Ρεύματα ιόντων και φυσικά μαγνητικά φαινόμενα

Εάν τα φορτισμένα σωματίδια κινούνται σε ένα αέριο παρουσία εξωτερικού μαγνητικού πεδίου, είναι ελεύθερα να περιγράψουν ένα σημαντικό μέρος της τροχιάς του μαγνητρονίου τους. Ωστόσο, κάθε τροχιά δεν ολοκληρώνεται απαραίτητα πλήρως. Μπορεί να σπάσει από μια σύγκρουση μεταξύ ενός κινούμενου σωματιδίου και οποιουδήποτε μορίου αερίου.

Τέτοιες συγκρούσεις μερικές φορές μόνο εκτρέπουν την κατεύθυνση κίνησης των σωματιδίων, μεταφέροντάς τα σε νέες τροχιές. Ωστόσο, με επαρκώς ισχυρές συγκρούσεις, είναι επίσης δυνατός ο ιονισμός των μορίων αερίου. Στην περίοδο μετά τη σύγκρουση που οδηγεί στον ιονισμό, είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη η ύπαρξη τριών φορτισμένων σωματιδίων - του αρχικού κινούμενου σωματιδίου, του ιόντος αερίου και του απελευθερωμένου ηλεκτρονίου. Οι κινήσεις του ιονίζοντος σωματιδίου πριν από τη σύγκρουση, του ιόντος αερίου, του απελευθερωμένου ηλεκτρονίου και του ιοντίζοντος σωματιδίου μετά τη σύγκρουση επηρεάζονται από Δυνάμεις Λόρεντς.

Η αλληλεπίδραση των ιονιζόμενων και ιονισμένων σωματιδίων με ένα μαγνητικό πεδίο καθώς αυτά τα σωματίδια κινούνται σε ένα αέριο προκαλεί διάφορα φυσικά μαγνητικά φαινόμενα - σέλας, φωνητική φλόγα, ηλιακό άνεμο και μαγνητικές καταιγίδες.

Πολικά φώτα

Το βόρειο σέλας είναι η λάμψη στον ουρανό που φαίνεται μερικές φορές. περιοχή του βόρειου πόλου της Γης. Αυτό το φαινόμενο εμφανίζεται ως αποτέλεσμα του απιονισμού των μορίων της ατμόσφαιρας αφού ιονιστούν από την ηλιακή ακτινοβολία. Ένα παρόμοιο φαινόμενο στο νότιο ημισφαίριο της Γης ονομάζεται νότιο φώτα. Ο ήλιος εκπέμπει μεγάλες ποσότητες ενέργειας σε πολλές διαφορετικές μορφές. Μία από αυτές τις μορφές είναι φορτισμένα γρήγορα σωματίδια διαφόρων ειδών, που ακτινοβολούν προς όλες τις κατευθύνσεις. Τα σωματίδια που κινούνται προς τη Γη πέφτουν στο γεωμαγνητικό πεδίο.

Όλα τα φορτισμένα σωματίδια από τον εξωγήινο χώρο που πέφτουν στο γεωμαγνητικό πεδίο, ανεξάρτητα από την αρχική κατεύθυνση κίνησης, κινούνται σε τροχιές που αντιστοιχούν στις γραμμές πεδίου. Δεδομένου ότι όλες αυτές οι γραμμές δύναμης εξέρχονται από έναν πόλο της Γης και εισέρχονται στον αντίθετο πόλο, τα κινούμενα φορτισμένα σωματίδια καταλήγουν στον έναν ή τον άλλο πόλο της Γης.

Τα ταχέως φορτισμένα σωματίδια που εισέρχονται στην ατμόσφαιρα της Γης κοντά στους πόλους συναντούν ατμοσφαιρικά μόρια. Οι συγκρούσεις μεταξύ των σωματιδίων της ηλιακής ακτινοβολίας και των μορίων αερίου μπορεί να οδηγήσουν σε ιονισμό των τελευταίων και τα ηλεκτρόνια εκτινάσσονται από ορισμένα μόρια. Λόγω του γεγονότος ότι τα ιονισμένα μόρια έχουν περισσότερη ενέργεια από τα απιονισμένα, τα ιόντα ηλεκτρονίων και αερίων τείνουν να ανασυνδυάζονται. Σε περιπτώσεις όπου τα ιόντα επανενώνονται με προηγουμένως χαμένα ηλεκτρόνια, εκπέμπεται ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Ο όρος "aurora" χρησιμοποιείται για να περιγράψει το ορατό μέρος αυτής της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

Η παρουσία ενός γεωμαγνητικού πεδίου είναι ένας από τους ευνοϊκούς παράγοντες για όλες τις μορφές ζωής, γιατί αυτό το πεδίο χρησιμεύει ως «στέγη» που προστατεύει το κεντρικό τμήμα του πλανήτη από συνεχή βομβαρδισμό από γρήγορα σωματίδια ηλιακής προέλευσης.

Τραγουδώντας φλόγα

Μια φλόγα που τοποθετείται σε ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο μπορεί να δημιουργήσει ήχους στη συχνότητα του μαγνητικού πεδίου. Μια φλόγα αποτελείται από αέρια προϊόντα υψηλής θερμοκρασίας που σχηματίζονται κατά τη διάρκεια ορισμένων χημικών αντιδράσεων. Όταν, υπό την επίδραση της υψηλής θερμοκρασίας, τα τροχιακά ηλεκτρόνια διαχωρίζονται από ορισμένα μόρια αερίου, δημιουργείται ένα πλούσιο μείγμα ελεύθερων ηλεκτρονίων και θετικών ιόντων.

