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Formação de Camadas Ionizadas

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O potencial de ionização, ou a energia de ionização, de um átomo ou de uma molécula, é a energia requerida para remover elétrons de átomos ou de moléculas gasosas. Em Físico-química pode ser definida como a  "relutância" de um átomo ou de uma molécula em ceder ou receber um elétron, ou a "força" pela qual o elétron é limitado. A energia de ionização exibe uma correlação negativa forte com raio atômico. Particularmente ocorrem aumentos depois que todo o bloco dos orbitais atômicos é esgotado, exceto quando progride ao orbital seguinte. Isto é, depois que todos os elétrons saem de um orbital, a energia absorvida tende a remover o elétron de um orbital mais próximo do núcleo. Assim, os elétrons de uma orbital mais próxima da atração eletrostática, requerem mais energia para ser removidos. Por exemplo, pode ocorrer que seja necessário 1.500 kJ/mol para remover um elétron e 6.000 kJ/mol para remover um segundo, e  5.000 kJ/mol outro , etc. Isto significa que o elemento é um metal e para  conseguir um octeto estável precisa perder um elétron. Assim, o primeiro elétron é fácil de remover e conseqüentemente a energia de ionização é baixa. Entretanto, uma vez que o octeto estável se formou, se torna muito mais difícil remover o elétron seguinte.

O que determina a reatividade de um elemento é o potencial de ionização, nos não-metais, por exemplo, este é proporcional à reatividade, ao contrário, nos metais, quando a relação é inversa, e pode-se afirmar de maneira simplista, que é a quantidade de força que o núcleo aplica para "puxar" (Atrair) os elétrons. De acordo com a quântica, a posição de um elétron pode ser melhor descrita como uma  "nuvem" probabilística que "varia" sob a influência do núcleo. Pode ser definida como uma combinação linear, ou uma expansão da interação da configuração da função de onda eletrônica. Geralmente, para calcular a energia de ionização requer subtrair a energia de um  sistema eletrônico energético de um sistema de elétrons. Calcular estas energias não é simples, mas é um problema bem-estudado e é feito rotineiramente em química computacional. Num nível mais baixo de aproximação, a energia de ionização é fornecida pelo teorema de Koopmans.

Plasma ionosférico

A imagem geocities archive

O plasma ionosférico pode ser descrito como gases ionizados na alta atmosfera cujas propriedades físicas são estudadas pela astrofísica. Não é unaminidade, mas acredita-se que muita da matéria barionica do universo é constituída de plasma extremamente aquecido. Portanto, este é um estado da matéria em que os átomos e as moléculas estão em temperatura elevada e que se ionizaram. A ionosfera é composta assim de elétrons, negativamente carregados, e íons positivamente carregados. As partículas carregadas, são influenciadas fortemente por forças eletromagnéticas, isto é, por campos magnéticos e elétricos. Desta forma, o plasma da alta atmosfera é influenciado por campos magnéticos. 



Quando o plasma ionosférico contêm números iguais de elétrons e íons, pode ser considerado eletricamente neutro,  dessa maneira,  os campos elétricos têm neste caso um papel dinâmico. 

Sob certas circunstâncias, o plasma ionosférico é altamente condutivo, e todos os desequilíbrios de carga podem ser neutralizados. Esta dinâmica propicia a condição de que pode A imagem geocities archiveser estudado porque emite radiação eletromagnética através de uma escala larga do spectro eletromagnético. Dependendo da excitação propiciada pelo Sol, ou pelas radiações provindas do Espaço, os elétrons do plasma, podem absorver ou emitir continuamente raios X e outros tipos de radiações ionizantes. No caso de comprimentos de onda de Raios-X, esta radiação pode ser detectada através de instrumentação para sensoriamento naquela freqüência. A ionosfera também pode absorver e emitir ondas de rádio e raios gamma, dependendo do seu nível de excitação.

