Corrents iònics i fenòmens magnètics naturals

Si les partícules carregades es mouen en un gas en presència d'un camp magnètic extern, són lliures de descriure una part important de la seva trajectòria de magnetrons. Tanmateix, cada trajectòria no necessàriament es completa completament. Es pot trencar per una col·lisió entre una partícula en moviment i qualsevol molècula de gas.

Aquestes col·lisions de vegades només desvien la direcció de moviment de les partícules, transferint-les a noves trajectòries; tanmateix, amb col·lisions prou fortes, també és possible la ionització de molècules de gas. En el període posterior a la col·lisió que porta a la ionització, cal tenir en compte l'existència de tres partícules carregades: la partícula en moviment original, l'ió de gas i l'electró alliberat. Els moviments de la partícula ionitzant abans de la col·lisió, l'ió de gas, l'electró alliberat i la partícula ionitzant després de la col·lisió es veuen afectats per forces de Lorentz.

La interacció de partícules ionitzants i ionitzades amb un camp magnètic a mesura que aquestes partícules es mouen en un gas dóna lloc a diversos fenòmens magnètics naturals: aurora, flama cantant, vent solar i tempestes magnètiques.

Llums polars

Les aurores boreals són la resplendor del cel que de vegades es veu. regió del pol nord de la Terra. Aquest fenomen es produeix com a conseqüència de la desionització de les molècules atmosfèriques després d'ésser ionitzades per la radiació solar. Un fenomen similar a l'hemisferi sud de la Terra s'anomena llums australs. El sol emet grans quantitats d'energia en moltes formes diferents. Una d'aquestes formes és partícules ràpides carregades de diversos tipus, que irradien en totes direccions. Les partícules que es mouen cap a la Terra cauen al camp geomagnètic.

Totes les partícules carregades de l'espai extraterrestre que cauen al camp geomagnètic, independentment de la direcció inicial del moviment, es mouen a trajectòries corresponents a les línies de camp. Com que totes aquestes línies de força surten d'un pol de la Terra i entren al pol oposat, les partícules carregades en moviment acaben a un o altre pol de la Terra.

Les partícules de càrrega ràpida que entren a l'atmosfera terrestre a prop dels pols es troben amb molècules atmosfèriques. Les col·lisions entre les partícules de radiació solar i les molècules de gas poden provocar la ionització d'aquestes últimes, i els electrons queden eliminats d'algunes molècules. A causa del fet que les molècules ionitzades tenen més energia que les desionitzades, els electrons i els ions de gas tendeixen a recombinar-se. En els casos en què els ions es reuneixen amb electrons perduts prèviament, s'emet energia electromagnètica. El terme "aurora" s'utilitza per descriure la part visible d'aquesta radiació electromagnètica.

La presència d'un camp geomagnètic és un dels factors favorables per a totes les formes de vida, perquè aquest camp serveix de "sostre" que protegeix la part central del globus terrestre del bombardeig continu de partícules ràpides d'origen solar.

Flama cantant

Una flama col·locada en un camp magnètic altern pot generar sons a la freqüència del camp magnètic. Una flama està formada per productes gasosos a alta temperatura que es formen durant determinades reaccions químiques. Quan, sota la influència de l'alta temperatura, els electrons orbitals es separen d'algunes molècules de gas, es crea una rica barreja d'electrons lliures i ions positius.

D'aquesta manera, la flama genera tant electrons com ions positius, que poden servir com a portadors per mantenir el corrent elèctric. Al mateix temps, la flama crea gradients de temperatura que provoquen fluxos convectius de gasos que formen la flama.Com que els portadors de càrrega elèctrica són part integrant dels gasos, els fluxos de convecció també són corrents elèctrics.

Aquests corrents elèctrics de convecció existents a la flama, en presència d'un camp magnètic extern, estan subjectes a l'acció de les forces de Lorentz. Depenent de la naturalesa de la interacció entre el corrent i el camp, l'aplicació d'un camp magnètic extern pot disminuir o augmentar la brillantor de la flama.

La pressió dels gasos de la flama que interaccionen amb un camp magnètic altern està modulada per les forces de Lorentz que actuen sobre els fluxos de convecció. Com que les vibracions sonores es generen com a resultat de la modulació de la pressió del gas, la flama pot servir com a transductor que converteix l'energia elèctrica en so.Una flama que té les propietats descrites s'anomena flama cantant.

Magnetosfera

La magnetosfera és la regió de l'entorn terrestre on el camp magnètic té un paper dominant. Aquest camp és la suma vectorial del camp magnètic propi de la Terra, o camp geomagnètic, i dels camps magnètics associats a la radiació solar. Com a cos sobreescalfat que pateix fortes pertorbacions tèrmiques i radioactives, el Sol expulsa grans quantitats de plasma que consisteixen aproximadament en la meitat dels electrons i la meitat dels protons.

Encara que plasma és expulsat de la superfície del Sol en totes direccions, una part important d'aquest, allunyant-se del Sol, forma un rastre dirigit més o menys en una direcció sota la influència del moviment del Sol a l'espai. Aquesta migració del plasma s'anomena vent solar.

Mentre els electrons i protons que formen el vent solar es moguin junts, tenint concentracions iguals, no creen un camp magnètic. Tanmateix, qualsevol diferència en la seva velocitat de deriva genera un corrent elèctric, i les diferències de concentració generen un voltatge capaç de produir un corrent elèctric. En cada cas, els corrents de plasma generen els corresponents camps magnètics.

La Terra està en el camí del vent solar. Quan les seves partícules i el seu camp magnètic associat s'apropen a la Terra, interaccionen amb el camp geomagnètic. Com a resultat de la interacció, ambdós camps canvien. Així, la forma i les característiques del camp geomagnètic estan determinades en part pel vent solar que el travessa.

L'activitat radiativa del Sol és extremadament variable tant en el temps com en l'espai, a través de la superfície del Sol.Quan el sol gira sobre el seu eix, el vent solar està en estat de flux. A causa del fet que la Terra també gira sobre el seu eix, la naturalesa de la interacció entre el vent solar i el camp geomagnètic també està canviant constantment.

Les manifestacions essencials d'aquestes interaccions canviants s'anomenen tempestes magnetosfèriques al vent solar i tempestes magnètiques al camp geomagnètic. Altres fenòmens relacionats amb les interaccions entre les partícules del vent solar i la magnetosfera són les aurores esmentades anteriorment i el corrent elèctric que circula per l'atmosfera al voltant de la Terra d'est a oest.