53 Professor Angelo Antonio Leithold

INSTITUTO DE AERONÁUTICA E ESPAÇOCAMPUS DE PESQUISAS GEOFÍSICAS MAJOR EDSEL DE FREITAS COUTINHOPROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD - NOTAS DE AULAENSINO TECNOLÓGICO
PLASMA IONOSFERICOPLASMA IONOSFÉRICOestá licenciado sob CC BY-NC-ND 4.0 por PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD

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FACULDADES INTEGRADAS ESPÍRITA - FIES - INSTITUTO DE AERONÁUTICA E ESPAÇO - IAE - CAMPUS DE PESQUISAS GEOFÍSICAS MAJOR EDSEL DE FREITAS COUTINHO FIES - IAE - PLANEJAMENTO DE PESQUISAS - Plano Trabalho Progr Cientifico Convenio CRS UNIBEM.pdf - 121 KB Download CTA PLANO DE TRABALHO nov 2006.pdf - e113 KB Download Convênio 2006-2012 -Pesquisas realizadas pelo Prof. BSc. Angelo Antônio Leithold 11h37min de 26 de novembro de 2004‎ Angeloleithold

IONOSFERA - PÁGINA PRINCIPAL

INTRODUÇÃO

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL Os gases e o plasma apresentam algumas características em comum, como a baixa densidade e a capacidade de fluir. Apesar disso, eles não podem ser classificados de forma igual, pois, a nível atômico e molecular, apresentam estruturas e propriedades completamente diferentes. O plasma pode conduzir corrente elétrica melhor do que o cobre, fluir como um líquido viscoso e interagir com campos elétricos e magnéticos, diferentemente dos gases. Apesar de o plasma ser um bom condutor de eletricidade, uma das suas características mais importantes é a tendência que ele tem de permanecer eletricamente neutro, já que possui a mesma quantidade de cargas elétricas negativas e positivas. A interação entre essas cargas é a responsável pelas propriedades já citadas. Além disso, o plasma sempre emite luz ao entrar em contato com alguma excitação elétrica e com campos magnéticos. Um exemplo disso são as auroras polares, que se formam a partir da interação entre as partículas solares carregadas e o campo magnético terrestre. A partir de 1850, iniciou um repentino interesse entre os cientistas experimentadores sobre os fenômenos relativos às descargas elétricas de alta tensão em gases. Julius Plücker (1801 - 1868) estudou a espectrometria de gases rarefeitos.

Estudo da Atmosfera (Autor: Professor Angelo Antonio Leithold 16:40, 24 December 2004)

