Curs parametrii electrici ai structurii atmosferice atmosferei Pământului
LECȚIA 3. ATMOSFERĂ PAMANT ELECTRICE
3.1. structura atmosferica
Atmosfera - este un plic gazos care înconjoară Pământul și să ia parte la mișcarea de rotație a Pământului.
Partea exterioară este umplut cu o atmosferă TION încărcată avantajos particule prinse câmp magnetic al pământului. În starea Quiescent a câmpului magnetic al Pământului limita exterioară a atmosferei se află la o înălțime de doi. trei raze ale Pământului, și dacă este puternic magnetic perturbație-scheniyah a crescut la 20 de raze pământ (Pământ raza a = 6370 km). efectul undelor radio, în principal, o parte din atmosfera, pro-lavabile de până la 1000 de km.
În estimarea condițiilor de propagare atmosferă Sec-lyayut în trei regiuni: troposferă, ionosferă și stratosferei.
Troposfera - regiunea inferioară a atmosferei, situată chiar deasupra suprafeței Pământului și care se extinde la 10 km altitudine 8. latitudinile polare, la altitudinile la 10. 12 km la latitudini medii și altitudini de până la 16. 18 km la tropice. În troposferă, este mai mult decât 4/5 din întreaga masă de aer.
Stratosferă este deasupra troposferei la înălțimi de 50 până la 60 km. Stratosferă și troposferă cum ar fi, este compus din particule de gaz neutre, dar diferă de legea de distribuție a temperaturii. Conform proprietăților sale, este aproape de proprietățile stratosfera Insulele spațiu liber.
Deasupra stratosferei la limita superioară a atmosferei, ionosfera este diferită de regiunile inferioare ale prezenței unor cantități semnificative de purtători liberi - electroni și ioni.
Compoziția chimică a atmosferei. Molecule și atomi de elemente chimice care constituie gazul atmosferic, corespunde unei anumite structuri electrice și magnetice care depind de parametrii electrici și magnetice ale atmosferei. Un impact semnificativ asupra undelor radio-Prevalența nenie au un vapori de apă găsit în troposferă. Umiditatea scade rapid în înălțime și la limita superioară tropo-sfera este de sute de ori mai mică decât suprafața Pământului.
Compoziția chimică a aerului uscat până la înălțimi de aproximativ uniforme de 90 km datorită agitare puternică de curenții de aer. In cadrul acestor înălțimi de gaz atmosferic uscat compus în principal din azot și oxigen în stare molecular. La altitudini de aproximativ 60 de km etsya de supraveghere o anumită creștere de ozon (O3), care se schimbă condițiile termice în zona atmosferei. La altitudini de peste 90 km sub acțiunea radiațiilor ultraviolete disocia molecule; divizarea lor în atomi. Mai mult de 1000 de km, ca urmare a difuze divizare în timp în funcție de atmosfera lor de gaz greutăți moleculare constă în principal
mod de hidrogen neutru și ionizat, adică cel mai ușor gaz.
Temperatura gazului atmosferic. Temperatura este o măsură a energiei cinetică medie a gazului și a mișcării particulelor influențează parametrii electron-un izolator. La înălțimi diferite ale temperaturii gazului atmosferic variază foarte mult. În troposferă, care este aproape transparent la lumina soarelui, sursa primară de energie termică a gazului (aer) este încălzit de suprafața soarelui Pământului. Imediat gayuschie masa mareelor aer la suprafața pământului dobândi o temperatură mai ridicată și în sus crește, aerul rece cade în jos, etc. Astfel, troposferă se încălzește în sus și agitație tic în acestea datorită încălzirii neuniforme a porțiilor individuale într-o suprafață a Pământului în sus și în jos fluxuri de aer creează turbulențe rotunde atmosferă și amestecarea aerului pe verticală. Limita superioară este determinată să se încheie troposferă, cu o înălțime de cădere de temperatură. gradient de temperatură medie pe verticală este de 6 grade / km.
Densitatea particulelor neutre, adică numărul de particule neutre Nn ore per unitate de volum, depinde de temperatura, greutatea moleculară a n, accelerația gravitațională, care variază în funcție de altitudine.
