地球磁场的成因

地球磁场的成因

人们都知道，地球上的物体一般是没有磁场的，可是地球周围为什么会存在磁场呢？地球磁场是怎么产生的？

千百年来，人类一直在探索着。地球磁场至今仍然是个迷！ 我认为，地球磁场就来自于地球本身。地球磁场是由地球自转产生的，地球在自转过程中，地球物质中的每一个原子都能产生剩余磁场，地球磁场就是地球上所有原子剩余磁场的总和。

求证：在地球赤道上A点，有一个理想状态的碳原子，在地球自转过程中，能够在地球中心O产生剩余磁场（见图一）

理想状态下的碳原子：电子均匀分布在原子核周围的三位坐标轴上，如图（1）所示的位置e1、e2、e3、e4、e5、e6为原子核周围的六个电子，其中e5、e6与原子核重合。每个电子到原子核的距离都相等，电子是静止的。

已知条件：一、地球中心为O，地球半径为R，地球自转角速度为ω，则地球赤道A点的速率为ωR。

二、碳原子核的电量为+6e，每个电子的电量为-e。

三、运动电荷能够产生磁场。在同一方向上规定正电荷产生正旋磁场，负电荷产生反旋磁场。

四、运动电荷产生的磁场强度B与运动电荷的电量Q成正比，与运动速率成正比，与距离平方成反比。取常数K，则运动电荷的磁场强度为B=kQev/R2（以上只适合点电荷，对于长导线电流产生的磁场只与距离R成反比）。

证明：依据上述条件，在地球自转过程中，原子核在地心O产生的正旋磁场为+6kev/R2=+6keωR/R2，每个电子在地心0产生的反旋磁场分别为

-keω（R+r）/（R+r）2，-4keωR/R2，-keω（R-r）/（R-r）2. 故理想状态下的碳原子在地球自转过程中，在地心0产生的磁场总和为：

B=+6keωR/R2-keω（R+r）/(R+r) 2

一4keωR/R2-keω（R-r）/(R-r) 2

二-2keωr2/R(R2-r2)

可见，理论足以证明，地球赤道上A点的理想状态下的碳原子在地球自转过程中，在地心O产生了剩余磁场。其强度为B=-2keωr2/R(R2-r2)还可以解释为电子运动产生的反旋磁场大于“原子核运动”产生的正旋磁场。

上述条件不仅可以在地心O可以产生“剩余磁场”，在OA连线上的任意一点都能产生“剩余磁场”，在A点以外的空间也能产生剩余磁场。

事实上，地球物质中的原子并不是理想状态的碳原子，这些原子中的电子都在沿一定的轨迹绕原子核高速旋转，这些原子中的电子既没有固定的位置，也没有固定的运动方向和速率，所以这样的原子是不能直接用数学方法进行计算的。但只要考虑电子在原子核周围的各点、各点的运动

方向及速率出现的几率都是完全相等的，那么，不论是氢原子、碳原子还是钠原子，都可以分解为理想状态下的碳原子。当然，对于单个原子来说，这样的结果是不可能的，而对于众多原子组成的物质来说，这样的结果就是必然的。

还应该指出，上面证明过程中，假定原子核周围的电子是静止的，而实际电子却是高速运动的。但进一步分析也不难证明，不论电子是静止的还是运动的，计算结果都会完全相同。

地球磁场分布：（见图2）

地球磁场分为四个部分，

一、 空间磁场：指地球以外空间部分的磁场，方向如图2

所示，磁场强度由地面向远处空间逐渐减弱。形成原因：（见图3）A点能够在上空产生磁场，相邻两点B、B1也能在

A点上空产生水平分量的磁场。可见，空间磁场是由地球上的物质旋转产生的。

二、 地球表面磁场及地球中的外壳磁场：磁场方向与空间磁

场方向相同，磁场强度由地表向下逐渐减弱，分界面为零。地表磁场的形成原因（见图4）.A点及A点以下的物质都能在A点产生水平磁场，但相邻两点B、B1却不能在A点产生水平磁场。尽管B、B1点都能在A点产生垂直方向的磁场，但因磁场强度大小相等，方向相反，故合成磁场为零。可见，地面磁场应与地表平行。

三、 地球中的内核磁场：磁场方向与空间磁场方向相反，磁

场强度由分界至地心逐渐增强。内核部分近于椭球体，体积较大，短轴半径约为地球半径的五分之四。

四、 磁极、地球磁场和永磁体一样，也是偶极型的。有地磁

南极和地磁北极。在地球磁极很弱，也没有明显的磁极点，只存在磁极区域。产生原因（见图5）.A、A1点都能在两极产生磁场。可见，地球自转过程中，地球上所有物质都能在两极产生磁场。

总结：原子是构成物质的基本单位，原子由原子核和电子组成。在地球自转过程中，物质原子中的原子核和电子都能独立产

生磁场，原子核产生正旋磁场，电子（假定是静止的）产生反旋磁场，二者磁场总和不能为零，故存在“剩余磁场”。地球磁场就是地球上所有原子剩余磁场的总和。如果地球是静止的，原子核就不能产生磁场。虽然高速运动电子能够产生磁场，但因电子在原子核周围的各点及各点的运动方向和速率出现的几率都是完全相等的，故对于众多原子组成的物质而言，磁场总和应该为零，也就是说，静止的物体不能产生磁场。

上述分析表明，地球磁场有以下三个显著特点：

一、地球磁场强度小。依据计算结果，地球磁场应该很小，即使如此庞大的地球，也不会有较大的磁场

二、除高纬度区域外，地球表面磁场应与地面平行。

三、地球磁场没有明显的磁极。地球磁极强度很弱，不可能有磁极点，只能存在磁极区域。

推论：一切高速自转的天体都能产生磁场，一切高速直线运动的物体也能产生磁场（环绕磁场）。

实验：做一个简单的旋转体实验，就能证明地球磁场的存在。取一个体积较大的金属体，使其高速旋转，这时金属体周围就产生了磁场。磁场强度虽然微乎其微，但绝对在测量范围内，我相信，这样的实验一定能够成功。

林志生 电话[1**********] 2014年6月12日星期四