Au travers de cette cache, vous pourrez vous rendre compte que le champ magnétique terrestre peut être perturbé par la présence une masse ferreuse.
Through this cache, you will see how Earth's magnetic field can be disturbed by the presence of an iron body.
Aux coordonnées indiquées, vous vous trouvez sur un plancher en bois, comme sur la photo ci-dessous. L’axe de la roue se trouve à une distance de 70 mètres et le pont Jacques Cartier à 1 600 mètres. La grande roue est une structure ferromagnétique de 600 tonnes d’acier et le pont Jacques Cartier une structure ferromagnétique d’un peu plus de 31 000 tonnes d’acier.
At the specified coordinates, you are on a wooden floor (see picture below). The wheel axis is at a distance of 70 meters, and the Jacques Cartier Bridge at 1,600 meters. The Ferris wheel is a ferromagnetic structure weighing 600 tonnes of steel, and the Jacques Cartier bridge a ferromagnetic structure weighing just over 31,000 tonnes of steel.
Marquez cette cache « Trouvée » et envoyez-nous vos propositions de réponse. Nous vous répondrons en cas de problème.
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Homework
- Do you think the ferromagnetic mass formed by the Ferris wheel and the Jacques Cartier bridge can modify the density of the magnetic field at the specified coordinates?
- What is the value of the magnetic field density at the coordinates shown? Does it agree or disagree with the magnetic field density value given for Montreal as listed in the table?
- By placing your phone on the “J” of the resin structure and moving it along this letter from top to bottom and from left to right, what is the maximum density value of the magnetic field that you find? Why do you think it may vary?
- A picture of you, your GPS/cellphone or something else personnal, taken in the immediate aera (no "stock" photos please) is to be attached either as a comment or with your answers. In accordance with updated GC HQ guidelines published in June 2019, photos may be required for validation of an earthcache.
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Quelques concepts / Few concepts
Champ magnétique
Le champ magnétique est une notion qui permet de décrire comment la force magnétique est distribuée dans l'espace, autour et à l'intérieur d'un corps magnétique. La force magnétique est une composante de la force électromagnétique. Cette force est provoquée par le mouvement de charges et la charge est une caractéristique possédée par certaines particules, entre lesquelles s’exerce une interaction électrique. Deux objets chargés se déplaçant dans une même direction vont être attirés l'un vers l'autre par une force magnétique attractive. De même, des objets chargés qui se déplacent dans une direction opposée vont voir apparaître entre eux une force répulsive.
Les structures qui indiquent la direction et la densité du champ magnétique d’un corps magnétique sont les lignes de champ magnétique. Ils entrent dans le corps au pôle sud et sortent généralement au pôle nord opposé. De là, ils courent en lignes arquées le long du chemin le plus court en direction du pôle sud. Le corps magnétique le plus connu est l’aimant permanent.
L’unité de mesure de la densité d’un champ est le Tesla (T), mais le terme densité est souvent remplacé par le terme intensité.
Magnetic field
The magnetic field is a concept that describes how the magnetic force is spatially distributed around and within a magnetic body. The magnetic force is a component of the electromagnetic force. This force is due to the motion of charges and a charge is a characteristic of specific particles, between which an electrical interaction takes place. Two charged objects moving in the same direction will be attracted to each other by an attractive magnetic force. Similarly, charged objects moving in an opposite direction will be attracted to each other by a repulsive force.
The features that indicate the direction and density of the magnetic field of a magnetic body are the magnetic field lines. They move into the body at the south pole and usually exit at the opposite north pole. From there they run in arced lines along the shortest path to the south pole. The best known magnetic body is the permanent magnet.
The unit of measurement for the density of a magnetic field is the Tesla (T), but the term density is often substituted by the word intensity or the word strenght.