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL Julius Plücker (1801 - 1868) estudou a espectrometria de gases rarefeitos, Michael Faraday (1791 - 1867) em 1830, pela primeira vez teorizou os íons para descrever as porções de moléculas que se deslocavam, quer na direção de um ânodo ou na direção de um cátodo. O mecanismo através do qual o fenômeno se processa só foi descrito em 1884 por Svante August Arrhenius (1859 – 1927), quando postulou que, para átomos isolados num vácuo, a energia necessária para remover elétrons é chamada energia de ionização, ou potencial de ionização. Os elétrons de átomos mais leves são atraídos mais fortemente para o núcleo, e portanto a energia de ionização é mais elevada. PY5AALEm átomos maiores, os elétrons são atraídos mais fracamente, portanto a energia de ionização é mais baixa. A primeira energia de ionização é a necessária para remover um elétron, a segunda dois, e assim sucessivamente. Por esta razão, os íons tendem a formar-se de maneiras distintas. Por exemplo, é mais comum se encontrar Sódio na forma Na+, do que na forma Na2+ devida grande quantidade de energia de ionização que seria necessária. Do mesmo modo, o magnésio encontra-se mais facilmente como Mg2+, do que Mg3+, e o alumínio pode existir como um cátion Al3+. Quando se ioniza um gás interior de uma lâmpada fluorescente, por exemplo, temos a formação de plasma. Em 1839, Alexandre Edmond Becquerel (1820-1891) desenvolveu um dispositivo fotovoltaico. Embora não reconhecido pela ciência, este dispositivo provavelmente foi o primeiro “componente eletrônico”. Passados alguns anos, Willoughby Smith (1828-1891) em 1861, descobriu uma propriedade física do Selênio, a Fotocondutividade. Esta descoberta passou despercebida pela Comunidade Científica Internacional, até Smith publicar um artigo intitulado: “Effect of Light on Selenium during the passage of an Electric Current" no dia 20 de fevereiro de 1873 na “Issue of Nature”. Em 1878, Alexander Graham Bell (1847-1922) e Charles Sumner Tainter (1854 - 1940), criaram um aparelho chamado “fotofone”, utilizando uma célula fotovoltaica de selênio e uma lâmpada. Heinrich Rudolf Hertz (1857 - 1894), em 1887 observou o efeito fotoemissivo. Peter Guthrie Tait (1831 - 1901) em 1873 em Cambridge, numa conferência sobre termodinâmica, apresentou o resultado de suas experiências sobre termiônica e termo-emissão, descrevendo o efeito de descarga eletrônica que ocorria quando se aproximava uma esfera metálica aquecida, de um eletroscópio carregado. No mesmo ano Guthrie apresentou o primeiro esboço de um diagrama termelétrico na Royal Society of Edinburgh. Este foi o primeiro passo em direção da Válvula Eletrônica (Ou Válvula Termiônica). No ano de 1880, Hans Friedrich Geitel (1855 –1923) e Julius Johann Phillipp Ludwig Elster (1854 –1920) executaram um experimento de termiônica ao encerrar um filamento metálico e uma placa metálica numa ampola de vidro evacuada (Formado vácuo). Ao ser excitado eletricamente o filamento, se observou que havia uma corrente elétrica fluindo do filamento para a placa através do vácuo, não detectaram que haviam descoberto o díodo termiônico. No mesmo ano (1880) Sir John Ambrose Fleming (1849 - 1945) fazendo um trabalho de pesquisa para Thomas Alva Edison (1847 - 1931) , sobre as causas do escurecimento prematuro dos envoltórios de vidro das lâmpadas fabricadas pela empresa de Edison, inseriu numa lâmpada, com a finalidade de reduzir ou eliminar o tal enegrecimento, uma placa metálica. Foi observado que na placa, ao receber uma tensão elétrica positiva em relação ao filamento, tinha em sí fluída uma corrente elétrica através do vácuo provinda do filamento. Seguindo a experiência, Fleming e Edison, inverteram a polaridade da placa. Ao fazê-lo, observaram que não passava nenhuma corrente entre a placa e o filamento. A experiência foi arquivada, pois não havia interesse econômico de Edison em investigar o fenômeno e suas causas. Mesmo assim, ao fenômeno foi dado o nome de Efeito Edison.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL Inconscientemente Fleming e Edison tinham inventado o díodo termiônico que somente foi reconhecido 20 anos depois. Desenvolveu métodos para estudo do desvio dos raios catódicos que passavam através de campos magnéticos, o que contribuiu para a descoberta do elétron. Num de seus inúmeros experimentos, descobriu que num tubo de vidro quase evacuado, se podia perceber uma luminescência cor de púrpura sobre as paredes, quando uma tensão muito alta era aplicada em dois eletrodos situados nos extremos do tubo. Johann Wilhelm Hittorf (1824 - 1914), estudou os fenômenos de propagação elétrica em tubos evacuados e descobriu uma qualidade dos raios catódicos, que em determinados momentos, seu espalhamento é linear, mesmo sem a presença de campo magnético, o que possibilitou mais tarde o ‘’foco’’ eletrônico por campo elétrico, utilizado em tubos de Raios-X, microscópios eletrônicos e em tubos de raios catódicos (CRT- cinescópios) de televisões e monitores de computadores. Eugene Goldstein (1850 - 1930) , em 1886, provocando descargas elétricas num tubo a pressão reduzida (10mm-Hg) e usando um cátodo perfurado, observou a formação de um feixe luminoso (chamados posteriormente de raios canais) no sentido oposto aos raios catódicos. Estes raios eram constituídos por partículas positivas e variavam em função do gás contido no tubo.