Формирование представлений учащихся о механизмах переноса зарядов в газах на примере электрических процессов в приземном слое атмосферы

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Формирование представлений учащихся о механизмах переноса зарядов в газах на примере электрических процессов в приземном слое атмосферы



Оглавление

• Введение
• 1. Формирование электрического поля в атмосфере Земли
• 1.1 Современные представления о глобальной электрической цепи
• 1.2 Электрическое поле вблизи земной поверхности
• 1.3 Ионизационные процессы в приземном слое атмосферы
• 1.4 Приборы и методы измерений в геофизических экспедициях АПО ЮФУ
• 1.5 Результаты исследований пространственно-временных вариаций характеристик электрического поля вблизи Земли
• 2. Разработка методических рекомендаций по обсуждению электрического поля атмосферы при подготовке магистров по программе «Физическое образование»
• 2.1 Подходы к адаптации научного материала по атмосферному электричеству при разработке курса «Проблемы атмосферного электричества» в магистратуре
• 2.2 Разработка структуры электронного пособия и методические рекомендации по использованию его в преподавании дисциплины по выбору «Проблемы атмосферного электричества»
• Заключение
• Литература

Введение

Актуальность темы.

Исследование атмосферы важно, прежде всего, потому, что это среда непосредственной жизнедеятельности человека. Поэтому необходимо учитывать и использовать физические процессы, происходящие в ней. Без досконального изучения всех свойств среды, выявления закономерностей протекающих в ней процессов невозможно решение проблемы рационального использования природных ресурсов.

Электрические процессы в нижней атмосфере являются неотъемлемой частью всех физических процессов в ней. Несмотря на более чем 200-летнюю историю изучения, атмосферное электричество продолжает привлекать внимание исследователей и практиков.

Природа атмосферно-электрических явлений во многом ещё не ясна, и ее изучение имеет познавательную ценность. Проблема происхождения электрического поля в атмосфере, установление причин вариаций электрического поля различных пространственно-временных масштабов является одной из наиболее актуальных проблем атмосферного электричества. Необходимость понимания процессов формирования электрической структуры приземного слоя атмосферы обусловлена тем, что в этом слое осуществляется электрический контакт атмосферы с поверхностью одного из электродов глобальной электрической цепи (ГЭЦ): контакт нижнего слоя атмосферы с земной поверхностью.

Современный интерес к изучению атмосферно-электрических характеристик вызван как фундаментальными проблемами физики Земли, так и практическими задачами, учитывающими параметры среды, в которой эксплуатируются технические устройства: летательные аппараты, средства связи, объекты энергетики и т.д. Накопленные результаты наблюдений и исследований свидетельствуют о значительной региональной изменчивости всех атмосферно-электрических характеристик и региональных особенностях протекания электрических процессов в атмосфере. Знание типичных особенностей атмосферного электричества в разных регионах Земли должно способствовать более успешному решению как фундаментальных научных проблем глобального характера, так и частных прикладных задач, связанных с проявлениями электричества атмосферы.

Атмосферно-электрические данные и методы необходимы в разных областях науки и техники: в физике нижней атмосферы, метеорологии, вулканологии, экологии и т.д.

Знания о физических процессах в окружающей среде крайне важны при подготовке учителей физики, которым предстоит в условиях научно-технического прогресса работать над формированием у учащихся адекватной физической картины мира, выполнять задачи экологического воспитания и расширения кругозора. Как уже отмечалось, атмосфера является средой непосредственной жизнедеятельности людей, поэтому значение познания её свойств невозможно переоценить. Поскольку в современном мире крайне важным представляется экологическое образование и воспитание молодежи, то преподавание физики дает в этом отношении множество возможностей, позволяя иллюстрировать изучаемые законы примерами проявления их в окружающей среде, в частности - в атмосфере.

На кафедре физики АПО ЮФУ в настоящее время разрабатывается дисциплина по выбору «Проблемы атмосферного электричества», целями освоения которой является формирование представлений о том, как проявляются законы электродинамики в природных процессах, и приобретение знаний об электрических свойствах атмосферы.

Освоение данной дисциплины позволит магистрантам познакомиться с современными представлениями об атмосферном электричестве, что поможет им расширить научный кругозор и повысить экологическую грамотность.

Кроме того, использование геофизических знаний магистрами на уроках физики в школе принесет несомненную пользу, позволяя конкретизировать учебный материал, способствуя более глубокому его усвоению, предупреждению формализма в знаниях учащихся по физике.

Целями данной работы являются:

- исследование высотных профилей электрического поля в приземном слое атмосферы;

- разработка методических рекомендаций по обсуждению электрических явлений в атмосфере с магистрантами, обучающимися по программе «Физическое образование»;

- создание электронного пособия для преподавания магистрантам дисциплины по выбору «Проблемы атмосферного электричества».

В соответствии с вышеизложенными целями были поставлены следующие задачи:

1. Знакомство с современными представлениями об электричестве земной атмосферы и методами атмосферно-электрических измерений.

2. Проведение натурных измерений атмосферно-электрических и метеорологических характеристик в приземном слое.

3. Обработка и анализ экспериментальных данных, их интерпретация.

4. Адаптация научного материала по атмосферному электричеству для разработки курса «Проблемы атмосферного электричества» в магистратуре.

5. Разработка структуры электронного пособия.

6. Размещение информационного контента об атмосферном электричестве в разделах пособия.

Научно-практическая значимость. Проведено исследование высотных профилей электрического поля в приземном слое атмосферы на базе натурных измерений атмосферно-электрических и метеорологических характеристик. Разработаны методические рекомендации по обсуждению явлений атмосферного электричества с магистрантами, обучающимися по программе «Физическое образование».

Новизна работы. Получены экспериментальные высотные профили электрического поля для слоя атмосферы 0-4 метра, проведена их систематизация с учётом устойчивости атмосферы.

Разработаны методические рекомендации по обсуждению темы «Электрическое поле атмосферы» в рамках дисциплины по выбору «Проблемы атмосферного электричества» в магистерской программе «Физическое образование».

Разработано электронное пособие по дисциплине «Проблемы атмосферного электричества» для магистерской программы «Физическое образование»



1. Формирование электрического поля в атмосфере Земли

1.1 Современные представления о глобальной электрической цепи

Атмосферное электричество играет значительную роль в единой системе, которую составляют атмосфера Земли и околоземное космическое пространство.

Уже в прошлом столетии было установлено, что в атмосфере существует электрическое поле, направление которого в большинстве случаев при нормальной погоде таково, как если бы земная поверхность была заряжена отрицательно, а атмосфера положительно.