Distribuția particulelor încărcate în ionosferă. În ionosferă, adică la inaltimi de peste 60 km 50. cu excepția particulelor neutre conținute particule libere încărcate: electroni-negativi ioni negativi pozitivi și. Numărul de particule încărcate pozitiv și negativ aceeași oră, astfel încât întreaga ionosfera este neutră din punct de vedere electric. medie Ta-Kie numit plasmă, prin urmare, în acest caz putem vorbi despre plasma ionosferic.
Cea mai mare influență asupra condițiilor de propagare, se dovedește a vayut electroni liberi care au cea mai mică greutate și, în consecință, telno, inerție. Principalii parametri ai plasmei ionosferice este Xia: concentrația de electroni (densitate) Ne (1 / m3) și o oră-Toth coliziuni γef (1 / s) eficiente de electroni și particule grele (ioni-si-inflamatorii pozitive molecule și atomi neutri).
apar sarcini libere în atmosferă, ca urmare a procesului de ionizare, adică, separarea unuia sau mai multor electroni din cochilii exterioare ale atomilor și moleculelor datorită energiei SURSA-ciupituri energetice externe. Este etsya radiația solară ca sursă primară de ionizarea foton de gaze în atmosferă. Compararea energiei este necesară pentru a ioniza, mi, cu un spectacol de energie foton, care este capabil de fotoionizare
produc numai radiații ultraviolete și solare lungime de undă mai scurte (λ -4) / T] (p + 4810e / T)
unde p - presiunea gazului mbar; e - umiditatea absolută a aerului, adică set PRESIUNE vapori de apă mbar; T - temperatura, K
Formula arată că cea mai mare p și e. Cu cât sunt mai εt. Acest lucru se datorează faptului că pentru creșterea p și e crește numărul de molecule pe unitatea de volum și, în consecință, curentul de polarizare. Prin creșterea crește T viteza mișcării termice aleatoare a moleculelor, prevenind deplasarea ordonată a taxelor legate, adică polarizare curent scade.
Constanta dielectrică relativă asociată cu refracție troposferă expresie coeficient NT troposferă
influență puternică asupra indicelui de refracție au vapori de apă. Deoarece valoarea NT (și εt) diferă foarte puțin de la o suprafață a Pământului, și se află în intervalul de 1.00025. 1.00046, apoi operează cu aceste valori nu este întotdeauna convenabil, deci pentru comoditate a fost introdus indice al indicelui de refracție al troposferei, arătând naskol la milionime un indice de refracție diferit de unitate.
N = (N T - 1) × 1 0 6 = 77,6 (p + 4810e / T) / T
Valorile numerice ale indicelui de refracție al indicelui numit N - unități. La suprafața Pământului variază de la 260 Nm la 460 N - unități. Dependența de mărimea Nm înălțimea h este estimat că indicele de refracție gradient index al troposferei DNT / DH.
O dependență similară pentru εt (h) are forma
εt (h) = 1 + 5,78 × 10 -4 exp (- 1,36 x 10 -4 h).
În practică folosesc, de asemenea, conceptul de gradientul vertical al constantei dielectrice a troposferei
La propagarea undelor radio este puternic influențat de la nivel local neomogenitati ale constantei dielectrice a troposferei.
inhomogeneity Layered sunt formațiuni, arde-zontally dimensiuni sensibil mai mari decât verticală. una dintre cele mai
principalul motiv pentru apariția lor este inversiune de temperatură, iar prezența norilor.
neomogenități Intensitate tip stratificat, care este estimată ca diferență între constantei dielectrice în interiorul stratului de constanta dielectrică a mediului variază de la 10 -6 la (5. 10) × 10 -5 și numărul de straturi ale intensității cu creșterea înălțimii deasupra Stu suprafeței pământului redus. Dimensiunile neomogenități stratificate variază foarte mult. Grosimea straturilor se caracterizează prin valori de zece mii fracție
metri la câteva sute de metri, și inmuiere lor orizontale riu variază de la zeci de metri până la zeci de kilometri sau mai mult.
natura turbulentă a neregulilor au o dimensiune comparabilă în toate direcțiile. Datorită vâscozității reduse a mișcărilor sferei Atmo-gaz aproape întotdeauna turbulente, astfel încât abaterile de acest gen există întotdeauna în troposferă, în toate condițiile meteorologice.
