Jonströmmar och naturliga magnetiska fenomen

Om laddade partiklar rör sig i en gas i närvaro av ett externt magnetfält, är de fria att beskriva en betydande del av sin magnetronbana. Men varje bana fullbordas inte nödvändigtvis helt. Den kan brytas av en kollision mellan en rörlig partikel och vilken gasmolekyl som helst.

Sådana kollisioner avleder ibland bara partiklarnas rörelseriktning och överför dem till nya banor; Men med tillräckligt starka kollisioner är jonisering av gasmolekyler också möjlig. Under perioden efter kollisionen som leder till jonisering är det nödvändigt att ta hänsyn till existensen av tre laddade partiklar - den ursprungliga rörliga partikeln, gasjonen och den frigjorda elektronen. Den joniserande partikelns rörelser före kollisionen, gasjonen, den frigjorda elektronen och den joniserande partikeln efter kollisionen påverkas av Lorentz krafter.

Interaktionen mellan joniserande och joniserade partiklar med ett magnetfält när dessa partiklar rör sig i en gas ger upphov till olika naturliga magnetiska fenomen - norrsken, sjungande lågor, solvind och magnetiska stormar.

Polarljus

Norrsken är det sken på himlen som ibland syns. region av jordens nordpol. Detta fenomen uppstår som ett resultat av avjonisering av atmosfäriska molekyler efter att de joniserats av solstrålning. Ett liknande fenomen på jordens södra halvklot kallas för södra ljus. Solen avger stora mängder energi i många olika former. En av dessa former är laddade snabba partiklar av olika slag, som strålar i alla riktningar. Partiklar som rör sig mot jorden faller in i det geomagnetiska fältet.

Alla laddade partiklar från utomjordiskt utrymme som faller in i det geomagnetiska fältet, oavsett den initiala rörelseriktningen, rör sig till banor som motsvarar fältlinjerna. Eftersom alla dessa kraftlinjer går ut från jordens ena pol och går in i den motsatta polen, hamnar de rörliga laddade partiklarna vid den ena eller andra polen på jorden.

De snabbt laddade partiklarna som kommer in i jordens atmosfär nära polerna möter atmosfäriska molekyler. Kollisioner mellan partiklar av solstrålning och gasmolekyler kan leda till jonisering av de senare, och elektroner slås ut ur vissa molekyler. På grund av det faktum att joniserade molekyler har mer energi än avjoniserade, tenderar elektroner och gasjoner att rekombinera. I de fall joner återförenas med tidigare förlorade elektroner emitteras elektromagnetisk energi. Termen "aurora" används för att beskriva den synliga delen av denna elektromagnetiska strålning.

Närvaron av ett geomagnetiskt fält är en av de gynnsamma faktorerna för alla former av liv, eftersom detta fält fungerar som ett "tak" som skyddar den centrala delen av jordklotet från kontinuerlig bombardering av snabba partiklar av solursprung.

Sjungande låga

En låga placerad i ett växelmagnetfält kan generera ljud med magnetfältets frekvens. En låga består av högtemperaturgasformiga produkter som bildas under vissa kemiska reaktioner. När, under inverkan av hög temperatur, orbitalelektronerna separeras från vissa gasmolekyler, skapas en rik blandning av fria elektroner och positiva joner.

På så sätt genererar lågan både elektroner och positiva joner, som kan fungera som bärare för att upprätthålla den elektriska strömmen. Samtidigt skapar lågan temperaturgradienter som orsakar konvektiva flöden av gaser som bildar lågan Eftersom elektriska laddningsbärare är en integrerad del av gaser är konvektionsflöden också elektriska strömmar.

Dessa elektriska konvektionsströmmar som finns i lågan, i närvaro av ett externt magnetfält, är föremål för inverkan av Lorentz-krafter. Beroende på arten av interaktionen mellan strömmen och fältet kan appliceringen av ett externt magnetfält antingen minska eller öka flammans ljusstyrka.

Trycket hos gaserna i lågan som interagerar med ett alternerande magnetfält moduleras av Lorentz-krafterna som verkar på konvektionsflödena. Eftersom ljudvibrationer genereras som ett resultat av gastrycksmodulering, kan lågan fungera som en givare som omvandlar elektrisk energi till ljud.En låga som har de egenskaper som beskrivs kallas en sjungande låga.

Magnetosfär

Magnetosfären är den region av jordens miljö där magnetfältet spelar en dominerande roll. Detta fält är vektorsumman av jordens eget magnetfält, eller geomagnetiska fält, och de magnetiska fält som är associerade med solstrålning. Som en överhettad kropp som genomgår starka termiska och radioaktiva störningar, skjuter solen ut enorma mängder plasma som består av ungefär hälften elektroner och hälften protoner.

Fastän plasma skjuts ut från solens yta i alla riktningar, en betydande del av den, som rör sig bort från solen, bildar ett spår riktat mer eller mindre i en riktning under påverkan av solens rörelse i rymden. Denna migration av plasma kallas solvinden.

Så länge elektronerna och protonerna som utgör solvinden rör sig tillsammans och har lika koncentrationer, skapar de inget magnetfält. Alla skillnader i deras drifthastighet genererar emellertid en elektrisk ström, och skillnader i koncentration genererar en spänning som kan alstra en elektrisk ström. I varje fall genererar plasmaströmmarna motsvarande magnetfält.

Jorden är i solvindens väg. När dess partiklar och deras tillhörande magnetfält närmar sig jorden, interagerar de med det geomagnetiska fältet. Som ett resultat av interaktionen förändras båda fälten. Således bestäms formen och egenskaperna hos det geomagnetiska fältet delvis av solvinden som passerar genom det.

Solens strålningsaktivitet är extremt varierande både i tid och i rymden - över solens yta.När solen roterar runt sin axel är solvinden i ett tillstånd av flöde. På grund av det faktum att jorden också roterar på sin axel, förändras också karaktären av interaktionen mellan solvinden och det geomagnetiska fältet ständigt.

Väsentliga manifestationer av dessa föränderliga interaktioner kallas magnetosfäriska stormar i solvinden och magnetiska stormar i det geomagnetiska fältet. Andra fenomen relaterade till interaktioner mellan solvindspartiklar och magnetosfären är norrskenet som nämnts ovan och den elektriska ström som flyter i atmosfären runt jorden från öst till väst.