Ionestrømmer og naturlige magnetiske fenomener

Hvis ladede partikler beveger seg i en gass i nærvær av et eksternt magnetfelt, står de fritt til å beskrive en betydelig del av magnetronbanen deres. Hver bane fullføres imidlertid ikke nødvendigvis fullstendig. Den kan brytes ved en kollisjon mellom en bevegelig partikkel og et hvilket som helst gassmolekyl.

Slike kollisjoner avleder noen ganger bare partiklenes bevegelsesretning, og overfører dem til nye baner; Men med tilstrekkelig sterke kollisjoner er ionisering av gassmolekyler også mulig. I perioden etter kollisjonen som fører til ionisering, er det nødvendig å ta hensyn til eksistensen av tre ladede partikler - den opprinnelige bevegelige partikkelen, gassionen og det frigjorte elektronet. Bevegelsene til den ioniserende partikkelen før kollisjonen, gassionen, det frigjorte elektronet og den ioniserende partikkelen etter kollisjonen påvirkes av Lorentz styrker.

Samspillet mellom ioniserende og ioniserte partikler med et magnetfelt når disse partiklene beveger seg i en gass, gir opphav til forskjellige naturlige magnetiske fenomener - nordlys, syngende flamme, solvind og magnetiske stormer.

Polarlys

Nordlyset er gløden på himmelen som noen ganger sees. region av jordens nordpol. Dette fenomenet oppstår som et resultat av avionisering av atmosfæriske molekyler etter at de er ionisert av solstråling. Et lignende fenomen på den sørlige halvkule av jorden kalles sørlyset. Solen avgir store mengder energi i mange forskjellige former. En av disse formene er ladede raske partikler av ulike slag, som stråler i alle retninger. Partikler som beveger seg mot jorden faller inn i det geomagnetiske feltet.

Alle ladede partikler fra utenomjordisk rom som faller inn i det geomagnetiske feltet, uavhengig av den innledende bevegelsesretningen, beveger seg til baner som tilsvarer feltlinjene. Siden alle disse kraftlinjene går ut fra den ene polen på jorden og går inn i den motsatte polen, havner de bevegelige ladede partiklene på den ene eller andre polen på jorden.

De raskt ladede partiklene som kommer inn i jordens atmosfære nær polene møter atmosfæriske molekyler. Kollisjoner mellom partikler av solstråling og gassmolekyler kan føre til ionisering av sistnevnte, og elektroner slås ut av enkelte molekyler. På grunn av det faktum at ioniserte molekyler har mer energi enn deioniserte, har elektroner og gassioner en tendens til å rekombinere. I tilfeller der ioner gjenforenes med tidligere tapte elektroner, sendes det ut elektromagnetisk energi. Begrepet "aurora" brukes for å beskrive den synlige delen av denne elektromagnetiske strålingen.

Tilstedeværelsen av et geomagnetisk felt er en av de gunstige faktorene for alle former for liv, fordi dette feltet fungerer som et "tak" som beskytter den sentrale delen av kloden mot kontinuerlig bombardement av raske partikler av solenergi.

Syngende flamme

En flamme plassert i et vekslende magnetfelt kan generere lyder med frekvensen til magnetfeltet. En flamme består av høytemperaturgassformige produkter dannet under visse kjemiske reaksjoner. Når baneelektronene under påvirkning av høy temperatur skilles fra noen gassmolekyler, dannes en rik blanding av frie elektroner og positive ioner.

På denne måten genererer flammen både elektroner og positive ioner, som kan tjene som bærere for å opprettholde den elektriske strømmen. Samtidig skaper flammen temperaturgradienter som forårsaker konveksjonsstrømmer av gasser som danner flammen Siden elektriske ladningsbærere er en integrert del av gasser, er konveksjonsstrømmer også elektriske strømmer.

Disse elektriske konveksjonsstrømmene som eksisterer i flammen, i nærvær av et eksternt magnetfelt, er utsatt for virkningen av Lorentz-krefter. Avhengig av arten av samspillet mellom strømmen og feltet, kan påføringen av et eksternt magnetfelt enten redusere eller øke lysstyrken til flammen.

Trykket til gassene i flammen som samhandler med et vekslende magnetfelt, moduleres av Lorentz-kreftene som virker på konveksjonsstrømmene. Siden lydvibrasjoner genereres som et resultat av gasstrykkmodulasjon, kan flammen tjene som en transduser som konverterer elektrisk energi til lyd.En flamme som har egenskapene som er beskrevet kalles en syngende flamme.

Magnetosfære

Magnetosfæren er området i jordas miljø der magnetfeltet spiller en dominerende rolle. Dette feltet er vektorsummen av jordens eget magnetfelt, eller geomagnetiske felt, og magnetfeltene knyttet til solstråling. Som et overopphetet legeme som gjennomgår sterke termiske og radioaktive forstyrrelser, sender solen ut enorme mengder plasma som består av omtrent halvparten elektroner og halve protoner.

Selv om plasma blir kastet ut fra overflaten av solen i alle retninger, en betydelig del av den, som beveger seg bort fra solen, danner et spor rettet mer eller mindre i én retning under påvirkning av solens bevegelse i rommet. Denne migrasjonen av plasma kalles solvinden.

Så lenge elektronene og protonene som utgjør solvinden beveger seg sammen og har like konsentrasjoner, lager de ikke et magnetfelt. Imidlertid genererer eventuelle forskjeller i deres drifthastighet en elektrisk strøm, og forskjeller i konsentrasjon genererer en spenning som er i stand til å produsere en elektrisk strøm. I hvert tilfelle genererer plasmastrømmene tilsvarende magnetiske felt.

Jorden er i veien for solvinden. Når partiklene og deres tilhørende magnetfelt nærmer seg jorden, samhandler de med det geomagnetiske feltet. Som et resultat av interaksjonen endres begge feltene. Dermed bestemmes formen og egenskapene til det geomagnetiske feltet delvis av solvinden som passerer gjennom det.

Solens strålingsaktivitet er ekstremt varierende både i tid og rom - over overflaten av solen.Når solen roterer rundt sin akse, er solvinden i en tilstand av fluks. På grunn av det faktum at Jorden også roterer rundt sin akse, endres også naturen til samspillet mellom solvinden og det geomagnetiske feltet.

Essensielle manifestasjoner av disse skiftende interaksjonene kalles magnetosfæriske stormer i solvinden og magnetiske stormer i det geomagnetiske feltet. Andre fenomener knyttet til interaksjoner mellom solvindpartikler og magnetosfæren er nordlysene nevnt ovenfor og den elektriske strømmen som flyter i atmosfæren rundt jorden fra øst til vest.