1.1. The Fisika Magnetism1.1.1. BIDANG MAGNETIC

Medan magnet, seperti medan gravitasi, tidak dapat dilihat atau disentuh. kita bisamerasakan tarikan medan gravitasi bumi pada diri kita sendiri dan objekdi sekitar kita, tapi kita tidak mengalami medan magnet sedemikian rupa langsung.Kita tahu keberadaan medan magnet oleh efeknya pada benda-benda sepertisebagai potongan magnet logam, batu alami magnetik seperti lodestone,atau magnet sementara seperti kumparan tembaga yang membawa arus listrik.Jika kita menempatkan jarum magnet pada gabus dalam seember air, itu akan perlahan-lahanmenyelaraskan dirinya dengan medan magnet lokal. Menyalakan arus dalam tembagakawat dapat membuat lompatan jarum kompas di dekatnya. Pengamatan seperti ini dipimpinuntuk pengembangan konsep medan magnet.

Dalam elektromagnetik klasik, semua medan magnet adalah hasil dari listrikarus. Kita dapat menentukan apa yang kita maksud dengan "medan magnet" dalam halarus listrik yang menghasilkan mereka. Gambar 1.1a adalah sketsa apayang mungkin terjadi jika kita menembus lembaran datar dengan kawat yang membawa arus. Jika serbuk besi ditaburkan pada lembar, pengajuan akan berbaris denganmedan magnet yang dihasilkan oleh arus dalam kawat. Sebuah lingkaran tangensiallapangan ditunjukkan di sebelah kanan, yang menggambarkan aturan tangan kanan, yangadalah, jika ibu jari poin kanan ke arah aliran arus, jari-jari Andaakan meringkuk ke arah medan magnet. The medan magnet H di sudut yang tepat untuk kedua arah aliran arus i dan vektor radialr. Besarnya H sebanding dengan kekuatan Dalam saatkasus sederhana diilustrasikan pada Gambar 1.1, besarnya H diberikan olehAmper hukum:

Kasus yang lebih umum (dikenal sebagai hukum Biot-Savart) di mana kawattidak perlu langsung diberikan oleh:

di mana δHmedan magnet tambahan yang disebabkan oleh panjang inkrementalkawat adalah unit vektor sepanjang r. Hukum Biot-Savart setara denganHukum Ampere dan juga ke salah satu persamaan Maxwell elektromagnetisme.Dalam medan listrik yang stabil, ∇×H=J fdi mana J f arus listrikmassa jenis. Dalam bahasa Inggris, kita mengatakan bahwa curl (atau sirkulasi) dari magnetbidang sama dengan kerapatan arus. Asal usul istilah "ikal" untuksilang dari operator gradien dengan medan vektor yang disarankan dalamGambar 1.1 di mana serbuk besi tampaknya meringkuk di sekitar kawat.

1.1.2. FLUX MAGNETIC

Fluks vektor medan (Baik ITU Mengalir udara, angin Ngayogyakarta medan magnet)Adalah terpisahkan Dari vektor di daerah adalah Tertentu. Medan magnet di Ruang prabayar bebasmenghasilkan fluks magnetik. Magnetic Flux DAPAT diukur Ketika Sumberfluks melewati Sirkuit Tertutup KARENA menghasilkan Arus Yangdiukur DAPAT. Kepadatan Jalur fluks merupakan shalat Satu Ukuran Dari kekuatanmedan magnet disebut INDUKSI magnetik B. Magnetic INDUKSI DAPATdianggap Astra Honda Motor sebagai Sesuatu Yang menciptakan torsi diamati (u × B) diPanjang kawat δuYang membawa Arus Listrik (i) pula, torsim × B Inilah Yang menyebabkan Jarum kompas magnet DENGAN Saat m UNTUK melompatSaat Andari menghidupkan Arus Dalam kawat terdekat (Dan akibatnya menghasilkanINDUKSI magnetik B). SEBUAH kekuatan Dari 1 newton per meter Diposkan dihasilkanmelewatkan Arus Dari 1 ampere Tegak Lurus Terhadap Arah magnetikINDUKSI Satu tesla. Mencari Google Artikel demikian tesla (T) Adalah Setara DENGAN 1NA−1m−1

