Ionenstromen en natuurlijke magnetische verschijnselen

Als geladen deeltjes in een gas bewegen in de aanwezigheid van een extern magnetisch veld, zijn ze vrij om een ​​aanzienlijk deel van hun magnetronbaan te beschrijven. Elk traject hoeft echter niet noodzakelijkerwijs volledig te worden voltooid. Het kan worden verbroken door een botsing tussen een bewegend deeltje en een gasmolecuul.

Dergelijke botsingen buigen soms alleen de bewegingsrichting van de deeltjes af, waardoor ze naar nieuwe trajecten worden overgebracht; bij voldoende sterke botsingen is ionisatie van gasmoleculen echter ook mogelijk. In de periode na de botsing die tot ionisatie leidt, moet rekening worden gehouden met het bestaan ​​van drie geladen deeltjes: het oorspronkelijke bewegende deeltje, het gasion en het vrijgekomen elektron. De bewegingen van het ioniserende deeltje voor de botsing, het gasion, het vrijgekomen elektron en het ioniserende deeltje na de botsing worden beïnvloed door Lorentz-troepen.

De interactie van ioniserende en geïoniseerde deeltjes met een magnetisch veld terwijl deze deeltjes in een gas bewegen, leidt tot verschillende natuurlijke magnetische verschijnselen - aurora, zingende vlam, zonnewind en magnetische stormen.

Poollicht

Het noorderlicht is de gloed in de lucht die soms te zien is. gebied van de noordpool van de aarde. Dit fenomeen treedt op als gevolg van de deïonisatie van atmosferische moleculen nadat ze zijn geïoniseerd door zonnestraling. Een soortgelijk fenomeen op het zuidelijk halfrond van de aarde wordt het zuiderlicht genoemd. De zon zendt grote hoeveelheden energie uit in veel verschillende vormen. Een van deze vormen zijn geladen snelle deeltjes van verschillende soorten, die in alle richtingen stralen. Deeltjes die naar de aarde bewegen, vallen in het aardmagneetveld.

Alle geladen deeltjes uit de buitenaardse ruimte die in het geomagnetische veld vallen, ongeacht de aanvankelijke bewegingsrichting, verplaatsen zich naar trajecten die overeenkomen met de veldlijnen. Aangezien al deze krachtlijnen de ene pool van de aarde verlaten en de andere pool binnengaan, komen de bewegende geladen deeltjes bij de ene of de andere pool van de aarde terecht.

De snel geladen deeltjes die de atmosfeer van de aarde binnenkomen nabij de polen, ontmoeten atmosferische moleculen. Botsingen tussen deeltjes van zonnestraling en gasmoleculen kunnen leiden tot ionisatie van de laatste, en elektronen worden uit sommige moleculen geslagen. Vanwege het feit dat geïoniseerde moleculen meer energie hebben dan gedeïoniseerde, hebben elektronen en gasionen de neiging om te recombineren. In gevallen waarin ionen worden herenigd met eerder verloren elektronen, wordt elektromagnetische energie uitgezonden. De term "aurora" wordt gebruikt om het zichtbare deel van deze elektromagnetische straling te beschrijven.

De aanwezigheid van een geomagnetisch veld is een van de gunstige factoren voor alle levensvormen, omdat dit veld dient als een "dak" dat het centrale deel van de aardbol beschermt tegen voortdurende bombardementen door snelle deeltjes van zonne-oorsprong.

Zingende vlam

Een vlam die in een wisselend magnetisch veld wordt geplaatst, kan geluiden genereren met de frequentie van het magnetische veld. Een vlam bestaat uit gasvormige producten op hoge temperatuur die worden gevormd tijdens bepaalde chemische reacties. Wanneer, onder invloed van hoge temperatuur, de orbitale elektronen worden gescheiden van enkele gasmoleculen, ontstaat een rijk mengsel van vrije elektronen en positieve ionen.

Op deze manier genereert de vlam zowel elektronen als positieve ionen, die als dragers kunnen dienen om de elektrische stroom in stand te houden. Tegelijkertijd creëert de vlam temperatuurgradiënten die convectiestromen van gassen veroorzaken die de vlam vormen.Aangezien elektrische ladingdragers een integraal onderdeel zijn van gassen, zijn convectiestromen ook elektrische stromen.

Deze convectie-elektrische stromen die in de vlam aanwezig zijn, in aanwezigheid van een extern magnetisch veld, zijn onderhevig aan de werking van Lorentz-krachten. Afhankelijk van de aard van de interactie tussen de stroom en het veld, kan de toepassing van een extern magnetisch veld de helderheid van de vlam verminderen of vergroten.

De druk van de gassen in de vlam die in wisselwerking staan ​​met een wisselend magnetisch veld wordt gemoduleerd door de Lorentz-krachten die op de convectiestromen inwerken. Aangezien geluidstrillingen worden gegenereerd als gevolg van gasdrukmodulatie, kan de vlam dienen als een omvormer die elektrische energie omzet in geluid.Een vlam die de beschreven eigenschappen heeft, wordt een zingende vlam genoemd.

Magnetosfeer

De magnetosfeer is het gebied van de aardomgeving waar het magnetische veld een dominante rol speelt. Dit veld is de vectorsom van het eigen magnetische veld van de aarde, of geomagnetisch veld, en de magnetische velden die verband houden met zonnestraling. Als een oververhit lichaam dat sterke thermische en radioactieve verstoringen ondergaat, werpt de zon enorme hoeveelheden plasma uit, bestaande uit ongeveer de helft elektronen en de helft protonen.

Hoewel plasma wordt in alle richtingen van het oppervlak van de zon uitgeworpen, een aanzienlijk deel ervan, weg van de zon, vormt een spoor dat min of meer in één richting is gericht onder invloed van de beweging van de zon in de ruimte. Deze migratie van plasma wordt de zonnewind genoemd.

Zolang de elektronen en protonen waaruit de zonnewind bestaat samen bewegen, met gelijke concentraties, creëren ze geen magnetisch veld. Alle verschillen in hun driftsnelheid genereren echter een elektrische stroom, en verschillen in concentratie genereren een spanning die een elektrische stroom kan produceren. In elk geval genereren de plasmastromen overeenkomstige magnetische velden.

De aarde bevindt zich in het pad van de zonnewind. Wanneer de deeltjes en het bijbehorende magnetische veld de aarde naderen, interageren ze met het geomagnetische veld. Door de interactie veranderen beide velden. De vorm en kenmerken van het aardmagneetveld worden dus gedeeltelijk bepaald door de zonnewind die er doorheen gaat.

De stralingsactiviteit van de zon is uiterst variabel, zowel in tijd als in ruimte - over het oppervlak van de zon.Wanneer de zon om zijn as draait, is de zonnewind in beweging. Omdat de aarde ook om haar as draait, verandert ook de aard van de interactie tussen de zonnewind en het aardmagneetveld voortdurend.

Essentiële manifestaties van deze veranderende interacties worden magnetosferische stormen in de zonnewind en magnetische stormen in het geomagnetische veld genoemd. Andere verschijnselen die verband houden met interacties tussen zonnewinddeeltjes en de magnetosfeer zijn de hierboven genoemde aurora's en de elektrische stroom die in de atmosfeer rond de aarde stroomt van oost naar west.