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Sources de champ magnétique
Un champ magnétique peut être produit par :
• un aimant permanent constitué d’un matériau ferromagnétique. Ferromagnétisme : certains matériaux (en particulier le fer) sont attirés par les aimants et sont susceptibles de former eux-mêmes des aimants ;
• une charge en mouvement ;
• un courant électrique ;
• une planète tellurique dont le noyau externe comporte du fer liquide en mouvement. Mercure, Vénus, Mars, la Lune et la Terre sont des exemples de planètes telluriques. Mars et Vénus n'ont pas un champ magnétique notable et la lune est dépourvue de champ magnétique ;
• une planète gazeuse. Jupiter, Saturne, Neptune et Uranus sont des exemples de planètes gazeuses ;
• une étoile.
Sources of magnetic field
A magnetic field can be created by :
• a permanent magnet made of a ferromagnetic material. Ferromagnetism: some materials (especially iron) are attracted to magnets and are likely to form magnets themselves ;
• a charge in motion;
• an electric current;
• a telluric planet whose outer core contains liquid iron in motion. Mercury, Venus, Mars, the Moon and the Earth are examples of telluric planets. Mars and Venus do not have a significant magnetic field and the Moon has no magnetic field;
• a gaseous planet. Jupiter, Saturn, Neptune and Uranus are examples of gaseous planets;
• a star.
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Champ magnétique terrestre
Il est généré par les mouvements du fer liquide présent dans la partie externe du noyau.
Il est équivalent au champ que pourrait créer un gigantesque aimant droit orienté suivant l’axe de rotation de la terre (un peu décalé tout de même) dont le pôle sud (de l’aimant) coïnciderait avec le pôle Nord géographique et dont le pôle nord (de l’aimant) serait situé au pôle Sud géographique. Par convention, le pôle sud de la terre-aimant est appelé pôle Nord magnétique et le pôle nord de la terre-aimant est appelé pôle Sud magnétique. Le pôle nord de l’aiguille aimantée de la boussole indique le pôle sud de la « terre-aimant », donc le pôle Nord magnétique.
L’unité de mesure du champ magnétique terrestre (la densité) est le nanotesla (nT), 1.10-9 T. Le champ magnétique terrestre n’est pas uniforme et varie d’un point à l’autre du globe, entre les valeurs de 25 000 et 65 000 nT. À la surface du globe, sa densité va principalement fluctuer en fonction de la latitude et de l’altitude, ainsi qu’au cours du temps.
En se dirigeant vers les pôles magnétiques, les lignes de force du champ magnétique sont de plus en plus concentrées, leur densité augmente et par là même la densité du champ magnétique. En se dirigeant vers l’équateur, donc de plus en plus loin des pôles, les lignes de force du champ magnétique sont de moins en moins concentrées, leur densité diminue et cela fait diminuer la densité du champ magnétique. En gagnant de l’altitude, quelle que soit la situation sur le globe, la densité du champ magnétique diminue. À l’inverse, en allant sous le niveau des océans, la densité du champ magnétique augmente.
Une masse ferromagnétique (fer, nickel, cobalt, pour les principaux), aussi petite soit-elle, peut perturber le champ magnétique terrestre.
Earth's magnetic field
It's generated by the motion of the liquid iron inside the core's outer part.
It is similar to the field that could be created by a gigantic right magnet oriented along the axis of rotation of the earth (a little offset, all the same) whose south pole (of the magnet) would coincide with the geographic North Pole and whose north pole (of the magnet) would be located at the geographic South Pole. By convention, the south pole of the earth-magnet is called the magnetic North Pole and the north pole of the earth-magnet is called the magnetic South Pole. The north pole of the compass needle indicates the south pole of the " earth-magnet ", which is the magnetic North Pole.
The unit of measuring the Earth's magnetic field (the field density) is the nanotesla (nT), 1.10-9 T. The Earth's magnetic field is not homogeneous and varies from one part of the globe to another, between the values of 25,000 and 65,000 nT. At the surface of the globe, its density will mainly fluctuate with latitude and altitude, as well as over time.
