электрический ток | это… Что такое электрический ток?

электри́ческий ток

направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц: электронов, ионов и др. Условно за направление электрического тока принимают направление движения положительных зарядов.

* * *

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК

ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКИЙ ТОК, направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц: электронов (см. ЭЛЕКТРОН (частица)), ионов (см. ИОНЫ) и др. За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц; если ток создается отрицательно заряженными частицами (например, электронами), то направление тока считают противоположным направлению движения частиц.

Различают электрический ток проводимости, связанный с движением заряженных частиц относительно той или иной среды (т. е. внутри макроскопических тел), и конвекционный ток (см. КОНВЕКЦИОННЫЙ ТОК) — движение макроскопических заряженных тел как целого (например, заряженных капель дождя).

Если в цепи устанавливается электрический ток, то это означает, что через поперечное сечение проводника (см. ПРОВОДНИКИ) все время переносится электрический заряд. Заряд, перенесенный в единицу времени, служит основной количественной характеристикой тока, называемой силой тока (см. СИЛА ТОКА). Сила тока равна отношению величины заряда, переносимого через поперечное сечение проводника за определенный интервал времени, к продолжительности этого интервала. Если сила тока и его направление со временем не меняется, то ток называют постоянным током (см. ПОСТОЯННЫЙ ТОК).

Для возникновения и существования электрического тока необходимо наличие свободных положительно или отрицательно заряженных частиц, не связанных в единую электрически нейтральную систему, и силы, создающей и поддерживающей их упорядоченное движение. Обычно силой, вызывающей такое движение, является сила со стороны электрического поля внутри проводника, которая определяется электрическим напряжением (см. НАПРЯЖЕНИЕ (электрическое)) на концах проводника.

Важнейшей характеристикой проводника является зависимость силы тока от напряжения — вольт-амперная характеристика (см. ВОЛЬТ-АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА). Она имеет простейший вид для металлических проводников и электролитов: сила тока прямо пропорциональна напряжению (Ома закон (см. ОМА ЗАКОН)).

Протекая по веществу, электрический ток может оказывать магнитное, тепловое, химическое воздействие. Магнитное действие заключается в возникновении магнитного поля, это действие является всеобщим, проявляется у всех без исключения проводников. Тепловое действие электрического тока заключается в нагреве вещества, через которое протекает ток (исключение — сверхпроводники (см. СВЕРХПРОВОДНИКИ), в которых выделения теплоты не происходит). Химическое действие наблюдается преимущественно в электролитах и заключается в протекании химических реакций под действием электрического тока (например, при электролизе (см. ЭЛЕКТРОЛИЗ)).

Максвеллом введено понятие полного тока, который, в соответствии с его теорией всегда замкнут: на концах проводника обрывается лишь ток проводимости, а в диэлектрике (см. ДИЭЛЕКТРИКИ) (вакууме) между концами проводника имеется ток смещения (см. ТОК СМЕЩЕНИЯ), который замыкает ток проводимости. Поэтому плотность полного электрического тока j_полн равна сумме плотности тока проводимости j и плотности тока смещения j_см, и определяет создаваемое им магнитное поле.

J_полн = j + ?D/?t

Способность веществ проводить электрический ток очень сильно различается для разных материалов и характеризуется электропроводностью (см. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ). Проводники (см. ПРОВОДНИКИ), благодаря наличию в них большого количества подвижных заряженных частиц — носителей заряда, хорошо проводят электрический ток. Концентрация носителей заряда в диэлектриках (см. ДИЭЛЕКТРИКИ) крайне мала, и даже при больших напряжениях они служат хорошими изоляторами. В металлах (см. МЕТАЛЛЫ) свободными заряженными частицами — носителями тока — являются электроны проводимости, концентрация которых практически не зависит от температуры и составляет 10²²-10²³ см^-3. В электролитах (см. ЭЛЕКТРОЛИТЫ) электрический ток обусловлен направленным движением положительных и отрицательных ионов, образующихся в результате электролитической диссоциации.

Газы из нейтральных молекул являются диэлектриками. Электрический ток проводят лишь ионизованные газы — плазма (см. ПЛАЗМА). Носителями тока в плазме служат положительные и отрицательные ионы (как в электролитах) и свободные электроны (как в металлах).

2. Электрическим током называется направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц.

Электрический
ток в проводниках различного рода
представляет собой либо направленное
движение электронов в металлах (проводники
первого рода), имеющих отрицательный
заряд, либо направленное движение более
крупных частиц вещества — ионов, имеющих
как положительный, так и отрицательный
заряд — в электролитах (проводники
второго рода), либо направленное движение
электронов и ионов обоих знаков в
ионизированных газах (проводники
третьего рода).

За
направление электрического тока условно
принято направление движения положительно
заряженных частиц.

Для
существования электрического тока в
веществе необходимо:

1. наличие
   заряженных частиц, способных свободно
   перемещаться по проводнику под действием
   сил электрического поля:

2. наличие
   источника тока, создающего и поддерживающего
   в проводнике в течение длительного
   времени электрическое поле;

Количественными
характеристиками электрического тока
являются сила тока I и плотность тока
j.

Сила
тока —
скалярная физическая величина,
определяемая отношением заряда Δq,
проходящего через поперечное сечение
проводника за некоторый промежуток
времени Δt, к этому промежутку времени.

Единицей
силы тока в СИ является ампер (А).

Если сила
тока и его направление со временем не
изменяются, то ток называется постоянным.

Единица
силы тока — основная единица в СИ 1 А —
есть сила такого неизменяющегося тока,
который, проходя по двум бесконечно
длинным параллельным прямолинейным
проводникам очень маленького сечения,
расположенным на расстоянии 1 м друг от
друга в вакууме, вызывает силу
взаимодействия между ними 2·10-7 Η на
каждый метр длины проводников.

Рассмотрим,
как зависит сила тока от скорости
упорядоченного движения свободных
зарядов.

Выделим
участок проводника площадью сечения S
и длиной Δl (рис. 1). Заряд каждой частицы
q0. В объеме проводника, ограниченном
сечениями 1 и 2, содержится nSΔl частиц,
где n — концентрация частиц. Их общий
заряд 

Рис.
1

Если
средняя скорость упорядоченного движения
свободных зарядов ,
то за промежуток времени  все
частицы, заключенные в рассматриваемом
объеме, пройдут через сечение 2. Поэтому
сила тока: 

Таким
образом, сила тока в проводнике зависит
от заряда, переносимого одной частицей,
их концентрации, средней скорости
направленного движения частиц и площади
поперечного сечения проводника.

Заметим,
что в металлах модуль вектора средней
скорости упорядоченного движения
электронов  при
максимально допустимых значениях силы
тока ~ 10-4 м/с, в то время как средняя
скорость их теплового движения ~ 106 м/с.

Плотность
тока j
— это векторная физическая величина,
модуль которой определяется отношением
силы тока I в проводнике к площади S
поперечного сечения проводника, т. е. 

В СИ
единицей плотности тока является ампер
на квадратный метр (А/м2).

Как следует
из формулы (1), .
Направление вектора плотности
тока  совпадает
с направлением вектора скорости
упорядоченного движения  положительно
заряженных частиц. Плотность постоянного
тока постоянна по всему поперечному
сечению проводника.

Билет 12.

Чтобы
найти момент инерции тела, надо
просуммировать момент инерции всех
материальных точек, составляющих данное
тело

В общем
случае, если тело сплошное, оно представляет
собой совокупность множества точек с
бесконечно малыми массами ,
и моменты инерции тела определяется
интегралом

о где —
расстояние от элемента  до
оси вращения.

Распределение
массы в пределах тела можно охарактеризовать
с помощью
плотности

где m —
масса однородного тела, V — его объем.
Для тела с неравномерно распределенной
массой это выражение даетсреднюю
плотность.

Плотность
в данной точке в этом случае определяется
следующим образом

и тогда

Пределы
интегрирования зависят от формы и
размеров тела Интегрирование уравнения
(5.5) наиболее просто осуществить для тех
случаев, когда ось вращения проходит
через центр тяжести тела. Рассмотрим
результаты интегрирования для простейших
(геометрически правильных) форм твердого
тела, масса которого равномерно
распределена по объему.

Момент
инерции полого цилиндра с тонкими
стенками, радиуса
R.

Для полого
цилиндра с тонкими стенками

Сплошной
однородный диск. Ось
вращения является осью диска радиуса .
и массы m с плотностью Высота
диска h. Внутри диска на расстоянии
вырежем пустотелый цилиндр с толщиной
стенки  и
массой.
Для него

Весь диск
можно разбить на бесконечное множество
цилиндров, а затем просуммировать:

Момент
инерции шара относительно оси, проходящей
через центр тяжести.

Момент
инерции стержня длиной L и
массой m относительно
оси, проходящей:

а) через
центр стержня — 

б) через
начало стержня — 

Теорема
Штейнера.  Имеем
тело, момент инерции которого относительно
оси, проходящей через его центр
масс  известен.
Необходимо определить момент инерции
относительно произвольно оси параллельной
оси .
Согласно теореме Штейнера, момент
инерции тела относительно произвольной
оси равен сумме момента инерции тела
относительно оси, проходящей через
центр масс и параллельной данной оси,
плюс произведение массы тела на квадрат
расстояния между осями:

Словарь | Управление научной миссии

AURORA

AURORAR SICORER SICERER SICERER SICERER SICERER SICERER SICERER SICERER SICERER SICERER SICERER SICERER SICERER SICERER. Полярные сияния возникают, когда поступающие с Солнца заряженные частицы сталкиваются с кислородом и азотом на высоте от 60 до 200 миль в атмосфере Земли и испускают вспышку света и тепла. Электроны и протоны, высвобождаемые солнечными бурями, увеличивают количество солнечных частиц и могут создавать яркие полярные сияния в более низких широтах.

