Fenomene de ionizare în atmosferă

Elev: Rădoi Ancuţa-ValentinaProfesor: Andrei Florina

Atmosfera

Prin definiţie, atmosfera reprezintă un amestec de gaze şi particule solide şi lichide ce acoperă Pământul. Fără existenţa ei, viaţa nu ar mai fi posibilă pe Terra.

Atmosfera se împarte în cinci componente:-Troposfera (unde se concentrează 90% din aer)-Stratosfera (zonă în care se află stratul de ozon)-Mezosfera-Ionosfera (ce reflectă undele radio)-Exosfera

Elementele din care este alcatuită sunt: azot, oxigen, argon, dioxid de carbon, gaze rare, hidrogen, metan, oxid de azot, monoxid de carbon.

Interacţiunea dintre radiaţiile cosmice, radiaţiile radioactivităţii terestre şi particulele care compun atmosfera produce ioni negativi şi pozitivi.

Atomii şi moleculele, care în mod normal sunt neutri din punct de vedere electric (nr. de electroni = nr. de protoni) pot dobandi sarcină electrică atunci când există surse energeticedisponibile, acest proces numindu-se ionizare.

Sursa de energie disponibilă în acest caz este chiaratmosfera.

Cele mai importante fenomene de ionizare în atmosferă sunt următoarele:

Ozonul

Aurorelepolare

Plasma

Plasma

În fizică, plasma reprezintă o stare a materiei,fiind constituită din ioni, electroni şi particule neutre (atomi sau molecule), denumite generic neutri.

Aprinderea plasmei depinde de numeroşi parametri (concentraţie, câmp electric extern), fiind imposibilă stabilirea unei temperaturi la care are loc trecerea materiei din stare gazoasă în plasmă.

Datorită sarcinilor electrice libere plasma conduce curentul electric şi este puternic influenţată de prezenţa câmpurilor electrice externe. În urma ciocnirilor dintre electroni şi atomi pot apărea fenomene de excitare a atomilor, urmate de emisie de radiaţie electromagnetică.

Dacă frecvenţa radiaţiei emise are valori în domeniul vizibil, se pot observa fenomene luminoase. Atunci când energia electronilor este suficient de mare,atomii sunt ionizaţi, creându-se noi sarcini, pozitive şi negative.

Plasma în natură

Se aproximează că Universul este în proporţie de 99% plasmă. Stelele sunt alcatuite din plasme dense, fierbinţi, iarmateria interstelară din plasmă rarefiată şi rece.

Temperaturile ridicate din interiorul stelelor permit formarea reacţiilor de fuziune nucleară (formarea din 2 nuclee a unui nou nucleu cu masă atomică mai mare) ceasigură eliberarea unor cantităţi imense de energie.

La suprafaţa Pământului nu există condiţii prielniceformării plasmei, însă ea se formează în anumite cazuri, în timpul fulgerelor sau trăsnetelor. Diferenţele mari de potenţial între nori şi Pământ determină ionizarea moleculelordin aer şi apariţia unui curent electric. Atomii excitaţi emit radiaţie vizibilă.

Fenomenele ce au loc în plasmă determină emisia de radiaţie electromagnetică în domeniul vizibil, de aicirezultând strălucirea stelelor.

Aplicaţii ale plasmei

Printre numeroasele aplicaţii ale plasmei se regăsesc şi lămpile cu descărcare în gaz şi ecranul cu plasmă. Primelesunt utilizate în iluminatul public şi al locuinţelor datoritărandamentului mare faţă de becurile cu incandescenţă, iar pereţii aparatelor cu plasma sunt acoperiţi, ca şi tuburile, cu substanţă fluorescentă ce emite cele trei culoriprincipale (roşu, albastru şi verde),curentul electric fiind aplicat fiecărei celule în parte.

Aurorele polare

Aurora polară este un fenomen optic ce constă într-o strălucire intensă observată pe cerul nocturn în regiunile din proximitatea zonelor polare, ca rezultat al impactului particulelor de vânt solar în câmpul magnetic terestru.

În funcţie de emisfera în care se produce, poartă numele de:

-auroră boreală (emisfera nordică) -auroră australă (emisfera sudică)

Razele ce apar sunt paralele între ele şi aliniate pedirecţia liniilor de câmp magnetic.

