Correnti ioniche e fenomeni magnetici naturali

Se le particelle cariche si muovono in un gas in presenza di un campo magnetico esterno, sono libere di descrivere una parte significativa della loro traiettoria magnetronica. Tuttavia, ogni traiettoria non si completa necessariamente completamente. Può essere rotto da una collisione tra una particella in movimento e qualsiasi molecola di gas.

Tali collisioni a volte deviano solo la direzione del moto delle particelle, trasferendole su nuove traiettorie; tuttavia, con collisioni sufficientemente forti, è possibile anche la ionizzazione delle molecole di gas. Nel periodo post-collisione che porta alla ionizzazione, è necessario tener conto dell'esistenza di tre particelle cariche: la particella in movimento originaria, lo ione gas e l'elettrone liberato. I movimenti della particella ionizzante prima della collisione, dello ione gas, dell'elettrone rilasciato e della particella ionizzante dopo la collisione sono influenzati da Forze di Lorentz.

L'interazione di particelle ionizzanti e ionizzate con un campo magnetico mentre queste particelle si muovono in un gas dà origine a vari fenomeni magnetici naturali: aurore, fiamme cantanti, vento solare e tempeste magnetiche.

Luci polari

L'aurora boreale è il bagliore nel cielo che a volte si vede. regione del polo nord terrestre. Questo fenomeno si verifica a seguito della deionizzazione delle molecole atmosferiche dopo che sono state ionizzate dalla radiazione solare. Un fenomeno simile nell'emisfero australe della Terra è chiamato l'aurora boreale. Il sole emette grandi quantità di energia in molte forme diverse. Una di queste forme è carica di particelle veloci di vario genere, che si irradiano in tutte le direzioni. Le particelle che si muovono verso la Terra cadono nel campo geomagnetico.

Tutte le particelle cariche provenienti dallo spazio extraterrestre che cadono nel campo geomagnetico, indipendentemente dalla direzione iniziale del movimento, si spostano su traiettorie corrispondenti alle linee del campo. Poiché tutte queste linee di forza escono da un polo della Terra ed entrano nel polo opposto, le particelle cariche in movimento finiscono all'uno o all'altro polo della Terra.

Le particelle caricate rapidamente che entrano nell'atmosfera terrestre vicino ai poli incontrano molecole atmosferiche. Le collisioni tra particelle di radiazione solare e molecole di gas possono portare alla ionizzazione di quest'ultima e gli elettroni vengono eliminati da alcune molecole. A causa del fatto che le molecole ionizzate hanno più energia di quelle deionizzate, gli elettroni e gli ioni gas tendono a ricombinarsi. Nei casi in cui gli ioni vengono riuniti con elettroni precedentemente persi, viene emessa energia elettromagnetica. Il termine "aurora" è usato per descrivere la parte visibile di questa radiazione elettromagnetica.

La presenza di un campo geomagnetico è uno dei fattori favorevoli per tutte le forme di vita, perché questo campo funge da "tetto" che protegge la parte centrale del globo dal continuo bombardamento di particelle veloci di origine solare.

Fiamma che canta

Una fiamma posta in un campo magnetico alternato può generare suoni alla frequenza del campo magnetico. Una fiamma è costituita da prodotti gassosi ad alta temperatura formati durante determinate reazioni chimiche. Quando, sotto l'influenza dell'alta temperatura, gli elettroni orbitali vengono separati da alcune molecole di gas, si crea una ricca miscela di elettroni liberi e ioni positivi.

In questo modo la fiamma genera sia elettroni che ioni positivi, che possono fungere da portatori per mantenere la corrente elettrica. Allo stesso tempo, la fiamma crea gradienti di temperatura che provocano flussi convettivi di gas che formano la fiamma.Poiché i portatori di carica elettrica sono parte integrante dei gas, anche i flussi di convezione sono correnti elettriche.

Queste correnti elettriche di convezione esistenti nella fiamma, in presenza di un campo magnetico esterno, sono soggette all'azione delle forze di Lorentz. A seconda della natura dell'interazione tra la corrente e il campo, l'applicazione di un campo magnetico esterno può diminuire o aumentare la luminosità della fiamma.

La pressione dei gas nella fiamma che interagiscono con un campo magnetico alternato è modulata dalle forze di Lorentz che agiscono sui flussi di convezione. Poiché le vibrazioni sonore sono generate dalla modulazione della pressione del gas, la fiamma può fungere da trasduttore che converte l'energia elettrica in suono.Una fiamma che ha le proprietà descritte è chiamata fiamma che canta.

Magnetosfera

La magnetosfera è la regione dell'ambiente terrestre in cui il campo magnetico gioca un ruolo dominante. Questo campo è la somma vettoriale del campo magnetico terrestre, o campo geomagnetico, e dei campi magnetici associati alla radiazione solare. Essendo un corpo surriscaldato sottoposto a forti disturbi termici e radioattivi, il Sole emette grandi quantità di plasma costituito da circa metà elettroni e metà protoni.

Sebbene plasma viene espulso dalla superficie del Sole in tutte le direzioni, una parte significativa di esso, allontanandosi dal Sole, forma una scia diretta più o meno in una direzione sotto l'influenza del movimento del Sole nello spazio. Questa migrazione del plasma è chiamata vento solare.

Finché gli elettroni e i protoni che compongono il vento solare si muovono insieme, avendo concentrazioni uguali, non creano un campo magnetico. Tuttavia, eventuali differenze nella loro velocità di deriva generano una corrente elettrica e le differenze di concentrazione generano una tensione in grado di produrre una corrente elettrica. In ogni caso, le correnti di plasma generano campi magnetici corrispondenti.

La Terra è nel percorso del vento solare. Quando le sue particelle e il loro campo magnetico associato si avvicinano alla Terra, interagiscono con il campo geomagnetico. Come risultato dell'interazione, entrambi i campi cambiano. Pertanto, la forma e le caratteristiche del campo geomagnetico sono determinate in parte dal vento solare che lo attraversa.

L'attività radiativa del Sole è estremamente variabile sia nel tempo che nello spazio, attraverso la superficie del Sole.Quando il sole ruota sul suo asse, il vento solare è in uno stato di flusso. A causa del fatto che anche la Terra ruota sul proprio asse, anche la natura dell'interazione tra il vento solare e il campo geomagnetico cambia costantemente.

Le manifestazioni essenziali di queste interazioni mutevoli sono chiamate tempeste magnetosferiche nel vento solare e tempeste magnetiche nel campo geomagnetico. Altri fenomeni legati alle interazioni tra le particelle del vento solare e la magnetosfera sono le aurore menzionate sopra e la corrente elettrica che scorre nell'atmosfera attorno alla Terra da est a ovest.