Analogie zwischen Magnetflasche und Van Allens Strahlungsgürtel

Eine magnetische Flasche ist eine Anordnung, die es erlaubt, geladene Teilchen einzuschließen. Hier finden Sie eine Übersicht über in einem Magnetfeld rotierende geladene Teilchen und am Ende der Seite eine Beschreibung der Magnetflasche:

Bewegung eines geladenen Teilchens im Magnetfeld

Lassen Sie uns dieses Bild verwenden, da es klarer ist

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Aus diesem Bild ergibt sich, dass ein Teilchen in einer magnetischen Flasche eine kreisförmige Bewegung ausführt, indem es magnetischen Feldlinien folgt, die eine Art Zylindersymmetrie haben, wie es durch diese Simulation ausgedrückt wird:

Magnetflasche 1

Man kann sich also vorstellen, die Erde in die Mitte des Bildes zu stellen: so liegen die beiden Ringe an den beiden Magnetpolen.

Im Fall einer Van-Allen-Strahlungsgürtel-Bewegungssimulation ( Strahlungsgürtel als magnetische Flasche ) bewegen sich Partikel um Magnetfeldlinien herum, anstatt sich um die Erde zu bewegen.

Aber aus dieser Simulation:

Magnetflasche 2

Sie können sehen, dass eine Bewegung um eine magnetische Linie möglich ist, aber ich kann heuristisch nicht verstehen, warum.

Die Fragen lauten also:

  1. wie kann sich ein teilchen um eine magnetische linie bewegen, wenn es daneben eine andere gibt? Wie kann ein Teilchen also wählen, um welche Linie es sich bewegt (und dabei die Zylindersymmetrie verliert)?
  2. Warum sind die beiden Arten von Anträgen uneins?

Ist die Bewegung im ersten Bild vielleicht nur eine Annäherung?

Antworten (2)

Im YouTube-Video Magnetic Bottle 1 werden die geladenen Teilchen von den Enden der Flasche (wo sich der Ring befindet) reflektiert, da das Magnetfeld dort ungleichmäßig ist. Die Partikel neigen dazu, in der Mitte der Flasche zu bleiben, wo die Feldlinien ungefähr parallel sind.

Dasselbe passiert bei den Van-Allen-Gürteln. Sie sagen "Sie können sich also vorstellen, die Erde in die Mitte des Bildes zu stellen", aber das ist kein guter Vergleich mit dem Magnetfeld der Erde. Sie müssen sich die Flasche aus dem YouTube-Video vorstellen, die zu einem Reifen gebogen ist, mit einem Ende am magnetischen Nordpol und dem anderen am magnetischen Südpol.

Ich habe versucht, dies mit diesen Bildern zu zeigen:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

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Sie müssen sich vorstellen, die Magnetflasche in eine U-Form zu biegen. Ich habe versucht, dies anzuzeigen, indem ich gezeigt habe, wohin die Mitte und die Enden der Flasche gehen, wenn Sie sie biegen, um sie an das Magnetfeld der Erde anzupassen. So wie die Partikel dazu neigen, in der Mitte der Flasche zu bleiben, neigen sie dazu, im mittleren Teil des Erdmagnetfelds zu bleiben. Die Teilchen werden von dem ungleichmäßigen Feld in der Nähe des Nord- und Südpols reflektiert.

Die Bewegung der Teilchen in der Flasche ist also tatsächlich sehr ähnlich zu ihrer Bewegung im Erdfeld.

Ich hatte so etwas im Sinn und jetzt habe ich eine klarere Sicht. Danke! Im Fall von van Allen denke ich, dass auch eine revolutionäre Bewegung geladener Teilchen um die Erde möglich ist, da das Teilchen eine Geschwindigkeit haben kann, die Oberflächen mit gleichem Magnetfeld tangiert (wie die, die am Ende des Videos erscheint, tangential horizontal youtube .com/watch?v=6CpNOu4l1dM ) siehe auch Punkt 3 auf dieser Website phy6.org/Education/wtrap1.html

"Wie kann sich ein Teilchen um eine magnetische Linie bewegen, wenn eine andere geschlossen ist? Wie kann ein Teilchen also wählen, um welche Linie es sich bewegt (und auf diese Weise die Zylindersymmetrie verliert)?"

Der einfachste Fall besteht darin, ein Elektronenbündel zu betrachten, das von einem Punkt (wie sich Wasser in einem Sprinklerkopf ausbreitet) in einem gleichmäßigen B-Feld emittiert. Es gibt also keine bestimmte Feldlinie, die die Achse der Elektronen definiert; es ist der emittierende Punkt, der den Beginn der Achse definiert und die den emittierenden Punkt treffende Feldlinie die optische Achse. Jetzt sehen Sie, wie sich diese Elektronen spiralförmig um die optische Achse drehen. Wenn Sie nur ein Elektron betrachten, haben Sie den Bezug zum Mittelpunkt verloren, also welcher Linie zu folgen.

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