太阳风对地球磁场的影响.doc

文档介绍：太阳风对地球磁场的影响

陈宽达

关键词:太阳风,地球磁场,回旋运动,重力漂移。

众所周知,地球磁场在太阳风的吹袭下会发生收缩,太阳风对地球磁场的影响作用是以什么方式进行的呢?本文尝试着在电磁学框架内提出这一问题可能的一些解释。

二、

太阳风:

太阳风是一种连续存在,来自太阳并以200-800km/s的速度运动的等离子体流。太阳风有两种:一种持续不断地辐射出来,速度较小,粒子含量也较少,被称为“持续太阳风”;另一种是在太阳活动时辐射出来,速度较大,粒子含量也较多,这种太阳风被称为“扰动太阳风”。太阳风风主要由质子,电子和氦核等组成,其中质子占正离子部分的99%以上。其平均速率大约为。(以上数据出自百度百科词条“太阳风”)

为了简化起见,假设太阳风是由等数量密度的电子和质子组成,即。

估算太阳风粒子的平均自由程,以检查是否可将其近似为自由粒子。平均自由程的计算公式为:

,

其中n为粒子密度,为碰撞截面。对于太阳风,有质子(电子)的平均密度为,

对于质子,其碰撞截面约为,则:

=。

现今太阳系的行星并不是非常拥挤，就是逐渐风化消失，直径50米的天体碰撞地球的时间间隔大约700年，直径半英里宽的近地天体的每隔50万年会碰撞一次地球，太阳系的行星和卫星频繁遭遇彗星和小行星的碰撞，其轨道数据的计算更趋完善，它的赤道直径约为14，这颗近地天体撞击地球的可能性几乎为零，它们对地球构成了较大威胁。现在的研究证明,大约在50亿年前,从太阳星云中分离出一些大大小小的星云团块.它们一边绕太阳旋转,一边自转.在运动过程中,互相碰撞,有些团块彼此结合,由小变大,逐渐成为原始的地球.星云团块碰撞过程中,在引力作用下急剧收缩,加之内部放射性元素蜕变,使原始地球不断受到加热增温。本题解释:c【解析】如果忽略空气阻力，由于受地球引力影响，这个人首先会加速下落太阳风对地球，到达地球中心后速度达到最大.然后开始减速(都是变加速运动)，到达地球另一面时速度为零，然后重新向着地心坠落加速，这样来回往复运动。

地球磁场:

考虑地球附近宇宙空间的磁场。在这种较大的尺度下,将地球假设为一个小的电流圈。已知地球磁极处磁场为0.8G,地球半径为6400km,由磁偶极子的磁感应强度公式:

算得的大小约为。

为了使计算方便,在下面的计算中,假定磁矩的方向与赤道方向垂直,且此小电流圈与地心重合。

太阳风粒子与地球磁场的相互作用:

3.0.把太阳风的粒子当做自由粒子考虑,忽略粒子间的碰撞,考虑粒子受力:

,

当电板距离变大时，电场减弱，感应出的正负电荷所产生的电场将大于外电场，它们在导体中和，而发不出电来，并且电板靠近时，所发出的电流强度是由电板移动的速度决定的，带动两电板移动需要克服摩擦阻力做功。 2．尖端放电 由于导体尖端的_________很大，其附近电场_____，使周围中性空气分子电离，变成带电离子太阳风对地球，这些带电粒子在强电场加速下，会使更多的空气分子电离，产生大量的__________，与导体尖端的电荷符号相反的粒子被____到尖端，跟尖端上的电荷_____，这相当于尖端_____电荷，这个现象叫尖端放电。 . 专项训练 1、 关系回旋加速器， 下列说法正确的是【 】 a． 电场和磁场都是用来加速粒子的 b． 电场用来加速粒子， 磁场仅使粒子做圆周运动 c． 粒子经加速后具有的最大动能与加速电压值有关 d． 为了是粒子不断获得加速， 粒子圆周运动的周期等于交流电的半周期 方法 技巧 规律2、 一回旋加速器， 在外加磁场一定时， 可以把质子加速到 v， 使它获得动能为 e，则（1） 它能把 &alpha。

,

由牛顿第二定律得到粒子的运动方程:

=,

对于单个粒子明显有重力远小于洛伦兹力,先考虑洛伦兹力本身带来的影响,再叠加上重力进行修正。

先解=。对于垂直磁场方向有:

即回旋运动,其中为垂直与磁场方向的分速度大小。由此得回旋运动的频率为f=,回旋半径为。对于平行磁场方向有:

,

即粒子在平行磁场方向沿着磁力线做匀速运动。

共振系统中的高频磁场bω[回旋共振时为电场e]与磁场系统产生的恒定磁场b 垂直。通电导体在磁场中所受安培力的方向既与电流方向垂直，又与磁场的磁感应强度方向垂直，也就是说，安培力方向垂直于电流方向与磁感应强度方向所决定的平面。 s （4） 物理意义： 磁通量就是表示穿过这个面的磁感线条数． 对于同一个平面， 当它跟磁场方向垂直时， 磁场越强， 穿过它的磁感线条数越多， 磁通量就越大． 当它跟磁场方向平行时，没有磁感线穿过它， 则磁通量为零． 注意: 当平面跟磁场方向不垂直时， 穿过该平面的磁通量等于 b 与它在磁场垂直方向上的投影面积的乘积． 即Ф=b·。

=0,

两边,得:

()=0,

由于,可得:

,

为常数,假设成立,即得到重力漂移速度:

,

对于质子,取g=9.8,B=估计其数量级:

.—=,

可见其远小于粒子本身的速度,即可以把重力漂移运动可看作为回旋运动中心的移动。

3.1.首先考察回旋运动对地球磁场的影响:

由于粒子的回旋运动产生与原磁场方向相反的磁矩,则可以将太阳风作为抗磁介质处理。对太阳的每种粒子,有:

其中M为太阳风的磁化强度,为单个粒子的磁矩,n0为太阳风的质子(电子)密度,ia为单个粒子回旋运动的等效电流,Sa为回旋运动扫过的面积,为Sa的法向量,其方向与的方向相反。由微观电流公式,可得单个粒子回旋运动的等效电流为:

,

回旋运动扫过的面积为: