Divulgación Campo magnetico del sol, la tierra y el viento solar?

[natanael]

Esta pregunta es larga como todas las que hago, asi que... a qui voy.

Todos hemos visto las lineas de fuerza de un dipolo sea eléctrico debido a dos cargas (figura 2) o gravitacional generado por masas (figura 1):



Sin embargo sabemos que esto cierto luego de aplicar el principio de superposición de fuerzas que generan ambos objetos (cargas o masas), sobre todos los infinitos puntos que que forman dichas líneas.

Es decir, originalmente sabemos, en teoría, que las lineas de fuerza que inundan el espacio se extienden linealmente y en forma radial en todas las direcciones, valga la super redundancia , y que la forma final o la "resultante" de fuerzas que se generaría, se obtendría luego de aplicar dicho principio de superposición.

Desde luego y hasta donde tengo entendido, pasa igual con el campo magnético. Si fuera una corriente la cual generara dicho campo, se obtendrian unas lineas de fuerza parecidas a las de la siguiente imagen:



Y que por el mismo principio de superposición se pueden obtener esos peculiares campos magneticos, como por ejemplo el de un selenoide (tercera figura de la siguiente imagen):



Como se nota, el campo generado en las partes lejanas, no es más que aplicar aproximadamente el principio de superposición de fuerzas que generaría cada corriente por separado.

En base a esto todos hemos visto el campo magnetico de la tierra:



Sin embargo hay otras imagenes y no solo eso, videos que ilustran el hecho de que el campo magnetico de la tierra está deformado y está limitado en la direccion del sol y se pierde en direccion contraria a mucha más distancia, como se muestra en la imagen o video, como prefieras:

La forma final que obtiene el campo magnetico se debe, según wiki y la viejita del video, al viento solar, un chorro de particulas cargadas.

Preguntas:

1) ¿Esa forma final que adquiere el campo se debe al principio de superposicion de varios campos magneticos?

2) De ser cierta la primera pregunta, dicha forma final, es el resultado de aplicar el principio de superposición de los campos magneticos de quién:
......2.a) ¿El de la tierra y el viento solar?
......2.b) ¿El sol y la tierra?
......2.c) ¿Los tres?

3) De ser los tres o que incluya el del viento solar, me imagino que éste chorro de partículas se desplazan en linea más o menos recta, entonces ¿el campo magnetico de este viento solar es aproximadamente semejante al de un hilo coductor de corriente?

Tengo más preguntas, pero como dudo mucho que alguién responda, mejor me las reservo, sin embargo me está gustando empesar a postear estas preguntas porque es una manera de recordar que aún no he hallado respuesta a dichos problemas, sin embargo sin alguién sabe algo al respecto, es decir, páginas, libros, etc, o simplemente sabe del tema, le agradecería muchísismo!


P.D. Disculpenme pod y demás moderadores, se que exageré en la cantidad de imagenes insertadas, pero como ya saben, esa es mi aficción.

[GNzcuber]

Re: Campo magnetico del sol, la tierra y el viento solar?

Hola hidromagnetismo,

Si dudas que alguien responda a tus preguntas que sepas que no es porque no queramos, simplemente porque son fascinantes y hasta nos dejas con las dudos .

Yo no puedo responder mucho pero sí haré algunas correcciones (espero que sean correctas y sino ya alguien me corregirá y aprenderemos más), y a parte responderé lo que pueda.

Lo primero es hacer notar que no existe el dipolo terrestre, la palabra lo dice di-polo, es decir dos polos, y gravitacional sólo hay uno, si te pones a dibujar el diagrama vectorial del campo verás que es igual al de dos electrones y por lo tanto no es el que has hecho.

La gran incógnita para mí es ¿Por qué adquiere esa forma? ¿Cómo afecta la lluvia de partículas eléctricas del viento solar?

La forma que adquiere necesariamente se debe a la superposición de campos magnéticos, ésto siempre se cumple ahora faltaría saber qué campos.