Хромосфера

Относительно тонкий слой солнечной атмосферы, расположенный над поверхностью Солнца. Температура в хромосфере повышается с 6000° К до примерно 20 000° К, что делает ее более горячей, чем фотосфера, но не такой горячей, как более высокие слои атмосферы, корона.

Корона

Динамическая атмосфера Солнца называется короной. Она заполнена электрически заряженными частицами, движение которых определяется клубком магнитных полей, окружающих Солнце. В то время как температура поверхности Солнца составляет 6000 К, температура короны может достигать миллионов градусов, что вызывает у исследователей вопросы о механизмах столь резкого нагрева атмосферы. Солнечные вспышки и корональные выбросы массы возникают в короне.

Корональный выброс массы (CME)

Не путать с интенсивным всплеском света, являющимся солнечной вспышкой. CME представляет собой облако намагниченного солнечного материала, которое извергается из солнечной атмосферы, короны, в межпланетное пространство. . КВМ часто происходят одновременно со вспышкой, и в настоящее время ученые изучают, как связаны эти два явления. В своем самом большом КВМ может содержать 10 миллиардов тонн вещества и может двигаться со скоростью миллион миль в час. Сразу после выброса в космос облако КВМ может вырасти до 30 миллионов миль в поперечнике, что в 35 раз больше диаметра Солнца. Когда выброс корональной массы направлен на Землю, может пройти от одного до трех дней, чтобы достичь нашей атмосферы, где он может создать тип космической погоды, известный как геомагнитная буря.

Геомагнитная буря

Геомагнитная буря, одна из наиболее распространенных форм космической погоды, возникает в любое время, когда магнитная среда Земли, магнитосфера, подвергается внезапным и повторяющимся изменениям. Геомагнитные бури могут быть вызваны высокоскоростными порывами солнечного ветра и когда КВМ соединяется с магнитосферой. Магнитные поля Солнца отталкивают самые внешние слои полей Земли, изменяя саму форму магнитосферы. Магнитные бури имеют поддающиеся измерению последствия во всем мире, такие как отключение радиосвязи и сбои в электросетях.

Геомагнитно-индуцированный ток (GIC)

Магнитные флуктуации, вызванные геомагнитной бурей в магнитосфере Земли, могут вызывать формирование электрических токов на Земле. Эти токи, индуцированные геомагнитным полем, или GIC, могут вызвать перегрузку цепей, прерывателей наконечников и, в крайних случаях, вывести из строя трансформаторы.

Гелиосфера

Гелиосфера — это вся наша солнечная система, как определено пузырем, созданным оттоком частиц от Солнца, называемым солнечным ветром, который течет далеко мимо самых отдаленных планет, на расстоянии от шести до девяти миллиардов миль от солнце. Солнечные частицы разлетаются от Солнца, отталкивая материал в остальную часть пространства, известную как межзвездная среда. Граница между ними определяет края гелиосферы.

Межпланетное магнитное поле (IMF)

Поскольку солнечный ветер движется от Солнца со скоростью несколько миллионов миль в час, он увлекает за собой солнечное магнитное поле. Это магнитное поле пронизывает Солнечную систему и известно как межпланетное магнитное поле. В то время как ММП обычно отклоняется вокруг магнитного поля Земли, ММП иногда может «повторно соединиться» с полем Земли, позволяя энергии солнечного ветра направляться прямо в наш защитный магнитосферный пузырь.

Ионосфера

Ионосфера представляет собой слой атмосферы Земли, который простирается на высоте от 50 до 300 миль над поверхностью планеты. Слой заполнен электрически заряженными частицами (а также нейтральными) и чувствителен к поступающему от Солнца веществу, поэтому ионосфера может резко реагировать на космическую погоду. Поскольку ионосфера является домом для низкоорбитальных космических аппаратов, а также областью космоса, через которую проходит радиосвязь, неожиданные изменения в этом регионе могут оказать драматическое влияние на человеческие технологии.

Магнитное поле

Силовое поле, создаваемое электрическими токами, которое направляет движение всего, что имеет электрический заряд. Земля, Солнце и несколько планет окружены гигантскими магнитными полями, которые примерно связывают северный и южный полюса вдоль магнитных силовых линий, известных как силовые линии магнитного поля.

Линии магнитного поля

Магнитное поле имеет как силу, так и направление в каждой точке пространства. Например, в каждой точке Земли магнитное поле — и, следовательно, компас — указывает в определенном направлении, примерно на север. Поэтому магнитные поля обычно изображают в виде линий: направление линии указывает направление поля, а близость линий указывает на напряженность.

Магнитное воссоединение

Источник многих энергетических явлений на Солнце и в магнитосфере, от солнечных вспышек и выбросов корональной массы до полярного сияния. Магнитное повторное соединение происходит, когда силовые линии магнитного поля пересекаются, разрываются, а затем снова соединяются в новом направлении, резко возвращаясь в новые положения, обеспечивая огромное количество энергии.