Dimensiunile turbulente definite neomogenitățile origine lyayutsya dimensiune (scala) vârtejurilor elementare și sunt limitate în mărime de la câțiva milimetri la câțiva zeci de metri.
3.3. Proprietățile electrice ale ionosferei
Constanta dielectrică și conductivitatea ionosferei.
ionosferei curent plin indus de câmpul magnetic extern este egală cu suma dintre trei ing: spațiu liber de prejudecată curent și curentul prin convecție cauzate de mișcarea sarcini libere sub influența câmpului, adică
j = jsmo + jk = i ε0 E + ENE e. în care e - viteza medie a mișcării electronilor comandat, care se determină din ecuația de mișcare a unui electron, E -Tensiune câmp electric.
în cazul în care e - sarcina unui electron, ME - masa de electroni, ε0 - electric constant evaluate,
Formula arată că curentul de convecție, excitat de câmpul val are două componente: reactive și proactive. componenta reactivă datorită inerției electronilor din spatele câmpului defazaj de 90 °. Componenta activă în fază cu domeniu, reprezintă un curent de conducție (JPR = IE) și provoacă pierderile de căldură ireversibile. densitatea totală a curentului în ionosferă este egal cu
Reamintim că, într-un mediu lossy total de curent j densitate = i (ε0 εi σ / ) Comparând această expresie cu cea anterioară, găsiți permitivitatea dielectrică și conductivitatea permitivitate εi v și ionosferă:
La frecvențe suficient de mari, când 2 » 2 eff. și anume în HF și VHF expresii i i și simplificate:
i 1-80,8 = Ne / f 2; i = 7,17 10 -10 Ne ef / f 2. S / m.
Luați în considerare proprietățile de bază ale ionosferei care rezultă din formulele i semi-chennyh la și formule i. Formulele pentru ipokazyvayut că constanta dielectrică a ionosferei:
- mai mică decât constanta dielectrică insulelor spațiu liber (i 3m);
- permitivitate poate lua la zero ZNA-cheniya în cazul în care frecvența câmpului aplicat este egal cu așa-numitul eigenfrequency e plasmă ionosferice.
La frecvențe 2 10 4 10 6
2. Conductivitate, caracterul generator al absorbției în ionosferă, este mai mic, cu atât mai mare frecvență (când »ef). Acest proish-dit, deoarece odată cu creșterea frecvenței datorită inerției electronilor de scăderi medii ale vitezei particulelor și, prin urmare, scade energia electronilor care produc particule grele asupra coliziune. Practic puțină absorbție în ionosferă la frecvențe f> 100 MHz.
Câmpul magnetic al Pământului complică considerabil mustăți caracter mișcare dacă folosește ioni sferă și conduce la modificări constante sale dielectrice și conductivitate. Pe un electron se deplasează prin câmpul magnetic al Pământului care acționează forța Lorentz, care electroni se învârte în jurul liniilor de siloz-O ale câmpului magnetic, transformând traiectoria în spin-line-sectoriale. Viteza de rotație a electronilor în jurul liniilor de câmp magnetic (în absența altor câmpuri), denumit e-clorhidric frecvență giromagnit
n = e0 H3 / m și fH = e0 H3 / (2m), unde e și m - taxa de electroni și masa-tron, respectiv; MOD - intensitatea câmpului geomagnetic. Uchi cont că la latitudinile medii MOD 40 A / m, frecvența giromagnetic este de 1,4 MHz, adică Acesta se află în intervalul de undă medie ( = 214 m). La această frecvență nu poate funcționa, deoarece va exista o absorbție ridicată. Forța Lorentz depinde de unghiul dintre direcția de propagare a vectorului de undă și MOD.
Acest lucru conduce la faptul că undele călătoresc în direcții diferite în ceea ce privește pe-MOD, induc curenți diferiți și, prin urmare, constantă di electrică și conductivitatea ionosferei depind de direcția de propagare. Astfel, ionosfera este un mediu anizotrop. Rețineți că sub influența câmpului magnetic al Pământului apar anii ionosferei în anumite caracteristici specifice ale unui mediu anizotrop. De exemplu, există un birefringente set-fenomene când unda etsya electromagnetice scindată în două valuri - ordinare și extraordinare de înmulțire-a lungul schiesya traiectorii diferite la diferite viteze și o căutare-vayuschie absorbție diferite.
