• Геомагни́́тная бу́ря
  • 2. Магнитные бури на Земле



  • страница1/3
    Дата19.10.2018
    Размер0.52 Mb.

    Магнитные бури, что это


      1   2   3



    Магнитные бури на Земле и в космосе
    Геннадий Ивченков

    (kashey@kwic.com)
    Основываясь на современной теории электромагнетизма, проанализирован механизм наведения ЭДС в протяженных проводниках во время геомагнитных бурь. Показано, что согласно современной теории электромагнетизма, магнитных бурь, вызывающих существенные наводки в протяженных объектах, не должно быть.

    Также проанализированы случаи возникновения аномальных (согласно общепринятой теории элетроманетизма) явлений в проводящих объектах в космосе. Сделано предположение о «порывах эфирного ветра» в космосе, вызывающих многократное увеличение ЭДС в упомянутых объектах, и иногда приводящих к аварии или аномальному поведению этих объектов.


    1. Введение

    «Сильные понижения (от 100 до нескольких сот нТ) H-компонента геомагнитного поля, происходящие иногда в средних и низких широтах Земли, получили название геомагнитных или магнитных бурь» [1].

    «Геомагни́́тная бу́ря — возмущение геомагнитного поля длительностью от нескольких часов до нескольких суток, вызванное поступлением в окрестности Земли возмущённых высокоскоростных потоков солнечного ветра и связанной с ними ударной волны» [2].»
    2. Магнитные бури на Земле

    Известно, что во время магнитной бури нарушается радиосвязь и в северных широтах наблюдаются полярные сияния. Но, кроме этого, сильные бури вызвают наводки в проводах и протяженных металлических предметах, приводящие иногда к серьезным последствиям.

    «Существует немало свидетельств воздействия магнитных бурь на технические системы и сооружения, особенно на протяженные электропроводящие системы, такие, как линии электропередач и металлические нефте- и газопроводы. Хорошо известна магнитная буря 13 марта 1989 г., которая привела к короткому замыканию в главном трансформаторе Квебекского гидроузла. В результате более 6 млн канадцев и американцев на 9 часов остались без электричества.
    Уже стали привычными сообщения о потере спутников во время сильных магнитных бурь из-за сбоев в работе электронных систем управления и связи, а также о преждевременном сходе ИСЗ с орбит и гибели в плотных слоях атмосферы. После некоторых сильных вспышек возникали ураганные ветры и тайфуны, происходили землетрясения и извержения вулканов. Магнитные бури обычно сопровождаются полярными сияниями, которые представляют собой свечение атомов кислорода и молекул азота, возбужденных частицами солнечного и магнитосферного происхождения
    .» [3].

    Но, пожалуй, самая сильная зарегистрированная магнитная буря (так называемое событие Каррингтона, названная так в честь английского астронома, наблюдавшего вспышку на Солнце, породившую эту бурю) была в 1859-м году. Тогда было парализовано телеграфное сообщение. У телеграфистов горела бумага, из аппарата летели искры, а их било током.

    Механизм возникновения полярных сияний и причина нарушения радиосвязи более-менее известны – это ударная ионизация верхних слоев атмосферы под действием электронов и протонов, летящих от Солнца как солнечный ветер, которая вызывает затухание радиоволн в широком диапазоне и полярные сияния, являющиеся результатом ударного возбуждения атомов и молекул газов, входящих в состав воздуха (хотя, сейчас этот механизм несколько пересмативается).

    А вот с наведением ЭДС в протяженных линиях на Земле – проблема. Согласно свидетельствам, напряжение в проводниках и протяженных проводящих конструкциях должна достигать, как минимум, сотен вольт! Ток, наводимый в проводниках - постоянный (или, слабо меняющийся), не высокочастотныый.

    Теперь, попробуем оценить наводимую магнитными бурями ЭДС.

