Electricitate si magnetism: fulgerul si aurora boreala

[b12mihai]

Sunt foarte foarte curios, de cand ne tot intreaba la scoala si tot nu m-am lamurit exact cum sta treaba cu formarea aurolelor boreale , respectiv a fulgerelor.

Nu stiu daca am inteles "fenomenul" fulger,stiu cert ca este cunoscut si sub denumirea de "descarcare electrica", ceea ce inseamna ca este similar cu un condensator incarcat (pozitiv pe o armatura si negativ pe cealalta) ale carui armaturi se apropie una de alta, devenind conductor,iar cum intre armaturi exista un camp electric uniform se produce aceasta descarcare electrica. De asemenea, s-ar putea face o analogie cu un izolator, asupra caruia se exercita un camp foarte puternic si astfel sarcinile sunt "mutate fortat" (ca sa zic asa) si "fortate sa se deplaseze ordonat" adica tot o descarcare electrica....As vrea sa il inteleg mai exact, ca nu sunt sigur daca ce am zis pe aici e bine si cred ca in capul meu sunt multe nelamuriri.

Dar la aurora boreala chiar nu sunt capabil sa inteleg care e smecheria. Se porneste de la premisa ca vin particule din Univers, patrund in campul magnetic al Pamantului si de aici intra intr-o miscare circulara sau helicoidala (in majoritatea cazurilor) si de aici care e continuarea

Multumesc anticipat pentru orice ajutor .

[Adi]

Dar la aurora boreala chiar nu sunt capabil sa inteleg care e smecheria. Se porneste de la premisa ca vin particule din Univers, patrund in campul magnetic al Pamantului si de aici intra intr-o miscare circulara sau helicoidala (in majoritatea cazurilor) si de aici care e continuarea

Continuarea: si o particula electrica cande este acclerata (sau franata) emite lumina  ... (fizica)

[b12mihai]

Imi poti explica pe scurt acest fenomen? De ce o particula electrica accelerata(franata) emite lumina, radiatia electromagnetica e de vina?
Iar cu fulgerul cum e , zic bine ce zic acolo sau sunt complet pe langa subiect?

[Adi]

Imi poti explica pe scurt acest fenomen? De ce o particula electrica accelerata(franata) emite lumina, radiatia electromagnetica e de vina?

Lumina ESTE radiatie electromagnetica.

Asa e fizica, nu e nimic de explicat. Sa nu stiu eu sa explic acum. Important e sa intelegi ca atunci cand sunt puse in traiectorie circulara de campul magnetic sunt accelerate (caci se misca directia vectorului) si ca li se mareste si viteza si se misca din ce in ce mai rapid (deci accelerate si ca modul si ca directie).

Cauta in manualul de liceu. Se invata acolo.

[Electron]

Imi poti explica pe scurt acest fenomen? De ce o particula electrica accelerata(franata) emite lumina, radiatia electromagnetica e de vina?

E vorba de conservarea energiei. Daca o particula cosmica (incarcata electric) este captata de campul magnetic al pamantului, i se curbeaza traiectoria (si e curbata spre Poli, de aceea doar acolo se pot vedea aurorele) si e incetinita, pierzand din energia ei cinetica (fata de Pamant), deci acel surplus de energie e eliberat sub forma de lumina de diverse culori. Cum particulele astea circula "in rafale" destul de consistente, fenomenul optic e ca o perdea care "flutura" si isi schimba culoarea. E foarte de spectaculos.

Iar cu fulgerul cum e , zic bine ce zic acolo sau sunt complet pe langa subiect?

Fulgerele sunt descarcari electrice (efectiv un curent electric) dintre nori si Pamant. E vorba de electronii acumulati in nori, care, cand diferenta de potential creste prea mult,  "strapung" stratul de aer (izolator) care-i separa de Pamant. Descarcarea este foarte puternica si foarte departe de a fi "uniforma" (vezi bifurcatiile caracteristice) sau "controlata".

e-

[b12mihai]

Multumesc amandurora pentru rabdare si pentru explicatii.

Fizica, stiu ca e fizica si imi place foarte mult...e singura din stiinte care reusesc sa o inteleg si sa imi imaginez "fenomenul", insa de data asta chiar nu faceam legaturi  .

Cat despre manualele de liceu de fizica,Adi, mai bine nu ma gandesc la ele. Astea "moderne" sunt la pamant, sunt lectiile superficial facute si cu multe lipsuri. Manualele vechi de fizica sunt mult mai bune si mai bine structurate, insa mult continut de acolo nu se mai studiaza deloc la scoala si e necesara o mica reluare si ordine in minte...

