2020-01-14
92
Электрические и плазменные явления в атмосфере.
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 5.2·1015т 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. 
λmaxT=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=10-12А/м2.
Для существования такого электрического поля необходим заряд Земли q=105Кл. 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≥10-4м2/сВ – подвижность.
b – скорость, которую они приобретают в электрическом поле. Размер таких частиц – r ≤ 6.6 10-8см.
2. Легкие промежуточные ионы: 10-6м2/сВ≤b≤10-4м2/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=λ0exp(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
Iр – ток разрядки.
Для поддержки разности потенциала электрического поля должен протекать ток зарядки Iз в обратном направлении
Iз – 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,
Dт – коэффициент турбулентной диффузии.
E – напряженность сферического конденсатора.
- сопротивление единичного столба атмосферы.
Из пропорции 
λ=λ0expα (r-r0)
Ip=1000A – ток разрядки
φ∞=278кВ
Re∞=1.3·107 Ом·м2
J=2·10-12А/м2.
Учитывая то, что Jp= Jз мы должны определить какие силы приводят к такому мощному Jз, работу сторонних источников.