Магнитосфера

Магнитосфера представляет собой пузырь магнитных полей, окружающих Землю, созданный естественным магнетизмом планеты. Магнитосфера защищает людей на Земле от поступающей солнечной энергии, однако она меняет форму и размер в зависимости от такой космической погоды, и эти колебания могут ухудшать сигналы связи и вызывать неожиданные скачки напряжения в электросетях.

Хвост магнитосферы

Хвост магнитосферы Земли тянется за ней, сформированный потоком солнечного ветра на ночной стороне Земли. Он простирается более чем на сто тысяч миль и может собирать большое количество поступающей от Солнца энергии, прежде чем выпустить ее на Землю или дальше по хвосту.

Фотосфера

Поверхностный слой Солнца, который мы можем видеть в видимом диапазоне света.

Плазма

Материал Солнца и его атмосферы, а также материал ионосферы Земли, полярного сияния и флуоресцентного света — все это плазма. Плазма — это состояние вещества, похожее на твердое, жидкое и газообразное. Плазма настолько невероятно горячая, что электроны покидают свои атомы, превращая ее в газ из заряженных частиц. Хотя это редкость на Земле, 99% материи, которую мы видим во Вселенной, состоит из плазмы. Электрический заряд сильно влияет на то, как движутся частицы, поскольку частицы одновременно управляются и постоянно создают магнитные поля. Например, на изображениях солнечной активности крупным планом можно очень четко увидеть плазму, следующую за силовыми линиями магнитного поля. И наоборот, когда плазма движется, она тащит за собой собственные магнитные поля. Этот постоянный обмен является одной из причин, почему изучение динамики плазмы на Солнце или в магнитосфере является столь сложной задачей.

Протуберанцы

Огромные столбы газа, образующие дугу над краем солнца или горизонтом. Когда те же самые структуры видны на фоне солнца, они называются филаментами. Они сделаны из более холодного солнечного материала или плазмы, поддерживаемой в солнечной атмосфере магнитными полями. Протуберанцы и нити могут извергаться из Солнца с огромной энергией и иногда являются источником выбросов корональной массы.

Радиационные пояса

Два радиационных пояса, окружающих Землю, также известные как пояса Ван Аллена. Эти две концентрические области в форме пончика заполнены высокоэнергетическими частицами от Солнца и земной ионосферы, которые вращаются, отскакивают и дрейфуют, иногда попадая в атмосферу Земли, иногда улетая в космос. Внутренний ремень довольно стабилен; однако внешний пояс может со временем набухать и сжиматься, иногда раздуваясь настолько, что ремни выглядят как одно целое.

Зона излучения

В зоне излучения энергия ядра медленно распространяется наружу. Этот регион настолько плотный, что солнечной энергии требуется около 150 000 лет, чтобы пройти сквозь него.

Солнечный цикл

Солнце проходит через 11-летние колебания или циклы высокой и низкой активности – солнечные вспышки и выбросы корональной массы, например, основанные на регулярном увеличении и уменьшении количества солнечных пятен. Также наблюдались циклы продолжительностью от 9 до 14 лет. Цикл вызван тем, что северный и южный магнитные полюса Солнца переворачиваются каждые 11 лет.

Солнечные энергетические частицы (SEP)

Во время извержения на Солнце Солнце может испускать очень быстрые, очень энергичные частицы, которые движутся со скоростью около 80% скорости света. Такие заряженные частицы могут достичь магнитосферы Земли либо в результате вспышки, либо в результате выброса корональной массы. В любом случае энергия, которую они сбрасывают в атмосферу, может создать так называемый шторм солнечной радиации, который может вызвать отключение низкочастотного радио на Земле.

Солнечные вспышки

Мощный всплеск света и радиации из-за высвобождения магнитной энергии на солнце. Вспышки на сегодняшний день являются крупнейшими взрывами в Солнечной системе, с выбросом энергии, сравнимым с миллиардами водородных бомб. Излучение от вспышки распространяется со скоростью света и достигает Земли за восемь минут. Энергия обычно поглощается земной атмосферой, которая защищает людей на Земле, однако энергия может вызвать отключение радиосвязи на Земле на минуты или, в худшем случае, на часы. Излучение от вспышки также было бы вредным для астронавтов за пределами атмосферы Земли. Некоторые, но далеко не все вспышки сопровождаются корональным выбросом массы (КВМ).

Максимум солнечной активности

Время в течение 11-летнего солнечного цикла, когда количество солнечных пятен и солнечная активность достигают максимума. Следующий солнечный максимум прогнозируется на конец 2013 года.

Солнечный минимум

Время в течение 11-летнего солнечного цикла, когда количество солнечных пятен наименьшее. Это также время, когда магнитные поля Солнца наиболее просты, с относительно упорядоченными линиями магнитного поля, соединяющими магнитный север и юг, как на простом стержневом магните.

