Bölüm 2: Uzayda Manyetik ve Elektrik Alanlar
2.1 Kütleçekimi ve Elektrik Kuvvetlerinin Gücü
 |
| Fizikteki dört temel kuvvet |
Küçük metal bir top kullanarak Elektromanyetik Kuvvetlerin gücünü görebiliriz. Koskoca Dünyanın tüm Kütleçekim Kuvveti metal topa etki etse de, mıknatıs yeterince yakınsa Elektromanyetik Kuvvetler bunun kolayca üstesinden gelir. Uzayda, Kütleçekim Kuvveti yalnızca Elektromanyetik Kuvvetlerin korunduğu veya etkisiz hale getirildiği yerlerde önemli hale gelir.
 |
| Mıknatıs, dünyanın kütleçekim kuvveti ile çekmesine karşı metal topu çeker ve tutar. |
Küresel kütleler ve yükler için, hem Kütleçekimi Kuvveti hem de Coulomb Kuvveti uzaklığın karesiyle ters orantılı olarak değişir ve bu nedenle mesafe ile hızla azalır. Diğer geometri/konfigürasyonlar için kuvvetler mesafeyle orantılı olarak daha yavaş azalır. Örneğin, birbirine paralel hareket eden nispeten uzun ve ince iki elektrik akımı arasındaki kuvvet, aralarındaki mesafenin ilk üssü ile ters orantılı olarak değişir.
Elektrik akımları, tespit edilebilir bir sonuç yaratmak için enerjiyi kullanmadan önce bu enerjiyi çok uzak mesafelere taşıyabilir, tıpkı mutfağımızda bir su ısıtıcısını kaynatmak için uzaktaki bir elektrik santralinden aldığımız enerjiyi kullandığımız gibi. Bu, uzun mesafelerde Elektromanyetik Kuvvetlerin ve elektrik akımlarının birlikte zayıf Kütleçekimi Kuvvetinden veya hatta daha güçlü Coulomb Kuvvetinden çok daha etkili olabileceği anlamına gelir.
Unutmayın, kütleçekim merkezli evren modeli sadece gözlemleyebildiğimiz madde davranışını açıklayabilmek için görebildiğimizden 24 kat fazla "görünmez" maddeye ihtiyaç duyuyor. Var olmayanı icat etmek yerine, elektromanyetik kuvvetlerin ve elektrik akımlarının bilinen fiziğinin gözlenen etkileri meydana getirip getiremeyeceğini araştırmak çok daha mantıklı görünüyor.
2.2 Uzayın "Vakumu"
100 yıl önce, uzayın boş olduğu düşünülüyordu. "Vakum" ve "Boşluk" kelimeleri aynı anlamda kullanılıyordu. Ama en sonunda uzayın atomlar, kozmik toz, iyonlar ve elektronla dolu olduğu bulundu. Ancak Uzayın yoğunluğu oldukça düşük olmasına rağmen sıfır değil. Bu nedenle uzay, sanıldığı gibi 'orada hiçbir şeyin olmadığı' bir boşluk değildir. Örneğin, Güneş “rüzgârının” Güneş'ten gelen yüklü parçacıkların bir akışı olduğu ve dünyanın etrafını dolaşıp kuzey ve güney ışıkları gibi görünür etkilere neden olduğu bilinmektedir.
Uzaydaki kozmik toz parçacıklarının 2 ila 200 nanometre boyutunda olduğu düşünülüyor ve bunların çoğu iyonlar ve elektronlarla birlikte elektriksel olarak yüklü. Bu nötr ve yüklü madde karışımına plazma denir ve elektromanyetik alanlarla kaplıdırlar. Plazma ve onun elektromanyetik alanlarla benzersiz etkileşimini Bölüm 3'te daha ayrıntılı olarak tartışacağız. Gezegenler, yıldızlar veya galaksiler arasındaki 'boş' alanlar, 20. yüzyılın başlarında astronomların varsaydıklarından çok daha farklıdır.