En los que mencionas olvidas el campo magnético más importante, el más grande del sistema solar, y es el producido por Júpiter.

Como te imaginarás por simetría, el Sol radía partículas de forma esférica, es decir en cada momento hay una esfera de partículas que se radían al espacio, como la luz que emana de él. Lo que quiero decir es que no es lineal y por lo tanto no lo puedes aproximar como la corriente que pasa por un hilo conductor.

Si quitamos los campos magnéticos de los planetas, el viento solar no produciría campo magnética ¿Por qué? No es que tenga mucha idea, pero me parece que a pesar que las partículas se esparcen radialmente, crearían un campo por ser partículas en movimiento, pero por otro lado la densidad de corriente va disminuyendo y la variación del campo desplazamiento crearía un campo magnético igual y opuesto al primero en cada punto, por lo que se anularían y no habría campo magnético generado por el viento solar.

Si te suena, de las ecuaciones de Maxwell:

$$\displaystyle \bold{\nabla}\times \bold{H} = \bold{J}_f + \bold{J}_d = \bold{J}_f + \frac{\partial \bold{D}}{\partial t}$$

La contribución de ambas densidades de corrientes se anulan.

¡Saludos!

[Editado] = Por cierto, me gustaría corregirme, respecto a la corrección que te hice, si bien el campo gravitacional entre dos masas iguales no sería un dipolo, tampoco es como yo he dicho, como la de dos electrones porque eso implicaría que al acercarse se repelieran.

[Al2000]

Re: Campo magnetico del sol, la tierra y el viento solar?

Yo no voy a decir que entiendo ni mucho menos como se deforma el campo magnético terrestre debido al viento solar, pero propongo esta idea como una posibilidad.

Un chorro de partículas cargadas provenientes de Sol al alcanzar el campo magnético terrestre será desviado en una dirección tal que produce un campo magnético en dirección opuesta al terrestre. De forma simplificada, podemo imaginar en la penúltima imagen que el chorro de partículas, pongámoslas positivas, incide perperpendicularmente al campo magnético terrestre y por lo tanto girará de modo que la velocidad angular apunte hacia el sur terrestre. El campo magnético producido por esta corriente circular tiene sentido opuesto al campo de Tierra.

En el mismo orden de ideas, si recordamos el conocido caso de una partícula cargada que describe una trayectoria helicoidal al ser disparada con cierto ángulo respecto a un campo magnético, y consideramos ahora la partícula en su movimiento helicoidal como si se tratase de un solenoide, reconoceríamos que el campo magnético generado por "el solenoide" tiene sentido opuesto al campo que obliga a la partícula a girar.

Saludos,

Al

[natanael]

Re: Campo magnetico del sol, la tierra y el viento solar?

Gracias GNzcuber, por lo menos sé que la duda no la tengo yo nada más, porque para ser sincero, uno acepta el hecho de que el campo magnetico a la final tenga esa forma, pero uno nunca se detiene a pensar porque rayos tiene esa forma, y con respecto a como sería el campo gravitacional de dos masas yo creo que a la final tienes razón, la cuestión está es en que hay que tener presente que las lineas de fuerzas generadas por dos masas o cargas son una ayuda gráfica para ver como sería la resultante de las fuerzas que actuan sobre una tercera masa o carga según sea el caso, por ejemplo fíjate en la siguiente imagen:



que corresponde a mi equivocada concepción de las lineas de fuerza de dos masas, por ejemplo cuando yo me imaginaba la luna y la tierra, las lineas de fuerzas en las que pensaba eran las correspondientes al de un dipolo, solo que uno de los polos tendría mas carga que el otro, bueno.... en fin, si puedieramos poner una tercera masa (punto rojo superior) de prueba en ese supesto campo de fuerzas que yo me imaginaba, lógicamente la fuerza no apuntaría en el sentido indicado, sino más bien como la segunda masa de prueba (el punto rojo inferior) cuya resultante sería la suma directa (o superposición) de las fuerzas F1 y F2, y la masa se movería mas o menos hacia el centro de masas del conjunto, pero como el centro de masas del mismo es un punto de equilbrio inestable, terminaría aterrizando en una de las dos masas (luna o tierra), es como cuando un vé una animación del problema de los tres cuerpos.