Culoarea este determinată de emisiunea de atomi de oxigen în straturile superioare ale atmosferei, care produce tonalitatea verde. În cazul producerii unor furtuni puternice, vântul solar oferă tonalitatea roşu închis, dată de atomii de azot în combinaţie cu cei de oxigen.

Aurora polară se poate produce şi pe alte planete sipoate fi creată şi artificial, însă cea terestră, naturală, e provocată de ciocnirea unor particule încărcate electric (exp. electroni) din magnetosferă cu atomi din straturile superioareale atmosferei terestre.

În această imagine se poate observa o auroră de pe planeta Jupiter

Coliziunea particulelor cu atomii de gaz determinăenergizarea celor din urmă. Are loc un proces de ionizare, disociere şi excitare a particulelor, excitaţia rezultând în emisie de lumină. La fel şi în cazul televizoarelor, electroniiating suprafaţa ecranului de fosfor, de unde rezultă lumina.

În afara vânturilor solare, fluxurile de plasmă caldă produc şi ele fenomenul de auroră polară.

Aurorele artificiale pot apărea ca rezultat al exploziilor nucleare, precum cele create în efectuarea de experimente. Un astfel de exemplu a fost testul nuclear Starfish Prime, la 9 iulie 1962. Atunci cerul din regiunea Oceanului Pacific a fost iluminat de către auroră pentru mai mult de şapte minute.

Pe fundal, fotografia aurorei artificiale din 1962.

Mituri privind aurora polară

În mitologia nordică se spune că aurorele polare nu erau altceva decât luminile stranii emanate de armurile unor fecioare numite Walkirii.

Un vechi nume scandinav pentru Luminile Nordului se traduce ca fulger de scrumbie, crezându-se că luminile erau reflexe ale unor maldăre de scrumbii spre cer. În Laponia, din contră, traducerea ar fi fost de focuri de vulpe, animalele scoţând scânteile cu cozile lor.

Poporul Sami credea că nu e bine să se facă gălăgie la apariţia aurorei. Dar poate cea mai ciudată teorie legată de auroră este cea a folclorului inuit, cum că era compusă din spiritele morţilor ce jucau fotbal cu cranii umane în ceruri.

Ozonul

Ozonul este o molecula constituita din 3 atomi de oxigen (O3), ce se dezintegreaza rapid, fiind instabila. Ozonul este un produs natural datorat unor reactii chimice, insa el poate ficreat si artificial si folosit la tratarea apelor, fiind si un puternic oxidant.

Cel mai cunoscut exemplu legat de prezenta ozonuluieste stratul de ozon, care protejeaza Pamantul de radiatiileUV. Ozonul este produs si de fulgere in timpul furtunilor, de unde si mirosul de aer proaspat dupa aceasta. In fapt, “ozon” provine din greaca si este tradus “miros”.

Este periculoasa inhalarea ozonului in cantitati mari, deoarece poate produce iritari ale mucoaselor, dureri de cap, tulburari pulmonare si chiar deces la expunerea excesiva.

Producerea ozonului se poate realiza cu ajutorul unuigenerator special: sunt utilizate aerul ambiant si o sursa de oxigen (un tub sau un generator), care vor determina uscareaaerului si eliminarea prafului prin filtrare. Generatorul trebuieracit dupa efectuarea procesului, deoarece reactia produce o cantitate mare de caldura.

Ozonul ajuta la tratarea apelor:– Din piscine– Menajere– Potabile– Folosite in industrie

Acesta elimina bacteriile, oxidand peretii acestorcelule, patrunzand in celula si oxidand apoi toateelementele sale esentiale. De asemenea, eliminagustul si mirosul apei si poluantii.

Bibliografie

• http://ro.scribd.com/doc/52435680/Fen-optice-fotonicea

• http://www.scientia.ro/univers/40-terra/51-atmosfera-terestra.html

• http://ro.wikipedia.org/wiki/Plasm%C4%83• http://ro.wikipedia.org/wiki/Auror%C4%83_polar%C

4%83• http://www.apetratate.ro/files/_pdf/121-ozon.pdf