(Bağlantılardaki terminoloji hakkında not: gökbilimciler genellikle plazma halindeki maddeye 'gaz', 'rüzgarlar', 'sıcak, iyonize gaz', 'bulutlar' vb. adını verirler. Bu uzaydaki iki farklı madde türünü ayırt etmede başarısız olmamıza neden olur, elektrik yüklü plazmayı ve nötr gazları, iyonize olmamış molekül ve atomları.)
 |
| Kuzey gökyüzü araştırmalarında iyonize hidrojen plazma bolluğu - Resim: Wiki Commons |
 |
| Aurora, photographed by L. Zimmerman, Fairbanks, Alaska. Image courtesy spaceweather.com, Aurora PhotoGallery |
2.3 Manyetik alanlara giriş
"Manyetik alan" ve "manyetik alan çizgileri" ne anlama geliyor? Alan kavramını anlamak istiyorsak, daha bilindik bir örnekle başlayalım: Kütleçekim
Kütleçekimin kütleli cisimler ya da parçacıklar arasındaki çekim kuvveti olduğunu biliyoruz. Dünyanıın kütleçekiminin dünya yüzeyinden dünyanın dışına, uzaya doğru uzandığını söyleyebiliriz.Aynı düşünceyi daha basit şekilde dünyanın uzaya doğru yayılan bir kütleçekmsel alalnı olduğunun söylerek de anlatabiliriz.Başka bir deyişle, bir kütleçekim alanı, kütle ile cisimler arasında çekim kuvvetinin uygulanacağı bir bölgedir.
Benzer şekilde, manyetik alan, manyetik bir kuvvetin mıknatıslanmış veya yüklü bir cisim üzerinde etki göstereceği bir bölgedir. (Manyetik alanların kökenine daha sonra bakacağız.)
Manyetik kuvvetin etkisi en çok ferromanyetik malzemeler üzerinde belirgindir. Örneğin, manyetik alanda bir yüzeye yerleştirilen demir talaşları, pusula iğneleri gibi alan yönünde hizalanırlar.
Manyetik alan yönünü gösteren, çevresinde demir tozları olan bir mıknatıs
Demir talaşları kendilerini güney kutbuyla kuzey kutbuna hizalama eğiliminde olduğundan, yaptıkları desen, herhangi bir noktada alanın yönünü ve dolaylı olarak gücünü gösteren bir dizi eş merkezli çizgi olarak çizilebilir..
Bu nedenle, manyetik alan çizgileri, alanın yönünü temsil etmenin uygun bir yoludur ve alanda hareket eden yüklü parçacıkların yörüngeleri için rehberlik merkezleri görevi görür. (ref. Fundamentals of Plasma Physics, Cambridge University Press, 2006, Paul Bellan, Ph.D.).
Alan çizgilerinin fiziksel olarak var olmadaığını hatırlamak önemlidir. Manyetik alandaki her demir talaşı bir pusula gibi davranır: Onu biraz hareket ettirebilirsiniz ve yine de yeni konumundan manyetik kuzey-güneyi gösterecektir.
Benzer şekilde, bir çekül (bir ucunda ağırlık olan bir ip), kütleçekimi alanının yerel yönünü gösterecektir. Bir dizi çekül tepesi boyunca uzunlamasına çizilen çizgiler, bir dizi kütleçekim alan çizgisi oluşturacaktır. Bu tür çizgiler gerçekten mevcut değil; alan tarafından uygulanan kuvvetin yönünü görselleştirmenin veya tasvir etmenin uygun, hayali bir yoludur. Bu konu hakkında daha fazla tartışma için Ek I'e bakın veya buraya, Fizzics Fizzle'da.
Fikir birliğine göre, bir noktada manyetik alanın yönünün tanımı kuzeyden güney kutbuna doğrudur.
Kütleçekimsel bir alanda, kuvvetin yön çizgileri yerine eşit kütleçekimi kuvvetine sahip kontur çizgileri çizilebilir. Bu eşit kütleçekimsel kuvvet çizgileri bir harita üzerindeki kontur çizgileri gibi yükseklikle değişir. Bu yükseklik kontur çizgilerini kullanarak kuvvetin yönünü bulmak için, bir cismin hangi yönde hareket edeceğini bulmak gerekir. Bir tepenin kenarına yerleştirilen bir taş, konturlar boyunca yokuş aşağı yuvarlanır. Başka bir deyişle, kütleçekimi kuvveti, eşit kütleçekimi kuvvetine sahip alan çizgilerine diktir..