Pero volviendo, yo creo que si es como tu dices (como dos cargas negativas) es solo que diferiero en que sean negativas, yo diría que más bien positivas, es decir la misma configuracion de lineas pero en vez de salir, entran a la masa. Si por ejemplo pusieramos dos planetas "tierra" inicialmente separados y en reposo uno con respecto al otro y con rotacion nula con respectoa un tercer sistema de referecia inercial, éstos terminarían atrayendose como dos cargas opuestas, pero que para una tercera masa de prueba inmersa en ese campo gravitacional, experimentaría fuerzas tangentes a las lineas de fuerza como tu imaginaste, algo mas o menos así:



Además si nos ponemos a dibujarle "al ojo 100 porciento" unas cuantas resultantes de fuerzas, dicha resultante parece ser casi siempre tangente a dichas lineas de fuerza, una condición que es necesaria para poder representarlas.



Cambiando de tema, fíjate porque considero que la corriente de partículas es "aproximadamente" lineal alrededor de la tierra, si por ejemplo consideras el siguiente gráfico:



verás que la tierra comparada con el sol es muy pequeña, si desde el centro del sol trazaramos una linea que atraviese una esfera imaginaria que cortara la tierra en dos partes (linea verde), e hicieramos que dicha recta se encontrara tangente a la esfera que define a la tierra (aproximadamente cerca del polo norte de la tierra, considerando que la tierra no esté inclinada, cláro), y hicieramos lo mismo... otra recta tangente a la tierra cerca del polo sur, y que también pasa por el centro del sol, y así sucesivamente que pase tangente pero por el ecuador y las las distintas altitudes de la tierra, entonces, nosé si logras visualizarlo, pero se forma un tronco de cono, y que en el caso, de que medida la tierra tienda a estar a una distancia infinita del sol, entoces estará encerrada en un cilindro circular recto, allí estan las imagenes referenciales.



Si todo lo dicho anteriormente es cierto, entonces podríamos considerar por ejemplo el ejercicio 45 del capitulo 35 del resnick, cuarta edición:



Dicho problema lo resolvimos en clase y fué donde aprendí que la corriente del miembro derecho de la ley de Ampere ($\dst \oint_{Amperiana}\vec{B}\cdot\dd \vec{L}=\mu_0i_{encerrada}$), tiene que ser estrictamente la corriente encerrada por la amperiana sobre la cual se vá a calcular la integral de linea. Ahora basado en esto y si analizas el problema, verás que en el campo magnético en la región r<c, del problema, existe campo magnético y está definido.

Por eso es que imaginé, que si encerraramos con una amperiana una región por donde pase el viento solar, habrá una densidad de flujo de estas partículas cargadas, y por lo tanto el campo magnético debe ser diferencte de cero y parecido, aproximadamente, al de un hilo conductor.

Para ser sicero todavía no estoy muy familiarizado con las ecuaciones de maxwell en forma puntual, pero si tu la entiendes y me informas que es la variación de esta densidad de particulas cargadas las que anulan el campo, entonces en lo que difiero es que dicha variación sea lo suciente como para influir y pueda anularse, cláro, por las mismas razones, de que si bien es cierto que las particulas fluyen radialmente, en las cercanías de la tierra se pueden aproximar como si lo hicieran linealmente.

Con respecto a lo que escribió Al, que tiene mucho sentido si uno llegase a poder imaginar todo lo que dijo, ya que mi teoría de que Al lleva ventaja sobre nosotros, es que estoy seguro que parte del cerebro de Al vino con una targeta de gráficos incluida de nacimiento . Hablando en serio Al, cuando te refieres a que las particulas podrían girar, te refieres a que lo hacen como un todo, de forma análoga como se mueve un fluido ferromagnetico, o individualmete como por ejemplo cuando dichas partículas cargadas, provenientes del sol, se concentran en los cinturones de Van Allen?

