¿Puede un campo magnético fuerte a convertir gas de plasma? ¿Si lo puede lo poderoso tendría que ser, puedo ver un gráfico sobre el tema?
Respuestas
¿Demasiados anuncios?
Lawrence B. Crowell
Puntos
298
Normalmente no. Sin embargo, con un extraordinario campo magnético o un altamente relativista gas que pasa en un campo magnético que podía. Un átomo de hidrógeno ha $13.7$ev de energía de ionización. La fuerza de la celebración de la electrónica para el protón tiene magnetidue $$ F~=~k\frac{e^2}{r^2}, k~=~9\times 10^9Nm^2/coul^2 $$ que para $r~=~a$ $\simeq~.5\times 10^{10}m$. Esta fuerza es de alrededor de $9\times 10^{-8}N$. Si un átomo de hidrógeno entra en un campo magnético región, de modo que el electrón experimenta una fuerza igual o mayor que este, entonces podría escapar. La magnitud de la fuerza de Lorentz $\vec F~=~q\vec v\times\vec B$ de la velocidad perpendicular a la $10^6G$ campo magnético requeriría $v~\sim~10^4m/s$ a tirar de los electrones fuera del átomo. Un gas de entrar en un campo magnético con esa fuerza y a esta velocidad sería de ionizar.
John R Ramsden
Puntos
143
Estacionaria campo magnético homogéneo y de gas en reposo
En principio, la órbita de un electrón en un átomo tiene un momento magnético y, como tal, tiene una energía diferente si correctamente alineado con el campo magnético. Así que esto debería ser posible con una lo suficientemente fuerte campo magnético, la pregunta es qué tan fuerte.
Incluso podemos estudiar este efecto de la variación de los niveles de energía de un átomo en un campo magnético, estos son llamados el efecto Zeeman en campos débiles y la Paschen-Back efectos en el fuerte campo. En el campo fuerte de los niveles de energía del átomo de cambio simplemente por una energía del orden $B \mu_b$ donde $\mu_b \approx 6 \times 10^{-5} eV/T$.
Ahora vemos que si queremos deformar la órbita de modo que las energías de enlace de un electrón en el átomo de $\sim 10 eV$ se desplazan a los ceros y los electrones son liberados, necesitamos un campo magnético de orden $10^6 T$. Este es un inmenso campo magnético. A mi conocimiento, un campo sólo puede ser producido en extrema objetos astrofísicos como enanas blancas, estrellas de neutrones, o cerca de acrecentamiento de los agujeros negros. Tu no duda terrestre de laboratorio, donde son típicamente capaces de producir campos de decenas de tesla (tokamaks, los aceleradores de partículas).
El tiempo de la variable de campo
Vamos a ver si podemos hacer un "acceso directo" a la liberación de un electrón del átomo variando el campo muy rápidamente o mediante la inyección de gas en el campo a alta velocidad.
Las escalas de tiempo de las órbitas de los electrones en el átomo, se $\sim 10^{-15} s$. Esto significa que, a menos que usted tiene un campo magnético de frecuencias $\sim 10^{15} Hz$ (que no por más de un motivo), el efecto de un tiempo variable de campo magnético de un átomo permanente debe ser entendida como un estacionario , ya que siempre va a cambiar mucho más lento que cualquier dinámico de la escala de los electrones de la órbita y de la órbita siempre será capaz de cambiar entre los estados, dado por los diferentes valores del campo magnético en un cuasi-estacionaria de la moda.
Ahora, para el átomo de ser inyectados en el campo magnético. Debemos suponer que hay un número finito de transición entre el campo de cero y lleno de fuerza. Con cierta generosidad, esto puede ser asumida de órdenes de $10^{-3} m$, pero probablemente será más largo. Si luego desea que el campo magnético de cambiar, en el marco de referencia del átomo, en una escala de tiempo de $\sim 10^{-15} s$, debemos hacer un análisis relativista porque un ingenuo Newtoniano uno nos da una velocidad $\sim 10^{12} m s^{-1}$, cuatro órdenes por encima de la velocidad de la luz.
En el caso relativista, tenemos una contracción de longitudes proporcional al $\gamma^{-1} =\sqrt{1-v^2/c^2}$ en el átomo marco del resto, con lo que conseguimos que la velocidad de cumple $$\frac{v}{\sqrt{1-v^2/c^2}} \sim 10^{12} ms^{-1}$$ lo que conduce a una velocidad muy cercana a la velocidad de la luz y un factor de gamma $\gamma \sim 10^8$. Que es muchos órdenes de más de la $\gamma \sim 10^3$ que exprimir de la LHC para un solo protones!
Inducida por potencial
Sin embargo, hay otro efecto a tener en cuenta y es que en el marco del movimiento del átomo, el campo magnético estacionario se transforma en una de electricidad estática que se $E =\gamma vB$ de la velocidad perpendicular al campo magnético. Me incluir automáticamente el factor relativista porque vamos a necesitar. Esto es así porque desde el electrón la energía de enlace es $\sim 10 eV$ la energía potencial de un extremo de un átomo a otro tiene que ser $\sim 10V$!
Vamos ahora a suponer que el campo magnético es $B\sim 10 T = 10 V m^{-2} s$. El potencial de energía en la distancia corta es simplemente $E r_a$ donde $r_a \sim 10^{-10} m$ es la distancia entre el electrón y el núcleo en el átomo. esto significa que la velocidad tiene que cumplir con $\gamma v B r_a \sim 10 V$ o $$\frac{v}{1-v^2/c^2} = 10^8 m s^{-1}$$ que de nuevo corresponde a una velocidad cercana a la velocidad de la luz y un factor de gamma de orden uno (pero hasta unidades mayor que uno). Sabemos cómo acelerar partículas cargadas a estas velocidades, pero sin duda no es neutral objetos, por lo que esto también es poco realista.
Así que la respuesta es sí, en principio es posible, ya sea mediante la inyección de gas en un campo magnético a altas velocidades o la exposición a campos magnéticos extremadamente intensos, pero ciertamente no tienen las herramientas para hacer que en un laboratorio terrestre.