Рис. 1. Среднегодовые кривые суточных вариаций атмосферно-электрического поля над океанами (В/м), измеренные в экспедиции Carnegie and Maud (Parkinson and Torrenson, 1931) - а), и среднегодовые кривые суточных вариаций глобальной грозовой активности согласно Whipple and Scrase (1936) - б) [1].

В 20-е годы прошлого столетия было обнаружено, что поле над океанами изменяется в течение суток в соответствии с универсальным временем, одновременно в разных пунктах. Эта суточная кривая электрического поля известна в атмосферном электричестве как унитарная вариация. Экспериментально полученная идентичность суточных кривых электрического поля атмосферы над океанами (Рис.1а) и суточных вариаций глобальной грозовой активности (Рис.1б) подтверждает гипотезу о том, что грозы являются электрическим генератором в глобальной цепи [1].

В работе Мареева [2] отмечено, что электричество хорошей погоды неразрывно связано с грозовым электричеством и составляет часть распределенного токового контура - глобальной электрической цепи. Физической причиной формирования ГЭЦ в атмосфере служит резкий рост проводимости воздуха с высотой. Вблизи поверхности Земли проводимость воздуха очень мала и составляет (2?3)·10^-14 См/м, что соответствует концентрации легких ионов около 10³ см^-3. С ростом высоты благодаря увеличению уровня ионизации, определяемого до 40 км галактическими космическими лучами, а выше - ультрафиолетовым и рентгеновским излучением Солнца, проводимость растет почти экспоненциально с характерным масштабом 6 км. Уже на высоте D-слоя ионосферы (около 80 км) она увеличивается более чем на 10 порядков по сравнению с тропосферой. Проводимость земли в поверхностном слое (и тем более воды в океане) тоже превышает проводимость пограничного слоя атмосферы на 10ё12 порядков. Таким образом, постоянно функционирующие грозовые генераторы оказываются сосредоточенными в достаточно узком слабо проводящем слое между земной поверхностью и ионосферой.

Мареев отмечает, что при упрощенном описании ГЭЦ земная поверхность и нижняя граница ионосферы (около 60-70 км) рассматриваются как обкладки гигантского сферического конденсатора, который разряжается в областях хорошей погоды и заряжается в областях грозовой активности. При этом квазистационарные токи зарядки не замыкаются полностью на землю вблизи грозовых облаков, а частично "затягиваются" в вышележащую область высокой проводимости и растекаются по ионосфере. Считается, что именно квазистационарные токи в первую очередь "несут ответственность" за поддержание разности потенциалов ~350 кВ между ионосферой и землей. Так как верхняя часть большинства грозовых облаков имеет положительный заряд, потенциал ионосферы также оказывается положительным, и в областях хорошей погоды электрическое поле направлено вниз, обусловливая тем самым токи проводимости, замыкающие ГЭЦ. Если бы действие генераторов прекратилось, разность потенциалов между поверхностью Земли и ионосферой исчезла бы за время около 8 мин. Наряду с грозовыми генераторами, потенциально важным источником атмосферного электричества может служить планетарный электрический генератор, обусловленный нетвердотельным характером вращения плазменной оболочки планеты [2]. атмосфера электрический научный

Одну из первых моделей, объясняющую существование синхронных изменений электрического поля атмосферы, названные глобальной унитарной вариацией, предложил в начале 20-го века Wilson C.T.R. [3]. В соответствии с этой моделью электрическое поле создаётся отрицательным зарядом земной поверхности и положительным зарядом проводящих слоев верхней атмосферы (ионосферы), играющих роль обкладок сферического конденсатора. Благодаря наличию электрической проводимости воздуха, в атмосфере течет ток проводимости, стремящийся разрядить конденсатор.

Плотность тока проводимости принимается неизменной по высоте и равной

(1)

Для поддержания электрического заряда на обкладках конденсатора необходим источник тока, который бы компенсировал потерю заряда, вызванную электропроводностью атмосферы. Таким источником в модели Wilson [3] предлагается считать грозовые облака, благодаря которым в областях, занятых грозами, где электрическое поле имеет обратное направление, возникает ток зарядки .

Гипотеза Wilson подтверждается данными о поляризации грозовых облаков, а также синхронностью суточного хода числа гроз на земном шаре и суточной унитарной вариации напряженности электрического поля (Рис. 1). И хотя более поздние экспериментальные исследования показали, что электросфера не изопотенциальна, и годовой ход напряженности электрического поля находится в противофазе с годовым ходом среднего числа гроз на Земле, в гипотезе сферического конденсатора Wilson впервые подчеркнул роль грозовых процессов для глобальных проявлений атмосферного электричества.

Рис. 2. Схематическое изображение глобальной электрической цепи [2].

В работе Rycroft et al. [4] указывается на тот факт, что в соответствии с классической картиной атмосферного электричества совокупность гроз, действуя одновременно, заряжает ионосферу до потенциала в несколько сотен тысяч вольт по отношению к поверхности Земли.

Эта разность потенциалов обусловливает вертикальный электрический ток проводимости вниз от ионосферы на землю во всех регионах хорошей погоды земного шара.

Электрический ток проводимости хорошей погоды меняется в зависимости от разности потенциалов ионосферы и сопротивления столба атмосферы между ионосферой и землёй.

Горизонтальные токи текут свободно вдоль поверхности хорошо проводящей Земли и в ионосфере. Ток течет от грозового облака вверх к ионосфере, а также от земли к грозовому генератору, замыкая цепь.

Одну из первых моделей протекания тока в глобальной атмосферной электрической цепи предложил Kasemir H.W. К числу достоинств своей модели Kasemir H.W. относит тот факт, что части атмосферной электрической цепи, соответствующие хорошей и плохой погоде, могут рассматриваться отдельно, а затем накладываться друг на друга для получения полной картины. Кроме того, он указывает на недопустимость утверждения, что генераторами тока являются только грозы, генератор любого происхождения может быть подключен в данную схему. В своей работе Kasemir [5] оценивает глобальные атмосферно-электрические характеристики в условиях квазистатического приближения, при этом основным уравнением, описывающим процессы в глобальной цепи, является уравнение непрерывности для тока проводимости:

(2)

Kasemir H.W. рассматривает ток при хорошей погоде для двух слоев: в слое перемешивания проводимость остается постоянной по высоте, выше этого слоя она изменяется экспоненциально. Приводятся отдельные решения для дневного и ночного распределения проводимости атмосферы и напряженности электрического поля по высоте [5].

