Correntes iônicas e fenômenos magnéticos naturais

Se partículas carregadas se movem em um gás na presença de um campo magnético externo, elas são livres para descrever uma parte significativa de sua trajetória de magnetron. No entanto, cada trajetória não necessariamente se completa completamente. Pode ser quebrado por uma colisão entre uma partícula em movimento e qualquer molécula de gás.

Essas colisões às vezes apenas desviam a direção do movimento das partículas, transferindo-as para novas trajetórias; no entanto, com colisões suficientemente fortes, a ionização das moléculas de gás também é possível. No período pós-colisão que leva à ionização, é necessário levar em conta a existência de três partículas carregadas - a partícula original em movimento, o íon do gás e o elétron liberado. Os movimentos da partícula ionizante antes da colisão, do íon do gás, do elétron liberado e da partícula ionizante após a colisão são afetados por forças de Lorentz.

A interação de partículas ionizantes e ionizadas com um campo magnético à medida que essas partículas se movem em um gás dá origem a vários fenômenos magnéticos naturais – aurora, chama cantante, vento solar e tempestades magnéticas.

Luzes polares

As luzes do norte são o brilho no céu que às vezes é visto. região do pólo norte da Terra. Esse fenômeno ocorre como resultado da deionização das moléculas atmosféricas após serem ionizadas pela radiação solar. Um fenômeno semelhante no hemisfério sul da Terra é chamado de luzes do sul. O sol emite grandes quantidades de energia em muitas formas diferentes. Uma dessas formas é carregada de partículas rápidas de vários tipos, irradiando em todas as direções. As partículas que se movem em direção à Terra caem no campo geomagnético.

Todas as partículas carregadas do espaço extraterrestre que caem no campo geomagnético, independentemente da direção inicial do movimento, movem-se para trajetórias correspondentes às linhas de campo. Como todas essas linhas de força saem de um pólo da Terra e entram no pólo oposto, as partículas carregadas em movimento terminam em um ou outro pólo da Terra.

As partículas carregadas rapidamente que entram na atmosfera da Terra perto dos pólos encontram moléculas atmosféricas. Colisões entre partículas de radiação solar e moléculas de gás podem levar à ionização destas últimas, e elétrons são eliminados de algumas moléculas. Devido ao fato de que as moléculas ionizadas têm mais energia do que as deionizadas, elétrons e íons de gás tendem a se recombinar. Nos casos em que os íons são reunidos com os elétrons perdidos anteriormente, a energia eletromagnética é emitida. O termo "aurora" é usado para descrever a parte visível desta radiação eletromagnética.

A presença de um campo geomagnético é um dos fatores favoráveis ​​para todas as formas de vida, pois esse campo serve como um “teto” que protege a parte central do globo do bombardeio contínuo por partículas rápidas de origem solar.

Chama cantante

Uma chama colocada em um campo magnético alternado pode gerar sons na frequência do campo magnético. Uma chama consiste em produtos gasosos de alta temperatura formados durante certas reações químicas. Quando, sob a influência de alta temperatura, os elétrons orbitais são separados de algumas moléculas de gás, uma rica mistura de elétrons livres e íons positivos é criada.

Desta forma, a chama gera tanto elétrons quanto íons positivos, que podem servir como portadores para manter a corrente elétrica. Ao mesmo tempo, a chama cria gradientes de temperatura que causam fluxos convectivos de gases que formam a chama.Como os portadores de carga elétrica são parte integrante dos gases, os fluxos de convecção também são correntes elétricas.

Estas correntes elétricas de convecção existentes na chama, na presença de um campo magnético externo, estão sujeitas à ação das forças de Lorentz. Dependendo da natureza da interação entre a corrente e o campo, a aplicação de um campo magnético externo pode diminuir ou aumentar o brilho da chama.

A pressão dos gases na chama interagindo com um campo magnético alternado é modulada pelas forças de Lorentz que atuam nos fluxos de convecção. Como as vibrações sonoras são geradas como resultado da modulação da pressão do gás, a chama pode servir como um transdutor que converte energia elétrica em som.Uma chama que possui as propriedades descritas é chamada de chama cantante.

Magnetosfera

A magnetosfera é a região do ambiente da Terra onde o campo magnético desempenha um papel dominante. Este campo é a soma vetorial do próprio campo magnético da Terra, ou campo geomagnético, e os campos magnéticos associados à radiação solar. Como um corpo superaquecido submetido a fortes perturbações térmicas e radioativas, o Sol ejeta grandes quantidades de plasma consistindo de aproximadamente metade de elétrons e metade de prótons.

Embora plasma é ejetado da superfície do Sol em todas as direções, uma parte significativa dela, afastando-se do Sol, forma uma trilha direcionada mais ou menos em uma direção sob a influência do movimento do Sol no espaço. Essa migração de plasma é chamada de vento solar.

Enquanto os elétrons e prótons que compõem o vento solar se movem juntos, tendo concentrações iguais, eles não criam um campo magnético. No entanto, quaisquer diferenças em sua velocidade de deriva geram uma corrente elétrica e diferenças de concentração geram uma tensão capaz de produzir uma corrente elétrica. Em cada caso, as correntes de plasma geram campos magnéticos correspondentes.

A Terra está no caminho do vento solar. Quando suas partículas e seu campo magnético associado se aproximam da Terra, elas interagem com o campo geomagnético. Como resultado da interação, ambos os campos mudam. Assim, a forma e as características do campo geomagnético são determinadas em parte pelo vento solar que passa por ele.

A atividade radiativa do Sol é extremamente variável tanto no tempo quanto no espaço – em toda a superfície do Sol.Quando o sol gira em seu eixo, o vento solar está em um estado de fluxo. Devido ao fato de a Terra também girar em seu eixo, a natureza da interação entre o vento solar e o campo geomagnético também muda constantemente.

Manifestações essenciais dessas interações mutáveis ​​são chamadas de tempestades magnetosféricas no vento solar e tempestades magnéticas no campo geomagnético. Outros fenômenos relacionados às interações entre as partículas do vento solar e a magnetosfera são as auroras mencionadas acima e a corrente elétrica que flui na atmosfera ao redor da Terra de leste a oeste.