[Al2000]

Re: Campo magnetico del sol, la tierra y el viento solar?

Primero déjame decirte que yo creo que GNzcuber lleva la razón al considerar que un flujo de cargas radial uniforme no produce campo magnético. Tu estás cometiendo el error de aislar un tubo de corriente del flujo en el cual está inmersa Tierra, aunque acepto tu aproximación de un flujo uniforme por estar Tierra lejos de Sol. Pero la imagen sería mas parecida a la imagen fija que se ve en el video que pegaste en tu mensaje original. O sea que Tierra estaría inmersa en un flujo de carga uniforme y de extensión infinita (límite del flujo radial esférico en puntos alejados) y tal flujo uniforme de cargas no produciría campo magnético. Pero ese flujo de partículas (suponiéndolas positivas) se desvía hacia el Este debido a la fuerza que produce el campo magnético terrestre. Y es allí donde pienso yo que se produce el campo magnético que se superpone con el terrestre y lo altera en la forma que muestran los dibujos, que supongo yo que estarán basados en medidas del campo magnético hecha mediante satélites.

Bueno estas son sólo algunas ideas tan buenas como cualesquiera otras para explicar como el flujo de partículas puede alterar, no el campo magnético terrestre, sino mas bien el campo magnético alrededor de Tierra. Saludos,

Al

PD. Respecto a la confusión que parece haberse presentado respecto a la forma del campo gravitacional de dos masas, permítanme apuntar que ese campo es formalmente idéntico al de dos cargas negativas. Parecen estar olvidando que ese dibujo del campo de dos masas (o dos cargas negativas) representa al campo que "ve" una tercera masa/carga; si sólo hubiesen dos masas/cargas cada una vería solamente el campo radial uniforme de la otra. Respecto al sentido de las fuerzas, en el caso gravitacional la fuerza siempre tiene el mismo sentido del campo mientras que en el caso eléctrico la fuerza será del mismo sentido o sentido opuesto según que el signo de la carga sea positivo o negativo, respectivamente. Pero por supuesto ustedes ya saben eso...

[natanael]

Re: Campo magnetico del sol, la tierra y el viento solar?

PD. Respecto a la confusión que parece haberse presentado respecto a la forma del campo gravitacional de dos masas, permítanme apuntar que ese campo es formalmente idéntico al de dos cargas negativas. Parecen estar olvidando que ese dibujo del campo de dos masas (o dos cargas negativas) representa al campo que "ve" una tercera masa/carga; si sólo hubiesen dos masas/cargas cada una vería solamente el campo radial uniforme de la otra. Respecto al sentido de las fuerzas, en el caso gravitacional la fuerza siempre tiene el mismo sentido del campo mientras que en el caso eléctrico la fuerza será del mismo sentido o sentido opuesto según que el signo de la carga sea positivo o negativo, respectivamente. Pero por supuesto ustedes ya saben eso...

GRACIAS AL, y todo el tiempo GNzcuber, aunque ha dudado y yo no sé porque?, ha tenido razón, y yo sigo confundiendo el hecho de que son las cargas negativas a las cuales las lineas de fuerza entran .

Bueno ya estoy entendiendo mejor lo que planteas, aunque está claro que girarían, mi duda se centra más es si lo hacen todas juntas, es decir si se movieran como un liquido super viscoso, donde la posisión relativa de cada particula no varía mucho respecto de las otras a medida que gira, ó si lo harían individualmente, donde las posiciones cambiarían continuamente unas con respecto a otras. Me centro en eso, porque podría haber diferencias notables a la hora de buscar una respuesta, cláro! mientras alguién que sepa del tema yresponda con seguridad , ya que uno le queda es predecir el porque de un fenómeno a base le leyes básicas, y la unica que se ha utilizado hasta ahora es $\dst \vec{F}=q\vec{v}\times\vec{B}$.