A região onde as forças magnéticas podem ser detectadas pode ser definida como "um campo magnético", e similarmente a presença de forças elétricas identifica "um campo elétrico." O campo magnético em alguma posição dada no espaço é caracterizado geralmente pela força ''B'' que seria detetada por um pólo magnético do valor da unidade  ("N") da polaridade "Norte". O  "pólo unidade'', pode ser definido no magnetismo, onde os pólos magnéticos existem sempre em pares do N-S (uma definição mais fundamental pode também ser feita, relacionando B às correntes elétricas).  Assim, ''B''  é uma força e conseqüentemente um vetor, uma quantidade com sentido e valor. O campo elétrico é definido similarmente por um vetor ''E'', igual à força (na posição dada) em uma unidade da carga elétrica positiva.
Michael Faraday,  usando uma descrição onde as linhas que apontam em toda parte no sentido do vetor B, nomeou-as "linhas de força (magnética)", hoje se diz  '' linhas de campo magnético", que são as linhas do campo de um ímã de barra., pois ao as observarmos, notaremos que se espalham para fora de um pólo, curvam-se em torno e convergem-se no outro pólo. Na magnetosfera, as linhas do campo são extremamente úteis, desde que ajudam visualizar não somente o campo, mas também seus processos naturais. Isso é porque o campo alinha naturalmente e guia o movimento dos íons e dos elétrons no plasma. As partículas carregadas fluem ao longo de si direcionadas pelas ''guias de onda'' que ocorrem pela dutificação por diferença de densidade iônica. A quantidade de energia solar e de plasma do vento solar que incorporam a magnetosfera real depende da configuração iônico-magnetosférica, isto é a da extensão, densidade e posição das linhas de campo. 

Pulso eletromagnético na Ionosfera

Na atmosfera, os pulsos eletromagnéticos da Ionosfera  ou impulsos "broadband" ocorrem em conseqüência de descargas atmosféricas naturais causadas por relâmpagos. Pode propagar de sua fonte sem atenuação principal para milhares de quilômetros através da ''guia de onda'' formada entre a Terra e a Ionosfera. Pode aparecer como um único ponto de elevada amplitude. Num spectrograma, aparece como um listra vertical (refletindo sua natureza broadband e impulsiva) que pode estender de alguns quilohertz a diversos megahertz. Dependendo das circunstâncias atmosféricas, pode viajar a grandes distâncias.

A energia eletromagnética propagada pela ''guia de onda''  Terra Ionosfera também é influenciada pela magnetosfera, e pode ser dispersada pelo plasma ionosférico e pode ser interpretado como a resposta do impulso magnetosférico.

Os pulsos emanados pelos relâmpagos são ondas eletromagnéticas cujas freqüências giram de 1 a 30 quilohertz, com máximo geralmente entre 3 a 5 quilohertz. Embora sejam ondas eletromagnéticas, ocorrem em freqüências audio, e podem ser convertidas usando um receptor apropriado. Conforme descrito acima, são produzidos por relâmpagos, na maior parte entre nuvens, ou de retorno de trajeto, onde o impulso viaja ao longo da terra e retorna viajando ao longo das linhas do campo magnético. Se dispersam devida velocidade mais baixa das freqüências mais baixas através dos ambientes do plasma ionosférico e da magnetosfera. Assim são percebidos como um tom descendente que dura alguns segundos. Seu estudo permite mapear os caminhos de propagação, desta forma, dependendo das condições, pode demonstrar que a propagação ocorreu por diversas dutificações. Estas, por sua vez, propiciam a propagação do pulso por diversas altitudes, que é calculado pelo tempo de propagação do mesmo pulso. Isto indica que houve uma ''viagem'' em alturas diversas que variam conforme a hora do dia e da noite, condições solares, etc. Portanto, ao se ter o local exato da ocorrência e mapeando a sua propagação por diversos caminhos, e medindo-se a sua atenuação, se pode verificar as diversas ''dutificações'' do sinal, que por sua vez demonstrarão as diferentes altitudes, que indicarão as camadas ionosféricas, este, portanto, seria um dos diversos métodos de se observar a existência de ''regiões'' distintas e que variam conforme a hora do dia, época do ano, ciclo solar, etc.

A troposfera é a região mais próxima do solo e se estende da superfície até aproximadamente 10 quilômetros. Acima desta altitude, há outra camada chamada estratosfera, seguida pela mesosfera. 

A radiação solar gera a camada de ozônio na estratosfera. Em alturas de 80 quilômetros, na termosfera, a atmosfera possui uma fina camada de elétrons livres que podem existir por curtos períodos de tempo antes de ser capturados por um íon positivo próximo. Assim, o número de elétrons livres é suficiente afetar a propagação de rádio. Esta parcela da atmosfera é ionizada e contém um plasma, a ela se dá o nome de Ionosfera. Nesta região, os elétrons livres negativos e os íons positivos são atraídos pela força eletromagnética, mas são demasiado energéticos para formar uma molécula eletricamente neutra.