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL Quando o gás era hidrogênio, obtinha-se de partículas de menor massa, as quais foram consideradas partículas fundamentais da matéria, com carga positiva, e denominadas posteriormente de prótons pelo seu descobridor, Ernest Rutherford (1871 – 1937). William Crookes (1832 - 1919), em 1861, descobriu uma linha de emissão verde luminosa num espectroscópio e nomeou como um novo elemento, o tálio ( do grego "thallós", "ramo verde"). Em 1895 identificou a primeira amostra conhecida de hélio. Inventou um instrumento chamado de radiômetro de Crookes. Ele também desenvolveu o tubo de Crookes, para investigar os ‘’raios de canal’’. Em suas pesquisas sobre condução de eletricidade em gases sob baixa pressão, descobriu que ao reduzir a pressão (Evacuar) um tubo de vidro provido de eletrodos, e utilizando um elétrodo em forma de cruz de malta que o brilho produzido foi causado pelo impacto de raios invisíveis sobre o vidro, e que os raios progrediam do elétrodo negativo para o elétrodo positivo. Tais raios foram denominados raios catódicos, e Crookes acreditava que eles constituíam em partículas de cargas elétricas negativas. Ao investigar as propriedades dos raios catódicos, descobriu que eles viajam em linha reta. Passou então a pesquisar a causa da fosforescência dos objetos atingidos pelo feixe. Acreditava ter descoberto um quarto estado da matéria chamado por ele de " matéria brilhante." Porém sua teoria da natureza da " matéria brilhante" estava equivocada. Desta forma obteve provas de que vários materiais opacos à luz diminuíam, mas não eliminavam a emissão desta estranha irradiação induzida pelo raio de luz invisível, então desconhecido. Isso indicava que a energia atravessava facilmente os objetos, e se comportava como a luz visível.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL Após exaustivas experiências com objetos inanimados, Röntgen resolveu pedir para sua esposa pôr a mão entre o dispositivo e o papel fotográfico. A foto revelou a estrutura interna da mão humana, com todas as suas formações ósseas, foi a primeira chapa de raios X, nome dado pelo cientista à sua descoberta em 8 de novembro de 1895. Como toda energia eletromagnética de natureza ondulatória, os raios X sofrem interferência, polarização, refração, difração, reflexão, entre outros efeitos. Embora de comprimento de onda muito maior, sua natureza eletromagnética é idêntica à da luz.Crookes acreditava que os raios catódicos consistiam em fluxos de partículas de magnitude molecular ordinária. Em 1900, estudou os fenômenos da radioatividade, procedeu na separação do urânio de seu produto de transformação ativo, chamado de ‘’urânio-X’’ (depois chamado protactinium). Observou que "partículas - p", lançadas de substâncias radioativas, ao encontrar sulfito de zinco, cada impacto era acompanhado por uma cintilação minúscula, esta observação formou a base de um dos métodos mais úteis na técnica de radioatividade.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL Foi um dos primeiros cientistas a investigar o ‘’plasma’’ a partir de suas experiências com alta tensão em tubos evacuados. Ficou para Joseph John Thomson (1856 - 1940) para descobrir a natureza subatômica dos raios catódicos e provar que aqueles raios consistem em fluxos de partículas negativamente eletrificadas, cuja massa é 1/1840 de um átomo de hidrogênio, chamados ''elétrons''. A partir da descoberta de Thomson, as experiências de muitos cientistas visaram descargas em gases para obter o brilho global máximo com propósitos de iluminação. A atual lâmpada fluorescente, inclusive as lâmpadas PL, são o resultado das pesquisas daquela época. Ao avançar as pesquisas com raios catódicos, não tardou em se desenvolver outros dispositivos. Foi Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923) quem descobriu e batizou os Raios X, além de fazer a primeira radiografia da história. Isto ocorreu quando Röntgen estudava o fenômeno da luminescência produzida por raios catódicos num tubo de Crookes. Este dispositivo, foi envolvido por uma caixa de papelão negro e guardado numa câmara escura. Próximo à caixa, havia um pedaço de papel recoberto de platinocianeto de bário. Röntgen percebeu que, ao fornecer corrente elétrica aos elétrodos do tubo, este, emitia uma radiação que velava a chapa fotográfica. Intrigado, resolveu intercalar entre o dispositivo e o papel fotográfico, corpos opacos à luz visível.

