Curenți ionici și fenomene magnetice naturale

Dacă particulele încărcate se mișcă într-un gaz în prezența unui câmp magnetic extern, ele sunt libere să descrie o parte semnificativă a traiectoriei magnetronului lor. Cu toate acestea, fiecare traiectorie nu se finalizează neapărat complet. Poate fi rupt printr-o coliziune între o particulă în mișcare și orice moleculă de gaz.

Astfel de ciocniri uneori doar deviază direcția de mișcare a particulelor, transferându-le pe noi traiectorii; cu toate acestea, cu ciocniri suficient de puternice, ionizarea moleculelor de gaz este de asemenea posibilă. În perioada post-coliziune care duce la ionizare, este necesar să se țină cont de existența a trei particule încărcate - particula inițială în mișcare, ionul de gaz și electronul eliberat. Mișcările particulei ionizante înainte de coliziune, ionul de gaz, electronul eliberat și particulele ionizante după ciocnire sunt afectate de forțele Lorentz.

Interacțiunea particulelor ionizante și ionizate cu un câmp magnetic pe măsură ce aceste particule se mișcă într-un gaz dă naștere la diferite fenomene magnetice naturale - aurora, flacăra cântătoare, vântul solar și furtunile magnetice.

Lumini polare

Aurora boreală sunt strălucirea de pe cer care se vede uneori. regiune a polului nord al Pământului. Acest fenomen apare ca urmare a deionizării moleculelor atmosferice după ce acestea sunt ionizate de radiația solară. Un fenomen similar în emisfera sudică a Pământului se numește luminile sudice. Soarele emite cantități mari de energie în multe forme diferite. Una dintre aceste forme este particulele rapide încărcate de diferite tipuri, care iradiază în toate direcțiile. Particulele care se deplasează spre Pământ cad în câmpul geomagnetic.

Toate particulele încărcate din spațiul extraterestre care cad în câmpul geomagnetic, indiferent de direcția inițială de mișcare, se deplasează pe traiectorii corespunzătoare liniilor de câmp. Deoarece toate aceste linii de forță ies dintr-un pol al Pământului și intră în polul opus, particulele încărcate în mișcare ajung la unul sau celălalt pol al Pământului.

Particulele încărcate rapid care intră în atmosfera Pământului în apropierea polilor întâlnesc molecule atmosferice. Ciocnirile dintre particulele de radiație solară și moleculele de gaz pot duce la ionizarea acestora din urmă, iar electronii sunt eliminați din unele molecule. Datorită faptului că moleculele ionizate au mai multă energie decât cele deionizate, electronii și ionii de gaz tind să se recombine. În cazurile în care ionii sunt reuniți cu electroni pierduți anterior, este emisă energie electromagnetică. Termenul „aurora” este folosit pentru a descrie partea vizibilă a acestei radiații electromagnetice.

Prezența unui câmp geomagnetic este unul dintre factorii favorabili pentru toate formele de viață, deoarece acest câmp servește drept „acoperiș” care protejează partea centrală a globului de bombardamentul continuu de particule rapide de origine solară.

Flacără cântătoare

O flacără plasată într-un câmp magnetic alternativ poate genera sunete la frecvența câmpului magnetic. O flacără este formată din produse gazoase la temperatură înaltă formate în timpul anumitor reacții chimice. Când, sub influența temperaturii ridicate, electronii orbitali sunt separați de unele molecule de gaz, se creează un amestec bogat de electroni liberi și ioni pozitivi.

În acest fel, flacăra generează atât electroni, cât și ioni pozitivi, care pot servi drept purtători pentru menținerea curentului electric. În același timp, flacăra creează gradienți de temperatură care provoacă fluxuri convective ale gazelor care formează flacăra.Deoarece purtătorii de sarcină electrică sunt parte integrantă a gazelor, fluxurile de convecție sunt și curenți electrici.

Acești curenți electrici de convecție existenți în flacără, în prezența unui câmp magnetic extern, sunt supuși acțiunii forțelor Lorentz. În funcție de natura interacțiunii dintre curent și câmp, aplicarea unui câmp magnetic extern poate fie să scadă, fie să crească luminozitatea flăcării.

Presiunea gazelor din flacără care interacționează cu un câmp magnetic alternativ este modulată de forțele Lorentz care acționează asupra fluxurilor de convecție. Deoarece vibrațiile sonore sunt generate ca urmare a modulării presiunii gazului, flacăra poate servi ca traductor care transformă energia electrică în sunet.O flacără care are proprietățile descrise se numește flacără cântătoare.

Magnetosfera

Magnetosfera este regiunea din mediul Pământului în care câmpul magnetic joacă un rol dominant. Acest câmp este suma vectorială a propriului câmp magnetic al Pământului, sau câmpul geomagnetic, și a câmpurilor magnetice asociate cu radiația solară. Fiind un corp supraîncălzit care suferă perturbări termice și radioactive puternice, Soarele ejectează cantități mari de plasmă constând din aproximativ jumătate de electroni și jumătate de protoni.

Cu toate că plasmă este ejectat de pe suprafața Soarelui în toate direcțiile, o parte semnificativă a acestuia, îndepărtându-se de Soare, formează o urmă îndreptată mai mult sau mai puțin într-o direcție sub influența mișcării Soarelui în spațiu. Această migrare a plasmei se numește vânt solar.

Atâta timp cât electronii și protonii care alcătuiesc vântul solar se mișcă împreună, având concentrații egale, ei nu creează un câmp magnetic. Cu toate acestea, orice diferență în viteza lor de deriva generează un curent electric, iar diferențele de concentrație generează o tensiune capabilă să producă un curent electric. În fiecare caz, curenții de plasmă generează câmpuri magnetice corespunzătoare.

Pământul se află pe calea vântului solar. Când particulele sale și câmpul magnetic asociat acestora se apropie de Pământ, ele interacționează cu câmpul geomagnetic. Ca rezultat al interacțiunii, ambele câmpuri se schimbă. Astfel, forma și caracteristicile câmpului geomagnetic sunt determinate parțial de vântul solar care trece prin acesta.

Activitatea radiativă a Soarelui este extrem de variabilă atât în ​​timp, cât și în spațiu - pe suprafața Soarelui.Când soarele se rotește pe axa sa, vântul solar este într-o stare de flux. Datorită faptului că Pământul se rotește și pe axa sa, natura interacțiunii dintre vântul solar și câmpul geomagnetic este, de asemenea, în continuă schimbare.

Manifestările esențiale ale acestor interacțiuni în schimbare sunt numite furtuni magnetosferice în vântul solar și furtuni magnetice în câmpul geomagnetic. Alte fenomene legate de interacțiunile dintre particulele vântului solar și magnetosferă sunt aurorele menționate mai sus și curentul electric care circulă în atmosfera în jurul Pământului de la est la vest.