Солнечный ветер

Постоянный поток вещества солнечной короны, стекающего с Солнца. Солнечный ветер намного менее плотный, чем ветер на Земле — на самом деле он может быть в 1000 раз менее плотным, чем искусственный вакуум на Земле, — но он намного быстрее, обычно двигаясь со скоростью от одного до двух миллионов миль в час. . Действительно, он постоянно находится в движении: в Солнечной системе нет места, где скорость солнечного ветра равна нулю.

Суббуря

Высвобождение магнитной энергии, возникающей в хвосте магнитосферы Земли, за счет энергии, направляемой туда солнечным ветром и другими солнечными явлениями. Суббури довольно распространены, и когда они высвобождают энергию к Земле, энергия течет по линиям магнитного поля к северному и южному полюсам Земли, вызывая полярные сияния.

Солнечные пятна

Темные области на поверхности Солнца, содержащие постоянно меняющиеся сильные магнитные поля. Среднее солнечное пятно размером примерно с Землю и движется вместе с вращением Солнца в течение нескольких дней или даже недель. Магнитная активность солнечных пятен может вызывать различные солнечные извержения, такие как вспышки и корональные выбросы массы (КВМ). Количество солнечных пятен на солнце увеличивается и уменьшается примерно в течение 11-летнего цикла, что определяет то, что называется солнечным циклом. Они кажутся темными, поскольку они холоднее окружающего солнечного материала.

Плазменный зоопарк: дрейф частиц в магнитном градиенте

Визуализация с двух положений камеры простого гироскопического движения заряженных частиц в изменяющемся магнитном поле.

Визуализация с двух положений камеры простого гироскопического движения заряженных частиц в изменяющемся магнитном поле.

Движения заряженных частиц в электромагнитных полях важны для понимания поведения плазмы в космосе. В Plasma Zoo мы представляем визуализацию движения частиц в простых конфигурациях электромагнитного поля.

Одним из наиболее фундаментальных движений заряженных частиц в магнитном поле является гиродвижение или циклотронное движение. Если заряженная частица движется в магнитном поле, на частицу действует сила, перпендикулярная направлению движения заряда и поля. Это направление определяется Правилом правой руки (Википедия). Результирующая сила направляет движение по кривой так, что если мы посмотрим в направлении, на которое указывает магнитное поле, мы увидим, что положительные частицы вращаются против часовой стрелки, а отрицательные частицы вращаются по часовой стрелке.

Рассмотрим магнитное поле, которое заполняет область пространства с одинаковой интенсивностью и направлением. Здесь мы представляем это магнитное поле (обозначенное буквой «B») в виде голубой (светло-зеленой) стрелки, направление которой представляет направление вектора поля. В примерах Плазменный зоопарк: Гиродвижение в двух измерениях и Плазменный зоопарк: Гиродвижение в трех измерениях мы рассмотрели случаи, когда магнитное поле имеет постоянную величину и направление в области пространства. Но что произойдет, если напряженность магнитного поля в области движения частиц изменится? Такие изменения интенсивности в зависимости от положения называются градиентами. Когда дорога имеет наклон, например, на склоне холма, мы описываем угол наклона как уклон дороги, что является термином, производным от аналогичного понятия.

В этом примере магнитное поле постоянно в одном направлении, но сильнее по мере удаления от наблюдателя (обозначено более длинной голубой стрелкой) и слабее ближе к наблюдателю (обозначено более короткой голубой стрелкой).

Так что же происходит с движением частиц?

В областях, где магнитное поле сильнее, гирорадиус меньше — частица хочет двигаться по более узкому кругу. В областях, где поле слабее, гирорадиус больше — частица хочет двигаться по более широкому кругу.

Чистый эффект изменения гирорадиуса по мере движения частицы заключается в том, что эти разные гирорадиусы складываются, заставляя частицу медленно дрейфовать в одном направлении. Обратите внимание, что частицы дрейфуют в противоположных направлениях в зависимости от их электрического заряда, положительного («+») или отрицательного («-»).

В то время как положительный заряд движется от наблюдателя, а отрицательный заряд движется к наблюдателю, эти два движения вносят свой вклад в общий положительный заряд от наблюдателя. Это движение в магнитном градиенте приводит к возникновению кольцевого тока (Википедия) в магнитосфере Земли.

Важное примечание: В этом примере показаны частицы с одинаковой скоростью и массой . Если массы различны (например, положительный протон имеет примерно в 1836 раз большую массу, чем электрон), радиус гиромоция будет пропорционально больше для той же скорости.