Е.А. Мареев [1] указывает на то, что для понимания работы ГЭЦ нужны адекватные модели грозовых генераторов, дающие возможность рассчитывать квазистационарные и импульсные токи, а также вклад генераторов в энергетику глобальной цепи. Недавно в ИПФ был предложен новый метод моделирования распределенных квазистационарных источников, позволяющий учесть особенности строения реальных грозовых систем и оценить их полный квазистационарный ток, текущий в ионосферу. Результаты расчетов показали, в частности, что вклад мезомасштабных конвективных систем в глобальную электрическую цепь может существенно превосходить вклад одиночных гроз, составляя десятки ампер. Несмотря на значительное возмущение электрического потенциала в области конвекции, достигающее сотен мегавольт, основной вклад в полный вертикальный ток и структура полей и токов в окрестности мезомасштабных конвективных систем определяются областью стратификации.

Таким образом, современные исследования глобальной электрической цепи ориентированы на изучение и выявление совокупности генераторов атмосферного электричества, а также определение степени влияния различных физических процессов в магнитосфере, ионосфере, в приземном слое атмосферы и земной коре на атмосферно - электрические характеристики.

1.2 Электрическое поле вблизи земной поверхности

По определению Имянитова [6], приземный слой атмосферы - это часть пограничного слоя атмосферы от земной поверхности до высоты несколько десятков метров. Толщина этого слоя изменяется в достаточно широких пределах в зависимости от величины скорости ветра, термической стратификации атмосферы и шероховатости земной поверхности. Вследствие непосредственного контакта приземного слоя атмосферы с земной поверхностью он характеризуется наличием поверхностных источников тепла, радиоактивных излучений и различных примесей: радиоактивных эманаций, аэрозольных частиц, водяного пара и т.д.

С другой стороны, твердотельная поверхность адсорбирует ионы, при определенных условиях на ней происходит конденсация пара (выпадение росы), шероховатость поверхности влияет на турбулентность атмосферных потоков. Все это сказывается на вертикальных профилях атмосферных параметров вблизи земли. Из-за близости к границе раздела твердотельной и газообразной сред в приземном слое формируются особенно большие вертикальные градиенты параметров атмосферы, следствием чего являются значительные турбулентные потоки тепла, влаги, количества движения, радиоактивных эманаций, электрических зарядов и т.п. Таким образом, приземный слой атмосферы активно обменивается с земной поверхностью различными свойствами [6].

Имянитов указывает на то, что, электрическое поле в атмосфере проявляется как результат действия электрических зарядов, имеющихся в ней и на поверхности земли. Величиной и направлением электрического поля определяются перемещение электри-ческих зарядов, коронирование остроконечных предметов (например огни Эльма), появление и развитие молний, протекание некоторых микрофизических процессов в об-лаках [6].

Электрические поля в атмосфере могут иметь раз-личные направления и меняться от нуля до миллионов В/м.

Если осреднить измерения напряженности электриче-ского поля в атмосфере в какой-то точке у поверхности земли за значительный промежуток времени, то средняя напряженность поля в этой точке будет порядка 120--150 В/м. Поле это направлено так, как если бы земля была заряжена отрицательно, а атмосфера положительно.

Поле, направленное к земле, принято считать положи-тельным, если речь идёт о напряжённости. Фактически в этой ситуации вектор напряжённости, направленный к земле, даёт отрицательную проекцию на ось, направленную вверх. Работать. с отрицательными числами менее удобно, чем с положительными. Поэтому иногда поле определяют величиной градиента электрического потенциала. Так как потенциал в ненарушенном поле растет с высотой (т. е. с удалением от земли), то вектор градиента потен-циала, который численно равен напряженности электрического поля, но имеет обратный знак, будет давать положительную проекцию на выбранную ось.

По современным представлениям атмосферно-электрическое поле вблизи земной поверхности является результатом суперпозиции полей, связанных с системами зарядов и токов различного происхождения и различного масштаба.

В атмосферном электричестве чаще всего считается, что поле вблизи земли создается глобальной системой зарядов и локальными зарядами меньших масштабов. Потенциал электросферы (сферы, выше которой потенциал перестает изменяться с высотой в силу высокой проводимости верхней атмосферы) положителен по отношению к потенциалу земной поверхности и составляет 350-400 кВ. В ненарушенных условиях электрический потенциал в атмосфере растет с высотой, так что вектор его градиента направлен вверх.

Электрическое поле, как известно, характеризуется напряженностью. Напряженность является векторной величиной и в любой точке направлена по касательной к силовой линии поля, проходящей через эту точку. Численно напряженность электрического поля равна градиенту электрического потенциала, т.е. изменению потенциала на единицу длины силовой линии.

Градиент потенциала также является векторной величиной, причем по направлению противоположен напряженности.

(3)

Если земная поверхность плоская без выступающих предметов, то в этом месте электрическое поле можно считать однородным, т.е. напряженность поля во всех точках постоянна по величине и направлению; силовые линии представляют собой параллельные прямые, направленные вертикально к поверхности земли.

Во времени градиент потенциала претерпевает как неправильные колебания, вызванные прохождением вблизи точки наблюдения объемных зарядов, так и регулярные периодические колебания, связанные с различными солнечными и земными циклами.

Градиент потенциала обнаруживает годовой ход, который зависит от местных условий и для разных пунктов в значительной мере различен. Для большинства точек земного шара наибольшие значения наблюдаются в те месяцы, когда Земля наиболее близка к Солнцу, и наименьшие, когда она наиболее от него удалена. В частности, для северного полушария максимум приходится на зимние, а минимум - на летние месяцы.

При выборе положительного направления вертикальной оси традиционно снизу вверх проекция градиента потенциала положительна.

Таким образом, проекция вектора напряженности атмосферного поля имеет в ненарушенных условиях отрицательные значения, поскольку всегда

(4)

Присутствие в атмосфере объемных зарядов обусловливает пространственное изменение градиента потенциала в соответствии с известным уравнением Пуассона:

(5)

Здесь - градиент электрического потенциала, - плотность объемного заряда, - диэлектрическая проницаемость вакуума.

В случае горизонтальной однородности Очевидно, что при положительном объемном заряде значения градиента потенциала вблизи земли будут уменьшаться с высотой, при отрицательном заряде -увеличиваться. Локальные вариации градиента потенциала, которые в совокупности с глобальными дают наблюдаемые изменения поля, связаны с объемными зарядами [7].

С учетом того, что в атмосфере проекция вектора градиента потенциала глобального электрического поля на вертикальную ось, направленную вверх, как известно, положительна, становится, очевидно, что уменьшению градиента по высоте в соответствии с уравнением Пуассона (5) следует сопоставить положительный объемный заряд в слое, а увеличению - отрицательный.

В работе Петровой [8] говорится что, поиск глобальной унитарной вариации электрического поля Земли и причин ее устойчивости - одна из основных проблем современного атмосферного электричества. Существование глобальных вариаций электрического поля атмосферы связывают с действием глобальных генераторов тока в системе земля-атмосфера в отличие от локальных генераторов, связанных с местными факторами и действующих в приземном слое атмосферы.

Наличие локальных генераторов не позволяет применять к атмосфере закон Ома. Для квазистатического случая и при условии, что перенос заряда осуществляется только токами проводимости, можно записать [10]:

(6)

где - плотность тока проводимости, - потенциал электросферы, и - напряженность и электропроводность на уровне земли, - сопротивление столба атмосферы от земли до электросферы с поперечным сечением 1 м². В электрической модели атмосферы представляется общим сопротивлением вертикальной цепи последовательно соединенных резисторов с удельными сопротивлениями . Тогда:

(7)

Очевидно, что потенциал электросферы можно определить как . Необходимо, таким образом, знать величину и значения на разных уровнях.

Чалмерс [9] указывает, что использование метода сопротивления столба воздуха возможно при квазистатических условиях лишь в том случае, если вертикальный ток является только током проводимости. Если же имеются конвективные или какие-либо другие токи, то следует использовать формулу

(8)

То, что эти два метода не всегда приводят к одинаковым результатам из-за существования конвективных токов, показали работы и других исследователей [9].

Электрические и метеорологические параметры в приземном слое атмосферы тесно связны друг с другом, поэтому неоднократно предлагалось использование атмосферно-электрических характеристик в качестве индексов физического состояния атмосферы, использование их в прогнозе метеоусловий. Кроме того, по многочисленным данным континентальных станций можно отметить обусловленность поведения электропроводности и объёмного заряда локальными метеоусловиями.

1.3 Ионизационные процессы в приземном слое атмосферы

В конце XIX столетия было обнаружено, что воздух может проводить электричество. На основании различных исследований было также выявлено, что своей проводимостью воздух обязан наличию в нем заряженных частиц - ионов. Процесс, который приводит к образованию ионов, называется ионизацией.

Образованию ионов в атмосфере способствуют различные процессы. Основной величиной, характеризующей ионизационное состояние атмосферы, является число ионов каждого рода, содержащихся в единице объёма (1 см³). Но число ионов n какой-либо подвижности, содержащихся в единице объема в любой момент времени, зависит, с одной стороны, от числа их, образующихся в единицу времени, с другой, от числа их, уничтожающихся за то же время под действием ряда процессов.

Как указывает Тверской [10], то обстоятельство, что воздух обладает возможностью проводить электричество, было обнаружено более 150 лет тому назад. Правильное же объяснение этому явлению было дано только в конце прошлого столетия, когда Эльстер и Гейтель показали на основании ряда исследований, что атмосфера обязана своей проводимостью присутствию в ней положительно и отрицательно заряженных мельчайших частиц, получивших название ионов.

Основным процессом, обусловливающим исчезновение ионов, является воссоединение, или рекомбинация, сущность которого заключается в том, что содержащиеся в некотором объеме газа ионы противоположных знаков при встречах друг с другом взаимно нейтрализуются.

Тверской в своей работе [10] обращает внимание на следующее обстоятельство: ионы, содержащиеся в атмосфере, движутся под действием электрического поля, обычно направленного вниз, по направлению нормали к земной поверхности, причем плотность этого потока равна nuЕ, где n - концентрация ионов, u - их подвижность и Е - напряженность поля. Если плотность этого потока ионов с увеличением высоты z становится больше (возрастая от земной поверхности) и мы рассмотрим поток отрицательных ионов, направленный вверх, то через нижнюю грань куб. сантиметра, расположенного на некоторой высоте, поток ионов будет меньше, чем через верхнюю грань, так что число ионов, содержащееся внутри нашего объема, будет уменьшаться во времени в отношении (nuЕ). Это уменьшение числа отрицательных ионов вблизи земной поверхности под действием электрического поля имеет весьма существенное значение; число отрицательных ионов вблизи земной поверхности составляет примерно лишь 80% от числа положительных ионов. Этот дефицит отрицательных ионов и образование вследствие этого положительного объёмного заряда вблизи земли обусловливает проявление так называемого электродного эффекта в приземной атмосфере.

Кашлева в своей работе отмечает [11], что из всех многочисленных известных ионизаторов главнейшими для нижних слоев атмосферы являются излучения радиоактивных веществ, содержащихся в земной коре и атмосфере, а также космические лучи. Ультрафиолетовые лучи Солнца в области тех длин волн (л > 0,285 мкм), которые проникают в нижнюю стратосферу и тропосферу, никакой роли в ионизации этих слоев атмосферы не играют. Их действие может проявиться только в фотоэлектрическом эффекте, но этот эффект в естественных условиях настолько мал, что им практически можно пренебречь.

В работе Тверского П.Н. [10] говорится о многочисленных факторах, под действием которых в атмосфере образуются ионы. Интенсивность действия какого-либо ионизатора характеризуется числом пар ионов, образующихся в 1 см³ в 1 секунду при нормальных условиях давления и температуры.

Красногорская отмечает, что главнейшими ионизаторами для нижних слоев атмосферы до высоты в несколько километров над земной поверхностью являются излучения радиоактивных веществ, содержащихся в земной коре и атмосфере, и космические лучи (рис.3). Радиоактивность атмосферы обусловлена содержанием радиоактивных элементов в земной коре и почве и выходом по почвенным капиллярам радиоактивных газов и продуктов их распада в атмосферу. Ионизация от радиоактивных веществ может быть вызвана б -, в- и г -лучами [12].

Рис. 3. Зависимость интенсивности ионообразования в приземной атмосфере от высоты. 1 - б-излучение земли; 2 - космические лучи; 3 - в-излучение земли; 4 -г- излучение земли; 5 - б-излучение радиоактивных газов; 6 - общее излучение) [12].

При такой малой степени радиоактивности обычных горных пород и вод на земной поверхности непосредственное действие их излучений мало и простирается на небольшую высоту. Действием их б-излучений, проникающих в атмосферу до высоты в несколько сантиметров, вообще можно совсем пренебречь. Заметную роль играет лишь г-излучение, а вблизи земной поверхности еще и в- лучи. В связи с незначительным ионизирующим действием этих лучей основное значение для ионизации атмосферы имеют те радиоактивные вещества, которые содержатся в самой атмосфере. Такими веществами являются эманации радия, тория, актиния и продукты их распада.

Тверской [10] указывает, что для непосредственной ионизации атмосферы могут иметь значение только самые поверхностные слои почвы глубиной до 2 м, и то лишь над сушей.