[Adi]

Fulgerele pot exista atat intre nor si nor, intre nor si aer, cat si intre nor si pamant.

Nu inteleg de ce particulele mergand spre poli ar incetini (in afara de faptul ca cu cat merg mai mult prin atmosfera, cu atat se ciocnesc de mai multe particule si cu atat ionizeaza mai mult si pierd energie). Si as mai sublinia ca si daca ar merge doar pe cerc, atunci tot ar emite lumina si astfel le-ar scadea energia si s-ar misca pe cerc tot mai mic.

[Electron]

Fulgerele pot exista atat intre nor si nor, intre nor si aer, cat si intre nor si pamant.

Corect. Eu ma gandeam la trasnete, dar intrebarea era cum bine zice Adi, despre fulgere.

Nu inteleg de ce particulele mergand spre poli ar incetini (in afara de faptul ca cu cat merg mai mult prin atmosfera, cu atat se ciocnesc de mai multe particule si cu atat ionizeaza mai mult si pierd energie). Si as mai sublinia ca si daca ar merge doar pe cerc, atunci tot ar emite lumina si astfel le-ar scadea energia si s-ar misca pe cerc tot mai mic.

Da, sunt de acord ca atmosfera e cea care franeaza particulele cosmice captate de magnetosfera Pamantului.

e-

[Adi]

Pai particulele sunt franate nu pentru ca isi pierd energia prin scoaterea electrinolor din orbitele atomilor, nu din emisia de fotoni. Faptul ca sunt emise si particule noi este un alt fenomen si de acolo pierd energie si mai multa. Emit fotoni atunci cand sunt accelerate de campul magnetic, accelerate in sensul ca directia de miscare se schimba.

[Electron]

Daca particulele astea s-ar roti pe un cerc cu modulul vitezei constant, ar emite fotoni?

e-

[Adi]

Daca particulele astea s-ar roti pe un cerc cu modulul vitezei constant, ar emite fotoni?

e-

Da. A

sta e un punct foarte important prezis de teoria electromagnetica a lui Maxwell. De aceea, din punct de vedere clasic, electronii ce s-ar misca in jurul atomilor ar emite energie si astfel ar pierde din energie si ar cadea pe o orbita mai joasa, urmand ca atomii sa nu fie stabil. De aceea, s-a stiut de la inceput ca modelul planetar al lui Rutherford pentru atom avea probleme. Bohr a fost acela care a postulat ceva foarte curajos pentru vremea aceea, cum ca de fapt electronii in orbita in jurul atomului nu emit energie (o exceptie de la teoria clasica). Si astfel au fost introdusi nivelel de energie la atomi, inainte de teoria mecanicii cuantice.

De asemenea, exact asa functioneaza sincrotroanele (ce emit lumina sub forma de radiatii X pentru studiul materialelor). Electroni se invart pe cert cu viteza constanta si emit energie ... Cel mai mare european se afla la Grenoble, dar fiecare tara mare are cel putin cate unul.

De a

[AlexandruLazar]

ceea ce inseamna ca este similar cu un condensator incarcat (pozitiv pe o armatura si negativ pe cealalta) ale carui armaturi se apropie una de alta, devenind conductor,iar cum intre armaturi exista un camp electric uniform se produce aceasta descarcare electrica. De asemenea, s-ar putea face o analogie cu un izolator, asupra caruia se exercita un camp foarte puternic si astfel sarcinile sunt "mutate fortat" (ca sa zic asa) si "fortate sa se deplaseze ordonat" adica tot o descarcare electrica....As vrea sa il inteleg mai exact, ca nu sunt sigur daca ce am zis pe aici e bine si cred ca in capul meu sunt multe nelamuriri.

Exact. Ce ai tu în cap este o descriere foarte exactă a fenomenului de străpungere . Seamănă cu descărcarea unui condensator, cu diferența că distribuția sarcinii nu este nici măcar în linii mari uniformă. Arcul electric se formează atunci când, într-un mediu dielectric, ai o diferență de potențial foarte mari între două puncte. În mod normal, mediul s-ar comporta ca izolator, dar diferența de potențial este atât de mare încât cauzează o modificare a proprietăților mediului, care devine conductor (se "mută forțat" particulele, dacă vrei).