Moving towards the magnetic poles, the force lines of the magnetic field are more and more concentrated, their density increases and so the density of the magnetic field. Moving towards the equator, i.e. further and further away from the poles, the force lines of the magnetic field are less and less concentrated, their density decreases and so the density of the magnetic field. By moving up in altitude, whatever the situation on the globe, the density of the magnetic field decreases. Conversely, going below the ocean level, the magnetic field density increases.
A ferromagnetic mass (iron, nickel, cobalt, for the main ones), even if it's small, can disturb the Earth magnetic field.
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Magnétomètre
Aussi appelé gaussmètre ou teslamètre, il s’agit d’un appareil qui permet de mesurer la densité et la direction d’un champ magnétique.
Si votre téléphone est équipé d’une boussole, alors un magnétomètre est inclus dans votre appareil. Cet élément va permettre de mesurer la densité du champ magnétique et d'obtenir la direction des lignes de force du champ magnétique terrestre. Ces valeurs sont alors matérialisées par la position d’une aiguille (virtuelle) dans l’application « Boussole ».
Magnetometer
Also called gaussmeter or teslameter, it's a device that measures the density and direction of a magnetic field.
If your phone is equipped with a compass, then a magnetometer is included in your device. This element will measure the density of the magnetic field and get the direction of the lines of force of the earth's magnetic field. These values are then materialized by the position of a (virtual) needle in the "Compass" application.
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Application « magnétomètre » pour téléphone portable
Des applications « gratuites », de type magnétomètre pour les téléphones portables équipées d’une boussole, sont disponibles pour les systèmes IOS (App Store d’Apple) ou Androïd (Play Store de Google). Certaines applications sont basiques et ne donneront que la valeur de la densité du champ magnétique ambiant. D’autres plus complètes permettent d’obtenir la valeur de la densité du champ magnétique, mais aussi de matérialiser les lignes de force du champ sous forme de coordonnées en 3 dimensions. Nous ne pouvons pas vous conseiller telle ou telle application. Plusieurs applications peuvent être installées et vous jugerez laquelle sera la plus adaptée. Avec l’utilisation d’une masse ferreuse ou d’un aimant, vous trouverez l’endroit physique où pourrait être logé le magnétomètre de votre téléphone. Il est souvent situé au dos du téléphone dans le tiers supérieur. Souvenez-vous que la densité d'un champ magnétique décroît à l'inverse du cube de l’éloignement d’une masse ferromagnétique ou d’un aimant. En clair l'atténuation est importante.
Si vous jouez avec des aimants très puissants, alors il y aura de fortes chances que le magnétomètre de votre téléphone n’affiche plus la valeur ambiante adéquate (53 µT pour Montréal) après l’exposition à champ magnétique très dense. La plupart des applications conseillent d’effectuer des mouvements en 8 dans les airs, à distance respectable de tout champ magnétique.
La plupart des applications de type magnétomètre vont restituer la densité d’un champ magnétique en microtesla - µT ou 1.10-6 T. 1 µT = 1 000 nT.
“Magnetometer” application for cell phones
“Free” magnetometer applications for cell phones with a compass are available for IOS (Apple App Store) or Android (Google Play Store). Some applications are basic and will only give the value of the ambient magnetic density. Others are more complete and will give the value of the magnetic field density, but also materialize the field's force lines in the form of 3-dimensional coordinates. We cannot advise you which application to use. Several applications can be installed and you will decide which one is the most suitable. With the use of a ferrous mass or a magnet, you will find the physical point where the magnetometer of your phone could be placed. It's often found on the back of the phone in the upper third. Remember that the density of a magnetic field decreases as the cube of the distance from a ferromagnetic mass or magnet. In other words, attenuation is important.