Большую роль в ионизации приземного слоя земли играют входящие в его состав в качестве примесей изотопы химического элемента с порядковым номером 86 - радиоактивные инертные газы радон, торон и актинон, имеющие общее название радиоактивные эманации. Наиболее устойчив ²²²Rn (T_1/2=3,8235 дня), входящий в природное радиоактивное семейство урана-238 (семейство урана-радия) и являющийся непосредственным продуктом распада радия-226. Иногда название «радон» относят именно к этому изотопу.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Рис. 4. Радиоактивный ряд, образуемый продуктами распада урана-238 [22].

В семейство тория-232 входит ²²⁰Rn (T_1/2=55,6 с), иногда его называют торон (Tn). В семейство урана-235 (урана-актиния) входит ²¹⁹Rn (T_1/2=3,96 с), его называют актинон (An). В одну из побочных ветвей семейства урана-радия входит также очень короткоживущий (T_1/2=35 мс) радон-218. Все отмеченные изотопы радона испытывают альфа-распад. Этими четырьмя нуклидами исчерпывается список природных изотопов радона [13].

Особенно важную роль в ионизации воздуха в нижней тропосфере играют два радиоактивных газа: радон () с периодом полураспада, как уже отмечалось, 3.8 дня и торон () с периодом полураспада около 56 сек).

Радиоактивные элементы попадают в атмосферу вместе с почвенным воздухом при обмене его с наружным воздухом.

Большое значение приобрели радиоактивные вещества антропогенного происхождения, образующиеся при испытаниях ядерного оружия, взрывах, подобных аварии на Чернобыльской АС, и др.

Будучи заброшенными на значительные высоты, они могут долгое время оставаться в атмосфере во взвешенном состоянии, очень медленно осаждаясь на земную поверхность. При большом периоде полураспада некоторых из них (например, Sr⁹⁰ около 28 лет) могут создавать дополнительную ионизацию, не говоря уже об их пагубном биологическом действии. Исследованию загрязнения атмосферы искусственными радиоактивными веществами уделяется очень большое внимание (изучается содержание веществ в воздухе, их количество, осаждающееся на земную поверхность, включая и их вымывание из атмосферы осадками и пр.) [11].

Значимость рассмотренных ионизаторов меняется с высотой. Над сушей у земной поверхности ионизация на 80 % обусловлена действием излучений радиоактивных веществ, содержащихся в атмосфере, и частично г-излучений земной коры; в слое до 500 м ионизация на 75 % определяется действием радиоактивных излучений; но роль последних весьма быстро уменьшается, и уже с высот более 5-6 км ионизация атмосферы почти полностью определяется действием только космических лучей; в целом же для слоя атмосферы 0-9 км они создают 95 % всего числа образующихся ионов. С высотой интенсивность ионизации, обусловленная действием космических лучей, растет и достигает максимальных значений на высоте около 12-18 км. Значение этого максимума больше, а его положение несколько выше на больших магнитных широтах.

Над океанами вдали от берегов, где радиоактивность атмосферы мала, основным и практически единственным ионизатором являются космические лучи. То же имеется и на больших высотах вплоть до тех высот, на которые проникают ультрафиолетовые лучи Солнца и другие излучения (в частности, корпускулярные), обладающие энергией, достаточной для ионизации газов. Начиная с этих высот, в ионосфере основным ионизатором уже является солнечное излучение.

Наряду с рассмотренными главнейшими ионизаторами атмосферы можно указать еще большое число процессов, приводящих к образованию в атмосфере ионов или заряженных частиц, но все они имеют второстепенное и притом ограниченное по времени и месту значение. К числу их, например, относятся грозовые разряды, тихие разряды с остриев, фотоэлектронная эмиссия с поверхности некоторых минералов земной коры, термическая ионизация при процессах горения и вблизи действующих вулканов. Некоторое значение в образовании заряженных частиц в воздухе имеют также процессы трения, которые всегда наблюдаются, если частицы при своем движении в воздухе сталкиваются друг с другом или соприкасаются с некоторой (в частности, с земной) поверхностью [11].

Развитие вычислительной техники, сделавшее широко доступными численные методы решения дифференциальных уравнений, позволило отказаться от существенных физических допущений при решении задачи описания электродного эффекта в атмосфере.

Первым успешно применил численный метод в решении системы уравнений, описывающих классический электродный эффект Hoppel [14]. Он решил стационарную задачу для горизонтально-однородной неподвижной атмосферы. Аэрозоли и турбулентность в данной модели не учитывались, но задавался близкий к реальному профиль интенсивности ионообразования. Вслед за этим Hoppel [15] численным методом решил задачу турбулентного электродного эффекта, исходя из стационарной системы уравнений.

1.4 Приборы и методы измерений в геофизических экспедициях АПО ЮФУ

Для исследования закономерностей формирования электрической структуры приземного слоя атмосферы использованы результаты измерений физических характеристик атмосферы вблизи земной поверхности, полученные в геофизических экспедициях кафедры физики Академии педагогического образования ЮФУ в летний период на территории Кашарского района Ростовской области. Измерения в экспедициях осуществлялись непрерывно круглосуточно в течение 10-15 дней, прерываясь в случае дождя или по техническим причинам. Большинство характеристик атмосферы измерялись на нескольких уровнях, что помогает лучшему пониманию атмосферных процессов. Измерялись потенциал электрического поля атмосферы на 3 уровнях, напряженность поля на уровне земли, удельные полярные электропроводности атмосферы и концентрация радона-222 на 6 высотах, а также метеорологические параметры нижнего 3-метрового слоя. Ряд параметров рассчитывался косвенно на основании результатов данных измерений. Для анализа использовались среднечасовые значения характеристик.

Измерительный комплекс включает в себя одновременную регистрацию характеристик атмосферно-электрического поля в слое 0-4 метра, градиентные изменения температуры, влажности воздуха и скорости ветра в изучаемом слое, полярных удельных электропроводностей атмосферы и концентрации радона-222 в почве и атмосфере [16].

Измерение напряженности поля на уровне земли осуществлялось электростатическим флюксметром "Поле-2" системы ГГО им. А.И.Воейкова. Измерения потенциала атмосферы осуществлялись методом радиоактивного коллектора.

Для измерения электропроводности атмосферы использовался аспирационный метод, сущность которого заключается в измерении тока ионов, осаждающихся из потока воздуха на одну из обкладок конденсатора, когда между ними приложено напряжение. Концентрация радона (Rn-222) в воздухе измерялась радономером «Alpha-guard», работающим по методу ионизационной камеры.

Для измерения температуры и определения характеристик влажности воздуха на уровнях 0,5; 1,0; 2,0 метра использовались аспирационные психрометры Ассмана, которые перед началом измерений тщательно сверялись в лабораторных условиях. Скорость ветра на высотах 0,5; 2,0; 5,0 метра определялись чашечными анемометрами Фюсса. Температура почвы измерялась почвенными термометрами Савинова на стандартных для этих термометров глубинах: 0,05; 0,10; 0,15; 0,20 метра. Метеостанцией М-49 осуществлялась также непрерывная регистрация скорости и направления ветра (высота 5м), температуры и относительной влажности воздуха (высота 2 м), атмосферного давления.

