Электрические и плазменные явления в атмосфере

Электрические и плазменные явления в атмосфере.

Строение земной атмосферы. Общие характеристики.

Состояние атмосферы определяется множеством физических факторов и процессов, химическим составом и преобразований веществ, синоптическими и климатическими характеристиками, процессами взаимодействия с внешними факторами и антропогенным взаимодействием.

Масса атмосферы составляет 5.2·10¹⁵ т и практически неизменна и в основном состоит из газа. Удерживается эта газовая оболочка за счет гравитационного взаимодействия. До высоты 60 – 8 км от поверхности земли атмосфера находится в перемещенном состоянии и выполняется условие термодинамического равновесия, выше эти условия нарушаются. От поверхности Земли можно выделить основные слои атмосферы: тропосфера, тропопауза, стропосфера, стропопауза, мезосфера, мезопауза, ионосфера, термосфера, магнитосфера.

Магнитная сфера – внешний слой атмосферы, удерживается за счет взаимодействия с магнитным полем Земли.

Тропосфера занимает слой атмосферы до 10км.

В тропосфере температура убывает с высотой с градиентом 6.5 º/км. В тропосфере происходит основное преобразование солнечной энергии в кинетическую энергию молекул.

Распределение энергии спектра по λ

Солнечное излучение такое же, но есть линии фраунгофера, т.е. нет излучения в этой области.

λ_max T=const, Т≈6000К – на поверхности Солнца.

Излучение Солнца нагревает поверхность Земли, через поверхность Земли нагревает тропосферу. Частично атмосфера нагревается за счет поглощения солнечного излучения. Тропосфера в основном состоит из N₂ , O₂ , Ar. 99,96% приходится на три газа. Все остольные газы составляют 0,04%. Атмосфера пронизана электрическим полем приблизительно 50км. Это электрическое поле приводит……….

E=100В/м – электрическое поле в атмосфере.

В результате возникает электрический ток с плотностью j=10^-12 А/м² .

Для существования такого электрического поля необходим заряд Земли q=10⁵ Кл. это электрическое поле должно постоянно поддерживаться. При отсутствии ее – зарядка за 10 мин. Носителями заряда являются положительные и отрицательные ионы, которые классифицируются по массе и по их подвижности:

1. Легкие ионы: b≥10^-4 м² /сВ – подвижность.

b – скорость, которую они приобретают в электрическом поле. Размер таких частиц – r ≤ 6.6 10^-8 см.

2. Легкие промежуточные ионы: 10^-6 м² /сВ≤b≤10^-4 м² /сВ.

Раз мер – 6.6 10^-8 ≤r≤8 10⁸ см.

3. Тяжелые промежуточные ионы: 8 10^-8 ≤r≤2.5 10^-6 см.

4. Ионы Ланжевена: 2.5 10^-6 ≤r<5.7 10^-6 см.

5. Ультра тяжелые: r>5.7 10^-6 см.

Ионы в основном берутся в результате ионизации молекул атмосферы за счет солнечного или космического излучения.

λ – электропроводность (изменяется с высотой по экспоненциальному закону).

λ=λ₀ exp(r-r₀ )α

λ₀ – у поверхности Земли. r₀ – радиус Земли.

Экспоненциальная зависимость нарушается только до высоты 2 км.

α – характерный размер, который определяется как величина

α ^-1 = 6.4км

Нарушение экспоненциальной зависимости объясняется наличием газотурбулентного течения, а также запыленностью.

Первая электронная модель атмосферы – модель Вильсона. Согласно этой модели поверхность Земли имеет отрицательный заряд, а атмосфера – положительный.

В таком случае имеется возможность рассматривать сферический конденсатор, через который протекает ток разрядки

I_р – ток разрядки.

Для поддержки разности потенциала электрического поля должен протекать ток зарядки I_з в обратном направлении

I_з – ток молнии (заряд между атмосферой и поверхностью Земли).

Грозовые облака у поверхности Земли носят отрицательный заряд и разряд молнии переносит отрицательный заряд на поверхность Земли. это равносильно тому, что внешняя оболочка атмосферы приобретает положительный заряд.

Для описания модели Вильсона используется уравнения Максвелла

λЕ – обусл. электропровод. атмосферы,

ρv – гидродинамическая скорость среды, т.е. электрический ток, возникающий за счет переноса ветром, т.е. скорость облака,

D_т – коэффициент турбулентной диффузии.

E – напряженность сферического конденсатора.

- сопротивление единичного столба атмосферы.

Из пропорции

λ=λ₀ expα (r-r₀ )

I_p =1000A – ток разрядки

φ_∞ =278кВ

R_{e ∞} =1.3·10⁷ Ом·м²

J=2·10^-12 А/м² .

Учитывая то, что J_p = J_з мы должны определить какие силы приводят к такому мощному J_з , работу сторонних источников.

Классификация газовых разрядов. Таундсовский пробой газа.

Электрический пробой газа – образование высоко ионизированного к

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать