التيارات الأيونية والظواهر المغناطيسية الطبيعية
إذا تحركت الجسيمات المشحونة في غاز في وجود مجال مغناطيسي خارجي ، فلها الحرية في وصف جزء كبير من مسار المغنطرون الخاص بها. ومع ذلك ، فإن كل مسار لا يكتمل بالضرورة بشكل كامل. يمكن كسرها عن طريق الاصطدام بين جسيم متحرك وأي جزيء غاز.
تؤدي مثل هذه الاصطدامات في بعض الأحيان فقط إلى تحويل اتجاه حركة الجسيمات ، وتحويلها إلى مسارات جديدة ؛ ومع ذلك ، مع الاصطدامات القوية بما فيه الكفاية ، يمكن أيضًا تأين جزيئات الغاز. في فترة ما بعد الاصطدام المؤدية إلى التأين ، من الضروري مراعاة وجود ثلاث جسيمات مشحونة - الجسيم المتحرك الأصلي ، وأيون الغاز ، والإلكترون المتحرر. تتأثر حركات الجسيم المؤين قبل الاصطدام ، وأيون الغاز ، والإلكترون المنطلق ، والجسيم المؤين بعد الاصطدام بـ قوات لورنتز.
يؤدي تفاعل الجسيمات المؤينة والمتأينة مع المجال المغناطيسي أثناء تحرك هذه الجسيمات في الغاز إلى ظهور ظواهر مغناطيسية طبيعية مختلفة - الشفق القطبي ، واللهب الغنائي ، والرياح الشمسية ، والعواصف المغناطيسية.
الشفق القطبية
الأضواء الشمالية هي التوهج في السماء الذي يُرى أحيانًا. منطقة القطب الشمالي للأرض. تحدث هذه الظاهرة نتيجة إزالة الأيونات من جزيئات الغلاف الجوي بعد أن تتأين بالإشعاع الشمسي. ظاهرة مماثلة في النصف الجنوبي من الكرة الأرضية تسمى الأضواء الجنوبية. تبعث الشمس كميات كبيرة من الطاقة في العديد من الأشكال المختلفة. أحد هذه الأشكال عبارة عن جسيمات سريعة مشحونة من أنواع مختلفة ، تشع في جميع الاتجاهات. تسقط الجسيمات التي تتحرك نحو الأرض في المجال المغنطيسي الأرضي.
جميع الجسيمات المشحونة من الفضاء خارج الأرض والتي تقع في المجال المغنطيسي الأرضي ، بغض النظر عن الاتجاه الأولي للحركة ، تنتقل إلى المسارات المقابلة لخطوط المجال. نظرًا لأن كل خطوط القوة هذه تخرج من أحد أقطاب الأرض وتدخل القطب المعاكس ، فإن الجسيمات المشحونة المتحركة تنتهي في أحد قطبي الأرض أو الآخر.
تواجه الجسيمات المشحونة بسرعة التي تدخل الغلاف الجوي للأرض بالقرب من القطبين جزيئات الغلاف الجوي. يمكن أن يؤدي الاصطدام بين جزيئات الإشعاع الشمسي وجزيئات الغاز إلى تأين الأخير ، ويتم طرد الإلكترونات من بعض الجزيئات. نظرًا لحقيقة أن الجزيئات المتأينة لديها طاقة أكثر من الجزيئات منزوعة الأيونات ، تميل الإلكترونات وأيونات الغاز إلى إعادة الاتحاد. في الحالات التي يتم فيها لم شمل الأيونات بالإلكترونات المفقودة سابقًا ، تنبعث الطاقة الكهرومغناطيسية. يستخدم مصطلح "الشفق القطبي" لوصف الجزء المرئي من هذا الإشعاع الكهرومغناطيسي.
يعد وجود المجال المغنطيسي الأرضي أحد العوامل المفضلة لجميع أشكال الحياة ، لأن هذا المجال يعمل بمثابة "سقف" يحمي الجزء المركزي من الكرة الأرضية من القصف المستمر بواسطة جزيئات سريعة من أصل شمسي.
شعلة الغناء
يمكن أن يولد اللهب الموجود في مجال مغناطيسي متناوب أصواتًا عند تردد المجال المغناطيسي. يتكون اللهب من منتجات غازية عالية الحرارة تتشكل أثناء تفاعلات كيميائية معينة. عندما يتم فصل الإلكترونات المدارية عن بعض جزيئات الغاز تحت تأثير درجة الحرارة المرتفعة ، يتم تكوين خليط غني من الإلكترونات الحرة والأيونات الموجبة.
