Anihilacja pola magnetycznego - Polski Serwis Naukowy

Anihilacja pola magnetycznego – gwałtowna zamiana energii pola magnetycznego na energię termiczną i kinetyczną w szeregu procesów fizycznych zachodzących w obszarze gwałtownej (przestrzennie) zmiany pola magnetycznego. Jeden z głównych mechanizmów powstawania rozbłysków słonecznych i gwiazdowych.

Dyfuzja - proces samorzutnego rozprzestrzeniania się cząsteczek lub energii w danym ośrodku (np. w gazie, cieczy lub ciele stałym), będący konsekwencją chaotycznych zderzeń cząsteczek dyfundującej substancji między sobą lub z cząsteczkami otaczającego ją ośrodka. Ze względu na skalę zjawiska, rozpatruje się dwa podstawowe rodzaje dyfuzji:

Plazma – zjonizowana materia o stanie skupienia przypominającym gaz, złożona zarówno z cząstek naładowanych elektrycznie, jak i obojętnych. Mimo że plazma zawiera swobodne cząstki naładowane, to w skali makroskopowej jest elektrycznie obojętna.

Gdy na styku pól magnetycznych o przeciwnych kierunkach poruszają się cząstki obdarzone ładunkiem w wyniku zmian pola magnetycznego indukuje się pole elektryczne, które zmienia ruch cząstek (przyspieszanie elektronów, jonów oraz protonów) czyli wywołuje prąd elektryczny obszar ten nazywany jest warstwą prądową. Rozpędzone cząstki zderzając się z innymi cząstkami tracą energię, co makroskopowo jest postrzegane jako rozgrzewanie przewodnika w wyniku płynięcia w nim prądu (prawo Joule'a). Proces ten podgrzewa plazmę znajdującą się w warstwie prądowej (zamiana energii pola magnetycznego w energię termiczną).

Rekoneksja magnetyczna – zjawisko szybkiej zmiany układu linii pola magnetycznego w poruszającym się płynie przewodzącym prąd elektryczny. Podczas rekoneksji w jej centrum dochodzi do bardzo silnego rozgrzania przewodzącego płynu w wyniku anihilacji pola magnetycznego.

Pole wmrożone – pojęcie używane w fizyce plazmy, szczególnie w astrofizyce, opisujące zjawisko polegające na tym, że jeżeli w plazmie istnieje pole magnetyczne a plazma porusza się, to pole magnetyczne porusza się razem z plazmą.

W warstwie prądowej mogą również występować niestabilności (np. typu kink oraz niestabilności prądowe), które prowadzą do chaotyzacji/turbulencji pola. Dla takiego wypadku mechanizm przyspieszania w warstwie prądowej jest nieefektywny.

Konkretny przebieg anihilacji może być realizowany na różne sposoby, w zależności od konfiguracji pola magnetycznego. Jednym z przykładów efektywnej anihilacji pola jest model Petscheka.

Energia anihilacji

Pole magnetyczne zawiera energię. W jednostce objętości przestrzeni, w której jest pole magnetyczne zawarta jest energia:

Pole magnetyczne — stan przestrzeni, w której siły działają na poruszające się ładunki elektryczne, a także na ciała mające moment magnetyczny niezależnie od ich ruchu. Pole magnetyczne, obok pola elektrycznego, jest przejawem pola elektromagnetycznego. W zależności od układu odniesienia w jakim znajduje się obserwator, to samo zjawisko może być opisywane jako objaw pola elektrycznego, magnetycznego lub obu.

Energia termiczna (zwana też potocznie energią cieplną) – część energii wewnętrznej układu, która jest związana z chaotycznym ruchem cząsteczek układu[1]. Miarą energii termicznej jest temperatura. Każda postać energii może się przemienić w energię termiczną, czemu towarzyszy wzrost entropii.

$E = \frac 1 2 \frac {\mathbf B ^2} {\mu \mu_{0}}$

gdzie: E – gęstość energii pola magnetycznego w danym punkcie, B – indukcja magnetyczna, $\mu$ – względna przenikalność magnetyczna ośrodka, $\mu_{0}$ – przenikalność magnetyczna próżni.

Magnetohydrodynamika

Z punktu widzenia magnetohydrodynamiki i wynikającego podstawowego w niej równania kinematycznego:

Nabla – operator różniczkowy traktowany w operacjach rachunkowych jak symboliczny wektor. Pozwala zapisać operacje różniczkowe na funkcjach w prostej i zwartej formie działań wektorów.

$\frac {\partial \mathbf{B}}{\partial t} = \nabla \times \left( \mathbf{u} \times \mathbf{B} \right) + \eta \nabla^2 \mathbf{B}$

gdzie: ∇ – operator nabla, B – indukcja magnetyczna, u – prędkość ruchu ośrodka, η – dyfuzyjność magnetyczna, współczynnik opisujący ośrodek (współczynnik ten jest proporcjonalny do oporu właściwego ośrodka).

Pierwszy składnik po prawej stronie tego równania opisuje zjawisko sprzężenia pola magnetycznego z ośrodkiem doskonale przewodzącym prąd. Oznacza pełne zgranie ruchów ośrodka i pola magnetycznego tzw. pole wmrożone. Takie zmiany pola związane są wyłącznie z jego przenoszeniem z miejsca na miejsce i nie są z nimi związane zmiany energii pola.

Za proces anihilacji pola magnetycznego odpowiedzialny jest tylko drugi składnik prawej strony powyższego równania, po pominięciu pierwszego składnika pozostaje równanie: $\frac {\partial \mathbf{B}}{\partial t} = \eta \nabla^2 \mathbf{B}$

Równanie to jest analogiem równania zjawiska dyfuzji. Energia pola magnetycznego jest tracona podczas anihilacji dzięki temu, że ośrodek posiada niezerowy opór elektryczny.

Zobacz też

rekoneksja magnetyczna