Mengurangi Unit Suami to Bentuk Yang pagar mendasar mereka kitd menemukan bahwa 1 T = 1

V . s .m−2

Volt-detik Unit Adalah hearts Dirinya Sendiri, Yang weber (Wb), Yang Beroperasi logisUnit Harus Menjadi fluks magnetik. Weber Yang didefinisikan Astra Honda Motor sebagai Jangka Waktufluks magnetik yang, Ketika melewati kumparan Satu pergantian konduktormembawa Arus Dari Satu ampere, menghasilkan gaya gerak Listrik Dari shalat Satuvolt. Definisi inisial menunjukkan Cara UNTUK mengukur kekuatan magnetINDUKSI Dan merupakan Dasar Dari "fluxgate" magnetometer.

1.1.3. MOMENT MAGNETIC

Kami mencatat bahwa Arus Listrik hearts kawat menghasilkan medan magnet Yangikal Sekitar kawat. SEBUAH Lingkaran Yang mengelilingi suatu daerah π r2adalah Dan membawa

Arus Seperti Yang pãda ditunjukkan Gambar 1.2, menciptakan APA Yang disebut momen magnetik m yang besarnya iπ r 2dan memiliki unit Am2. Sebuah momen magnetik

membuat sudut θdengan magnet vektor medan H memiliki magnetostatic sebuahenergi yang berkaitan dengan itu. Energi ini diberikan oleh m .μ0H atau mμ0H cosθ

di mana m dan H adalah besaran m dan H masing-masing dan μ0 merupakanpermeabilitas magnetik ruang bebas (lihat Tabel 1.1).

Magnetisasi M adalah saat per satuan volume (unit Am-1) atau per Am2kg-1

Sub-atom satuan massa tuduhan seperti proton dan elektrondapat dianggap sebagai melacak keluar sirkuit kecil dan berperilaku sebagai kecil magnetiksaat. Mereka merespon medan magnet eksternal dan menimbulkanmagnetisasi yang sebanding dengan mereka. Hubungan antara Mdalam materi dan bidang H eksternal didefinisikan sebagai:

Parameter xb ini dikenal sebagai kerentanan magnet sebagian besar material dan dapat menjadi fungsi yang rumit orientasi, suhu, keadaan stres dan bidang terapan (lihat Bab 5).

Bahan-bahan tertentu dapat menghasilkan medan magnet tanpa adanya eksternalarus listrik. Sebagaimana akan kita lihat dalam Bab 2, disebut ini "spontan"momen magnetik juga hasil dari spin elektron yang, dalam beberapakristal, bertindak secara terkoordinasi, sehingga menghasilkan jaring magnetiklapangan. Magnetisasi yang dihasilkan bisa diperbaiki oleh berbagai mekanisme dandapat melestarikan catatan medan magnet kuno. Magnetisasi remanen inimembentuk dasar dari bidang paleomagnetism dan akan dibahas dipanjang di seluruh buku ini.

Dari pembahasan sebelumnya, kita melihat bahwa B dan H yang erat kaitannya.Dalam prakteknya paleomagnetic, baik B dan H disebut sebagai magnetlapangan. Sebenarnya, B adalah induksi dan H adalah lapangan, tetapiPerbedaan sering kabur. Hubungan antara B dan H diberikan oleh:

Dalam sistem SI, μ0memiliki dimensi henries per meter dan diberikan oleh μ0=4 π ×10−7H .m−1

Dalam cgs unit, μ0 kesatuan dan H identik ke Bdi ruang bebas. Karena satuan SI hanya baru-baru menjadi standar diAplikasi paleomagnetic, penggunaan longgar B dan H mungkin mungkin menjadidiampuni. Medan magnet yang berbeda dari medan listrik di bahwa tidak adasetara dengan muatan listrik yang terisolasi, hanya ada pasang "berlawananbiaya ", atau dipol magnetik. Muatan listrik terisolasi menghasilkan listrik

Bidang yang dimulai di sumber (muatan) dan menyimpang ke luar. inimilik medan vektor dapat diukur dengan "perbedaan" ∇ .ESebagaitidak ada sumber magnetik yang setara, medan magnet tidak memiliki perbedaan.Dengan demikian, kita memiliki lain persamaan Maxwell:∇ .B=0

