Ionstrømme og naturlige magnetiske fænomener
Hvis ladede partikler bevæger sig i en gas i nærvær af et eksternt magnetfelt, kan de frit beskrive en væsentlig del af deres magnetronbane. Hver bane fuldender dog ikke nødvendigvis fuldstændigt. Det kan brydes ved en kollision mellem en partikel i bevægelse og et hvilket som helst gasmolekyle.
Sådanne kollisioner afbøjer nogle gange kun partiklernes bevægelsesretning og overfører dem til nye baner; ved tilstrækkeligt stærke kollisioner er ionisering af gasmolekyler dog også mulig. I perioden efter kollisionen, der fører til ionisering, er det nødvendigt at tage højde for eksistensen af tre ladede partikler - den oprindelige bevægelige partikel, gasionen og den frigjorte elektron. Den ioniserende partikels bevægelser før kollisionen, gasionen, den frigjorte elektron og den ioniserende partikel efter kollisionen påvirkes af Lorentz styrker.
Samspillet mellem ioniserende og ioniserede partikler med et magnetfelt, når disse partikler bevæger sig i en gas, giver anledning til forskellige naturlige magnetiske fænomener - nordlys, syngende flamme, solvind og magnetiske storme.
Polarlys
Nordlyset er det skær på himlen, der nogle gange ses. region af jordens nordpol. Dette fænomen opstår som et resultat af deionisering af atmosfæriske molekyler, efter at de er ioniseret af solstråling. Et lignende fænomen på jordens sydlige halvkugle kaldes sydlyset. Solen udsender store mængder energi i mange forskellige former. En af disse former er ladede hurtige partikler af forskellig art, der stråler i alle retninger. Partikler, der bevæger sig mod Jorden, falder ind i det geomagnetiske felt.
Alle ladede partikler fra udenjordisk rum, der falder ind i det geomagnetiske felt, bevæger sig, uanset den indledende bevægelsesretning, til baner svarende til feltlinjerne. Da alle disse kraftlinjer forlader den ene pol af Jorden og går ind i den modsatte pol, ender de bevægelige ladede partikler ved den ene eller anden pol af Jorden.
De hurtigt ladede partikler, der kommer ind i jordens atmosfære nær polerne, støder på atmosfæriske molekyler. Kollisioner mellem partikler af solstråling og gasmolekyler kan føre til ionisering af sidstnævnte, og elektroner slås ud af nogle molekyler. På grund af det faktum, at ioniserede molekyler har mere energi end deioniserede, har elektroner og gasioner en tendens til at rekombinere. I tilfælde, hvor ioner genforenes med tidligere tabte elektroner, udsendes elektromagnetisk energi. Udtrykket "aurora" bruges til at beskrive den synlige del af denne elektromagnetiske stråling.
Tilstedeværelsen af et geomagnetisk felt er en af de gunstige faktorer for alle former for liv, fordi dette felt tjener som et "tag", der beskytter den centrale del af kloden mod kontinuerligt bombardement af hurtige partikler af soloprindelse.
Syngende flamme
En flamme placeret i et vekslende magnetfelt kan generere lyde med magnetfeltets frekvens. En flamme består af højtemperaturgasformige produkter dannet under visse kemiske reaktioner. Når orbitalelektronerne under påvirkning af høj temperatur adskilles fra nogle gasmolekyler, dannes en rig blanding af frie elektroner og positive ioner.
På den måde genererer flammen både elektroner og positive ioner, som kan fungere som bærere til at opretholde den elektriske strøm. Samtidig skaber flammen temperaturgradienter, der forårsager konvektive strømme af gasser, der danner flammen Da elektriske ladningsbærere er en integreret del af gasser, er konvektionsstrømme også elektriske strømme.
Disse elektriske konvektionsstrømme, der eksisterer i flammen, i nærvær af et eksternt magnetfelt, er underlagt virkningen af Lorentz-kræfter. Afhængigt af arten af samspillet mellem strømmen og feltet kan anvendelsen af et eksternt magnetfelt enten mindske eller øge flammens lysstyrke.
Trykket af gasserne i flammen, der interagerer med et vekslende magnetfelt, moduleres af Lorentz-kræfterne, der virker på konvektionsstrømmene. Da lydvibrationer genereres som et resultat af gastrykmodulation, kan flammen fungere som en transducer, der omdanner elektrisk energi til lyd.En flamme, der har de beskrevne egenskaber, kaldes en syngende flamme.
Magnetosfære
Magnetosfæren er det område af jordens miljø, hvor magnetfeltet spiller en dominerende rolle. Dette felt er vektorsummen af Jordens eget magnetfelt, eller geomagnetiske felt, og de magnetiske felter, der er forbundet med solstråling. Som et overophedet legeme, der gennemgår stærke termiske og radioaktive forstyrrelser, udsender Solen enorme mængder plasma bestående af cirka halvt elektroner og halvt protoner.
Selvom plasma udstødes fra Solens overflade i alle retninger, danner en betydelig del af den, der bevæger sig væk fra Solen, et spor rettet mere eller mindre i én retning under indflydelse af Solens bevægelse i rummet. Denne migration af plasma kaldes solvinden.
Så længe elektronerne og protonerne, der udgør solvinden, bevæger sig sammen og har lige store koncentrationer, skaber de ikke et magnetfelt. Men enhver forskel i deres drifthastighed genererer en elektrisk strøm, og forskelle i koncentration genererer en spænding, der er i stand til at producere en elektrisk strøm. I hvert tilfælde genererer plasmastrømmene tilsvarende magnetiske felter.
Jorden er i solvindens vej. Når dens partikler og deres tilhørende magnetfelt nærmer sig Jorden, interagerer de med det geomagnetiske felt. Som et resultat af interaktionen ændres begge felter. Det geomagnetiske felts form og karakteristika bestemmes således delvist af solvinden, der passerer gennem det.
Solens strålingsaktivitet er ekstremt variabel både i tid og i rum - på tværs af Solens overflade.Når solen roterer om sin akse, er solvinden i en tilstand af flux. På grund af det faktum, at Jorden også roterer om sin akse, ændrer karakteren af samspillet mellem solvinden og det geomagnetiske felt sig også konstant.
Væsentlige manifestationer af disse skiftende interaktioner kaldes magnetosfæriske storme i solvinden og magnetiske storme i det geomagnetiske felt. Andre fænomener relateret til interaktioner mellem solvindpartikler og magnetosfæren er nordlyset nævnt ovenfor og den elektriske strøm, der flyder i atmosfæren rundt om Jorden fra øst til vest.