Измерения метеорологических величин выполнялись в начале каждого часа в течение 10 минут. Делались также визуальные отметки о направлении ветра, о видах и количестве облачности, о наличии помутняющих атмосферу факторов (дымка, туман, пыль при работе сельскохозяйственных машин, дым от лесного пожара и т.п.).

Остановимся подробнее на описании приборов и методов измерения характеристик электрического поля Е.

Измерение характеристик электрического поля атмосферы

Исторически измерения полей в атмосфере начались с измерения потенциалов в ней вблизи поверхности земли. Для измерения потенциала атмосферы в неё вводят тело, называемое коллектором.

Имянитов в своей работе [17] отмечает, что действие коллектора состоит в том, что изолированный коллектор, находясь в электрическом поле, отдает (или принимает) заряд до тех пор, пока потенциал его не станет равным потенциалу, который имела до нарушения поля введением коллектора некоторая близлежащая к коллектору точка пространства (так называемая референц-точка). Измеряя с помощью электрометра потенциал коллектора, можно таким образом определить потенциал пространства в референц-точке.

Для измерения напряжённости и градиента потенциала электрического поля существует ряд методов и разработаны многочисленные приборы. Все методы можно разделить на две обширных группы [17]. К первой группе относятся методы, основанные на использовании соотношения

(9)

(косвенный метод), ко второй группе методы, которые используют связь

(10)

(прямой метод). Здесь - поверхностная плотность заряда, - диэлектрическая проницаемость вакуума.

Косвенный метод измерения (коллекторный метод).

Коллектор предназначен для измерения потенциала и представляет собой проводник, снабженный приспособлением, который может воспринимать потенциал некоторой точки атмосферы. Коллекторы бывают пламенные, водяные, радиоактивные. Каждый коллектор в отношении его действия может быть охарактеризован следующими величинами: емкостью (ёмкость самого коллектора, всех соединённых проводов и измерительного прибора); кажущимся сопротивлением; временем релаксации; степенью изоляции [17] .

Радиоактивный коллектор представляет собой металлический диск, одна сторона которого покрыта радиоактивным веществом, излучающим б-лучи. Диск защищён сверху от внешних воздействий атмосферы металлическим кожухом. Сверху имеется клемма для соединения с измерительным прибором (электрометром или электростатическим вольтметром). Электрометр - прибор, предназначенный для измерения разностей электрических потенциалов, небольших электрических зарядов, очень малых токов (вплоть до 10^-15 А) и других электрических величин, когда необходимо обеспечить высокую степень изоляции во избежание утечек заряда.

Принцип действия радиоактивного коллектора следующий: коллектор помещается в исследуемое поле, при этом радиоактивное вещество ионизирует прилегающий воздух, образуется сильно проводящее облако ионов. Из-за высокой проводимости ионного облака разность потенциалов между коллектором и областью, прилегающей к поверхности, будет меняться пока коллектор не примет потенциал этой области. Коллектор принимает потенциал точки, положение которой зависит от размеров ионного облака, имеющих порядок нескольких сантиметров, что определяется длинной пробега б - частиц в воздухе. (Следует отметить, что потенциал коллектора всегда будет немного отличаться от потенциала исследуемой точки на небольшую величину) [17].

Измерения потенциала атмосферы в геофизических экспедициях кафедры физики АПО ЮФУ осуществлялись методом радиоактивного коллектора. В качестве радиоактивного коллектора был взят иониевый б-излучатель. Установка для измерения потенциала атмосферы на 4 уровнях, применявшаяся нами, идентична описанной Имянитовым [17].

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Деревянные рейки высотой 4 м разнесены на расстояние 10 м. Между ними горизонтально натянуты четыре медные проволоки, изолированные от реек эбонитовыми изоляторами, снабженными нагревательными элементами для поддержания поверхности изолятора сухой во избежание утечки заряда по изоляции. К проволокам прикреплены радиоактивные коллекторы так, что расстояния их от земной поверхности равны 1, 2, 3 и 4 метра. Наблюдатель с электрометром располагается в десятке метров от коллекторов, чтобы не искажать электрическое поле. Отсчеты потенциалов выполняются многократно, поочередно с разных коллекторов, и затем осредняются, давая среднечасовые значения потенциала для каждого уровня.

Время релаксации установки - порядка 40 с, что учитывается при снятии показаний электрометра после пересоединения коллекторов [16].

Среднее для слоя значение градиента электрического потенциала можно рассчитать, зная значения потенциала для двух точек (А и В) и расстояние между точками (рис. 5):

(11)

На основании данных о градиенте потенциала атмосферного электрического поля возможна оценка плотности объемного заряда в атмосфере. Связь между локальным объемным зарядом и потенциалом при условии эквипотенциальности горизонтальных уровней устанавливается уравнением Пуассона:

(12)

Средняя плотность объемного заряда для любого слоя приземного воздуха рассчитывается по следующей обобщенной формуле:

((13)

где , (рис.5).

Алгоритм проведения измерения был следующим:

1. Измерения градиента потенциала производятся 1 раз в час.

2. Перед началом измерения проверяется качество изоляции.

3. Ежечасно измеряются расстояния до коллекторов, т.к. металлический проводник, на котором подвешены изоляторы, может растягиваться.

4. Четыре раза за часовой цикл измерений производятся отсчеты потенциалов каждого коллектора

Значения потенциалов снимались поочередно с каждого коллектора по схеме многократно, а затем усреднялись, и в результате использовались среднечасовые значения потенциала для каждого уровня, а именно 1; 2; 3; 4 м.

Прямой метод измерения.

Использованный нами для измерения напряженности поля на уровне земли электростатический флюксметр (рис.6) включает в себя:

а) металлическую измерительную пластину а, состоящую из трех секторов круга радиусом 10 см по 60є каждый, соединенных между собой и укрепленных через 120є;

б) экранирующую металлическую пластину б той же формы и размеров, укрепленную на заземленной (с помощью угольных щеток е) оси и вращающейся асинхронным мотором;

в) сопротивления г, соединяющего измерительную пластину а с землей, экранирующего кабеля д, подводящего напряжение от измерительной пластины к усилителю сигнала, и экранирующего корпуса ж. Подробно приборы и методы измерений атмосферно-электрических характеристик рассмотрены в работах [16,17].

Рис. 6. Устройство электростатического флюксметра [16].

