Analogía entre la botella magnética y el cinturón de radiación de Van Allen
edwintardeotoño
Una botella magnética es un arreglo que permite confinar partículas cargadas. Aquí puede encontrar una revisión de partículas cargadas que giran en un campo magnético y en la parte inferior de la página una descripción de la botella magnética:
Movimiento de una partícula cargada en un campo magnético
Usemos esta imagen ya que es más clara.
Lo que resulta de esta imagen es que una partícula dentro de una botella magnética hace un movimiento circular siguiendo las líneas del campo magnético que tienen una especie de simetría cilíndrica como lo expresa esta simulación:
Entonces puedes imaginar poner la tierra en el medio de la imagen: de esta manera los dos anillos están a los dos polos magnéticos.
En el caso de una simulación de movimiento del cinturón de radiación de Van Allen ( Radiation Belt as a Magnetic Bottle ), las partículas se mueven alrededor de las líneas de un campo magnético en lugar de moverse alrededor de la tierra.
Pero a partir de esta simulación:
puede ver que es posible un movimiento alrededor de una línea magnética, pero no puedo entender heurísticamente por qué.
Entonces las preguntas son:
- ¿Cómo una partícula puede moverse alrededor de una línea magnética si hay otra cerca de ella? entonces, ¿cómo puede una partícula elegir alrededor de qué línea moverse (perdiendo así la simetría cilíndrica)?
- ¿Por qué los dos tipos de mociones están en desacuerdo?
¿Es el movimiento en la primera imagen solo una aproximación?
Respuestas (2)
Juan Rennie
En el video de YouTube de la botella magnética 1, las partículas cargadas se reflejan desde los extremos de la botella (donde están los anillos) porque el campo magnético no es uniforme allí. Las partículas tienden a permanecer en el medio de la botella donde las líneas de campo son aproximadamente paralelas.
Lo mismo sucede en los cinturones de Van Allen. Dices "Así que puedes imaginar poner la Tierra en el medio de la imagen", pero esta no es una buena comparación con el campo magnético de la Tierra. Tienes que imaginar la botella del video de YouTube doblada en un aro con un extremo en el polo norte magnético y el otro en el polo sur magnético.
He intentado mostrar esto con estas imágenes:
Tienes que imaginar doblar la botella magnética en forma de U. He tratado de indicar esto mostrando dónde van el medio y los extremos de la botella cuando la doblas para que coincida con el campo magnético de la Tierra. Así como las partículas tienden a permanecer en el medio de la botella, tienden a permanecer en la parte media del campo magnético de la Tierra. Las partículas se reflejan desde el campo no uniforme cerca del polo norte y sur.
Entonces, el movimiento de las partículas en la botella es muy similar a su movimiento en el campo de la Tierra.
Wayne Lo
"¿cómo una partícula puede moverse alrededor de una línea magnética si hay otra cerca de ella? Entonces, ¿cómo puede una partícula elegir alrededor de qué línea moverse (perdiendo así la simetría cilíndrica)?"
El caso más simple es observar un haz de electrones que se emiten desde un punto (como el agua que se esparce en la cabeza de un rociador) en un campo B uniforme. Entonces, no hay una línea de campo particular que defina el eje de los electrones; es el punto de emisión que define el comienzo del eje y la línea de campo que se encuentra con el punto de emisión del eje óptico. Ahora ves estos electrones en espiral alrededor del eje óptico. Si solo miras un electrón, perdiste la referencia del centro, por lo tanto, qué línea seguir.
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