Una hoja de corriente es una corriente eléctrica que se limita a una superficie, en lugar de extenderse a través de un volumen de espacio. Las láminas de corriente se caracterizan en magnetohidrodinámica (MHD), el estudio del comportamiento de los fluidos eléctricamente conductores: si hay una corriente eléctrica a través de parte del volumen de dicho fluido, las fuerzas magnéticas tienden a expulsarlo del fluido, comprimiendo la corriente en delgada capas que atraviesan el volumen.
La capa de corriente más grande que se produce en el Sistema Solar es la llamada capa de corriente heliosférica , que tiene unos 10.000 km de espesor y se extiende desde el Sol y más allá de la órbita de Plutón .
En plasmas astrofísicos como la corona solar , las hojas de corriente teóricamente podrían tener una relación de aspecto (ancho dividido por espesor) tan alto como 100.000: 1. [3] Por el contrario, las páginas de la mayoría de los libros tienen una relación de aspecto cercana a 2000: 1. Debido a que las láminas actuales son tan delgadas en comparación con su tamaño, a menudo se las trata como si tuvieran un espesor cero; esto es el resultado de los supuestos simplificadores del MHD ideal . En realidad, ninguna hoja de corriente puede ser infinitamente delgada porque eso requeriría un movimiento infinitamente rápido de los portadores de carga cuyo movimiento causa la corriente.
Las hojas de corriente en los plasmas almacenan energía aumentando la densidad de energía del campo magnético . Muchas inestabilidades del plasma surgen cerca de las capas de corrientes fuertes, que son propensas a colapsar, lo que provoca una reconexión magnética y libera rápidamente la energía almacenada. [4] Este proceso es la causa de las erupciones solares [5] y es una de las razones de la dificultad de la fusión por confinamiento magnético , que requiere fuertes corrientes eléctricas en un plasma caliente.
Campo magnético de una hoja de corriente infinita
Una hoja de corriente infinita se puede modelar como un número infinito de cables paralelos que transportan la misma corriente. Suponiendo que cada cable lleva corriente I , y hay N cables por unidad de longitud, el campo magnético se puede derivar usando la ley de Ampère :
R es un bucle rectangular que rodea la hoja actual, perpendicular al plano y perpendicular a los cables. En los dos lados perpendiculares a la hoja, desde . En los otros dos lados, entonces si S es un lado paralelo del bucle rectangular de dimensiones L x W, la integral se simplifica a:
Dado que B es constante debido a la ruta elegida, se puede extraer de la integral:
La integral se evalúa:
Resolviendo para B , conectando para I enc (corriente total incluida en la ruta R ) como I * N * L , y simplificando:
En particular, la intensidad del campo magnético de una hoja de corriente infinita no depende de la distancia a la que se encuentra.
La dirección de B se puede encontrar mediante la regla de la mano derecha .
Hoja actual de Harris
Un equilibrio de hoja de corriente unidimensional bien conocido es la hoja de corriente de Harris, que es una solución estacionaria para el sistema Maxwell-Vlasov. [6] El perfil del campo magnético viene dado por
Ver también
Notas
- ^ "Concepción del artista de la hoja de corriente heliosférica" Observatorio solar Wilcox, Universidad de Stanford
- ^ Zhu et al., 2016, ApJ, 821, L29, http://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8205/821/2/L29
- ^ Biskamp, Dieter (1997) Magnetohidrodinámica no lineal Cambridge University Press, Cambridge, Inglaterra, página 130 , ISBN 0-521-59918-0
- ^ Biskamp, Dieter (mayo de 1986) "Reconexión magnética a través de hojas actuales" Física de fluidos 29: págs. 1520-1531, doi : 10.1063 / 1.865670
- ^ Low, BC y Wolfson, R. (1988) "Formación espontánea de láminas de corriente eléctrica y el origen de las erupciones solares" Astrophysical Journal 324 (11): págs. 574-581
- ^ Hughes, WJ (1990) "The Magnetopause, Magnetotail, and Magnetic Reconnection" (del "Coloquio de Rubey" celebrado en marzo de 1990 en UCLA) págs. 227-287 En Kivelson, Margaret Galland y Russell, Christopher T. (editores) (1995) Introducción a la física espacial Cambridge University Press, Cambridge, Inglaterra, páginas 250-251 , ISBN 0-521-45104-3