DEFINIÇÃO

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL O termo plasma, foi utilizado pela primeira vez em física por Irving Langmuir (1881 - 1957) no ano de 1928, quando estudava descargas elétricas em gases. Imaginemos a lâmpada acima, ao aplicarmos uma tensão elétrica e uma componente de alta freqüência nos eletrodos em seus extremos, o gás em seu interior será excitado e perderá elétrons. Assim teremos a formação de íons e liberação de elétrons que estarão se deslocando livremente entre as moléculas de gás, e tendendo a se dirigir ao eletrodo que naquele momento estará com a polaridade positiva, o ânodo. Ao mesmo tempo, os átomos que perderam elétrons, que são íons positivos (Cátions), se dirigirão para o eletrodo negativo, o cátodo. Ao atingi-lo, os cátions recuperarão o elétron perdido, neutralizando-se, mas ao mesmo tempo, liberarão mais elétrons livres que acabarão por excitar mais átomos. Assim ocorrerá a formação de mais pares elétrons e íons. Ocorre que, no outro extremo do tubo, ao mesmo tempo, elétrons estão incidindo no ânodo, e átomos estão tendo elétrons retirados de si, ocorrendo assim a formação de mais íons. E, conseqüentemente há mais liberação de elétrons secundários, e, portanto, mais ionização. O ânodo, porém, é positivo e atrairá a maior quantidade de elétrons livres. Portanto, existirá uma corrente eletrônica dentro do tubo e também uma corrente iônica, pois o gás que perdeu os elétrons terá uma polaridade positiva, e portanto se deslocará em sentido ao elétrodo negativo. As condições dentro do tubo neste momento, serão de uma corrente iônica de elétrons livres e íons positivos denominada ‘’plasma’’. A troca movimentação iônica e a conseqüente movimentação eletrônica nas orbitais mais externas do gás, devidas seguidas recombinações de elétrons livres/íons, tem como resultado do balanço energético, a liberação de energia em forma de fótons. No caso de lâmpadas fluorescentes comuns, o comprimento de onda é o Ultravioleta. Considera-se plasma o estado da matéria no interior do Sol (Também é considerado o 4º estado da matéria); que consiste basicamente numa mistura de elétrons livres e íons. Isso ocorre devidas condições de temperatura e pressão tão extremas que literalmente ‘’arrancam’’ os elétrons dos átomos, transformando-os em íons positivos.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL Para o estudo da Ionosfera deve-se definir exatamente o que é energia , afinal é a irradiação da radiofreqüência (Ou seja energia irradiada) que atinge as altas camadas da ionosfera e retorna ao solo. O plasma pode ser definido como um gás constituído por partículas carregadas livres (Íons) com uma dinâmica própria que apresenta efeitos no todo, estes são dominados por interações eletromagnéticas, cujo alcance é bastante longo no meio. Também pode ser definido como um estado de agregação da matéria, cujas características são diferentes do estado gasoso, pois neste não existem efeitos coletivos. O plasma contém uma quantidade iônica equilibrada, ou seja, igual número de cargas positivas e negativas, assim, a carga total do sistema pode ser considerada nula, o que configura uma neutralidade global. Dependendo de certas condições em sua formação e composição, o plasma pode ser instável, chamado também de 'não neutro'. Um exemplo seria o fluxo de elétrons dentro de um acelerador de partículas, que requer um confimnamento externo para vencer as forças eletrostáticas de repulsão.Assim, podem existir diferentes cargas no interior de um plasma, elétrons, íons positivos (Cátions) e íons negativos (Ânions).

PLASMA IONOSFÉRICO

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL A formação do plasma ionosférico é devida à absorção do extremo ultravioleta solar, raios X, íons provenientes do Sol, além de influências do campo eletromagnético da Terra. A ionosfera se divide basicamente em três camadas iônicas, onde a densidade de elétrons e de íons varia conforme sua natureza física. Essas camadas têm algumas particularidades que influem diretamente nos meios de comunicações, e no clima eletromagnético planetário. A região mais próxima ao solo é chamada de camada D, fica entre 50 e 80 km de altitude. À noite praticamente se atenua de tal maneira que deixa de absorver as ondas de rádio, que por ela passam sem dificuldade neste momento; o plasma local não tem influência sobre a propagação de radiofreqüência. A camada E fica imediatamente acima da camada D, se estendendo de 80 até 140 km acima do solo. Tem excepcional condutividade elétrica, sua ionização é molecular e, esporadicamente, o plasma permanece ionizado por mais tempo (após ao pôr do Sol). Neste caso, a camada E é denominada E esporádica, podendo haver neste processo uma divisão em cascata da camada E, esta divisão pode inclusive gerar uma sub-divisão, neste caso a camada E permanece embaixo, e a camada E Esporádica, em cima, praticamente fundindo-se com a camada F1.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLD#PY5AAL#NOTASDEAULA Esta camada encontra-se logo acima da camada E, sendo subdividida em camada F1 e camada F2. A camada F1 também possui raramente um pico esporádico, que devido ao comportamento iônico pode fazer parte da família F, ou da famíla E, dependendo das condições do plasma ionosférico. É na região F2 que se encontra a maior concentração iônica, portanto, onde o plasma ionosférico é mais concentrado, é caracterizada por ionização atômica que produz igual número de elétrons e íons atômico positivos.