If you are playing with very strong magnets, then there is a high chance that your phone's magnetometer will no longer read the correct ambient value (53 µT for Montreal) after exposure to a very dense magnetic field. Most applications advise you to make figure-8 movements in the air, at a respectable distance from any additional magnetic field.
Most magnetometer applications will report magnetic field strength in microtesla - µT or 1.10-6 T. 1 µT = 1000 nT.
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Ordre de grandeur d’une perturbation magnétique
L’abaque ci-dessous permet d’avoir une idée de la valeur d’une perturbation magnétique résultant de la présence d’une masse de fer. Cet abaque a été mis au point dans le cadre d’une recherche magnétométrique d’épaves sous-marines.
Attention, même si les tracés sont linéaires, l’échelle en abscisse ainsi que l’échelle en ordonnée sont logarithmiques. Les tracés linéaires correspondent donc à des courbes d’atténuation.
Sans détailler les formules de calcul, on peut dire que le champ magnétique créé par une masse de fer varie comme l’inverse du cube de la distance entre un appareil de mesure et la masse en question. Par ailleurs, même si la force magnétique est indépendante de la masse, le champ magnétique est dû à la masse chargée qui produit le champ magnétique. (= champ magnétique induit par les charges en mouvement dans la masse). Ainsi, pour une masse plus grande, il y aura plus de porteurs de charge présents dans son volume ou à sa surface, intensifiant ainsi les effets magnétiques.
Pour prendre un exemple si une masse d’un kilo à 0,50 m du magnétomètre génère une perturbation d’une valeur de 500 nT. La même masse à 1 m de l’appareil va générer une perturbation de 62,5 nT (donc divisée par 23 = 8, on double la distance qui est mise au cube)
Pour obtenir la même perturbation d’une valeur de 500 nT, l’équivalent d’une tonne devra être placé à 5 mètres de l’appareil. À 40 mètres, cette même tonne engendrera une perturbation d’un nT, donc négligeable.
Il faudra une masse de 1 000 tonnes à 50 mètres pour générer une perturbation équivalente à une masse d’un kg à 0.5 m.
Il n'est sûr que le magnétomètre de votre téléphone est assez sensible et évolué pour confirmer les données de cet abaque. En effet, il va restituer des valeurs de l'ordre du microtesla, c'est-à-dire de l'ordre de 1 000 nanoteslas.
Magnitude of a magnetic disturbance
The chart in the french part gives an idea of the value of a magnetic disturbance resulting from the presence of an iron mass. This chart was developed in the context of a magnetometric search for underwater wrecks.
Be careful, even if the plots look linear, the abscissa scale as well as the ordinate scale are logarithmic. The linear plots are therefore attenuation curves.
Without detailing the calculation formulas, we can say that the magnetic field created by a mass of iron changes as the inverse of the cube of the distance between a measuring device and the given mass. In addition, even if the magnetic force is independent of the mass, the magnetic field is due to the charged mass that produces the magnetic field (= magnetic field induced by the charges moving in the mass). So, for a larger mass, there are more charge carriers in its volume or on its surface, increasing the magnetic effects.
To take an example, if a mass of one kilo at 0.50 m from the magnetometer generates a disturbance of 500 nT. The same mass at 1 m from the device will generate a disturbance of 62.5 nT (so divided by 23 = 8, we double the distance set to the power of three).
To get the same disturbance of a value of 500 nT, the equivalent of one ton should be placed at 5 meters from the device. At 40 meters, this same ton will generate a disturbance of one nT, which is negligible.
It will take a mass of 1000 tons at 50 meters to generate a disturbance equivalent to a mass of one kg at 0.5 m.
It's not sure that the magnetometer of your phone is sensitive and advanced enough to verify the data of this chart. In fact, it will return values in microtesla range, i.e. in the order of 1,000 nanoteslas.
Références – References
Le champ magnétique
Force et masse magnétiques
Susceptibilité magnétique
Le géomagnétisme
Recherche magnétique
Magnetic Field Calculators