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2004 年 1 月 23 日

太陽系星體比一比 (22): 哪裡有電場和磁場?
提供者 : 陳輝樺 (AEEA 小組 , NMNS )

說明: 接續昨天關於電場 (Electric Field) 的討論。 在進入今天的「磁場 (Magnetic Field)」討論主題前, 我們先來介紹一下「什麼是電漿 (Plasma)?」 電漿是物質的一種狀態,如同在常溫下大家熟悉的水之固態、液態和氣態。 電漿的英文是“Plasma”(亦譯為血漿,其內含紅血球、白血球、血小板等), 指一大群塊帶電的原子流體當中某小塊可能帶著正電荷,週遭另一小塊可能帶著負電荷; 但巨觀看來,大群塊是中性的,這種狀態稱為「電漿」態。 在地球上大氣層中的電離層、霓虹燈、日光燈等內的氣體狀態都是電漿態。 雖然在日常生活中電漿態不如物質的固、液、氣三態常被見到, 但其實電漿是宇宙間最常見的一種物質狀態,幾近 99% 宇宙間能見到的物質組成都是呈電漿態。 電漿態在太空環境中處處可見, 如在行星大氣層上空搖曳的 極光現象 、 隨著太陽旋轉生成的 太陽風 、 星系中恆星本身之巨大 噴流現象 , 都與電漿的存在有著密切的關聯。

       若一個帶電物質相對於你是有相對的運動時, 則你除了能感受到它 電場 的存在外, 另會感受到 磁場 的存在。 正如你將指南針置放於通電的導線周圍, 就可以看到指南針受到通電導線內電流所形成的磁場作用而改變它的指向。 也就是說,通電導線內電子的流動造就了鄰近的 「磁場」, 使得靠近的其他帶電或具磁性的物體在此磁場中的運動受到束縛, 而改變原本運動的狀態。 要是能瞭解電漿在電場和磁場所受到的影響, 就可以理解 太陽 的一舉一動將會如何地影響我們地球。 事實上,太空裡既然充斥著運動中的電漿,也就處處可感受到電場和磁場的存在。

       要瞭解電漿在電場和磁場所受到的影響, 首先要瞭解個別帶正負電荷的離子在電場和磁場裡分別受到的作用。 因為「帶同性電荷會相斥,帶異性電荷會相吸」的電場作用力, 使得帶電離子束在電場中只會加速改變它們的位置和直線速率。 而帶電離子在磁場中所受到的是和 「運動速度與磁場都垂直的勞倫茲(Lorentz)作用力」 ,使得帶電離子束在磁場中呈螺旋狀。

明日主題 : 太陽系星體比一比 (23): 太陽的磁場
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主編 : 陳輝樺 、 王夕堯
                         諮詢服務 : 陳輝樺 (NMNS 國立自然科學博物館)
                                  王夕堯 (NTPU 國立台北大學)
                                                      蘇明俊 (NKNU 國立高雄師範大學科教所)

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