بهذه الطريقة ، يولد اللهب كلاً من الإلكترونات والأيونات الموجبة ، والتي يمكن أن تكون بمثابة ناقلات للحفاظ على التيار الكهربائي. في الوقت نفسه ، يخلق اللهب تدرجات حرارة تسبب تدفقات الحمل الحراري للغازات التي تشكل اللهب ، وبما أن ناقلات الشحنة الكهربائية هي جزء لا يتجزأ من الغازات ، فإن تدفقات الحمل الحراري هي أيضًا تيارات كهربائية.
هذه التيارات الكهربائية بالحمل الحراري الموجودة في اللهب ، في وجود مجال مغناطيسي خارجي ، تخضع لتأثير قوى لورنتز. اعتمادًا على طبيعة التفاعل بين التيار والمجال ، يمكن أن يؤدي تطبيق مجال مغناطيسي خارجي إما إلى تقليل أو زيادة سطوع اللهب.
يتم تعديل ضغط الغازات في اللهب المتفاعل مع مجال مغناطيسي متناوب بواسطة قوى لورنتز التي تعمل على تدفقات الحمل الحراري. نظرًا لأن الاهتزازات الصوتية تتولد نتيجة تعديل ضغط الغاز ، يمكن أن يعمل اللهب كمحول للطاقة يحول الطاقة الكهربائية إلى صوت.يطلق على اللهب الذي له الخصائص الموصوفة لهبًا غنائيًا.
الغلاف المغناطيسي
الغلاف المغناطيسي هو منطقة بيئة الأرض حيث يلعب المجال المغناطيسي دورًا مهيمنًا. هذا المجال هو مجموع متجه للمجال المغناطيسي للأرض ، أو المجال المغنطيسي الأرضي ، والمجالات المغناطيسية المرتبطة بالإشعاع الشمسي. كجسم شديد الحرارة يخضع لاضطرابات حرارية وإشعاعية قوية ، تقذف الشمس كميات هائلة من البلازما تتكون من نصف إلكترونات ونصف بروتونات تقريبًا.
بالرغم من بلازما يقذف من سطح الشمس في جميع الاتجاهات ، جزء كبير منه ، مبتعدًا عن الشمس ، يشكل مسارًا موجهًا إلى حد ما في اتجاه واحد تحت تأثير حركة الشمس في الفضاء. تسمى هجرة البلازما هذه بالرياح الشمسية.
طالما أن الإلكترونات والبروتونات التي تشكل الرياح الشمسية تتحرك معًا ، ولها تركيزات متساوية ، فإنها لا تخلق مجالًا مغناطيسيًا. ومع ذلك ، فإن أي اختلافات في سرعة الانجراف تولد تيارًا كهربائيًا ، وتولد الاختلافات في التركيز جهدًا قادرًا على إنتاج تيار كهربائي. في كل حالة ، تولد تيارات البلازما مجالات مغناطيسية مقابلة.
الأرض في مسار الرياح الشمسية. عندما تقترب جسيماتها والمجال المغناطيسي المرتبط بها من الأرض ، فإنها تتفاعل مع المجال المغنطيسي الأرضي. نتيجة للتفاعل ، يتغير كلا المجالين. وبالتالي ، يتم تحديد شكل وخصائص المجال المغنطيسي الأرضي جزئيًا بواسطة الرياح الشمسية التي تمر عبره.
إن النشاط الإشعاعي للشمس متغير للغاية في الزمان والمكان - عبر سطح الشمس.عندما تدور الشمس حول محورها ، تكون الرياح الشمسية في حالة تدفق. نظرًا لحقيقة أن الأرض تدور أيضًا حول محورها ، فإن طبيعة التفاعل بين الرياح الشمسية والحقل المغنطيسي الأرضي تتغير باستمرار أيضًا.
المظاهر الأساسية لهذه التفاعلات المتغيرة تسمى عواصف الغلاف المغناطيسي في الرياح الشمسية والعواصف المغناطيسية في المجال المغنطيسي الأرضي. الظواهر الأخرى المتعلقة بالتفاعلات بين جزيئات الرياح الشمسية والغلاف المغناطيسي هي الشفق المذكور أعلاه والتيار الكهربائي المتدفق في الغلاف الجوي حول الأرض من الشرق إلى الغرب.