Номер 4, страница 62 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 18. Пространственные траектории заряженных частиц в магнитном поле. Глава 2. Магнитное поле - номер 4, страница 62.

4. Каким образом магнитное поле Земли предохраняет её поверхность от действия заряженных частиц высоких энергий?

Магнитное поле Земли, также известное как геомагнитное поле, образует вокруг планеты невидимую область, называемую магнитосферой. Эта магнитосфера играет роль защитного щита от потока заряженных частиц высоких энергий, в основном состоящего из протонов и электронов, который непрерывно испускает Солнце (так называемый солнечный ветер), а также от галактических космических лучей.

Механизм защиты основан на действии силы Лоренца. Когда заряженная частица (с зарядом $q$) движется со скоростью $\vec{v}$ в магнитном поле с индукцией $\vec{B}$, на нее действует сила Лоренца $\vec{F_L}$, которая определяется выражением:

$\vec{F_L} = q[\vec{v} \times \vec{B}]$

Ключевой особенностью этой силы является то, что она всегда направлена перпендикулярно как вектору скорости частицы $\vec{v}$, так и вектору магнитной индукции $\vec{B}$. Из-за этой перпендикулярности сила Лоренца не совершает работы над частицей и не изменяет ее кинетическую энергию (и, следовательно, скорость), а лишь изменяет направление ее движения, заставляя ее отклоняться от первоначальной траектории.

Когда частицы солнечного ветра подлетают к Земле, они попадают в ее магнитное поле. Сила Лоренца начинает действовать на них, заставляя их двигаться не по прямой к поверхности, а по спиральным траекториям вдоль силовых линий магнитного поля. Большинство этих частиц отклоняются и обтекают Землю, не достигая ее атмосферы и поверхности.

Часть частиц захватывается магнитным полем и образует так называемые радиационные пояса Земли (пояса Ван Аллена), где они движутся по сложным траекториям, "перемещаясь" от одного магнитного полюса к другому. Это также является частью защитного механизма, так как опасное излучение концентрируется в этих поясах на большом расстоянии от поверхности.

В районах магнитных полюсов Земли, где силовые линии входят в атмосферу почти вертикально, некоторые из захваченных частиц могут проникать в верхние слои атмосферы. Взаимодействуя с атомами и молекулами газов (в основном кислорода и азота), они вызывают их ионизацию и возбуждение, что приводит к свечению, известному как полярные сияния (северное и южное). Таким образом, полярные сияния — это видимое проявление работы защитного магнитного щита Земли.

Ответ: Магнитное поле Земли защищает ее поверхность, отклоняя поток летящих к ней заряженных частиц высоких энергий (солнечный ветер, космические лучи). Это отклонение происходит под действием силы Лоренца, которая заставляет частицы двигаться по спиральным траекториям вдоль силовых линий магнитного поля, не позволяя им достичь поверхности планеты.