    Ниже приведены графики изменения магнитного поля Земли во время магнитных бурь. Необходимо напомнить, что индукция геомагнитного поля составляет порядка 0.6 – 0.8 Гс (1 Гс = 1х10-4 Тл) и ее составляющие варьируются в зависимости от широты [4]. Вариации геомагнитного поля во время «бури» достигают проядка 300 нТл (3х10-7 Тл), причем горизонтальная составляющая меняется особенно сильно. Для самых сильных «бурь», таких как «событие Каррингтона» она может составлять порядка 1000 нТл. На рис. 1 приведен график изменения геомагнтного поля во время магнитной бури согласно измерениям обсерватории в Гонолулу (20° N) в 1967-м году. Здесь Z – вертикальная, Н – горизонтальная (мередианальная) и D – окружная (вдоль параллели) составляющие геомагнитного поля.


    Рис. 1
    Из рис. 1 видно, что наибольшая величина изменения магнитного поля за время бури достигало порядка 300 нТ и занимало по времени 8 часов, а максимальное изменение меридианальной составляющей с амплитудой порядка 80 нТ произошло в самом начале бури и продолжалось 33 секунды.



    На рис. 2 приведен график изменения геомагнитного поля, зарегистрированный во время магнитной бури обсерваторией Соданкюля (Финляндия), расположенная на широте 67° 22' N [5]. Здесь Х – мередианальная, Y – окружная (параллельная) и Z – вертикальная составляющие.

    Рис. 2
    При сравнении графиков видно, что на верхнем графике (рис. 1) изменяется практически только мередианальная составляющая поля, в то время, как в высоких широтах (рис. 2) существенно меняется и вертикальная составляющая. Это, вобщем-то, не удивительно, так как магнитное поле Земли похоже на поле намагниченного по диаметру шарового магнита и вертикальная составляющая поля в низких широтах относительно мала [4]. Интересной особенностью является обратное изменение окружной Y (D) составляющий поля, которая, напротив, несколько возрастает и это возрастание совпадает с уменьшением Н и Y (D) составляющих.

    Так или иначе, максимальный импульс изменения индукции поля на втором графике составляет по амплитуде порядка 300 – 400 нТ при минимальной длительности порядка 10 минут. На первом графике присутствует начальный импульс (ступенька) амплитудой 80 нТ и длительностью 33 сек.



    Теперь можно оценить электрически наводки в проводах во время магнитной бури.

    ЭДС, наведенная в замкнутом контуре определяется по формуле Фарадея: , где S – площадь замкнутого контура ( плоскости S). Максимальное значение производной на приведенных графиках достигает порядка Т/сек (импульс на графике мередианальной составляющей на рис. 1).

    Очевидно, что изменение горизонтальной составляющей поля может наводить ЭДС только в вертикальных контурах, а изменение вертикальной составляющей – в горизонтальных (см. Рис. 3).



    Рис. 3


    Горизонтальным (мередианальным) контуром могут являться линии электропередач, точнее, их проекция на меридиан, причем, вторым проводом является земля. Площадь контура, в котором изменение индкции поля Тл/сек может навести ЭДС в 1 В, будет примерно равна м2. Если высота опоры ЛЭП равна примерно 30-и метрам, то длина такой линии должна составлять 13.000 км! В этом случае изменение горизонтальной составляющей магнитного поля, вызванное магнитной бурей, наведет в ней ЭДС равную одному вольту! Длина ЛЭП, в которой может навестись ЭДС в 100 В должна быть, соответственно, в 100 раз длиннее, то есть 130.000 км!

    Получается, что изменение горизонтальной составляющей магнитного поля при магнитных бурях не может навести существенной ЭДС в проводах и, конечно, в других протяженных обьектах, например, таких, как трубопроводы.

    Предположим, что подобное импульсное изменение происходит и с вертикальной составляющей магнитного поля. Тогда диаметр кольцевого контура, в котором может навестись ЭДС в один вольт, должна достигать 220 км, а для того, чтобы эта ЭДС достигла 100 В, диаметр контура должен быть не меньше 2.200 км, что в условиях выских широт невозможно.

    Таким образом, магнитные бури, даже самые сильные, согласно современным воззрениям на электромагнетизм, не должны наводить никаких существенных ЭДС в протяженных проводниках!


      1   2   3

    Коьрта
    Контакты

        Главная страница


    Магнитные бури, что это