НАСА Наука: Солнце

Магнитные поля Частицы и поля

Кредиты

Пожалуйста, отметьте этот пункт:
Студия научной визуализации НАСА

• Аниматор

  • Том Бриджмен

    (налог на товары и услуги)

    [Ведущий]

• Ученые

  • Дэвид Г. Сибек

    (НАСА/GSFC)

  • Томас Мур

    (НАСА/GSFC)

• Поддержка проекта

  • Ян Джонс

    (АДНЕТ)

  • Лоуренс Шулер

    (АДНЕТ)

Серия

Эту визуализацию можно найти в следующих сериях:

• Волновой и плазменный зоопарк

Наборы данных, используемые в этой визуализации

Симулятор частиц

Модель

Посмотреть другие визуализации с использованием этого набора данных

Примечание. Хотя мы идентифицируем наборы данных, используемые в этих визуализациях, мы не храним никаких дополнительных сведений или самих наборов данных на нашем сайте.

Связанные страницы

• • Картирование инжекции частиц в магнитосферу Земли

    27 ноября 2017 г., 5:00

    Околоземное пространство не пусто. Он заполнен энергичными заряженными частицами и магнитными полями Солнца и Земли. Некоторые из этих энергичных частиц попадают в хвост магнитосферы Земли, они могут попасть в ловушку геомагнитного поля. Следовательно, эти энергичные частицы будут распространяться вокруг Земли по мере их медленного рассеивания. Если на траектории движения частиц лежит спутник с мониторами частиц, спутник может обнаружить эти частицы (Быстрое ускорение электронов в радиационных поясах). При обнаружении нескольких спутников можно приблизительно восстановить происхождение и путь исходной инъекции частиц. Эти визуализации иллюстрируют результаты этой реконструкции, примененной к серии инъекций частиц, обнаруженных несколькими спутниками 7 апреля 2016 г. инъекция. Инъекции дрейфуют вокруг Земли в результате процесса, называемого градиентным дрейфом (Plasma Zoo: Particle Drift in a Magnetic Gradient). Отрицательно заряженные частицы дрейфуют на восток (что соответствует вращению против часовой стрелки в представлении визуализации над северным географическим полюсом), в то время как положительно заряженные частицы дрейфуют на запад (что соответствует вращению по часовой стрелке в представлении визуализации). Вид сверху на северное полушарие распространения инжекции частиц, построенный на основе их соответствующих спутниковых обнаружений. Отдельные инъекции и их обнаружение спутниками представлены разными цветами. Вид с сумеречного края Земли, переходящий в вид над северным полушарием распространения инжекции частиц, построенный на основе их соответствующих спутниковых обнаружений. Отдельные инъекции и их обнаружение спутниками представлены разными цветами. Для получения дополнительной информации см. [NASA.gov] (https://www.nasa.gov/feature/goddard/2017/all-missions-onboard-for-nasa-heliophysics-research)

    Подробнее

  • Электромагнитные волны и поляризация

    7 июля 2017 г. , 10:00

    Огромная часть наших возможностей дистанционного зондирования зависит от света, также известного как электромагнитное излучение, которое мы получаем от удаленных объектов. Кроме света и левая круговая поляризация (нижняя/левая). Желтые стрелки — электрическое поле, зеленые стрелки — магнитное поле. Представление линейно поляризованной волны. Желтые стрелки — электрическое поле, зеленые стрелки — магнитное поле. Представление электромагнитной волны с левой круговой поляризацией. Желтые стрелки — электрическое поле, зеленые стрелки — магнитное поле. Представление электромагнитной волны с правой круговой поляризацией. Желтые стрелки — электрическое поле, зеленые стрелки — магнитное поле.

    Подробнее

  • Ускорение ударного дрейфа (SDA)

    14 ноября 2016 г., 8:00

    Механизмы ускорения частиц являются одним из наиболее сложных вопросов в космической физике. Горячую плазму обычно очень просто понять, но иногда мы обнаруживаем заряженные частицы, ускоренные до необычно высоких энергий, которые нельзя объяснить простой горячей плазмой. Мы обычно находим эти высокоэнергетические заряженные частицы, связанные с границами между доменами плазмы — областями, где плазма, в которой преобладает одна конфигурация зарядов и магнитных полей, сталкивается с другой конфигурацией зарядов и магнитных полей. Это столкновение может вызвать изменения в конфигурации поля, которые могут ускорить заряженные частицы. Один из предложенных механизмов такого ускорения называется ускорением ударного дрейфа (SDA), который показан на этой визуализации. Сгусток плазмы слева сталкивается с плазмой справа. Область, где они сталкиваются, образует слой (вертикальная красная полоса), представляющий формирующуюся ударную волну. Мы выбрали камеру, которая движется вместе с ударной волной, поэтому волна неподвижна по отношению к нашей камере. Область имеет магнитное поле (представленное голубыми или светло-зелеными стрелками), направленное из плоскости экрана к зрителю. Магнитное поле имеет разную напряженность в этих двух областях. Также присутствует электрическое поле (пурпурные стрелки), направленное от существующего там немного более сильного электрического поля. В зависимости от направления входа и заряда частицы поле может либо ускорять, либо замедлять частицу. Как только они проходят ударную волну, они попадают в область с немного более сильным магнитным полем, которое сужает радиус их орбит. Новая орбита все еще может быть достаточно большой, чтобы позволить частицам пройти обратно в усиленное электрическое поле ударной волны, добавляя частице немного больше энергии. Дрейф E-cross-B перемещает электроны и положительные ионы в одном и том же общем направлении. Но их гироскопические движения по-прежнему движутся в противоположных направлениях. Следовательно, как только центр круга движения гироскопа переходит на правую сторону ударной волны, каждый проход частиц обратно в ударную волну позволяет им получить немного больше энергии. Положительные частицы получают импульс в том же направлении, что и электрическое поле, в то время как отрицательные частицы получают импульс в направлении, противоположном электрическому полю. Они продолжают получать это дополнительное ускорение до тех пор, пока не выйдут из шока. Эта визуализация ускорения частиц на ударной волне представляет собой упрощенное представление ускорения дрейфа ударной волны (SDA), показывающее движение электронов (желтый цвет) и протонов (синий цвет). Он представлен с теми же обозначениями цветовой таблицы, что и другие твари в нашем плазменном зоопарке. Визуализация механизма Shock Drift Acceleration (SDA) с альтернативной маркировкой и цветами. Для получения дополнительной информации см. [NASA.gov] (http://www.nasa.gov/feature/goddard/2016/nasa-finds-unusual-origins-of-high-energy-electrons).

