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Le champ magnétique de la Terre et les rayons x
من طرف zaara الجمعة 13 يونيو - 16:45:51
I.Le champ magnétique terrestre
A) Son fonctionnement
Les expériences
-la limaille de fer
tpe-champ-magnetique-video.mp4
-le ferrofluide
B) Une forme spéciale
Le champ magnétique terrestre n'est pas visible a l’œil nu. Sa forme est déterminée grâce a des analyses de la couche atmosphérique a base d'ondes.
Le champ magnétique a une forme plutôt sphérique mais est écrasé au pôles et plus épaisse au niveau de l'équateur. On l'appelle Magnétosphère.
La forme de la Magnétosphère correspond au lignes de champ d'un aimant bipolaire qui correspondrait à l'axe de rotation de la Terre :
Cependant, le pôle Nord de notre planète correspond au Sud magnétique de l'aimant droit qu'est la Terre et réciproquement avec le pole Sud qui correspond enffet au pôle magnétique Nord de l'immense aimant. L'axe géomagnétique passant par les deux pôles magnétiques fait un angle de 11,5° avec l'axe de rotation de la planète. Le centre de ce gigantesque aimant est distant du centre de la Terre de quelques centaines de kilomètres. (Voir document ci-dessous). Remarquons que les positions géographiques des pôles magnétiques de la planète ne sont pas fixes. Elles varient au cours du temps à une vitesse d'environ 40km/an.
Cependant, le champ magnétique terrestre est déformé par les vent solaire. La magnétosphère prend une forme de queue de comète étant comprimée coté jour et étirée côté nuit.
Les particules chargées électriquement, projetées par le Soleil lors des fréquentes éruptions ayant lieu à sa surface viennent s'écraser violemment sur le champ magnétique terrestre.
L'impact est parfois tel que les particules projetées parviennent à franchir ce «bouclier» et pénétrer dans l'atmosphère terrestre. Ces particules vont alors donner naissance aux aurores boréales.
II. Le bouclier de la Terre
A) Défense contre des menaces
1) L'activité solaire
Les éruptions solaires ont lieu constamment sur le Soleil .Lors des éruptions solaires, des particules provenant du Soleil sont éjectées dans l'espace: ce sont les vents solaires.
Mais qu'est-ce que sont en fait les éruptions solaires?
Une éruption solaire est un événement primordial de l'activité du Soleil. Elle se produit à la surface de la photosphère et projette au travers de la chromosphère un jet de matière ionisée qui se perd dans la couronne à des centaines de milliers de km d'altitude. En plus des particules et des rayons cosmiques, l'éruption s'accompagne d'un intense rayonnement (UV, rayons X, etc.) qui perturbe les transmissions radioélectriques terrestres (orage magnétique) et provoque l'apparition des aurores polaires.
La plus puissante des éruptions solaires observée au cours des cinq derniers siècles est probablement celle de septembre 1859, observée par l'astronome britannique Richard Carrington. Cette éruption aurait laissé des traces dans les glaces du Groenland sous forme de nitrates et de béryllium-10, ce qui a permis d'en évaluer sa puissance.
Les éruptions solaires suivent trois stades, chacun d'eux pouvant durer de quelques secondes à quelques heures suivant l'intensité de l'éruption:
-Le premier stade est le stade précurseur, l'énergie commence à être libérée sous la forme de rayons X.
-Durant le second stade appelé le stade impulsif les électrons, protons et ions accélèrent jusqu'à approcher la vitesse de la lumière. Le plasma se réchauffe rapidement, passant de quelque 10 millions à 100 millions de kelvins. Une éruption donne non seulement un flash de lumière visible, mais émet également des radiations dans le reste du spectre électromagnétique : rayons gamma, ondes radio et rayons X.
-Le stade final est le déclin, pendant lequel les rayons X sont une fois de plus les seules émissions détectées. On s'est aperçu que le Soleil avait des pics d'activité qui reviennent à des intervalles de onze ans, durant lesquels la fréquence des éruptions est beaucoup plus importante. L'année 2011 était une de ces années avec une forte activité: la prochaine est donc 2022.
2) Conséquence
Les éruptions solaires peuvent provoquer des ondes de Moreton visibles depuis la surface de la Terre.
