השדה המגנטי של כדור הארץ

• כיתה ח’
• מגנטיות והשראה
• 5 דקות קריאה

למה לכדור הארץ יש שדה מגנטי, איך מצפן עובד, ומה הקשר לזוהר הצפוני — עם תרגיל ניווט פתור.

התשובה בקצרה

השדה המגנטי של כדור הארץ נוצר מתנועה של ברזל נוזלי בחלק החיצוני של ליבת כדור הארץ. כדור הארץ מתנהג כמו מגנט ענק:

1. מחט המצפן מסתדרת לאורך השדה, ולכן מצביעה בערך לצפון.
2. השדה מגן עלינו מחלקיקים טעונים שנפלטים מהשמש.
3. ליד הקטבים החלקיקים האלה חודרים לאוויר ויוצרים את הזוהר הקוטבי.

למי זה מיועד: הנושא נלמד בכיתה ח’, בפרק על מגנטיות. כדאי להכיר קודם קטבים מגנטיים, ואיך קטבים שונים מושכים זה את זה.

מאיפה בא השדה המגנטי של כדור הארץ

במרכז כדור הארץ יש ליבה של ברזל וניקל. החלק הפנימי שלה מוצק, והחלק החיצוני נוזלי וחם מאוד. הברזל הנוזלי זורם כל הזמן, וזרימה של חומר מוליך יוצרת זרמים חשמליים. זרמים חשמליים יוצרים שדה מגנטי — והשדה הזה מקיף את כל כדור הארץ.

הרעיון שכדור הארץ עצמו הוא מגנט הוצע ב־1600 בידי הרופא והמדען האנגלי ויליאם גילברט. אבל במצפנים השתמשו הרבה לפני כן: בסין תיארו מצפן לניווט כבר במאה ה־11.

מצפן וסטייה מגנטית

מחט המצפן היא מגנט קטן. היא מסתובבת עד שהיא מסתדרת לאורך קווי השדה של כדור הארץ, והקצה המסומן שלה מצביע לכיוון הקוטב הצפוני המגנטי. יש רק בעיה אחת: הקוטב הצפוני המגנטי והקוטב הצפוני הגאוגרפי אינם באותו מקום. הם רחוקים זה מזה מאות קילומטרים, והקוטב המגנטי אפילו זז עם השנים.

לכן יש הבדל קטן בין הצפון שהמצפן מראה לבין הצפון האמיתי שבמפה. ההבדל נקרא סטייה מגנטית, והוא תלוי במקום שבו אתם נמצאים. מנווטים מתקנים אותו בחישוב פשוט.

תרגיל פתור

הנתונים: במקום מסוים, הסטייה המגנטית היא 5 מעלות מזרחה. מטיילת רואה במצפן שהמעיין נמצא בכיוון 40 מעלות.
השאלה: מה הכיוון אל המעיין לפי המפה?

1. הסטייה מזרחית, ולכן מוסיפים אותה לכיוון שהמצפן מראה: θ = 40 + 5 = 45
2. בודקים שהתשובה הגיונית: הצפון המגנטי כאן נמצא מעט מזרחה מהצפון האמיתי, ולכן המצפן “מקטין” את הזווית. הכיוון האמיתי גדול מעט יותר.

התשובה: לפי המפה, המעיין נמצא בכיוון 45 מעלות — בדיוק צפון־מזרח. θ = 45°

מגן מפני השמש

השמש פולטת כל הזמן זרם של חלקיקים טעונים, שנקרא רוח השמש. השדה המגנטי של כדור הארץ מסיט את רוב החלקיקים האלה הצידה, והם לא מגיעים אלינו. ליד הקטבים, קווי השדה נכנסים אל כדור הארץ, וחלק מהחלקיקים מצליחים לחדור לאוויר. כשהם פוגעים בחלקיקי האוויר, האוויר זוהר בירוק, באדום ובסגול. זה הזוהר הקוטבי.

איפה רואים את זה בחיים

• המצפן בטלפון

  בטלפון יש חיישן זעיר שמודד את השדה המגנטי של כדור הארץ. בזכותו המפה יודעת לאיזה כיוון אתם פונים.

• ניווט בטיול שנתי

  מי שמנווט עם מצפן ומפה צריך לדעת שהצפון במצפן והצפון במפה לא תמיד זהים — ולתקן.

• ציפורים נודדות

  לפי מחקרים, ציפורים רבות מרגישות את השדה המגנטי של כדור הארץ, ונעזרות בו כדי לנווט בנדידה.

שאלות נפוצות

למה לכדור הארץ יש שדה מגנטי?

כי בליבה החיצונית שלו זורם ברזל נוזלי. הזרימה יוצרת זרמים חשמליים, והזרמים יוצרים שדה מגנטי. לא לכל כוכב לכת יש שדה כזה — למאדים, למשל, כמעט אין.

הקטבים המגנטיים זזים?

כן. הקוטב הצפוני המגנטי נודד כל שנה, ובעשורים האחרונים הוא נע מהר יחסית. בנוסף, במשך ההיסטוריה של כדור הארץ הקטבים התהפכו פעמים רבות. ההתהפכות האחרונה קרתה לפני כ־780 אלף שנה.

אפשר לראות זוהר צפוני בישראל?

כמעט אף פעם. הזוהר מופיע בדרך כלל ליד הקטבים. רק בסערות מגנטיות חזקות במיוחד, כשהשמש פולטת כמות גדולה של חלקיקים, הוא נראה גם באזורים רחוקים יותר מהם.

מגנטיות מבלבלת אתכם?

בקורס הפיזיקה לכיתה ח’ כל נושא מוסבר בסרטון, עם תרגילים פתורים לאורך הדרך. משלמים פעם אחת, והקורס נשאר אצלכם.

לקורס כיתה ח’

או מתחילים בחינם: חוברת הפיזיקה לכיתה ח’, להורדה