Manyetik alanlar, çekebilecekleri veya itebilecekleri için kütleçekiminden daha karmaşıktır. Karşıt uçları (karşıt 'kutuplar' veya N-S) birbirine bakan iki mıknatıs, her ikisinden de birleşik alanın oluşturduğu alan çizgileri tarafından belirtilen yön boyunca birbirlerini çekecektir (yukarıdaki resme bakın). Aynı polariteye (N-N veya S-S) sahip mıknatıslar aynı yönde birbirlerini iter.
Manyetik alanlar, hareket halindeki yüklü parçacıklara da kuvvet uygular. Yüklü parçacığın maruz kaldığı kuvvet, hem manyetik alan çizgisine hem de parçacığın yönüne dik açılarda olduğundan, manyetik alan boyunca hareket eden yüklü bir parçacık, alanın etkisiyle yönünü değiştirir (yani hızlanır). Kinetik enerjiyi korumak için hızı değişmeden kalır. Aşağıdaki görüntü, bir laboratuvar gösteriminde bir manyetik alan uygulanmadan önce ve sonra vakum tüpündeki bir elektron ışınına ne olduğunu göstermektedir.
Hareket halindeki yüklü bir parçacık üzerindeki manyetik kuvvet, jiroskopik kuvvete benzer. Doğrudan bir manyetik alan çizgisi boyunca veya 'onunla' hareket eden yüklü bir parçacık, yönünü değiştirmeye çalışan bir kuvvetle karşılaşmaz, tıpkı dönen bir jiroskopu doğrudan kendi dönüş ekseni boyunca itmek onun dönmesine veya 'ilerlemesine' neden olmayacağı gibi.
Farklı yüklü parçacıklar üzerindeki kuvvet değişse de, manyetik alanın yönünü bir dizi hayali alan çizgisi olarak görselleştirme kavramı kullanışlıdır çünkü hareket eden yüklü bir parçacık gibi herhangi bir madde üzerindeki kuvvetin yönü alan yönünden hesaplanabilir .
Bir koronal deliğin ve diğer aktif bölgelerin yakınında Güneş üzerinde üst üste binen manyetik alan çizgileri. Bu tür alanların dinamiklerini anlamak, onları oluşturan temel plazma akımlarını anlamaya yardımcı olur.
Image credit: NASA SDO / Lockheed Martin Space Systems Corp., 10.20.2010
2.4 Manyetik Alanların Kökeni
Manyetik alanların üretilebilmesinin tek bir yolu vardır: elektrik yüklerini hareket ettirmek. Kalıcı mıknatıslarda manyetik alanlar atomun çekirdeği etrafında dönen elektronlar tarafından oluşturulur. Güçlü bir mıknatıs, bütün elektronları atomlarının çekirdeği etrafında birbirleriyle hizalı şekilde dizildiğinde oluşur, birleşik güçlü bir kuvvet yaratır.
Mıknatıs Curie sıckaklığına ısıtılırsa, atomların termal hareketi düzenli dönüş hizalamalarını bozarak net manyetik alanı büyük ölçüde azaltır. Akım taşıyan bir metal telde manyetik alan, telin uzunluğu boyunca hareket eden elektronlar tarafından üretilir. Değişim kuplajı ve ferromanyetizmanın karmaşık konusuna daha ayrıntılı bir giriş burada(linklenmedi) bulunabilir.
Her iki durumda da, elektrik yükleri her hareket ettiğinde manyetik alanlar oluştururlar. Hareketli elektrik yükleri olmadan manyetik alanlar var olamaz. Ampère Yasası, hareketli bir yükün, yükün hareketine dik olan bir düzlemde dairesel kuvvet çizgileriyle bir manyetik alan oluşturduğunu belirtir.