En dehors de la perturbation des transmissions radioélectriques terrestres, les éruptions solaires ont certaines conséquences néfastes :
-Les rayons durs émis peuvent blesser les astronautes et endommager les engins spatiaux
-Les radiations des UV et des rayons X peuvent réchauffer l'atmosphère extérieure, créant une résistance sur les satellites en orbite basse et réduisant leur durée de vie.
-Les éjections de masse coronale, provoquant des tempêtes géomagnétiques, peuvent déranger le champ magnétique terrestre dans son ensemble et endommager des satellites en orbite haute.
-Les fluctuations du champs magnétique terrestre peuvent induire des courants telluriques dans les longues lignes de transmission électriques, engendrant des tensions et des courants d'intensité considérable pouvant excéder les seuils de sécurité des équipements de réseau.
B) Le rôle du champ-magnétique
Le champ magnétique joue un rôle très important :celui de protéger la Terre. Sans son existence, la vie sur Terre ne serait pas possible.
La magnétosphère s'entoure autour de la Terre à partir de mille de kilomètres et s'allonge jusqu'à la magnétopause (frontière entre la magnétosphère de la terre et le cosmos).Elle est créée par le champ magnétique terrestre et joue un role d'écran en déviant les particules de hautes énergies du vent solaire et des rayons cosmiques souvent des rayons ionisées du vent solaire qui sont extrêment nocif pour la vie.Elle s'oppose au vent solaire, par contre ce dernier déforme le spectre magnétique de la Terre en lui donnant une forme de comète. Elle permet donc de protéger la biosphère(ensemble des êtres vivants).
Les protons et les électrons venant du vent solaire sont déviés grace à la magnétosphère. On peut donc s'intéresser comment le champ magnétique dévie ces particules : protons et électrons. La force de Lorentz permet de trouve les caractéristiques de cette force.
Relation de Lorentz :
Si un porteur de charge électrique q est en mouvement à une vitesse v, et que cette particule se trouve dans un champ magnétique B, il est soumis à une force magnétique F donné par la relation vectorielle :
F=q.vΛB
F, force magnétique : - direction : orthogonale à la fois au vecteur v et au vecteur B (c'est-à-dire au plan défini par v et B)
- sens : le trièdre formé par q.v, B et F est direct
- point d'application : la particule considérée comme ponctuelle
- valeur : F=|q.v.B.sin (α)| , où q est la charge électrique en Coulomb (C) , v la vitesse de la particule en m.s-1 , B le champ magnétique en tesla (T) et α l'angle formé par les vecteurs v et B.
Remarques : -si v et B sont parallèles, alors sin (α)=0, et donc F=0. (colinéarité)
-si v et B sont orthogonaux, alors sin (α)=1 et donc F= | q |. v.B (v et B sont positifs ; q pouvant être positif ou négatif, il faut prendre la valeur absolue pour calculer la valeur de F). De plus, dans ce cas, la trajectoire s'incurve dans le sens de la force F tel que le trièdre (q.v, B, F) soit direct.
Pour prouver ceci, on décide de représenter la force F en deux points, où l'électron a une vitesse respectivement v0, puis v, et où v/vo sont orthogonaux à B.
Ainsi nous pouvons remarquer que les particules qui portent une charge positive (les protons) sont déviées vers le bas tandis que les particules chargées négativement : les électrons sont déviées vers le haut. Le particules possédant une charge nulle : les neutrons ne sont quand à eux pas déviées par le champ magnétique. On peut pour illuster cela, prendre l'exemple de l'atome d'hélium possédant 4 nucléons dont 2 protons , 2 électrons , et donc 2 neutrons. Les deux protons seront déviées vers le bas, les neutrons ne seront pas déviés et les deux électrons seront déviés vers le haut.
La magnétosphère est composé d'une zone toroïdale entourant la Terre autour de l'equateur magnétique: la ceinture Van Allen. C'est à cet endroit que se retrouvent piégées les particules de hautes énergies.
