針的行為。從圖5我們可以看到指南針在磁場中會發生什麼。它的指針朝向是沿磁棒的磁極方向，即磁鐵的N極到它的S極磁力方向。因此，我們對我們最初的問題有了答案:我們如何把地球看作一個(條形)磁鐵?答案是一個反直覺的說法，它是一個“磁鐵”，具有磁場的N極在地理的南極，而地理上的北極卻是磁場的S極。也就是說，圖1和圖3中的N和S應該颠倒!

地球磁場方向是正北嗎（地球的南北極是磁場的南北極嗎）5

這個結果對于大多數物理書籍來說都是一場噩夢。

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