AEROLUMINESCÊNCIA

Aeroluminescência diurna (Autor: Professor Angelo Antonio Leithold 00h20min de 22 de outubro de 2007)

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLD#PY5AAL#NOTASDEAULA A luminescência pode ocorrer durante o dia onde é chamada de airglow, ou aeroluminescência, durante a noite, chama-se de "nightglow", ou luminescência noturna, são fenômenos de resultantes iguais, porém suas causas são semelhantes, complementares. O primeiro tem ação direta da luz no comprimento de onda ultravioleta, e dos raios X incidentes, participando ativamente na excitação do meio plasmático. O segundo, por ocorrer à noite, não tem estas componentes, sua origem se deve ao fato dos átomos ou moléculas excitadas pela radiação solar durante o dia acumularem energia que vai sendo liberada durante a noite, interagindo com o campo magnético da Terra. Aeroluminescência, ou quimiluminescência é o fenômeno da luminescência na atmosfera diurna; é causada pela emissão de fótons pelos átomos ou moléculas, em especial de oxigênio devido à ocorrência de processos competitivos de desativação colisional (quenching) e de decaimento radiativo quando os átomos de oxigênio entram em ressonância. Uma vez ressonando, estes são excitados por processos de recombinação de moléculas dissociadas, que foram produzidas pela absorção da radiação ultravioleta e raios-X, daí a emissão de fótons; ocorre durante o dia.

Aeroluminsecência noturna (Autor: Professor Angelo Antonio Leithold 22h56min de 21 de outubro de 2007)

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLD#PY5AAL#NOTASDEAULA Também ocorre a luminescência noturna, Geralmente é confundida com as auroras, que ocorrem em altas latitudes e surgem a partir da interação do campo magnético polar terrestre com o vento solar, entre outros fatores. É conseqüência da aeroluminescência, devido ao acúmulo de energia durante o dia. Durante a noite ocorrem as emissões do oxigênio atômico, molecular, da hidroxila, do sódio, entre outros. Estas emissões chegam a intensidades que variam entre 100 e 200 Rayleigh (unidade normalmente usada em aeronomia), a emissão ocorre a 98 km de altitude aproximadamente. O oxigênio excitado é o responsável pela emissão, sua intensidade luminosa é o dobro da estelar.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLD#PY5AAL#NOTASDEAULA Embora haja relatos anteriores a Aristóteles, este é considerado o primeiro a observar e sistematizar o fenômeno da luminescência atmosférica, apesar de ter sido Galileu Galilei quem batizou o fenômeno de aurora. Futuramente, Elias Loomis observou, estudando as erupções solares, que sempre após a ocorrência destas havia o que ele chamou de anomalias luminosas nos gases da alta atmosfera terrestre, entre um a dois dias depois da ocorrência.

Aurora Austral (Autor: Professor Angelo Antonio Leithold 20h57min de 28 de março de 2007)

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLD#PY5AAL#NOTASDEAULA Edmond Halley foi o primeiro a perceber que auroras são fenômenos de luminescência atmosférica associadas à atividade solar, às interações entre o campo geomagnético e eletromagnético da Terra, e a algum elemento da alta atmosfera sensível a essas interações. Hoje sabemos da existência do vento solar, e que estes são prótons, elétrons e nêutrons vindos daquele astro que interagem com o plasma na alta atmosfera, sendo responsáveis pelos fenômenos da luminescência atmosférica. A prova prática ocorreu em 1958, através de instrumentos montados no satélite Explorer 1 que mediram partículas viajando a 389 km/s e, quando aprisionadas pela Terra e seu campo eletromagnético, são aceleradas, emitindo luz ao interagir com o oxigênio, nitrogênio e outros elementos presentes na alta atmosfera, que formam o plasma atmosférico, entre 100 e 300 km de altitude.