Действие электростатического флюксметра основывается на динамическом методе, который заключается в том, что при внесении в переменное электрическое поле проводящего тела в последнем возникает движение индуцированных зарядов. Величина тока, создаваемого перемещающимися зарядами, пропорциональна вызывающему его изменению поля.

Сигнал с выхода флюксметра подаётся на вход платы аналогово-цифрового преобразования (АЦП), установленной в персональном компьютере. Плата АЦП преобразует аналоговые сигналы, поступающие с измерительного комплекса, в цифровую форму, для последующей обработки с помощью компьютера. При разработке измерительно-вычислительного комплекса выбор пал на продукцию фирмы L-Card - плату АЦП L761.

Построение платы на базе интерфейса PCI обеспечивает высокую скорость приема данных, а встроенный сигнальный процессор при надлежащем программировании позволяет вести обработку данных в режиме реального времени. Таким образом, становится возможным прием данных со всех 32 или 16 каналов ежесекундно и быстрее [16].

При обработке данных измерений подсчитывается среднечасовое значение напряженности поля, а в случае необходимости производится осреднение за более короткие промежутки времени.

При обработке результатов эксперимента применялись статистические методы. Обработка данных велась с помощью Microsoft Excel.

Описание площадки наблюдений

Площадка наблюдений находилась в Федоровке Кашарского района Ростовской области. Район степной, сельский, всхолмленная равнина, балки, овраги. Расположен на севере области, на краю литосферной плиты Русской равнины, удален от индустриальных центров и связанных с ними источников загрязнений. Площадка находилась в 200-300 метрах от села на ровном травянистом поле размером примерно 300х500 м². Почва на площадке черноземная. Растительность под датчиками была срезана на уровне земли на площади не менее 20х20 м². Задернение почвы при этом сохранялось, чтобы поверхность не пылила.

1.5 Результаты исследований пространственно-временных вариаций характеристик электрического поля вблизи земли

Исследование закономерностей вертикального распределения характеристик электрического поля в приземном слое атмосферы в экспедиционном эксперименте кафедры физики АПО ЮФУ (кафедра физики РГПУ) насчитывает не один десяток лет. Результаты исследований опубликованы в ряде работ как сотрудников кафедры, так и студентов (см., например, [7,8,19,20]).

Целью нашего исследования было выявление наиболее часто встречающихся типов профилей вертикального распределения градиента электрического потенциала в приземном слое атмосферы 0-4 м и их интерпретация. В связи с заданной целью, были поставлены следующие задачи:

1. Регистрация атмосферно-электрических, метеорологических характеристик и концентрации радона-222 в геофизических экспедициях на территории Кашарского района и обработка полученных данных.

2. Исследование пространственных закономерностей градиента потенциала в различных условиях перемешивания атмосферы и физическая интерпретация результатов.

Для реализации поставленной цели в экспедиционных исследованиях кафедры физики ЮФУ методом радиоактивного коллектора был получен большой объем данных о вертикальном распределении электрического потенциала в нижнем 3-метровом слое атмосферы. Измерения выполнялись традиционными методами и хорошо известными в физике атмосферы приборами. Измерительный комплекс подробно описан в статье [16] и обсуждается в предыдущем разделе. В то же время стремление понять природу формирования наблюдаемых профилей поля привело к необходимости расширить интервал высот. Вследствие этого в августе 2012 года в период геофизической экспедиции кафедры физики АПО ЮФУ в Федоровке Кашарского района Ростовской области измерения потенциала электрического поля атмосферы проводились на высотах 1, 2, 3 и 4 метра.

Исследования показывают, что электрическая структура приземного слоя различна для разных условий перемешивания атмосферы. Поэтому одновременно с атмосферно-электрическими проводились метеорологические измерения, что позволяло оценивать состояние приземного слоя. На основании метеорологических данных все замеры систематизировались в соответствии с наблюдаемой стратификацией температуры приземного слоя.

На основании результатов метеорологических измерений для каждого часа по методу Орленко [21] рассчитывался параметр температурной стратификации. Принято различать неустойчивую , устойчивую и безразличную стратификацию атмосферы. Здесь =1°/100 м - адиабатический градиент - изменение с высотой температуры поднимающейся воздушной частицы, - градиент температуры окружающего частицу воздуха (см. магистерскую диссертацию Билаловой [22]). Как известно, теоретически значению параметра m=1 соответствует безразличная стратификация, для устойчивой стратификации m<1, для неустойчивой - m>1. При неустойчивой стратификации температуры в слое атмосферы в нём создаются условия для развития конвективных движений что способствует вертикальному перемешиванию воздуха. Устойчивая стратификация не способствует развитию таких движений, вследствие чего атмосфера расслаивается.

По результатам измерения потенциала атмосферы рассчитывались ежечасные значения градиента потенциала для слоёв 0-1, 1-2, 2-3 и 3-4 метра. Значения градиента потенциала на уровне земли для каждого часа усреднялись по результатам данных флюксметра. Определённые таким образом среднечасовые вертикальные профили поля группировались затем в зависимости от значений параметра стратификации, исходя из условий: m<0,7 - устойчивая стратификация; m>1,2 - неустойчивая стратификация. Замеры при близком к 1 параметре стратификации исключались для определённости, поскольку в реальности чёткие границы между условиями устойчивости соблюсти невозможно.

Для анализа были построены вертикальные профили градиента потенциала в слое 0-4 метра для каждого часа с устойчивой стратификацией. Затем профили были рассортированы по видам и осреднены.

Для условий устойчивой стратификации температуры, когда перемешивание атмосферы ослаблено, обнаружены 3 вида профилей: условно С-образный (10 профилей), -видный (9 профилей) и Z-образный (19 профилей).

Полученные таким путём средние профили представлены на рисунке 7. Планками на графиках отмечены значения стандартной погрешности измерений. Стандартная погрешность (статистическая ошибка, или ошибка репрезентативности выборки) определения выборочного среднего величины поля вычислялась в соответствии с формулой:

(14)

где n - объем выборки, - выборочное стандартное отклонение величины :

(15)

В таблице 1 представлены данные о метеорологических параметрах, усреднённых для каждого из типов профиля поля при устойчивой стратификации прилегающего к земле слоя атмосферы. При рассмотрении представленных в таблице данных следует отметить инверсное распределение температуры воздуха, низкие значения скорости ветра и коэффициента турбулентности и нисходящий характер вертикальных движений воздуха, на что указывают отрицательные значения их скорости. Такое состояние приземного слоя не способствует развитию конвективных движений и вертикальному перемешиванию воздушных масс.

Таблица 1.

Тип профиля	C	Z	У
Температура на высоте 2 м, °С	16,9 ...