Με αυτόν τον τρόπο, η φλόγα παράγει τόσο ηλεκτρόνια όσο και θετικά ιόντα, τα οποία μπορούν να χρησιμεύσουν ως φορείς για τη διατήρηση του ηλεκτρικού ρεύματος. Ταυτόχρονα, η φλόγα δημιουργεί διαβαθμίσεις θερμοκρασίας που προκαλούν μετααγωγικές ροές αερίων που σχηματίζουν τη φλόγα.Δεδομένου ότι οι φορείς ηλεκτρικού φορτίου αποτελούν αναπόσπαστο μέρος των αερίων, οι ροές μεταφοράς είναι επίσης ηλεκτρικά ρεύματα.

Αυτά τα ηλεκτρικά ρεύματα μεταφοράς που υπάρχουν στη φλόγα, παρουσία ενός εξωτερικού μαγνητικού πεδίου, υπόκεινται στη δράση των δυνάμεων Lorentz. Ανάλογα με τη φύση της αλληλεπίδρασης μεταξύ του ρεύματος και του πεδίου, η εφαρμογή ενός εξωτερικού μαγνητικού πεδίου μπορεί είτε να μειώσει είτε να αυξήσει τη φωτεινότητα της φλόγας.

Η πίεση των αερίων στη φλόγα που αλληλεπιδρούν με ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο διαμορφώνεται από τις δυνάμεις Lorentz που δρουν στις ροές μεταφοράς. Δεδομένου ότι οι ηχητικές δονήσεις δημιουργούνται ως αποτέλεσμα της διαμόρφωσης της πίεσης του αερίου, η φλόγα μπορεί να χρησιμεύσει ως μετατροπέας που μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε ήχο.Μια φλόγα που έχει τις ιδιότητες που περιγράφονται ονομάζεται φλόγα τραγουδιού.

Μαγνητόσφαιρα

Η μαγνητόσφαιρα είναι η περιοχή του περιβάλλοντος της Γης όπου το μαγνητικό πεδίο παίζει κυρίαρχο ρόλο. Αυτό το πεδίο είναι το διανυσματικό άθροισμα του μαγνητικού πεδίου της Γης ή του γεωμαγνητικού πεδίου και των μαγνητικών πεδίων που σχετίζονται με την ηλιακή ακτινοβολία. Ως υπερθερμασμένο σώμα που υφίσταται ισχυρές θερμικές και ραδιενεργές διαταραχές, ο Ήλιος εκτοξεύει τεράστιες ποσότητες πλάσματος που αποτελείται από περίπου μισά ηλεκτρόνια και μισά πρωτόνια.

Αν και πλάσμα αίματος εκτινάσσεται από την επιφάνεια του Ήλιου προς όλες τις κατευθύνσεις, ένα σημαντικό μέρος του, απομακρύνοντας από τον Ήλιο, σχηματίζει ένα ίχνος που κατευθύνεται περισσότερο ή λιγότερο προς μία κατεύθυνση υπό την επίδραση της κίνησης του Ήλιου στο διάστημα. Αυτή η μετανάστευση του πλάσματος ονομάζεται ηλιακός άνεμος.

Όσο τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια που αποτελούν τον ηλιακό άνεμο κινούνται μαζί, έχοντας ίσες συγκεντρώσεις, δεν δημιουργούν μαγνητικό πεδίο. Ωστόσο, οποιεσδήποτε διαφορές στην ταχύτητα μετατόπισής τους δημιουργούν ηλεκτρικό ρεύμα και οι διαφορές στη συγκέντρωση δημιουργούν μια τάση ικανή να παράγει ηλεκτρικό ρεύμα. Σε κάθε περίπτωση, τα ρεύματα πλάσματος δημιουργούν αντίστοιχα μαγνητικά πεδία.

Η Γη βρίσκεται στο μονοπάτι του ηλιακού ανέμου. Όταν τα σωματίδια του και το σχετικό μαγνητικό τους πεδίο πλησιάζουν τη Γη, αλληλεπιδρούν με το γεωμαγνητικό πεδίο. Ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης, αλλάζουν και τα δύο πεδία. Έτσι, το σχήμα και τα χαρακτηριστικά του γεωμαγνητικού πεδίου καθορίζονται εν μέρει από τον ηλιακό άνεμο που διέρχεται από αυτό.

Η ακτινοβολία του Ήλιου είναι εξαιρετικά μεταβλητή τόσο στο χρόνο όσο και στο χώρο — σε όλη την επιφάνεια του Ήλιου.Όταν ο ήλιος περιστρέφεται γύρω από τον άξονά του, ο ηλιακός άνεμος βρίσκεται σε κατάσταση ροής. Λόγω του γεγονότος ότι η Γη περιστρέφεται επίσης γύρω από τον άξονά της, η φύση της αλληλεπίδρασης μεταξύ του ηλιακού ανέμου και του γεωμαγνητικού πεδίου αλλάζει επίσης συνεχώς.

Οι βασικές εκδηλώσεις αυτών των μεταβαλλόμενων αλληλεπιδράσεων ονομάζονται μαγνητοσφαιρικές καταιγίδες στον ηλιακό άνεμο και μαγνητικές καταιγίδες στο γεωμαγνητικό πεδίο. Άλλα φαινόμενα που σχετίζονται με τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των σωματιδίων του ηλιακού ανέμου και της μαγνητόσφαιρας είναι τα σέλας που αναφέρονται παραπάνω και το ηλεκτρικό ρεύμα που ρέει στην ατμόσφαιρα γύρω από τη Γη από την ανατολή προς τη δύση.