Manyetik alan çizgileri bir iletkeni eşmerkezli, eşit değerleri silindirler veya "kabuklar " içinde çevreler. Eğer başparmağınızı akım yönüne çevirirseniz kıvrılmış parmaklarınız manyetik alanın yönünü gösterir. Resim Hakları: Wikimedia Commons, captions added
Hareketli elektrik yüklerinden oluşan elektrik akımları görünmez ve belli bir mesafeden tespit edilmesi zor olabileceğinden, uzayda bir yerde bir manyetik alan tespit etmek, ona bir elektrik akımı eşlik ettiğinin kesin bir işaretidir. (astronomide iyi bilinen yöntemlerle, aşağıya bakınız (nereye?))
Uzun düz tel veya plazma filamenti gibi bir iletkende bir akım akarsa, akımdaki her yüklü parçacık, etrafında küçük bir manyetik alana sahip olacaktır. Tüm bireysel küçük manyetik alanlar birbirine eklendiğinde, sonuç, iletkenin tüm uzunluğu boyunca sürekli bir manyetik alandır. Alan kuvvetinin eşit olduğu tel etrafındaki boşluktaki bölgeler ("eşpotansiyel yüzeyler" olarak adlandırılır), tel ile eş merkezli silindirlerdir.
Zamanla değişen elektrik ve manyetik alanlar daha sonra ele alınacaktır. (Bkz.Bölüm IV ve Ek III)
Uzaydaki manyetik alanların kökeni sorusu, kütleçekimi Modeli ile Elektrik Modeli arasındaki temel farklardan biridir.
kütleçekimi Modeli, rutin olarak gözlemlendiği için uzayda manyetik alanların varlığına izin verir, ancak yıldızların içindeki dinamodan kaynaklandığı söylenir. Günümüzde çoğu araştırmacı için, ne elektrik alanları ne de uzaydaki elektrik akımları manyetik alanların oluşturulmasında önemli bir rol oynamıyor.
Buna karşılık, Elektrik Modeli, daha sonra daha detaylı göreceğimiz gibi, manyetik alanların, yüklü parçacıkların burada yeryüzünde hareket ettirilmesiyle yaratıldığı gibi, uzayda yüklü parçacıkların hareketiyle üretilmesi gerektiğini savunuyor. Elbette, Elektrik Modeli, yıldızların ve gezegenlerin de manyetosferler ve diğer gözlemlerle kanıtlandığı üzere manyetik alanlara sahip olduğunu kabul eder. Yeni anlayış, yıldızlardaki dinamolar tarafından yaratılmamışlarsa, uzaydaki bu manyetik alanların farklı bir kökenini açıklamak oldu.
2.5 Uzayda Manyetik Alanları Algılama
Uzay çağının başlangıcından bu yana, uzay aracı, uzay aracındaki cihazları kullanarak güneş sistemindeki manyetik alanları ölçebildi. Alanların ışık ve içlerinden geçen diğer radyasyon üzerindeki etkisi nedeniyle, uzay aracının menzilinin ötesindeki manyetik alanları "görebiliriz". Hatta bu etkinin miktarını ölçerek manyetik alanların gücünü tahmin edebiliriz.
Optik görüntü Manyetik alan yoğunluğu, yön
Rainer Beck ve Bill Sherwood'un (ret.) İzniyle, Max Planck Institute für Radio-Astronomie
Dünyanın manyetik alanını yüzyıllardır biliyoruz. Şuan bu tarz alanları uzayda da tespit edebiliyoruz, bu nedenle uzaydaki manyetik alan kavramını anlamak sezgisel olarak kolaydır, ancak gökbilimciler bu manyetik alanların oluşumunu açıklamakta güçlük çekiyorlar.
Manyetik alanlar, manyetik alanın oluşturduğu simetrik spektrografik emisyon veya soğurma çizgisi bölünmesi miktarını gözlemleyerek birçok dalga boyunda tespit edilebilir. Bu Zeeman etkisi olarak bilinir, Bu, Hollandalı fizikçi ve 1902 Nobel ödüllü Pieter Zeeman'dan (1865-1943) dolayı. Yukarıdaki sağdaki resimde, alan yönünün optik görüntüde görünen galaktik kollarla ne kadar yakın hizalandığına dikkat edin.