1.1.4. THE MAGNETIC POTENSI

Karena curl dari medan magnet (∇ .H ¿ umumnya tidak nol, tapitergantung pada kerapatan arus dan waktu turunan dari medan listrik,medan magnet tidak dapat secara umum direpresentasikan sebagai gradien medan skalar.Namun, dalam kasus khusus dari arus dan perubahan medan listrik,medan magnet dapat ditulis sebagai gradien medan skalar yangdikenal sebagai potensi magnetik yaitu Vm,

Kehadiran momen magnetik m menciptakan medan magnet yangadalah gradien medan skalar (Gambar 1.3). Medan skalar ini adalah fungsijarak dari saat. Mengingat dipol momen m, potensi

medan magnet yang dihasilkan oleh m adalah:

Radial dan tangensial komponen H pada P (Gambar 1.3) adalah

Dan

masing-masing. Satuan H Adalah momen per satuan volume yang Yang Mengurangi ke Am-1

seperti yang ditunjukkan sebelumnya.

1.2. Unit konversi dan kebingungan

Kami telah diturunkan unit magnetik dalam hal Systeme International (SI).Namun, Anda akan segera melihat bahwa di banyak laboratorium dan dalam literaturorang sering menggunakan apa yang dikenal sebagai cgs unit. konversiantara kedua sistem diberikan dalam Tabel 1.1 untuk membuat proses sebagaimenyakitkan mungkin.

1.3. Medan Magnet Bumi

Salah satu tujuan utama paleomagnetism adalah untuk mempelajari geomagnetik kunobidang. Di sini, kita meninjau sifat umum saat ini Bumi

medan magnet. Bidang geomagnetik yang dihasilkan oleh arus konveksidalam inti luar cair Bumi yang terdiri dari besi, nikel dan

beberapa komponen yang lebih ringan unkown (s). Gerakan cairan melakukan, yangyang sebagian dikendalikan oleh spin bumi pada porosnya, bertindak sebagai

mandiri dinamo dan menciptakan medan magnet yang sangat besar. Untuk urutan pertama,lapangan sangat banyak seperti yang akan diproduksi oleh raksasa

magnet batang yang terletak di pusat bumi dan selaras dengan sumbu putar. di

Gambar 1.4, kami menunjukkan penampang bumi dengan dipole magnetikbidang tindih. Jika lapangan sebenarnya bahwa dari dipol aksial geosentris(GAD), itu tidak akan menjadi masalah yang penampang kami memilih karena sepertilapangan rotationally simetris terhadap sumbu melalui kutub; diDengan kata lain, garis-garis medan magnet akan selalu menunjuk Utara. sudutantara garis-garis medan dan horizontal di permukaan bumi,Namun, akan bervariasi antara nol pada khatulistiwa dan 90 ° di kutub.Selain itu, garis-garis medan magnet akan lebih ramai bersama dikutub daripada di khatulistiwa (fluks magnetik lebih tinggi di kutub) yang dihasilkandalam bidang kutub yang akan memiliki dua kali intensitas bidang ekuator.

Disebut Model dipol ini akan berfungsi sebagai penopang berguna selama kamidiskusi data paleomagnetic dan aplikasi, namun seperti yang akan ditunjukkansecara lebih rinci, itu adalah representasi fisik yang buruk untuk apa sebenarnyamemproduksi medan magnet.

Sebelum melihat peta global bidang geomagnetik, kami akan terlebih dahulumempertimbangkan sifat medan magnet pada suatu titik di permukaanBumi. Bidang geomagnetik adalah vektor, maka memiliki kedua arah danIntensitas (lihat Gambar 1.5). Sebuah vektor dalam tiga dimensi memerlukan tiga parameteruntuk menentukan sepenuhnya tidak peduli apa sistem koordinat yang Anda pilih.Dalam Cartesian koordinat ini akan, misalnya x1, x2, x3 dan Tergantungpada masalah tertentu di tangan, beberapa sistem koordinat yanglebih cocok untuk digunakan karena mereka memiliki simetri masalah dibangunke dalamnya. Kami akan menggunakan beberapa sistem koordinat selain