    Подробнее

  • Ускорение мгновенных электронов в радиационных поясах

    15 августа 2016 г., 10:00

    17 марта 2016 г. Зонд Ван Аллена А обнаружил импульс электронов высокой энергии в радиационных поясах, вызванный воздействием недавнего выброса корональной массы, ударившего по магнитному полю Земли, который совершил другую орбиту вокруг Земли и снова ударил Зонд Ван Аллена А. ! Открывающийся вид на радиационные пояса и орбиты зондов Ван Аллена. Вид на орбиты зонда Ван Аллена и разрезы радиационных поясов для поперечного сечения. Импульс электронов инжектируется в радиационные пояса ударом проходящего коронального выброса массы (КВМ). Электроны вращаются вокруг силовых линий магнитного поля, отражаясь в высоких и низких широтах. Как только импульс ускоренных электронов попадает в радиационные пояса, дрейф магнитного градиента направляет их вокруг Земли, где они по счастливой случайности попадают в детекторы частиц зонда Ван Аллена А.

    Подробнее

  • Плазменный зоопарк: Гиродвижение в двух измерениях

    1 февраля 2015 г., 19:00.

    Движения заряженных частиц в электромагнитных полях важны для понимания поведения плазмы в космосе. В Plasma Zoo мы представляем визуализацию движения частиц в простых конфигурациях электромагнитного поля. Рассмотрим магнитное поле, которое заполняет область пространства с одинаковой интенсивностью и направлением. Здесь мы представляем это магнитное поле (обозначенное буквой ). Если мы посмотрим в направлении, в котором указывает магнитное поле, мы увидим, что положительные частицы вращаются против часовой стрелки, а отрицательные частицы вращаются по часовой стрелке. В этой визуализации у нас есть две заряженные частицы с одинаковой массой и скоростью, одна положительная и один негатив, движущийся в плоскости. Магнитное поле однородно и направлено перпендикулярно плоскости. В этих условиях мы видим, что две заряженные частицы, вылетевшие в одном направлении, имеют изогнутые траектории в виде окружностей и проходят круговой путь в противоположных направлениях. Важное примечание. пример здесь показывает частицы с одинаковой скоростью и массой. Если массы различны (например, положительный протон имеет примерно в 1836 раз большую массу, чем электрон), радиус гиромоция будет пропорционально больше для той же скорости. Визуализация с двух положений камеры простого двумерного гироскопического движения заряженных частиц в магнитном поле.

    Читать дальше

  • Плазменный зоопарк: Гиродвижение в трех измерениях

    1 февраля 2015 г., 19:00.

    Движения заряженных частиц в электромагнитных полях важны для понимания поведения плазмы в космосе. В Plasma Zoo мы представляем визуализацию движения частиц в простых конфигурациях электромагнитного поля. Рассмотрим магнитное поле, которое заполняет область пространства с одинаковой интенсивностью и направлением. Здесь мы представляем это магнитное поле (обозначенное буквой ). Если мы посмотрим в направлении, в котором указывает магнитное поле, мы увидим, что положительные частицы вращаются против часовой стрелки, а отрицательные частицы вращаются по часовой стрелке. В этой визуализации у нас есть две заряженные частицы с одинаковой массой и скоростью, одна положительная и один негатив, движущийся в трехмерном пространстве. Подобно результатам, которые мы видим в Plasma Zoo: Gyromotion in Two Dimensions, мы видим, что две заряженные частицы, стартующие в одном направлении, имеют изогнутые траектории в виде окружностей и проходят круговой путь в противоположных направлениях. Магнитное поле однородно. и направлены перпендикулярно плоскости. В этом случае круговой путь частицы становится спиральным. Важное примечание. В приведенном здесь примере показаны частицы с одинаковой скоростью и массой. Если массы различны (например, положительный протон имеет примерно в 1836 раз большую массу, чем электрон), радиус гиромоция будет пропорционально больше для той же скорости. Визуализация с двух положений камеры простого трехмерного гироскопического движения заряженных частиц в магнитном поле.

