¿Cómo puede ser geodinámico un núcleo planetario eléctricamente neutro?

Question

La teoría estándar sobre el campo magnético de la Tierra es que el núcleo del planeta es un geodinamo.

Sé que las cargas eléctricas en movimiento pueden inducir un campo magnético, pero también sé que las cargas opuestas producen campos opuestos, y a menos que me haya perdido algo, la materia normal no tiene carga neta a nivel macro.

En las ecuaciones de Maxwell, $\mathrm{\textbf{J}}=0$ significa $\mathrm{\textbf{B}}=0$ ¿correcto?

Entonces, si el núcleo de la Tierra es eléctricamente neutro, ¿cómo es posible el geodinamismo?

Answer 1

El énfasis en el "medio neutro" es una pista falsa.

Un cable de cobre es neutro. Si se mueve a través de un campo magnético, se induce un EMF. Como el cobre es conductor, eso a su vez impulsa una corriente. Y, si se dispone adecuadamente (es decir, una configuración de "dinamo"), esa corriente puede crear más campo magnético y hacerlo más fuerte.

La energía proviene del movimiento del material. Mientras el material sea conductor, puede fluir una corriente aunque sea neutra en general.

Ni siquiera importa si la corriente es de electrones negativos en un sentido o de iones positivos en el otro.

Answer 2

La 4ª ecuación de Maxwell en estado estacionario, establece $$\rm \vec\nabla \times \vec B= \mu_0 \vec J,$$ así que, hasta ahora tienes razón, si $\rm J=0$ entonces $\rm B=0$ . Sin embargo, ¿por qué cree que $\rm J$ es cero? La densidad de corriente se define sobre las densidades de momento de carga, y para un fluido parcial o totalmente ionizado compuesto sólo por iones y electrones es $$\rm \vec J = \sum_{species} \vec J_s = \vec J_{e} + \vec J_{p} = n_e q_e \vec{v}_e +n_i q_i \vec{v}_i = n_e q_e(\vec{v}_i - \vec{v}_e)$$ donde en la última igualdad sólo se utiliza la relación entre el número de iones y el de electrones y el hecho de que la carga del electrón es opuesta a la de los iones. Así, incluso en el marco de reposo de los iones (igual al marco del laboratorio en buena aproximación, debido a su movimiento más lento/alta inercia) hay una corriente neta, cuando la carga neta $$\rm Q = \sum_{\rm species} Q_s = n_e q_e + n_i q_i = 0$$ es cero.

Así que la respuesta a tu pregunta no tiene nada que ver con las ecuaciones de Maxwell.
La carga neta cero sí NO implican una corriente nula.

Answer 3

Cuando un medio eléctricamente conductor se pone en rotación, producirá un campo magnético aunque sea eléctricamente neutro general. El geodinamismo se produce en el interior de la tierra porque el mineral líquido conductor de la electricidad está en movimiento convectivo, debido a la diferencia de temperatura entre el centro de la tierra y la superficie. La dinámica de este proceso en el interior de la Tierra es compleja e implica la rotación terrestre, el movimiento convectivo del hierro líquido y la transferencia de calor entre el núcleo y las capas exteriores de la Tierra.

Answer 4

La dinamo de mi bicicleta también es eléctricamente neutra. El magnetismo es causado por la corriente - o el giro - no por la carga.

Answer 5

Si tenemos un medio neutro que contiene en promedio una cantidad igual de cargas positivas y negativas $N>>1$ entonces la fluctuación de la carga total es $\sqrt{N}e$ . Por lo tanto, un medio neutro se forma la carga. La descripción correcta de la fórmula de la corriente eléctrica se describe AtmosphericPrisonEscape . El conductor con una corriente en promedio es eléctricamente neutro. Pero para generar una corriente eléctrica, se necesita una intensidad de campo eléctrico semilla. Esta intensidad semilla se forma debido a las fluctuaciones de carga, que se describe en las fórmulas que he propuesto.

Creo que esto explica la inversión del campo magnético de la Tierra. Cuando la fluctuación de la carga de la Tierra alcanza un valor grande, suficiente para cambiar la polaridad del campo magnético, el campo magnético de la Tierra se invierte. Si la Tierra es en parte un dieléctrico y en parte un conductor, pueden formarse fluctuaciones de carga persistentes en la Tierra.

Observamos la coincidencia de los valores del tiempo medio entre las inversiones del campo magnético $T\approx 10^6 year$ y el tiempo característico de las fluctuaciones es igual $T=\frac{N_{av}r_g}{c}=2*10^{13}s$ , $N_{av}$ el número de Avogadro, $r_g$ el radio gravitacional. La frecuencia de las fluctuaciones, iguales en la Tierra $\frac{c}{r_g}$ en el Sol es órdenes de magnitud superior debido a la alta temperatura y a las reacciones termonucleares y el tiempo característico de las fluctuaciones es de 9 a 12 años. La frecuencia de las fluctuaciones de las reacciones termonucleares es mucho mayor en el Sol que la frecuencia de las fluctuaciones en la Tierra. El radio gravitacional se sustituye por el radio del núcleo. El multiplicador exponencial reduce esta frecuencia. Como resultado, se forma un tiempo característico de inversión en el Sol. Obsérvese que el tiempo característico de inversión del campo magnético terrestre no es constante cuando se produce la siguiente fluctuación. El proceso de formación de las fluctuaciones y su desarrollo es largo y puede durar desde 200 años hasta varios miles de años. En este caso, el campo magnético de la Tierra se debilitará y la Tierra quedará desprotegida. La última vez que se produjo la inversión del campo magnético de la Tierra fue hace 780 mil años. Pero el periodo de inversión no es constante y el periodo calculado es aproximado. Por lo tanto, no se ha detectado ninguna periodicidad en el cambio de polos, y este proceso se considera estocástico. Hay intervalos de tiempo de decenas de millones de años en los que no se produjo la inversión.