Zeeman etkisi, manyetik bir alanda genişleyen veya bölünen spektral çizgi. Görsel hakları: www.chemteam.info/classical paper/no.38,1897 - Zeeman etkisi. Pieter Zeeman'ın orijinal fotoğrafı
AManyetik alanların varlığının bir başka göstergesi de, galaktik ölçeklerde yararlı olan manyetik alanlardaki elektronlar tarafından yayılan senkrotron emisyonunun polarizasyonudur. Beck’in Scholarpedia’daki Galaktik Manyetik Alanlar hakkındaki makalesinin(link kırık) yanı sıra Beck ve Sherwood’un Yakındaki Galaksilerdeki Manyetik Alan Atlası hakkındaki makalesine(link kırık) bakın. Polarizasyon derecesinin ölçülmesi, Faraday etkisinden(link kırık) yararlanır. Faraday dönüşü, polarize ışığın içinden geçtiği manyetik alanın gücünün türetilmesine yol açar.
(Not:Astrofiziksel bir jet, iyonize maddenin çıkışlarının dönme ekseni boyunca uzun bir ışın olarak yayıldığı astronomik bir fenomendir.[Kaynak:https://en.wikipedia.org/wiki/Astrophysical_jet])
Phillip Kronberg ve arkadaşlarının son derece eğitici makalesi olan Kpc-Ölçekli Bir Jette Elektrik Akımının Ölçümü(link kırık), büyük bir galaktik jetteki güçlü "düğümlerde" ölçülen Faraday dönüşü, sonuçta oluşan manyetik alan kuvveti ve jette bulunan elektrik akımı arasındaki doğrudan bağlantıya dair güçlü bir fikir sağlar.
Manyetik alanlar hem kütleçekimi Modeline hem de Evrenin Elektrik Modeline dahil edilmiştir. Temel fark, Elektrik Modelinin uzaydaki manyetik alanların her zaman elektrik akımlarına eşlik ettiğini fark etmesidir. Bundan sonra elektrik alanlarını ve akımlarını ele alacağız.
2.6 Elektrik Alanlarına Giriş
Bir elektrik yükünün kutupları vardır. Bu, pozitif ya da negatif olabilir. Temel (en küçük) yük birimi bir elektron (-e) veya bir protonun (+ e) birimine eşittir. Elektrik yükü nicelleştirilmiştir; her zaman e'nin tam sayı katıdır.
Elektrik yükünün temel birimi coulomb'dur(doğru yazfığımdan şüpheliyim) (C), e = 1.60×10^-19 coulomb'dur. İkinci küçük değerin tersini alırsak, bir coulomb 6,25 × 1018 tekil yüklü parçacıktır. Bir Amper (A) elektrik akımı saniyede bir coulomba eşittir. Bu nedenle 20A akım, saniyede 20 C yük veya sabit bir noktayı geçen saniyede 1.25 × 1020 elektron geçişi olacaktır.
Her yükün kendisiyle ilişkili bir elektrik alanı vardır. Bir elektrik alanı, elektromanyetik etkileşimin temel kuvvetinden kaynaklandığı ve "etki alanı" veya kapsamı sonsuz veya belirsiz büyüklükte olduğu için manyetik alana benzer. Tek bir yüklü parçacığı çevreleyen elektrik alanı, küçük bir nokta kütlesi veya büyük bir küresel kütle etrafındaki kütleçekimsel alan gibi küreseldir.
Tek bir pozitif yük (L) etrafındaki ve iki yüklü plaka arasındaki elektrik alanı. Oklar, pozitif bir yük üzerindeki kuvvetin yönünü gösterir. Negatif yüke aynı kuvvetin ters yönde uygulanacağına dikkat edin.
EBir noktadaki elektrik alanın kuvveti, o noktaya yerleştirilen 1 coulomb'luk pozitif bir test yüküne uygulanacak Newton (N) cinsinden kuvvet olarak tanımlanır. Kütleçekimi gibi, bir yükten gelen kuvvet, test yükü veya başka herhangi bir yüke olan mesafenin karesiyle ters orantılıdır.
Bir test yükünü pozitif olarak tanımlamanın amacı, bir yükün başka bir yüke uyguladığı kuvvetin yönünü doğru tespit edebilmektir. Tıpkı mıknatıslarda olduğu gibi aynı yükler ittiğinden ve zıt yükler çektiğinden, hayali elektrik alan çizgileri pozitif yüklerden negatif yüklere yönelir. Elektrik alanı hakkındaki kısa bir YouTube videosunu buradan(link yok) izleyin.
Burada(link yok) da Mathematica uygulamasında 2 yükün ve bunlarla ilişkili kuvvet hatlarının kullanıcı kontrollü bir gösterimi var.
Demoyu oynamak için bağlantılı web sitesinden Mathematica Player'ı (yalnızca bir kez ve ücretsizdir) indirmeniz gerekebilir. Mathematica Player'ı kurduktan sonra "Canlı Demoyu İndir" e tıklayın. Kaydırıcılarla yükün gücünü ve polaritesini (+ veya -) ayarlayabilir ve yüklü parçacıkları ekranın etrafında sürükleyebilirsiniz.
Elektromanyetik kuvvetler, genellikle uzayda plazma üzerindeki kütleçekimi kuvvetlerinden daha güçlüdür. Elektromanyetizma korunabilirken, bilindiği kadarıyla kütleçekimi korunamaz.
Standart modeldeki ortak argüman, bir alan veya cisimdeki elektronların çoğunun atomların ve moleküllerin çekirdeklerindeki protonlarla eşleştiğidir, bu nedenle pozitif yüklerin ve negatif yüklerin net kuvvetleri o kadar mükemmel bir şekilde birbirini götürür ki “büyük cisimler için kütleçekimi hakim olabilir ”(bağlantı: Wikipedia, Temel Etkileşimler, Elektromanyetizma alt başlığının altına bakın)(link yok)
Çoğunlukla nötrleştirilmiş yük ve zayıf manyetik ve elektrik alanlarından ve bunlarla ilişkili zayıf akımlardan oluşmanın çok ötesinde, plazmadaki elektrik alanları ve akımları uzayda çok büyük ve güçlü hale gelebilir ve çoğu zaman da böyle olur. Elektrik Modeli, uzaydaki manyetosferler, Birkeland akımları, yıldızlar, pulsarlar, galaksiler, galaktik ve yıldız jetleri, gezegen bulutsuları, "kara delikler", gama ışınları ve X-ışınları gibi enerjik parçacıklar ve daha fazlası gibi olayların temelde elektrik olayları olduğunu savunur. Kayalık cisimler bile - gezegenler, asteroitler, uydular ve kuyruklu yıldızlar ve bir güneş sistemindeki gaz kütleleri - yıldızlarının heliosferinde bulunur ve elektromanyetik kuvvetler ve bunların etkilerinden muaf değildir.
Her ayrı yüklü parçacık, toplam elektrik alanına katkıda bulunur. Karmaşık bir elektromanyetik alanın herhangi bir noktasındaki net kuvvet, yüklerin sabit olduğu varsayılırsa, vektörler kullanılarak hesaplanabilir. Eğer yüklü parçacıklar hareket ederse (ve her zaman hareket ederler), manyetik alanlar "yaratırlar" ve bunlara eşlik ederler, bu manyetik konfigürasyonu değiştirir. Manyetik alandaki değişiklikler de elektrik alanları yaratır, dolayısıyla akımların kendisini etkiler, bu nedenle hareketli parçacıklarla başlayan alanlar çok karmaşık etkileşimleri, geri besleme döngülerini ve dağınık matematiği temsil eder.
Uzaydaki yükler, herhangi bir konfigürasyonda mekansal olarak dağıtılabilir. Bir nokta veya küre yerine, yükler doğrusal bir şekilde dağıtılırsa, yüklü bir alanın uzunluğu, genişliğinden veya çapından çok daha uzun olur, ve Elektrik alanın, eşit kuvvet potansiyeline sahip silindirler gibi doğrusal şekli çevrelediği ve bu konfigürasyondaki alanın, merkez hattından uzaklığın tersi olarak (mesafenin ters karesi değil) konfigürasyondan uzaklaştıkça azaldığı gösterilebilir Bu, yıldırım darbeleri, bir plazma odağı veya uzaydaki büyük Birkeland akımları gibi ipliksi akımlardaki elektrik ve manyetik alanların etkilerini incelemek için önemlidir.
Uygulanan kuvvetin pozitif yükten negatife doğru ve negatif yükte son bulduğunu hatırlayın, ve negatif yük yoksa sonsuza kadar uzandığını. Çok küçük bir yük dengesizliği olsa bile bu kuvvet bölgesine veya elektrik alanına yol açar. Bu az önce söylediklerimizin önemi, daha ileride plazmadaki çift katman tartışmasında daha açık hale gelecektir.
Yukarıdaki "B" diyagramındaki gibi iki ayrı, ters yüklü plaka veya katmanlar hayal edin. Katmanlar arasında bir elektrik alanı olacaktır. Katmanlar arasında hareket eden veya yerleştirilen herhangi bir yüklü parçacık, zıt yüklü katmana doğru hızlandırılacaktır. Elektronlar (negatif yüklü) pozitif yüklü katmana doğru, pozitif iyonlar ve protonlar ise negatif yüklü katmana doğru hızlanır.
Birbirine benzemeyen şekildeki yüklenmiş iki plaka arasındaki bir elektrik alanı arasında kalan mum alevi, bir alev kısmen iyonize edilmiş bir plazmadan oluştuğundan yana doğru yönelecektir. Bu nedenle, plakalar arasındaki elektrik kuvvetine kütleçekimi alanındaki termal konvektif kuvvetlere göre daha güçlü tepki verir.
Newton Yasalarına göre kuvvet ivme ile sonuçlanır. Bu nedenle elektrik alanları, yüklü parçacıkların hız kazanmasıyla sonuçlanacaktır. Zıt yüklü parçacıklar zıt yönlerde hareket edecektir. Elektrik akımı, tanımı gereği, yükün bir noktadan bir diğerine hareketidir. Elektrik alanları bu nedenle yüklü parçacıklara hız vererek elektrik akımlarına neden olur.
Bir elektrik alanı yeterince güçlüyse, yüklü parçacıklar alan tarafından çok yüksek hızlara çıkarılacaktır. Elektrik alanları hakkında biraz daha okumak için buna bakın(neye ???).
2.7 Uzaydaki Elektrik Alanlarını ve Akımları Algılama
Elektrik alanları ve akımlarını doğrudan alana bir ölçüm cihazı koymadan tespit etmek zordur, ancak uzay araçları kullanarak güneş sistemindeki akımları tespit ettik. Bunlardan ilki, 1970'lerde dünya'nın üst atmosferiyle etkileşen akımları bulan alçak irtifa kutup yörüngesine sahip TRIAD uydusuydu. 1981'de Hannes Alfvén, Cosmic Plasma adlı kitabında bir heliosferik akım modelini tanımladı.
O zamandan beri, Güneş'in manyetik alanının pozitif ve negatif bölgelerini ayıran, heliosferik akım tabakası (HCS) olarak adlandırılan bir elektrik akımı bölgesi bulundu. Güneş ekvatoruna yaklaşık 15 derece eğimlidir. Bir güneş döngüsünün yarısında, dışa dönük manyetik alanlar HCS'nin üzerinde ve altında içe dönük alanlar bulunur. Bu, Güneş'in manyetik alanı güneş döngüsünün ortasında kutuplarını tersine çevirdiğinde tersine döner. Güneş dönerken, HCS dalgalanmalarını NASA'nın "standart Parker spirali" olarak adlandırdığı şeye "sürükleyerek" onunla birlikte döner.
Helyosferik güncel sayfa sitelerine bazı bağlantılar Wikipedia, NASA, bu Mathematica gösterimi ve İngiltere Güneş Fiziği sitesidir.(LİİİİİİNK)
Güneşin etrafındaki Helyosentrik Akım Levhasının (HCS), tipik dalgaların spiral bir konfigürasyona sürüklendiği tasviri.. Credit: Wiki Commons
Uzay araçları, 1980'lerden bu yana çeşitli yerlerde mevcut sayfadaki zaman içindeki değişiklikleri ölçtü. Dünya'ya yakın ve güneş akımlarını da tespit ettiler. Kütleçekimi Modeli, bu akımların uzayda var olduğunu kabul eder, ancak manyetik alanın bir sonucu olduklarını varsayar. Bu noktaya daha sonra tekrar döneceğiz.