Neomogenitățile locale în furtuni ionosfera și ionosferici. impact semnificativ asupra funcționării radio au o concentrație de deviere elec-Tron a mediilor regulate. Există două tipuri de abateri: fluctuații legate de valorile medii și schimbarea de lungă ano-formală ei înșiși medii. Fluctuații observate modificări întotdeauna anormale - doar în timpul așa-numitei Perturbarea ion-sferă. Fluctuațiile densitatea de electroni se datorează non-uniform-vayut schimbare rapidă microstructura ionosferei. Ionosfera este reprezentat ca un grup de entități locale sculpta măsurabile în timp și se deplasează în spațiu. In cadrul neregularitățile de concentrare de electroni este diferit de media în ionosferă art.
Neomogenitățile la scară cu dimensiuni orizontale km de câteva sute de metri sunt formate prin procese LENCE turbo și difuzie. Neomogenitățile de intensitate determinată RMS diferență de e raportul privind con centrarea eterogenitatea mediei. 80. În înălțimea de 400 km intensitate de neomogenități scară mică estimată la aproximativ 10 -2.
neomogenități pe scară largă, cu dimensiuni orizontale mi de zeci sau sute de kilometri sunt produse ca urmare a proceselor oscilatorii în ionosferă și formarea sunt de formă elipsoidală, cu o orientare preferențială de-a lungul liniilor de câmp ale câmpului magnetic terestru.
Mediile pe termen lung modificări anormale ale densității de electroni observate timp de 1 oră sau mai mult, sunt numite furtuni de ioni-SPHERE sau tulburări. Cea mai importantă lucrare de radio, tulburări ionosferei au caracter corpuscular. On-amintiți-vă că globulele produc ionizare de impact a gazului atmosferic. Perturbatii apar atunci când atmosfera Pământului intră în-flux de locuințe moleculare emise de zonele active ale Soarelui perturbate. Corpusculii care ating suprafața câmpului magnetic al Pământului ca un particule de-încărcate încep să se miște în spirale în jurul liniilor de câmp magnetic și sunt direcționate către regiunile polare. fluxuri corpusculare nu sunt doar ionosferei, dar, de asemenea, furtuni magnetice, atât de des vorbim despre tulburări ionosferei magnetice. Indignarea față-cabină în mod diferit, în funcție de latitudinea punctului de observație.
Perturbație origine corpuscular în latitudinile medii și mici sunt caracterizate prin schimbări anormale în electroni concen-înre este, în principal în domeniul F. Numai în perioadele de furtuni foarte puternice OMS perturbațiile ating straturile inferioare ale ionosferei.
Pentru mijlocul latitudini tipice așa-numitele negativ coș-perturbație, la care stratul de concentrație de electroni este redus cu 30 până la 40%. În timpul unei furtuni pe schimbarea lină a densității de electroni a stratului F2 a impus eterogenitate extensivă.
Perturbațiile origine corpuscular în latitudini polare sunt caracterizate printr-o schimbare de ionizare în toată straturile ionosferei inclusiv stratul D. creșterea anormală a ionizării acestui strat crește conductivitatea specifică a ionosferei, și astfel, absorbția undelor radio. Inelară Zona aurorala simultan cu trecerea de la stratul D-picioare observat F2 strat perturbațiilor, care se manifestă în partea de situații-o lumină a zonei sub formă de reducere semnificativă a Nemah. și pe termen umbrită - o creștere semnificativă datorită sporadice Nemah Obra-mations.
Perturbatii val origine apar ca o creștere bruscă a stratului de ionizare D ca urmare a unei puternice raze X Radia-cheniya a cărui sursă este explozie solară chromospheric. Perturbarea de acest tip, urmată de o creștere bruscă a absorbției-TION (efectul Delinzhera) apar brusc și ultimul din mai multe năut E la 1. 2 ore. Acestea acoperă, de obicei, întreaga porțiune iluminată a globului, fiind distribuite cu intensitate variabilă în funcție de latitudine.