    Читать дальше

  • Плазменный зоопарк: течение вдоль поля (Биркеландское течение)

    1 февраля 2015 г., 19:00.

    Движения заряженных частиц в электромагнитных полях важны для понимания поведения плазмы в космосе. В Plasma Zoo мы представляем визуализацию движения частиц в простых конфигурациях электромагнитного поля. Одним из наиболее фундаментальных движений заряженных частиц в магнитном поле является гиродвижение или циклотронное движение. Если заряженная частица движется в магнитном поле, на частицу действует сила, перпендикулярная направлению движения заряда и поля. Это направление определяется Правилом правой руки (Википедия). Результирующая сила направляет движение по кривой так, что если мы посмотрим вдоль направления, на которое указывает магнитное поле, мы увидим, что положительные частицы вращаются против часовой стрелки, а отрицательные частицы вращаются по часовой стрелке. Два измерения, Плазменный зоопарк: Гиродвижение в трех измерениях и Плазменный зоопарк: Дрейф частиц в магнитном градиенте) мы рассмотрели движение заряженных частиц исключительно в магнитных полях, представленных голубыми стрелками и буквой ) ускоряется аналогично, но в противоположном направлении. Эти движения объединяются, чтобы сформировать чистый (положительный) поток в восходящем направлении. Эта конфигурация иногда упоминается в литературе как продольный ток. Его также можно назвать течением Биркеланда в честь Кристиана Биркеланда (Википедия), который предположил их роль в формировании полярного сияния в начале 19 века. 00 с. Важное примечание. В приведенном здесь примере показаны частицы с одинаковой скоростью и массой. Если массы разные (например, положительный протон имеет примерно в 1836 раз больше массы, чем электрон), радиус гиромоции будет пропорционально больше для той же скорости. Новая версия с измененным движением камеры для лучшей иллюстрации заряда 9 февраля 2015 г. добавлено движение частиц вдоль электрического поля. Визуализация с двух положений камеры гироскопического движения заряженных частиц в параллельных электрическом и магнитном полях. Визуализация с двух позиций камеры гироскопического движения заряженных частиц в параллельных электрическом и магнитном полях с измененным движением камеры.

    Подробнее

  • Плазменный зоопарк: E-cross-B Drift

    1 февраля 2015 г., 19:00.

    Движения заряженных частиц в электромагнитных полях важны для понимания поведения плазмы в космосе. В Plasma Zoo мы представляем визуализацию движения частиц в простых конфигурациях электромагнитного поля. Одним из наиболее фундаментальных движений заряженных частиц в магнитном поле является гиродвижение или циклотронное движение. Если заряженная частица движется в магнитном поле, на частицу действует сила, перпендикулярная направлению движения заряда и поля. Это направление определяется Правилом правой руки (Википедия). Результирующая сила направляет движение по кривой таким образом, что если мы посмотрим в направлении, на которое указывает магнитное поле, мы увидим, что положительные частицы вращаются против часовой стрелки, а отрицательные частицы вращаются по часовой стрелке. Dimensions, Plasma Zoo: Gyromotion in Three Dimensions и Plasma Zoo: Particle Drift in a Magnetic Gradient) мы исследовали движение заряженных частиц исключительно в магнитных полях, представленных голубыми стрелками и буквой ) заряд. Как и в предыдущих примерах, заряженные частицы направляются в круговые движения (гиродвижения) магнитным полем, двигаясь по круговой траектории в противоположных направлениях. Если мы посмотрим вдоль направления, в котором указывает магнитное поле, мы увидим, что положительные частицы вращаются против часовой стрелки, а отрицательные частицы вращаются по часовой стрелке. Но на этот раз перпендикулярное электрическое поле создает эффект, который противоречит интуиции. Хотя вы могли бы ожидать, что положительные частицы будут дрейфовать в направлении электрического поля, а отрицательные частицы будут дрейфовать в направлении, противоположном направлению электрического поля, на самом деле положительные и отрицательные частицы дрейфуют в направлении, перпендикулярном направлениям электрического и магнитного поля! Это называется дрейфом E-cross-B, иногда в математическом обозначении его называют дрейфом ExB. Чтобы понять, почему это так, рассмотрим только движение положительной частицы. Когда частица ускоряется в электрическом поле, магнитное поле начинает направлять частицу по криволинейной траектории. Чем быстрее частица, тем больше радиус кривой траектории. В конце концов, искривление траектории перенаправляет положительную частицу так, что она движется в направлении, противоположном электрическому полю. Через эту область электрическое поле действует, замедляя частицу, и кривизна траектории становится меньше.