A radiação solar nos comprimentos de ondas ultravioleta (UV) e raio X é ionizante desde que os fótons nestas freqüências são capazes de desalojar um elétron dum átomo ou duma molécula neutra de gás durante uma colisão. Ao mesmo tempo, entretanto, um processo opondo-se chamado recombinação começa a ocorrer no qual um elétron livre "é capturado" por um íon positivo. Enquanto a densidade do gás aumenta mais abaixo, o processo de recombinação acelera desde que as moléculas e os íons do gás estão mais próximos. O ponto de contrapeso entre estes dois processos determina o grau de ionização.Esta depende primeiramente do sol e de sua atividade, e sua quantidade na ionosfera varia com a quantidade de radiação recebida do sol. Assim há um efeito diurno e um efeito sasonal. No hemisfério local do inverno há menos radiação solar recebida. A atividade é associada com o ciclo solar, varia com zonas geográficas  e há também os mecanismos que perturbam a ionosfera diminuindo a ionização. Há distúrbios chamados "alargamentos solares" e a liberação associada de partículas carregadas no vento solar que alcança a terra e interage com seu campo geomagnético. 

Todo este processo de interação, ganhos e perdas de energia, propiciadas pelas radiações solares e cosmicas, agindo nas composições diferentes da atmosfera conforme a altura, gera camadas de ionização e cria um ambiente dinâmico na alta atmosfera que, por sua vez,  gera regiões distintas onde existem variações de densidades eletrônico-iônicas, que num resultado final se dividem em camadas distintas, as camadas iônicas da alta atmosfera, ou Ionosfera. 

 Camadas Ionosféricas

A Ionosfera está sujeita a variações geográficas, temporais e à dinâmica terrestre e celeste. Exerce um efeito sobre as características de propagação das ondas eletromagnéticas abaixo de si e no próprio meio, está sujeita também às variações ocasionadas pelas anomalias geomagnéticas à exemplo das anomalias Equatorial e do Atlântico Sul.A composição iônica, é determinada pelas influências das radiações e partículas solares e cósmicas energéticas incidentes. Levando-se em conta a distribuição e densidade iônica, a atmosfera é dividida por camadas (Ou regiões). Se distribui desde a mesosfera até termosfera, aproximadamente 550 km de altitude, suas separações são determinadas segundo a natureza físico química e densidade iônica:

Camada D: A mais próxima ao solo, fica entre os 50 e 80 km;

Camada E, acima da camada D, embaixo das camadas F1 e F2, altitude média é entre  80 e 100-140km. Semelhante à camada D;

Camada E Esporádica, fica mais ativa quanto mais perpendiculares são os raios solares que incidem sobre si;

Camada F1, está acima da camada E, embaixo da camada F2 ~100-140 até ~200 Km. Existe durante os horários diurnos;

Camada F2, a mais alta das camadas, está entre os 200 e 400km.

http://www.geocities.com/fontes_de_ionizacao_py5aal/Sky_rays_py5aal.png



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IONOGRAMA

http://br.geocities.com/atmosfera_ionosfera/Distribuicao_eletronica_da_ionosfera_py5aal.jpg

CAMADAS IONOSFÉRICAS

 Bibliografia:

*Corum, J. F., and Corum, K. L., "A Physical Interpretation of the Colorado Springs Data". Proceedings of the Second International Tesla Symposium. Colorado Springs, Colorado, 1986.
*Grotz, Toby, "The True Meaning of Wireless Transmission of power". Tesla : A Journal of Modern Science, 1997.
*Hargreaves, J. K., "The Upper Atmosphere and Solar-Terrestrial Relations". Cambridge University Press, 1992,
*Kelley, M. C, and Heelis, R. A., "The Earth's Ionosphere: Plasma Physics and Electrodynamics". Academic Press, 1989.
* Leo F. McNamara. (1994) ISBN 0-89464-804-7 Radio Amateurs Guide to the Ionosphere.
* Davies, K., 1990. Peter Peregrinus Ltd, London. ISBN 0-86341-186-X Ionospheric Radio.
*K.Rawer and Y.V.Ramanamurty (eds) (1 January 1986). "International Reference Ionosphere - Status 1985/86". Advances in Space Research 5 (10). ISBN 0-08-034026-1 (Publisher: Pergamon Press), ISSN 0273-1177

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