Ca fapt divers: problema arcurilor (arcelor? ) electrice nu e numai una care ține de fulgere, ci una din principalele probleme ale proiectanților de centrale electrice. Întrerupătoarele de mare putere, care lucrează la tensiuni de ordinul kilovolților, au nişte camere de stingere care exact la asta folosesc -- sting forțat arcele electrice, pentru ca nu cumva ele să închidă circuitul chiar dacă întrerupătorul este deschis. Tot la asta folosesc şi piesele acelea ciudate de pe stâlpii de înaltă tensiune, cele în formă de discuri puse unul peste altul. Dacă ai vreodată norocul de a fi de față când un dispozitiv din ăsta eşuează, efectul e destul de spectaculos .

[Mihnea Maftei]

Citez din Adi:

Important e sa intelegi ca atunci cand sunt puse in traiectorie circulara de campul magnetic sunt accelerate (caci se misca directia vectorului) si ca li se mareste si viteza si se misca din ce in ce mai rapid (deci accelerate si ca modul si ca directie).

Adi, forta Lorentz, cu care campul magnetic al pamantului actioneaza asupra particulelor incarcate electric, este F = q v x B (unde q=sarcina electrica a particulei, v=viteza particulei si B=campul magnetic; "x" inseamna produs vectorial; literele subliniate inseamna vectori).
Prin urmare, forta Lorentz actioneaza mereu perpendicular pe directia de miscare a particulei. Asadar, forta Lorentz nu poate efectua lucru mecanic asupra particule. Deci forta Lorentz schimba doar directia vectorului viteza, nu si modulul vectorului viteza.

Explicatia luminii emise in cazul aurorei este ca particulele incarcate electric (electroni, protoni) ce vin de la Soare (si sunt "rotite" de campul magnetic al Pamantului, dupa cum ziceam (forta Lorentz)) se ciocnesc cu molecule din atmosfera si le ionizeaza. Ionii care rezulta se recombina si energia pierduta prin recombinare este emisa ca fotoni.
Fenomenul e vizibil la polii Nord si Sud magnetici deoarece acolo liniile de camp magnetic intra in Pamant etc.

[HarapAlb]

Deci forta Lorentz schimba doar directia vectorului viteza, nu si modulul vectorului viteza.

Asa este, însă numai într-o primă apoximaţie. În electrodinamica clasică se arată că o sarcină aflată în mişcare accelerată (neuniformă) emite radiaţie electromagnetică, iar asta duce la diminuarea energiei sale cinetice. În final îşi va modifica şi mărimea vitezei cu care se deplasează.

Bine ai venit pe forum! 

[Adi]

Citez din Adi:

Important e sa intelegi ca atunci cand sunt puse in traiectorie circulara de campul magnetic sunt accelerate (caci se misca directia vectorului) si ca li se mareste si viteza si se misca din ce in ce mai rapid (deci accelerate si ca modul si ca directie).

Adi, forta Lorentz, cu care campul magnetic al pamantului actioneaza asupra particulelor incarcate electric, este F = q v x B (unde q=sarcina electrica a particulei, v=viteza particulei si B=campul magnetic; "x" inseamna produs vectorial; literele subliniate inseamna vectori).
Prin urmare, forta Lorentz actioneaza mereu perpendicular pe directia de miscare a particulei. Asadar, forta Lorentz nu poate efectua lucru mecanic asupra particule. Deci forta Lorentz schimba doar directia vectorului viteza, nu si modulul vectorului viteza.

Salut, Mihnea! Bine ai venit pe forumul nostru. Ceea ce ai explicat tu este absolut corect. Ai explicat foate bine. Eu am exprimat gresit. Nu stiu de ce, caci si eu explicasem corect de multe alte ori despre campul magnetic, cum nu face el lucru mecanic si doar schimba directia, nu si marimea vectorului viteza. Poate ma gandeam la una si am scris alta. Mersi mult ca ai corectat.

Explicatia luminii emise in cazul aurorei este ca particulele incarcate electric (electroni, protoni) ce vin de la Soare (si sunt "rotite" de campul magnetic al Pamantului, dupa cum ziceam (forta Lorentz)) se ciocnesc cu molecule din atmosfera si le ionizeaza. Ionii care rezulta se recombina si energia pierduta prin recombinare este emisa ca fotoni.
Fenomenul e vizibil la polii Nord si Sud magnetici deoarece acolo liniile de camp magnetic intra in Pamant etc.

Interesant, tu zici ca lumina aurorelor boreale e data de recombinarea intre electroni si ioni, iar nu din emisia de lumina de catre particulele incarcate electric ce sunt accelerate de campul magnetic (schimbandu-le directia de miscare)? S-ar putea, s-ar putea si sa fie un efect intre cele doua, ar trebui sa ne mai documentam ...