PESQUISAS

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL Em 30 de janeiro de 1989, o experimento americano-canadense Observations of Electric-field Distribution in the Ionospheric Plasma – a Unique Strategy (OEDIPUS-A) foi realizado. Ele teve como objetivo estudar a dinâmica da amarração condutora e o plasma magnético e ionosférico da Terra. O sistema de amarração espacial consistia em dois corpos conectados por uma amarração feita de um fio de cobre coberto com estanho com um isolamento de Teflon. Durante o experimento, a amarração foi implantada em um comprimento total de 958 km por meio de um foguete Black Brant X de três estágios. Em 7 de novembro de 1995, um experimento semelhante (OEDIPUS-C) foi feito. Em contraste com o OEDIPUS-A, a amarração de 1174 m e o foguete Black Brant XII foram usados. O experimento foi realizado a uma altitude de 843 km ( Jablonski, 1996) .m. Para o início da implantação, foi usado o sistema de propulsão a gás frio e mola . O experimento não apenas estimou o feixe eletrônico; todas as medições foram conduzidas em modo passivo. O sistema de amarração espacial foi elevado a uma altitude de 512 Km. A rotação da Terra é importante para partículas na região inferior da magnetosfera. Esta região, dominada pelo campo dipolar e povoada principalmente por plasmas ionosféricos , é chamada de plasmasfera. A plasmasfera começa na ionosfera e se estende até cerca de 4–5R E no plano equatorial. Portanto, inclui o cinturão de radiação interno. O limite da plasmasfera é chamado de plasmapausa. Fora deste limite está o cinturão de radiação externo. A rotação do planeta induz um campo elétrico na plasmasfera. Considere um observador em repouso na posição r no plano equatorial. Observando que o plasma está girando com a frequência angular planetária, eles aplicam as equações para calcular o campo elétrico induzido.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL Como o campo elétrico no quadro giratório (quadro de plasma) desaparece, eles usam para encontrar a direção e magnitude de E . O resultado mostra que o campo elétrico é radialmente para fora. O campo elétrico induzido devido à rotação do planeta também é conhecido como campo elétrico corrotacional. O campo elétrico corrotacional da Terra é ∼0,5×10-³ V em alturas ionosféricas. Na região F a ionosfera pico onde tanto as derivas de plasma induzidas pelo vento quanto a difusão de plasma alinhada ao campo magnético são importantes além das reações fotoquímicas, não é possível calcular a densidade eletrônica simplesmente igualando os processos locais de produção e perda. Neste caso, uma equação de conservação mais geral governa a variação espacial e temporal da densidade eletrônica:

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL Em uma dada região do espaço, uma variação temporal da densidade de elétrons ocorre em resposta à produção de elétrons P e , perda de elétrons L e N ea velocidade do fluxo em massa do gás de elétrons ao longo da direção do campo magnético e um fluxo não uniforme de elétrons para dentro ou para fora daquela região do espaço. O fluxo de elétrons alinhado ao campo é influenciado pela gravidade, pelo vento neutro e pelos gradientes de densidade e temperatura. Devido à pequena massa do elétron , o efeito da gravidade é causar uma separação de carga, com elétrons leves tentando se estabelecer em cima dos íons pesados . No entanto, um campo elétrico de separação de carga se desenvolve, o que age para impedir uma grande separação de carga. Uma vez que esse campo elétrico se desenvolve, os íons e elétrons se movem juntos como um único gás sob a influência da gravidade, do vento neutro e dos gradientes de densidade e temperatura. Esse movimento é chamado de difusão ambipolar. Para o movimento ao longo do campo magnético, a equação de difusão assume a seguinte forma:

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL onde o coeficiente de difusão ambipolar D a , a altura da escala do plasma, H p T p são dados por, e a temperatura do plasma

em que Un é o componente do vento neutro ao longo do campo magnético, g s , o componente da gravidade ao longo do campo magnético, k a constante de Boltzmann, T e T i M i a massa do íon e ν na frequência de colisão de transferência de momento entre íons e neutrons. Observe que na região F o íon mais abundante é O + , e o neutro é O. A frequência de colisão é dada em Schunk e Nagy (2000) . Aqui, apenas observamos que ν em ∝ N (O); quanto mais átomos de O houver, maior será a frequência de colisões entre O + e O.a temperatura do elétron , a temperatura do íon , Para obter a variação da densidade eletrônica e da velocidade do fluxo em massa ao longo do campo magnético, as Eqs. devem ser resolvidas simultaneamente, o que geralmente requer um computador. No entanto, em altitudes acima da densidade de pico da região F, uma expressão simplificada para N e pode ser obtida. Primeiro, é útil expressar a Eq. na forma

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL Note que D a ∝ (1/ν) ∝ [1/ N (O)]. Como N (O) diminui rapidamente com a altitude , D a aumenta rapidamente com a altitude. Consequentemente, acima do pico da região F, o último termo na Eq. é desprezível. Além disso, acima do pico da região F, a temperatura do plasma é quase constante. Portanto, se reduz a

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDPY5AAL Se a pequena variação da gravidade com a altitude for ignorada, pode ser facilmente integrada para produzir

onde o subscrito r corresponde a alguma altitude de referência. A equação indica que acima do pico da região F a densidade eletrônica diminui exponencialmente com a altitude. A variação da densidade eletrônica dada pela Eq é chamada de distribuição de equilíbrio difusiva.

