Йонни токове и природни магнитни явления

Ако заредените частици се движат в газ в присъствието на външно магнитно поле, те могат свободно да опишат значителна част от траекторията си на магнетрон. Всяка траектория обаче не е задължително да завърши напълно. Тя може да бъде прекъсната от сблъсък между движеща се частица и всяка молекула газ.

Такива сблъсъци понякога само отклоняват посоката на движение на частиците, прехвърляйки ги към нови траектории; обаче при достатъчно силни сблъсъци е възможна и йонизация на газовите молекули. В периода след сблъсъка, водещ до йонизация, е необходимо да се вземе предвид съществуването на три заредени частици — първоначалната движеща се частица, газовия йон и освободения електрон. Движенията на йонизиращата частица преди сблъсъка, газовия йон, освободения електрон и йонизиращата частица след сблъсъка се влияят от Сили на Лоренц.

Взаимодействието на йонизиращи и йонизирани частици с магнитно поле, когато тези частици се движат в газ, поражда различни природни магнитни явления — сияние, пеещ пламък, слънчев вятър и магнитни бури.

Полярни светлини

Северното сияние е сиянието на небето, което понякога се вижда. област на северния полюс на Земята. Това явление възниква в резултат на дейонизацията на атмосферните молекули, след като те са йонизирани от слънчевата радиация. Подобно явление в южното полукълбо на Земята се нарича южното сияние. Слънцето излъчва големи количества енергия в много различни форми. Една от тези форми са заредени бързи частици от различни видове, излъчвани във всички посоки. Частиците, движещи се към Земята, попадат в геомагнитното поле.

Всички заредени частици от извънземно пространство, попаднали в геомагнитното поле, независимо от началната посока на движение, преминават към траектории, съответстващи на силовите линии на полето. Тъй като всички тези силови линии излизат от единия полюс на Земята и влизат в противоположния полюс, движещите се заредени частици се оказват на единия или другия полюс на Земята.

Бързо заредените частици, влизащи в земната атмосфера близо до полюсите, се срещат с атмосферни молекули. Сблъсъците между частици слънчева радиация и газови молекули могат да доведат до йонизация на последната, а електроните се избиват от някои молекули. Поради факта, че йонизираните молекули имат повече енергия от дейонизираните, електроните и газовите йони са склонни да се рекомбинират. В случаите, когато йони се събират отново с загубени преди това електрони, се излъчва електромагнитна енергия. Терминът «полярно сияние» се използва за описание на видимата част от това електромагнитно излъчване.

Наличието на геомагнитно поле е един от благоприятните фактори за всички форми на живот, тъй като това поле служи като „покрив“, който предпазва централната част на земното кълбо от непрекъснато бомбардиране от бързи частици от слънчев произход.

Пеещ пламък

Пламъкът, поставен в променливо магнитно поле, може да генерира звуци с честота на магнитното поле. Пламъкът се състои от високотемпературни газообразни продукти, образувани при определени химични реакции. Когато под въздействието на висока температура орбиталните електрони се отделят от някои газови молекули, се създава богата смес от свободни електрони и положителни йони.

По този начин пламъкът генерира както електрони, така и положителни йони, които могат да служат като носители за поддържане на електрическия ток. В същото време пламъкът създава температурни градиенти, които причиняват конвективни потоци от газове, които образуват пламъка.Тъй като носителите на електрически заряд са неразделна част от газовете, конвекционните потоци също са електрически токове.

Тези конвекционни електрически токове, съществуващи в пламъка, в присъствието на външно магнитно поле, са обект на действието на силите на Лоренц. В зависимост от естеството на взаимодействието между тока и полето, прилагането на външно магнитно поле може или да намали, или да увеличи яркостта на пламъка.

Налягането на газовете в пламъка, взаимодействащо с променливо магнитно поле, се модулира от силите на Лоренц, които действат върху конвекционните потоци. Тъй като звуковите вибрации се генерират в резултат на модулация на налягането на газа, пламъкът може да служи като преобразувател, който преобразува електрическата енергия в звук. Пламък, който има описаните свойства, се нарича пеещ пламък.

Магнитосфера

Магнитосферата е районът на земната среда, където магнитното поле играе доминираща роля. Това поле е векторната сума на собственото магнитно поле на Земята или геомагнитното поле и магнитните полета, свързани със слънчевата радиация. Като прегрято тяло, подложено на силни термични и радиоактивни смущения, Слънцето изхвърля огромни количества плазма, състояща се от приблизително половината електрони и половината протони.

Въпреки че плазма се изхвърля от повърхността на Слънцето във всички посоки, значителна част от него, отдалечавайки се от Слънцето, образува следа, насочена повече или по -малко в една посока под въздействието на движението на Слънцето в космоса. Тази миграция на плазма се нарича слънчев вятър.

Докато електроните и протоните, съставляващи слънчевия вятър, се движат заедно, като имат равни концентрации, те не създават магнитно поле. Въпреки това, всякакви разлики в скоростта на дрейфа им генерират електрически ток, а разликите в концентрациите генерират напрежение, способно да произвежда електрически ток. Във всеки случай плазмените токове генерират съответни магнитни полета.

Земята е по пътя на слънчевия вятър. Когато нейните частици и свързаното с тях магнитно поле се приближат до Земята, те взаимодействат с геомагнитното поле. В резултат на взаимодействието и двете полета се променят. По този начин формата и характеристиките на геомагнитното поле се определят отчасти от преминаващия през него слънчев вятър.

Излъчвателната активност на Слънцето е изключително променлива както във времето, така и в пространството — по повърхността на Слънцето. Когато слънцето се върти около оста си, слънчевият вятър е в състояние на поток. Поради факта, че Земята също се върти около оста си, естеството на взаимодействието между слънчевия вятър и геомагнитното поле също се променя постоянно.

Съществени прояви на тези променящи се взаимодействия се наричат ​​магнитосферни бури в слънчевия вятър и магнитни бури в геомагнитното поле. Други явления, свързани с взаимодействията между частиците на слънчевия вятър и магнитосферата, са полярните сияния, споменати по -горе, и електрическият ток, протичащ в атмосферата около Земята от изток на запад.