Courants ioniques et phénomènes magnétiques naturels
Si des particules chargées se déplacent dans un gaz en présence d'un champ magnétique extérieur, elles sont libres de décrire une partie importante de leur trajectoire magnétron. Cependant, chaque trajectoire ne se termine pas nécessairement complètement. Il peut être brisé par une collision entre une particule en mouvement et n'importe quelle molécule de gaz.
De telles collisions ne font parfois que dévier la direction du mouvement des particules, les transférant sur de nouvelles trajectoires ; cependant, avec des collisions suffisamment fortes, l'ionisation des molécules de gaz est également possible. Dans la période post-collision conduisant à l'ionisation, il est nécessaire de prendre en compte l'existence de trois particules chargées : la particule mobile d'origine, l'ion gazeux et l'électron libéré. Les mouvements de la particule ionisante avant la collision, de l'ion gazeux, de l'électron libéré et de la particule ionisante après la collision sont affectés par Force de Lorentz.
L'interaction des particules ionisantes et ionisées avec un champ magnétique lorsque ces particules se déplacent dans un gaz donne lieu à divers phénomènes magnétiques naturels - aurore, flamme chantante, vent solaire et orages magnétiques.
Aurores polaires
Les aurores boréales sont la lueur dans le ciel que l'on voit parfois. région du pôle nord de la Terre. Ce phénomène se produit à la suite de la déionisation des molécules atmosphériques après leur ionisation par le rayonnement solaire. Un phénomène similaire dans l'hémisphère sud de la Terre s'appelle les aurores australes. Le soleil émet de grandes quantités d'énergie sous de nombreuses formes différentes. L'une de ces formes est chargée de particules rapides de divers types, rayonnant dans toutes les directions. Les particules se déplaçant vers la Terre tombent dans le champ géomagnétique.
Toutes les particules chargées de l'espace extraterrestre qui tombent dans le champ géomagnétique, quelle que soit la direction initiale du mouvement, se déplacent sur des trajectoires correspondant aux lignes de champ. Puisque toutes ces lignes de force sortent d'un pôle de la Terre et entrent dans le pôle opposé, les particules chargées en mouvement se retrouvent à l'un ou l'autre pôle de la Terre.
Les particules rapidement chargées entrant dans l'atmosphère terrestre près des pôles rencontrent des molécules atmosphériques. Les collisions entre les particules de rayonnement solaire et les molécules de gaz peuvent conduire à l'ionisation de ces dernières, et des électrons sont expulsés de certaines molécules. En raison du fait que les molécules ionisées ont plus d'énergie que les molécules désionisées, les électrons et les ions de gaz ont tendance à se recombiner. Dans les cas où les ions sont réunis avec des électrons précédemment perdus, de l'énergie électromagnétique est émise. Le terme "aurore" est utilisé pour décrire la partie visible de ce rayonnement électromagnétique.
La présence d'un champ géomagnétique est l'un des facteurs favorables à toutes les formes de vie, car ce champ sert de "toit" qui protège la partie centrale du globe du bombardement continu des particules rapides d'origine solaire.
Flamme chantante
Une flamme placée dans un champ magnétique alternatif peut générer des sons à la fréquence du champ magnétique. Une flamme est constituée de produits gazeux à haute température formés lors de certaines réactions chimiques. Lorsque, sous l'influence d'une température élevée, les électrons orbitaux sont séparés de certaines molécules de gaz, un riche mélange d'électrons libres et d'ions positifs est créé.
De cette façon, la flamme génère à la fois des électrons et des ions positifs, qui peuvent servir de porteurs pour maintenir le courant électrique. Dans le même temps, la flamme crée des gradients de température qui provoquent des flux convectifs de gaz qui forment la flamme.Les porteurs de charges électriques faisant partie intégrante des gaz, les flux de convection sont également des courants électriques.
Ces courants électriques de convection existant dans la flamme, en présence d'un champ magnétique extérieur, sont soumis à l'action des forces de Lorentz. Selon la nature de l'interaction entre le courant et le champ, l'application d'un champ magnétique externe peut soit diminuer soit augmenter l'éclat de la flamme.
La pression des gaz dans la flamme en interaction avec un champ magnétique alternatif est modulée par les forces de Lorentz agissant sur les flux de convection. Étant donné que les vibrations sonores sont générées à la suite de la modulation de la pression du gaz, la flamme peut servir de transducteur qui convertit l'énergie électrique en son.Une flamme qui a les propriétés décrites est appelée une flamme chantante.
Magnétosphère
La magnétosphère est la région de l'environnement terrestre où le champ magnétique joue un rôle dominant. Ce champ est la somme vectorielle du champ magnétique terrestre, ou champ géomagnétique, et des champs magnétiques associés au rayonnement solaire. En tant que corps surchauffé subissant de fortes perturbations thermiques et radioactives, le Soleil éjecte de grandes quantités de plasma composé d'environ moitié d'électrons et moitié de protons.
Bien que plasma est éjectée de la surface du Soleil dans toutes les directions, une partie importante de celle-ci, s'éloignant du Soleil, forme une traînée dirigée plus ou moins dans une direction sous l'influence du mouvement du Soleil dans l'espace. Cette migration de plasma s'appelle le vent solaire.
Tant que les électrons et les protons qui composent le vent solaire se déplacent ensemble, ayant des concentrations égales, ils ne créent pas de champ magnétique. Cependant, toute différence dans leur vitesse de dérive génère un courant électrique, et les différences de concentration génèrent une tension capable de produire un courant électrique. Dans chaque cas, les courants de plasma génèrent des champs magnétiques correspondants.
La Terre est dans la trajectoire du vent solaire. Lorsque ses particules et leur champ magnétique associé s'approchent de la Terre, elles interagissent avec le champ géomagnétique. À la suite de l'interaction, les deux champs changent. Ainsi, la forme et les caractéristiques du champ géomagnétique sont déterminées en partie par le vent solaire qui le traverse.
L'activité radiative du Soleil est extrêmement variable à la fois dans le temps et dans l'espace — à travers la surface du Soleil.Lorsque le soleil tourne sur son axe, le vent solaire est dans un état de flux. En raison du fait que la Terre tourne également sur son axe, la nature de l'interaction entre le vent solaire et le champ géomagnétique change également constamment.
Les manifestations essentielles de ces interactions changeantes sont appelées tempêtes magnétosphériques dans le vent solaire et tempêtes magnétiques dans le champ géomagnétique. D'autres phénomènes liés aux interactions entre les particules du vent solaire et la magnétosphère sont les aurores mentionnées ci-dessus et le courant électrique circulant dans l'atmosphère autour de la Terre d'est en ouest.