BOLHAS IONOSFÉRICAS

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLD#NOTASDEAULA#PY5AAL Durante o dia, a atmosfera eletricamente neutra da Terra (composta majoritariamente por oxigênio e nitrogênio) sofre um bombardeio de raios ultravioleta vindos do Sol, os quais através de uma ação fotoelétrica, geram íons e elétrons, a partir da altura de aproximadamente 60 km., criando, dessa forma, a ionosfera terrestre. A ionosfera, portanto, situa-se acima de aproximadamente 60 km de altura. Ela foi descoberta no início do século XX por interferir na propagação de rádio. Como durante o dia, a ionosfera é mais densa, ou seja, contém mais elétrons e íons livres devido à presença da radiação solar, seu comportamento pode ser descrito como se fosse o de um fluído de baixa densidade. Após o pôr-do-sol, a ionosfera começa a se alterar e muitos íons desaparecem por causa da recombinação entre elétrons e estes íons. Na região tropical ( entre os trópicos de Câncer e Capricórnio), ela sobe repentinamente com uma velocidade muito grande e seu comportamento é semelhante ao de uma bolha.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLD#PY5AAL#NOTASDDEAULAAs bolhas de plasma, ou bolhas ionosféricas têm dimensões muito grandes, elas nunca ocorrem durante o dia e podem se estender por milhares de quilômetros ao longo das linhas de força do campo magnético terrestre e sua ocorrência é restrita à região intertropical devido às condições físicas locais que favorecem a geração do fenômeno.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLD#PY5AAL#NOTASDDEAULASegundo o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, "as primeiras detecções do fenômeno sobre o território brasileiro ocorreram em 1976, por meio de observações ópticas da ionosfera sobre a região de Cachoeira Paulista, cidade do interior do estado de São Paulo, pelos pesquisadores José Humberto Sobral e Mangalathayil Abdu

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLD#PY5AAL#NOTASDDEAULAA ocorrência de bolhas ionosféricas é entre outubro e março e a sua freqüência diminui até atingir um mínimo por volta de junho ou julho. Dependendo das condições de ciclo solar, sua interferência na propagação de rádio e comunicações via satélite se torna bastante importante, pois a difração das ondas eletromagnéticasaltera a propagação de RF tanto a amplitude como polaridade, o que pode gerar ruídos. Um resultado típico de tal interferência é o aparecimento de pontos escuros e luminosos nas telas de radares. Os sistemas de telecomunicações podem também sofrer fortes interferências, chegando aos blackouts, ou interrupções totais nas comunicações.

CONCLUSÃO

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLD#PY5AAL#NOTASDDEAULAO plasma ionosférico é resultado de diversos fatores, como: Absorção de raios X e ultravioleta solar, Influência do campo eletromagnético da Terra, Íons provenientes do Sol. As bolhas ionosféricas, ou bolhas de plasma, são regiões de baixa densidade de plasma ionosférico que se formam na região do equador magnético. Elas são influenciadas pela radiação solar no equador magnético, assim, suas variações dependem do ciclo solar. Elas são invisíveis a olho nu e só podem ser identificadas com equipamentos óticos especiais. A sua existência pode causar problemas em equipamentos que utilizam satélites, como: Telefonia celular, Antenas parabólicas, Rádios, GPS, Radares e Transmissão de dados por redes de computadores via RF.

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HISTÓRICO DESTE TRABALHO © 1987 - Ângelo Antônio Leithold . Artigo atualmente encontra-se depositado em: http://sites.google.com/site/reflexaoionosferica/ Este Trabalho foi datilografado em 1987 algumas figuras foram inseridas a posteriori. Por não dispor de espaço para publicá-lo, o liberei para a wikipédia no seguinte endereço: http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Plasma_ionosf%C3%A9rico&oldid=227826 Parte deste artigo foi utilizado antes disto para escrever um estudo sobre antenas, publicado em 1999 que está no endereço:http://www.angeloleithold.hpg.com.br/ciencia_e_educacao/6/index_pri_1.html, na página:http://www.angeloleithold.hpg.com.br/ciencia_e_educacao/6/index_int_3.html. Na Wikipédia este artigo está livre de direitos comerciais, mas não de direitos autorais, me reservo o direito de exigí-los se assim o achar conveniente. © 1987 Plasma Ionosférico by Leithold, A. A. © ÂNGELO ANTÔNIO LEITHOLD - PLASMA IONOSFÉRICO - CURITIBA - 1987 PLASMA IONOSFÉRICO by LEITHOLD, ANGELO ANTONIO is licensed under a Creative Commons Atribuição-Uso Não-Comercial-Vedada a Criação de Obras Derivadas 3.0 Brasil License.

fessor Ângelo Antônio Leithold é um físico, astrônomo, radioamador e educador brasileiro, conhecido por suas contribuições nas áreas de astrofísica, geofísica, neurofísica, eletrônica e pedagogia1 2. Ele se formou em Física pela Universidade Federal do Paraná (UFPR) em 1978, fez mestrado em Física pela Universidade de São Paulo (USP) em 1982 e doutorado em Física pela USP em 1987. Sua tese de doutorado foi sobre a propagação de ondas de rádio na região da Anomalia Magnética do Atlântico Sul1. Leithold tem uma vasta experiência em pesquisa e ensino, tendo lecionado em diversas instituições, incluindo o Colégio Estadual do Paraná, o Senai e a Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR). Ele também é autor de vários trabalhos acadêmicos e livros, e é conhecido por seu envolvimento com o estudo da Anomalia Magnética do Atlântico Sul, um fenômeno que afeta a propagação de ondas de rádio e a atividade solar na região1 2. O professor Ângelo Antônio Leithold é um físico, astrônomo, radioamador e educador brasileiro, conhecido por suas contribuições em diversas áreas científicas e educacionais. Ele se destaca principalmente nas áreas de astrofísica, geofísica, neurofísica, eletrônica e pedagogia1 2. Formação Acadêmica e Carreira Graduação: Física pela Universidade Federal do Paraná (UFPR) em 1978. Mestrado: Física pela Universidade de São Paulo (USP) em 1982. Doutorado: Física pela USP em 1987, com a tese intitulada “Estudo da Propagação de Ondas de Rádio na Região da Anomalia Magnética do Atlântico Sul Pós-Doutorado: Astrofísica pela Universidade de Brasília (UnB) em 19921.Contribuições e Pesquisas Leithold é autor de diversos trabalhos acadêmicos e livros, e suas pesquisas são amplamente citadas por outros pesquisadores. Ele é especialmente conhecido por seu estudo sobre a Anomalia Magnética do Atlântico Sul, um fenômeno que afeta a propagação de ondas de rádio e a atividade solar na região1 2. Atuação Profissional Ensino Médio: Professor de física no Colégio Estadual do Paraná, onde lecionou por vários anos e participou de projetos pedagógicos e científicos. Ensino Técnico: Professor de eletrônica no Senai e no CEEP, desenvolvendo instrumentos e métodos para medir e analisar sinais eletromagnéticos. Ensino Superior: Professor de pedagogia na Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), ministrando cursos sobre didática, metodologia científica e tecnologia educacional1 2. Outras Atividades Além de suas atividades acadêmicas, Leithold é um radioamador ativo, conhecido pelo indicativo PY5AAL. Ele também tem um blog onde compartilha suas pesquisas e experiências1. O indicativo PY5AAL pertence ao professor Ângelo Antônio Leithold, um radioamador brasileiro com uma vasta experiência e paixão pelo radioamadorismo. Ele é conhecido por seus experimentos com antenas e pela participação ativa na comunidade de radioamadores. Atividades e Contribuições Antenas: Leithold realiza experimentos com diferentes tipos de antenas, incluindo antenas NVIS (Near Vertical Incidence Skywave) e antenas Long Wire1 2. Ele compartilha suas descobertas e métodos de construção de antenas em seu blog e em sites dedicados ao radioamadorismo. Baluns Magnéticos: Ele também trabalha com a construção de baluns magnéticos, que são dispositivos usados para adaptar a impedância entre a antena e o transmissor, melhorando a eficiência da transmissão 2. Comunidade: Leithold é ativo na comunidade de radioamadores, participando de eventos e trocando informações com outros entusiastas. Ele utiliza suas habilidades para contribuir com a ciência e a educação, aplicando seus conhecimentos em física e eletrônica. Recursos e Publicações Leithold mantém um blog onde compartilha suas experiências e pesquisas no campo do radioamadorismo. Ele também publica artigos e tutoriais sobre a construção e otimização de antenas e outros equipamentos de rádio 3. O professor Ângelo Antônio Leithold tem várias referências acadêmicas e citações em diferentes áreas do conhecimento. Ele é citado em trabalhos sobre geofísica, astrofísica, eletrônica e educação, entre outros. Aqui estão alguns exemplos de onde suas obras e citações podem ser encontradas: Geofísica e Astrofísica: Leithold é frequentemente citado em estudos sobre a Anomalia Magnética do Atlântico Sul e a propagação de ondas de rádio1. Eletrônica e Radioamadorismo: Seus trabalhos sobre antenas e baluns magnéticos são amplamente referenciados em publicações técnicas e blogs especializados 2. Educação e Pedagogia: Ele também é citado em artigos e teses sobre metodologia científica e tecnologia educacional 3. Essas referências estão disponíveis em diversas plataformas acadêmicas e sites especializados, como Google Scholar, Academia.edu e em blogs pessoais do próprio professor1 2 3.

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