Подобные документы

• Оптика атмосферы

  Физика атмосферы. Спектральные исследования атмосферы Земли. Линии кислорода. Линии натрия. Линии водорода и гидроксила ОН. Атмосферный озон. Поляризационные исследования атмосферы Земли. Взаимодействии атмосферы Земли с излучением Солнца.
  
  реферат [44,6 K], добавлен 03.05.2007
  

• Особенности процессов зарядообразования в слое магнитной жидкости

  Изучение особенностей процесса переноса заряда в коллоидной среде. Поверхностные плотности приэлектродного заряда для образцов соответствующих концентраций. Зависимость сопротивления ячейки с магнитной жидкостью от частоты подаваемого на нее напряжения.
  
  доклад [47,1 K], добавлен 20.03.2007
  

• Потенциал электрического поля

  Работа сил электрического поля при перемещении заряда. Циркуляция вектора напряжённости электрического поля. Потенциал поля точечного заряда и системы зарядов. Связь между напряжённостью и потенциалом электрического поля. Эквипотенциальные поверхности.
  
  реферат [56,7 K], добавлен 15.02.2008
  

• Давление атмосферы

  Состав атмосферы Земли и особенности влияния на нее вращения планеты. Последствия исчезновения воздушной массы. Изобретение ртутного и электронного барометров. Применение их при измерении давления воздуха. Единица измерения атмосферного давления.
  
  презентация [562,5 K], добавлен 17.03.2015
  

• Мир электричества

  Изучение сведений об электрической цепи, токе и законах электричества. Характеристика взаимодействия зарядов, источников тока, процесса электролиза. Анализ изобретения первых электрических конденсаторов и их использования, соединения проводников в цепи.
  
  реферат [26,6 K], добавлен 15.09.2011
  

• Электрическое поле

  Изучение электромагнитного взаимодействия, свойств электрического заряда, электростатического поля. Расчет напряженности для системы распределенного и точечных зарядов. Анализ потока напряженности электрического поля. Теорема Гаусса в интегральной форме.
  
  курсовая работа [99,5 K], добавлен 25.04.2010
  

• Атмосферное давление

  Процентное соотношение газов в атмосфере Земли. Вес атмосферы по подсчетам Паскаля. Опыт, доказывающий существование атмосферного давления, и история открытия учёными этого явления. Нормальное атмосферное давление и его изменение в зависимости от высоты.
  
  презентация [323,6 K], добавлен 14.05.2014
  

• Графическое изображение электрического поля

  Силовые линии напряженности электрического поля для однородного электрического поля и точечных зарядов. Поток вектора напряженности. Закон Гаусса в интегральной форме, его применение для полей, созданных телами, обладающими геометрической симметрией.
  
  презентация [342,6 K], добавлен 19.03.2013
  

• Основы физики атмосферы

  Термодинамические процессы в сухом и влажном воздухе. Термодинамические процессы фазовых переходов. Уравнение Клаузиуса-Клапейрона. Уравнение переноса водяного пара в атмосфере. Физические процессы образования облаков. Динамические процессы а атмосфере.
  
  реферат [487,9 K], добавлен 28.12.2007
  

• Сушильная установка непрерывного действия. Сушка в псевдоожиженном слое

  Технологическая схема процесса сушки твердого материала в псевдоожиженном (кипящем) слое. Оценка лимитирующей стадии. Сопротивление газораспределительной решетки и выбор живого сечения. Расчёт шнекового питателя. Гидравлическое сопротивление циклона.
  
  курсовая работа [1,1 M], добавлен 23.03.2013
  

• Понятие сплошной среды

  Модели сплошной среды–идеальная и вязкая жидкости. Уравнение Навье-Стокса. Силы, действующие в атмосфере. Уравнение движения свободной атмосферы. Геострофический ветер. Градиентный ветер. Циркуляция атмосферы. Образование волновых движений в атмосфере.
  
  реферат [167,4 K], добавлен 28.12.2007
  

• Движение зарядов в газе под действием электрического поля

  Порядок и закономерности движения зарядов в газе, связанные с ним физические законы. Ионизация газа электронами путем отрыва одного электрона. Зависимости коэффициента ионизации газа электронами от напряженности электрического поля и давления неона.
  
  реферат [142,5 K], добавлен 14.11.2011
  

• Электромагнитные цепи

  История открытия электричества. Заряды как основа электрического поля, создание магнитного поля через их движение по проводнику. Характеристика величины электрического поля. Длина электромагнитной волны. Международная классификация электромагнитных волн.
  
  реферат [173,9 K], добавлен 30.08.2012
  

• Электростатика

  Понятие электрического заряда, единица его измерения. Закон сохранения алгебраической суммы заряда в замкнутой системе. Перераспределение зарядов между телами при их электризации. Особенности взаимодействия зарядов. Основные свойства электрического поля.
  
  презентация [185,5 K], добавлен 07.02.2015
  

• История электричества

  Образование электрического тока, существование, движение и взаимодействие заряженных частиц. Теория появления электричества при соприкосновении двух разнородных металлов, создание источника электрического тока, изучение действия электрического тока.
  
  презентация [54,9 K], добавлен 28.01.2011
  

• Анализ электрического состояния линейных электрических цепей постоянного тока

  Анализ электрического состояния цепей постоянного или переменного тока. Системы уравнений для определения токов во всех ветвях схемы на основании законов Кирхгофа. Исследование переходных процессов в электрических цепях. Расчет реактивных сопротивлений.
  
  курсовая работа [145,0 K], добавлен 16.04.2009
  

• Расчет и анализ характеристик электрического поля

  Ознакомление с особенностями физического электрического поля. Расчет силы, с которой электрическое поле действует в данной точке на положительный единичный заряд (напряженности в данной точке), а также потенциала, создаваемого системой точечных зарядов.
  
  курсовая работа [1,6 M], добавлен 04.01.2015
  

• Устройства электрометра

  Прибор для обнаружения электрических зарядов и приблизительного определения их величины. Устройство и принцип работы электрометра. Вид электризации, происходящий от воздействия внешнего электрического поля на вещество. Определение маленького заряда.
  
  презентация [57,4 K], добавлен 22.12.2010
  

• Элементы физической кинетики

  Явления переноса в газах. Число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул в газах. Диффузия газов и внутреннее трение. Вязкость и теплопроводность газов. Коэффициенты переноса и их зависимость от давления. Понятие о вакуумном состоянии.
  
  презентация [2,7 M], добавлен 13.02.2016
  

• Электростатическое поле в вакууме

  Элементарный электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Напряженность электрического поля. Напряженность поля точечного заряда. Линии напряженности силовые линии. Энергия взаимодействия системы зарядов. Циркуляция напряженности поля.
  
  презентация [1,1 M], добавлен 23.10.2013
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам