MicroPython动手做（21）——掌控板之磁场传感器

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2020-4-28 12:59 上传

1、地球磁场(the earth magnetic field)

它是指地球周围空间分布的磁场。偶极类型，类似于在地球中心放置磁铁棒，地磁北(N)极位于地理南极附近，(S)极位于地理北极附近。磁极与地理极不完全重叠，有磁偏角。地球磁场属于电磁场，是由外核电子与地球旋转的电流效应(类似于电磁)产生的磁场。

历史上，英国人吉尔伯特是第一个提出地磁场理论概念的人。他在1600年提出了一个论点，地球本身就是一个巨大的磁体，它的两极与地理两极重叠。这一理论确立了地磁场与地球的关系，指出地磁场的原因不应该在地球之外，而应该在地球内部。

1893年，在他的作品《地磁力的绝对强度》中，数学家高斯造了描绘地磁场的数学方法，使地磁场的测量和起源研究可以用数学理论来表达。但这只是一种形式理论，并没有从本质上阐明地磁场的起源。科学家们已经掌握了地磁场的分布和变化规律，但学术界从未对地磁场的起源找到令人满意的答案。地磁场起源的假设可分为两类。第一类假设以现有的物理理论为基础；第二类假设找到了一种独特的方法，认为地球上有不同于现有已知理论的特殊规律。旋转电荷假说属于第一类假说。假设地球上有等量的异性电荷，一种分布在地球内部，另一种分布在地球表面，随地球旋转，产生磁场。这个假设可以通过电磁关系自然地解释地磁场的原因。然而，这个假设有一个致命的缺点。首先，它无法解释地球内外的电荷是如何分离的；其次，地球负载的电荷不多，其产生的磁场非常弱。根据计算，地球的电荷储量需要扩大1亿倍才能获得像地球磁场这样的磁场强度，理论计算与实际情况大不相同。以地核为前提的地磁场假说也属于第一类假说，弗兰克在这类假说中提出了发电机效应理论。他认为地核中电流的形成应该是地核金属物质在磁场中涡旋时通过感应发生的。同时，电流本身形式的场是连续的再生磁场，就像发电机中的情况一样。弗兰克建立的模型解释了如何实现地磁场的再生解释了地磁场具有一定的值。但在应用此模型时，很难解释地核中的电路是如何通过圆形电路关闭的。此外，该模型没有考虑电流对涡旋运动的反应，不允许涡旋分布在平行赤道面的平面上。漂移电流假说、热效应假说和霍尔效应假说是第一类假说，但这些假说并不能完全解释地磁场的奇怪特征。地磁场的起源也有第二类假说，其中最具代表性的是重物旋转假说。

1947年，布莱克特提出任何旋转体都有磁矩，这与旋转体内是否有电荷无关。假设认为地球和其他天体的磁场是在旋转过程中产生的，也就是说，星体自然产生磁场，就像电荷旋转能产生磁场一样。然而，这一假设在试验和天文观察方面都遇到了困难。旋转物体产生的磁效应尚未在现有实验条件下观察到。天体的观测结果表明，每个星球的磁场分布非常复杂，并不能证明星球的旋转与磁场之间存在不可避免的依赖关系。因此，学术界仍在探索和争论地磁场的起源，没有令人信服的理论来解释地磁场的原因。