La ceinture de Van Allen est composé de deux ceintures distinces, la ceinture intérieure et la ceinture extérieure:
-la ceinture intérieure se situant environ à 5000 km d'alttude, elle est constitué essentiellement de protons qui sont dus à des rayonnements cosmiques, souvent ces protons viennent du Soleil. -la ceinture extérieure composé quand à elle d'électrons à haute énergie , elle est beaucoup plus large que la ceinture intérieure et se déploie entre 20 000 et 36 000 km d'altitude.
Lorsque les particules sont piégées à l'intétrieur de ces ceintures, le champ magnétique les forcent à décrire des boucles autour de la Terre. En raison des particularités du champ magnétique terrestre, il existe une discontinuité importante de ce champ dans l'hémisphère Sud, connue sous le nom d'anomalie Atlantique-Sud. Dans cette région, qui s'étend à peu prés de 0 à 60° de longitude Ouest, et de 20 à 50° de latitude Sud, l'intensité des protons piégés ayant des énergie supérieures à 30 MeV est, entre 160 et 320 km d'altitude, équivalente à l'intensité rencontrée ailleurs à 1300 km d'altitude.
Le passage dans ces ceintures lors d'expéditions spatiales peut se relever être très dangereux voir mortel et peuvent endommager le équipements spatiaux. C'est pourquoi les trajectoires des navettes doivent être bien étudiées et bien calculées afin de minimiser les impacts.
Les caractéristiques du champ magnétique terrestre sont :
Conclusion
A) Son fonctionnement
Les expériences
-la limaille de fer
tpe-champ-magnetique-video.mp4
-le ferrofluide
B) Une forme spéciale
Le champ magnétique terrestre n'est pas visible a l’œil nu. Sa forme est déterminée grâce a des analyses de la couche atmosphérique a base d'ondes.
Le champ magnétique a une forme plutôt sphérique mais est écrasé au pôles et plus épaisse au niveau de l'équateur. On l'appelle Magnétosphère.
La forme de la Magnétosphère correspond au lignes de champ d'un aimant bipolaire qui correspondrait à l'axe de rotation de la Terre :
Cependant, le pôle Nord de notre planète correspond au Sud magnétique de l'aimant droit qu'est la Terre et réciproquement avec le pole Sud qui correspond enffet au pôle magnétique Nord de l'immense aimant. L'axe géomagnétique passant par les deux pôles magnétiques fait un angle de 11,5° avec l'axe de rotation de la planète. Le centre de ce gigantesque aimant est distant du centre de la Terre de quelques centaines de kilomètres. (Voir document ci-dessous). Remarquons que les positions géographiques des pôles magnétiques de la planète ne sont pas fixes. Elles varient au cours du temps à une vitesse d'environ 40km/an.
Cependant, le champ magnétique terrestre est déformé par les vent solaire. La magnétosphère prend une forme de queue de comète étant comprimée coté jour et étirée côté nuit.
Les particules chargées électriquement, projetées par le Soleil lors des fréquentes éruptions ayant lieu à sa surface viennent s'écraser violemment sur le champ magnétique terrestre.
L'impact est parfois tel que les particules projetées parviennent à franchir ce «bouclier» et pénétrer dans l'atmosphère terrestre. Ces particules vont alors donner naissance aux aurores boréales.
II. Le bouclier de la Terre
A) Défense contre des menaces
1) L'activité solaire
Les éruptions solaires ont lieu constamment sur le Soleil .Lors des éruptions solaires, des particules provenant du Soleil sont éjectées dans l'espace: ce sont les vents solaires.
Mais qu'est-ce que sont en fait les éruptions solaires?
Une éruption solaire est un événement primordial de l'activité du Soleil. Elle se produit à la surface de la photosphère et projette au travers de la chromosphère un jet de matière ionisée qui se perd dans la couronne à des centaines de milliers de km d'altitude. En plus des particules et des rayons cosmiques, l'éruption s'accompagne d'un intense rayonnement (UV, rayons X, etc.) qui perturbe les transmissions radioélectriques terrestres (orage magnétique) et provoque l'apparition des aurores polaires.
La plus puissante des éruptions solaires observée au cours des cinq derniers siècles est probablement celle de septembre 1859, observée par l'astronome britannique Richard Carrington. Cette éruption aurait laissé des traces dans les glaces du Groenland sous forme de nitrates et de béryllium-10, ce qui a permis d'en évaluer sa puissance.
Les éruptions solaires suivent trois stades, chacun d'eux pouvant durer de quelques secondes à quelques heures suivant l'intensité de l'éruption:
-Le premier stade est le stade précurseur, l'énergie commence à être libérée sous la forme de rayons X.
-Durant le second stade appelé le stade impulsif les électrons, protons et ions accélèrent jusqu'à approcher la vitesse de la lumière. Le plasma se réchauffe rapidement, passant de quelque 10 millions à 100 millions de kelvins. Une éruption donne non seulement un flash de lumière visible, mais émet également des radiations dans le reste du spectre électromagnétique : rayons gamma, ondes radio et rayons X.
-Le stade final est le déclin, pendant lequel les rayons X sont une fois de plus les seules émissions détectées. On s'est aperçu que le Soleil avait des pics d'activité qui reviennent à des intervalles de onze ans, durant lesquels la fréquence des éruptions est beaucoup plus importante. L'année 2011 était une de ces années avec une forte activité: la prochaine est donc 2022.
2) Conséquence
Les éruptions solaires peuvent provoquer des ondes de Moreton visibles depuis la surface de la Terre.
En dehors de la perturbation des transmissions radioélectriques terrestres, les éruptions solaires ont certaines conséquences néfastes :
-Les rayons durs émis peuvent blesser les astronautes et endommager les engins spatiaux
-Les radiations des UV et des rayons X peuvent réchauffer l'atmosphère extérieure, créant une résistance sur les satellites en orbite basse et réduisant leur durée de vie.
-Les éjections de masse coronale, provoquant des tempêtes géomagnétiques, peuvent déranger le champ magnétique terrestre dans son ensemble et endommager des satellites en orbite haute.
-Les fluctuations du champs magnétique terrestre peuvent induire des courants telluriques dans les longues lignes de transmission électriques, engendrant des tensions et des courants d'intensité considérable pouvant excéder les seuils de sécurité des équipements de réseau.
B) Le rôle du champ-magnétique
Le champ magnétique joue un rôle très important :celui de protéger la Terre. Sans son existence, la vie sur Terre ne serait pas possible.
La magnétosphère s'entoure autour de la Terre à partir de mille de kilomètres et s'allonge jusqu'à la magnétopause (frontière entre la magnétosphère de la terre et le cosmos).Elle est créée par le champ magnétique terrestre et joue un role d'écran en déviant les particules de hautes énergies du vent solaire et des rayons cosmiques souvent des rayons ionisées du vent solaire qui sont extrêment nocif pour la vie.Elle s'oppose au vent solaire, par contre ce dernier déforme le spectre magnétique de la Terre en lui donnant une forme de comète. Elle permet donc de protéger la biosphère(ensemble des êtres vivants).
Les protons et les électrons venant du vent solaire sont déviés grace à la magnétosphère. On peut donc s'intéresser comment le champ magnétique dévie ces particules : protons et électrons. La force de Lorentz permet de trouve les caractéristiques de cette force.
Relation de Lorentz :
Si un porteur de charge électrique q est en mouvement à une vitesse v, et que cette particule se trouve dans un champ magnétique B, il est soumis à une force magnétique F donné par la relation vectorielle :
F=q.vΛB
La force magnétique F est perpendiculaire au plan (v,B) et orientée vers le haut si la particule porte une charge positive.
F, force magnétique : - direction : orthogonale à la fois au vecteur v et au vecteur B (c'est-à-dire au plan défini par v et B)
- sens : le trièdre formé par q.v, B et F est direct
- point d'application : la particule considérée comme ponctuelle
- valeur : F=|q.v.B.sin (α)| , où q est la charge électrique en Coulomb (C) , v la vitesse de la particule en m.s-1 , B le champ magnétique en tesla (T) et α l'angle formé par les vecteurs v et B.
Remarques : -si v et B sont parallèles, alors sin (α)=0, et donc F=0. (colinéarité)
-si v et B sont orthogonaux, alors sin (α)=1 et donc F= | q |. v.B (v et B sont positifs ; q pouvant être positif ou négatif, il faut prendre la valeur absolue pour calculer la valeur de F). De plus, dans ce cas, la trajectoire s'incurve dans le sens de la force F tel que le trièdre (q.v, B, F) soit direct.
Pour prouver ceci, on décide de représenter la force F en deux points, où l'électron a une vitesse respectivement v0, puis v, et où v/vo sont orthogonaux à B.
Ainsi nous pouvons remarquer que les particules qui portent une charge positive (les protons) sont déviées vers le bas tandis que les particules chargées négativement : les électrons sont déviées vers le haut. Le particules possédant une charge nulle : les neutrons ne sont quand à eux pas déviées par le champ magnétique. On peut pour illuster cela, prendre l'exemple de l'atome d'hélium possédant 4 nucléons dont 2 protons , 2 électrons , et donc 2 neutrons. Les deux protons seront déviées vers le bas, les neutrons ne seront pas déviés et les deux électrons seront déviés vers le haut.
La magnétosphère est composé d'une zone toroïdale entourant la Terre autour de l'equateur magnétique: la ceinture Van Allen. C'est à cet endroit que se retrouvent piégées les particules de hautes énergies.
La ceinture de Van Allen est composé de deux ceintures distinces, la ceinture intérieure et la ceinture extérieure:
-la ceinture intérieure se situant environ à 5000 km d'alttude, elle est constitué essentiellement de protons qui sont dus à des rayonnements cosmiques, souvent ces protons viennent du Soleil. -la ceinture extérieure composé quand à elle d'électrons à haute énergie , elle est beaucoup plus large que la ceinture intérieure et se déploie entre 20 000 et 36 000 km d'altitude.
Lorsque les particules sont piégées à l'intétrieur de ces ceintures, le champ magnétique les forcent à décrire des boucles autour de la Terre. En raison des particularités du champ magnétique terrestre, il existe une discontinuité importante de ce champ dans l'hémisphère Sud, connue sous le nom d'anomalie Atlantique-Sud. Dans cette région, qui s'étend à peu prés de 0 à 60° de longitude Ouest, et de 20 à 50° de latitude Sud, l'intensité des protons piégés ayant des énergie supérieures à 30 MeV est, entre 160 et 320 km d'altitude, équivalente à l'intensité rencontrée ailleurs à 1300 km d'altitude.
Le passage dans ces ceintures lors d'expéditions spatiales peut se relever être très dangereux voir mortel et peuvent endommager le équipements spatiaux. C'est pourquoi les trajectoires des navettes doivent être bien étudiées et bien calculées afin de minimiser les impacts.
Les caractéristiques du champ magnétique terrestre sont :
- Sa direction : l’axe Pôle Nord-Pôle Sud
- Son sens : du Pôle sud magnétique au Pôle nord magnétique
- Son intensité : de l’ordre de 10^-5 Tesla.
- Son point d’application : centre de la Terre
Conclusion
Ainsi le champ magnétique terrestre protège notre planète. La forme de la Magnétosphère correspond au lignes de champ d'un aimant bipolaire proche de l'axe de rotation de la Terre. Le soleil émet des particules telles que les rayons X ou les rayons Gammas étant nocifs pour l'Homme.Le champ magnétique nous protège de ces vents solaires et ainsi permet la vie sur Terre. Les ceintures de Van Allen constituant la Magnétosphère permettent de pièger les particules du cosmos plus importantes. La relation de Lorrentz permet de calculer la force magnétique a laquelle est soumise une particules dans un champ magnétique.
Outre le champ magnétique terrestre. D'autres planètes dans le système solaire comme Jupiter et Saturne possède également un champ magnétique protégeant leur surface des particules nocives. La vie n'y est tout de même pas possible malgré leur champ magnétique de part des températures trop basses et une atmoshère très faible voir inexistante.
zaara- المـديـر العـــام
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رد: Le champ magnétique de la Terre et les rayons x
من طرف ﺂ̲ﻟ̲ۆږﺩ̲ة ﺂ̲ﻟ̲ﺟ̅ۆږيےة الجمعة 13 يونيو - 18:18:44
شكرا على الاجتهاد وعلى الجهود المبذولة في انتظار جديدك المميز
Saramgham Ammuli Amgaz
Saramgham Ammuli Amgaz
ﺂ̲ﻟ̲ۆږﺩ̲ة ﺂ̲ﻟ̲ﺟ̅ۆږيےة- المشرفات
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