地磁極一直在變化嗎,怎麼理解磁鐵 S 極指南而地磁 S 極指北?
【劉博洋的回答(80票)】:
磁極不是固定不變的。北磁極的漂移:
(圖來自Newitt et al. (圖來自Newitt et al. Location of the North Magnetic Pole in April 2007)
這幾年正是幾百年來北磁極最接近地理北極的時候(另話:這幾十年也正是幾千年來北極星最接近天球北天極的時候,是不是有種欽定的感覺?)。
由於北磁極、南磁極和地理北極南極不重合,而且地球磁場也不是理想的偶極場,所以你在各地用磁羅盤測出來的「南」「北」跟地理南北是有一個磁偏角的。在南北磁極附近,磁偏角可以很大。中國東部磁偏角大部分在-5°左右。
這張全球磁偏角分布圖來自World Magnetic Model,一個全球磁場模型;具體來說,其作圖依據的參數是2015年更新的——由於地磁場一直在緩變,這些參數每年都要更新。WMM是一個低解析度的磁場模型,只能示蹤由於地核活動產生的全球磁場,空間解析度在幾千公里量級,不能顯示由於地幔活動和地殼物質分布導致的中小尺度磁場變化。
回到題主的主要問題,「怎麼理解磁鐵S極指南而地磁S極指北?」
我們可以有兩種定義地磁南北兩極的方式:
1、位於地理北極附近的,就叫北磁極;位於地理南極附近的,就叫南磁極;
2、以羅盤使用者的視角出發,首先定義羅盤指針指向北邊的叫做北極,定義羅盤指針指向南邊的叫做南極,然後再以此為依據命名地磁的南、北極。
這兩種定義看似都有道理,實際上效果是完全相反的!
由於在地表,磁偶極場的方向與地球內部是反平行的,因此羅盤指針的方向也與地磁極的南北是相反的——用人話說,就是「同性相吸,異性相斥」。因此,如果採用第二種定義,那位於地球北邊的,反而應該是「地磁的南極」,位於地球南邊的,應該是「地磁的北極」,這正是@Tianyi Wu@丁一以及題主所說的,也是中學教科書中所描述的。引用 @Tianyi Wu 的圖片說明:
上海一名教師李功愛《地磁北極、地磁南極和地理北極、地理南極相反嗎?》一文給出了中學教科書中的相關內容,
正在念初二的兒子拿出八年級物理課本(九年制義務教育課本,上海中小學課程教材改革委員會編,上海科學技術出版社1996年7月第一版,2002年6月第七次印刷)問我:地磁北極和地理北極相反嗎?細看課本第33頁有一幅示意圖,將地磁南極畫在地理北極附近,地磁北極畫在地理南極附近。(見圖一)我詢問了一些學校的高中學生:地磁北極、地磁南極和地理北極、地理南極相反嗎?他們答曰:是的。
後在《中國大百科全書 物理學》由潘孝碩先生撰寫的「指南針和地磁場」條目中查到:在靜止位置,指南針北端的磁極稱為「指北極」,簡稱「北極」,南端的為「指南極」,簡稱「南極」。
誒,我們一開始看的那個北磁極的漂移圖裡,北磁極可是在北極附近啊?是不是跟中學教科書說的是相反的啊?難道因為某種不知名歷史原因,我國定義跟國際定義剛好相反?那中國的科研工作者豈不是感覺想要批判一番?
我們明確幾個事實:
a、磁場的「南」「北」極,確實就是通過地表中低緯度地區羅盤使用者的經驗,把磁針指向北邊的一端定義為北極,進而再將磁針推廣到磁場的一般情況,將相同極性的磁極定義為「北」;
b、在磁偶極場中,定義磁力線的方向是從北極指向南極;
c、因此地理北極附近的,確實是「地磁的南極」;
d、但地理北極附近的磁極,還是被定義做「北磁極」(North Magnetic Pole)。
1和2這兩種定義方式(從而a、d兩個事實),看似截然相反,但都是對的:
北磁極就是地磁的南極!
正因為這事太令人困惑了,所以「北磁極」的定義,沒明說地磁場本身的南、北屬性,而是規定:
北磁極是地球磁場垂直指向下的位置。
想想事實b,地球磁場垂直指向下的位置,確實本來應該是「地磁的南極」,但是被硬生生的定義為了「北磁極」,為了方便,科學家真是什麼都幹得出來。
而上海李功愛老師的困惑也可以得到解決:在中學教育階段,不需要給學生製造概念上的混亂。對絕大部分不會進入地磁研究學術領域的學生來說,沒必要知道學術界這麼「自相矛盾」的定義(事實d),而只需要了解事實a、b、c,樹立一個簡單直觀的磁場概念即可。
唔,友情提示閱讀本文的中學生朋友:本文也許超綱。
【TianyiWu的回答(11票)】:
這張圖就能說明問題了
【丁一的回答(2票)】:
最早人們發現磁鐵以後,自然而然地把指向北邊的那頭叫北極,指向南邊的那頭叫南極。不同的磁鐵之間同性相斥異性相吸。後來人們反應過來,地球其實也是個磁鐵,這塊磁鐵北邊那頭根其他磁鐵的北極相吸。所以把地球看成磁鐵的話,既然它北邊那頭跟其它磁鐵的北極相吸,那它們就應該是異性,跟北極是異性的當然就是南極了。所以地磁的南北極就跟地理的南北極相反了。
【黃翱宇的回答(0票)】:
磁感線,是有方向的形成一個閉環。
在磁體內部,磁感線是從S極到N極;
在磁體外部,磁感線是從N到S。
所以把地球看成一塊大磁鐵,它的磁S在地球北極附近,磁N在地球南極附近。磁感線的方嚮應該是從地球南部鑽出來,從外部空間繞到地球北部,再從地球內部回到南邊。
一塊磁鐵被地球這樣的磁場影響,所以它會趨向於當地地球磁感線,拿赤道附近來說,就是從南到北的方向。所以就N朝北,S朝南了。
下圖引用了Tianyi Wu同學的回答,便於理解。如有侵犯,告知我會刪除。@Tianyi Wu
【精分患者的回答(0票)】:
磁鐵S極指南是因為異性相吸啊喂
【無所不知的回答(0票)】:
二樓正解
原文地址:知乎
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