Teilchenbewegungen in el./magn. Feldern (Visualisierung)

2.3 Driftbewegungen Bewegung von Teilchen in elektromagnetischen Feldern
Transformationseigenschaft der Maxwellschen-Gleichungen ⃗ E ′ = ⃗ E −⃗v × ⃗ B = 0 und
das Teilchen führt nur eine Gyrationsbewegung aus (vgl. Abb. 2.4). Die Drift führt
allerdings aufgrund ihres ambipolaren Charakters (keine Trennung der Ladungen)
zu keinem Strom.
2.3.1.3 Gravitationsdrift
Bei der Gravitationsdrift kann analog zu der ambipolaren Drift vorgegangen werden.
Die Teilchen erfahren in der Äquatorebene eine ähnliche Situation gekreuzter Felder.
Hier kreuzt das horizontale Erdmagnetfeld die vertikale Gravitationskraft ⃗ F G = m⃗g,
somit lässt sich Gleichung (2.1) schreiben als
(
m˙⃗v = q ⃗v × B ⃗ )
+ m⃗g (2.23)
mit g — Gravitationskonstante, hierbei ist die höhenabhängige Gravitationskonstante
zu wählen g(h) = 0 g
, mit g
(1+h/R E ) 2 0 der mittleren Erdbeschleunigung in Meereshöhe
≈ 9.81 m/s 2 , h der Höhe über Normal-Null und R E dem mittleren Erdradius.
Dann lässt sich die Driftgeschwindigkeit analog zu Abschnitt 2.3.1.2 angeben,
hierbei gilt
⃗v GravD = m⃗g × ⃗ B
qB 2 . (2.24)
Die Driftgeschwindigkeit ist in diesem Fall von der Ladung und der Masse der Teilchen
abhängig. Wie auch bei der ⃗ E × ⃗ B-Drift ändert sich der Larmorradius kontinuierlich,
allerdings ist in diesem Fall die Gravitationskraft vom Vorzeichen der
Ladung unabhängig. Somit sind die Punkte der kleinen und großen Gyrationsradien
die gleichen, aber aufgrund der unterschiedlichen Ladungen, sind die Richtungen
entgegengesetzt (vgl. Abb. 2.5, zur Veranschaulichung nur am Äquator).
Abbildung 2.5: Gravitationsdrift
Es kommt zu einer Ladungstrennung, daher kann in äquatorialer Richtung ein Nettostrom,
welcher die Summe aus Elektronen- und Ionendrift darstellt, festgestellt
werden
mit n — Dichte der Teilchen.
j GravD = n (m i + m e ) g B , (2.25)
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