Dünya'ya yakın plazmadaki elektrik alanlarını ve iyonları tespit etmek için Langmuir sondalı uzatılabilir bomlar içeren SPIRIT II yüküne sahip araştırma roketi. research rocket with SPIRIT II payload containing extendable booms with Langmuir probes to detect electric fields and ions in near-Earth plasma. Image credits: NASA Wallops Flight Facility and Penn State University
Uzay aracının ulaşamayacağı elektrik alanları, manyetik alanlarla tam olarak aynı şekilde tespit edilemez. Elektrik alanlarında çizgi bölünmesi veya genişlemesi meydana gelir, ancak manyetik alanlardaki simetrik çizgi bölünmesinin aksine, bir elektrik alanın varlığını gösteren asimetrik çizgi bölünmesidir. Ayrıca, elektrik alan çizgisinin genişlemesi, ışık yayan elementlerin kütlesine duyarlıdır (daha hafif elementler kolaylıkla genişler veya bölünür ve daha ağır elementler daha az etkilenir), Zeeman (manyetik alan) genişlemesi ise kütleye kayıtsızdır. Asimetrik parlak çizgi bölünmesi veya genişlemesi, Johannes Stark'tan (1874–1957) sonra Stark etkisi olarak adlandırıldı.
Helyumun spektrografik çizgisi, içinden geçtiği elektrik alanın gücü ile artar. Daha ağır elementler, hafif olanlara göre daha az çizgi bölünmesi sergiler. Image credit: Journal of the Franklin Institute, 1930
Elektrik alanlarını tespit etmenin başka bir yolu da yüklü parçacıkların davranışından çıkarım yapmaktır,özellikle yüksek hızlara hızlandırılmış olanlar ve uzayda X ışınları(Dünyaya bağlı deneyimlerimizden uzun zamandır bildiğimiz) gibi elektromanyetik ışımalar, güçlü elektrik alanları tarafından üretilir
Uzaydaki düşük yoğunluklu plazmalardaki elektrik akımları, floresan ışıklar veya boşaltılmış Crookes Tüpleri gibi çalışır. Zayıf akım durumunda, plazma karanlıktır ve çok az görünür ışık yayar (soğuk, ince plazma radyoda ve uzak kızılötesi dalga boylarında çok fazla yayabilir). Akım arttıkça, plazma, görünür spektrumda makul miktarda elektromanyetik enerji yayan bir ışıma moduna girer. Bu, bu bölümün sonundaki resimde görülebilir. Bir plazmada elektrik akımı çok yoğun hale geldiğinde, plazma ark modunda yayılır. Ölçekten başka, şimşek ile bir yıldızın fotosferinin yayılan yüzeyi arasında çok az önemli fark vardır.
Bu, elbette, en azından teoride, bu etkiler için alternatif açıklamaların da mümkün olduğu anlamına gelir. kütleçekimi Modeli genellikle, zayıf kütleçekimi kuvvetinin, kara delikleri veya nötron yıldızlarını oluşturmak için hipotez edilen doğaüstü yoğunluklarla çarpımının bu tür etkileri yarattığını varsayar. Ya da belki parçacıklar süpernova patlamalarıyla neredeyse ışık hızına kadar hızlandırılır. Soru, "çarpılmış kütleçekimi" mi yoksa laboratuarda test edilebilir elektromanyetizmanın, Evrenin plazmadan oluştuğu gözlemleriyle daha tutarlı olup olmadığıdır.
Elektrik Modeli, elektrik etkilerinin sadece güneş sisteminin uzay aracının ulaşabildiği kısımlarıyla sınırlı olmadığını savunuyor. Elektrik Modeli, benzer elektriksel etkilerin güneş sisteminin dışında da meydana geldiğini varsayar. Sonuçta, Evren'de uzayda elektriksel etkilerin meydana geldiği tek yer güneş sistemi olsa çok garip olurdu.
TTül Bulutsusu NGC 6960, gazlı, parlak ipliksi plazma akımları ve ışık yıllarını kapsayan akıntısı ile. Görsel Hakları: T.A. Rector, University of Alaska, Anchorage
Yorumlar
Yorum Gönder