Электрические и плазменные явления в атмосфере (стр. 3 из 6)

- проводимость плазмы.

- скорость распространения лидера.

- скорость расширения.

Стример распространяется перед лидером, примерно на расстоянии 1м., если расстояние между электродами 10 м.

Для лидера не обязательна высокая напряженность, как для стримера. Для этого достаточно 200-500 В/см.

Молния. Грозовое облако.

Первопричиной электрических разрядов в атмосфере, является разделение электрический заряд. Как правило облака имеют положительный заряд в верхней части и отрицательный в верхней части по отношению к земле.

Только в 10 % случаях бывают другие распределения зарядов.

Разность потенциалов в облаках достигают

В. Электрический заряд грозового облака = 4Кл. Расстояние между зарядами в облаке примерно 2¸5км. При этом средняя напряженность достаточна для пробоев.

Механизм ионизации в грозовом облаке:

1. Фотоионизация.

2. Электризация капель при дроблении, при этом отрываемые капли имеют “-“ заряд.

3. Двойной электрический слой на поверхности капли.

=0,26 В.

Двойной электрический слой возникает за счет того, что молекулы воды, являясь диполями имеют пространственную ориентацию.

В этом случае капля воды будет преимущественно захватывать отрицательные ионы из атмосферы, приобретая избыточный отрицательный заряд. Пока не достигнута разность потенциалов двойного электрического слоя.

Исследование зарядки капель провели в нашей лаборатории. Размер капли воды

; ; N – количество поглощенных ионов поверхностью частицы. Если , то .

4. Оседание отрицательных капель под действием силы тяжести.

Положительный заряд сохраняется в виде ионовв атмосфере.

Все эти процессы создают нижнюю часть облака

, верхнюю - .

Световая вспышка молний длится в среднем 200 мс с интервалом 40мс. Каждый импульс начинается с прорастанием к земле лидерного канала, который светит достаточно слабо. Ток в этом канале приблизительно 100 А. Приближаясь к земле канал начинает ветвиться.

После столкновения лидера с землей, обратно к облаку распространяется яркий световой канал

.

Главная стадия возвращения удара проходит при I=100 кА. Далее, через этот искровой канал, в течении 40 мс. и при I=200 A. на землю стекает весь “–“ заряд.

Основные параметры внутриоблачных разрядов.

Длительные вспышки – от 0,01 до 2 секунд. Число импульсов от 1 до 26. Интервал от 3 до 100 мс. Заряд облака от 3 до 80 Кл.

Ступенчатый лидер:

L – от 3 до 200 м.

Пауза – от 30 до 125 мс.

– от до см/с.

q – от 3 до 20 Кл.

Стреловидный лидер:

- от до см/с.

Возвратный удар:

L – от 2 до 14 км.

- от до см/с.

=120 кА.

Длительность пика – до 200 мкс.

q – до 20 Кл.

Шаровая молния.

Усредненные параметры шаровой молнии:

d=28 ± 4 см.

- от 8 до 15 с.

- от 3 до 5 м/с.

Энергия – приблизительно 20 кДж.

Плотность энергии – от 15 до 40

.

Световой поток – 1000 до 2000 люмен.

Цвет: белый 24 %, желтый 24 %, красный 18 %, оранжевый 14 %, голубой и фиолетовый 12 %.

В 80 % случаях молния наблюдается в грозовую погоду.

В 50 – 70 % случайный распад происходит со взрывом. Вероятность появления

.

Вероятность сферической формы 89 %.

Одиночная электронная лавина

Индивидуальная лавина является первичным и неотъемлемым элементом какого либо механизма пробоя. Рассмотрим лавину в одномерном внешнем поле

между плоскими электродами. Пусть она начинается от 1-го электрона, вылетевшего из катода в t=0. OX направим от этого места в сторону А.

Числа и диффузионные пространственные распределения зарядов.

С учетом возможного образования и

полные числа электронов и iнарастает по мере продвижения лавины, как

(1)

;

;

.

(2)

;

;

, где ,a – коэффициенты ионизации и прилипания.

Все нарождающиеся электроны летят к аноду одной группой со скоростью дрейфа

. Однако, в следствии диффузии, электронное облако расплывается около центральной точки , r=0. Плотность электронов в облаке подчиняется общему уравнению диффузии, в котором должны быть приняты во внимание дрейфовое движение и рождение. Решение уравнения имеет вид

(3)

Не падает с расстоянием от движущегося центра (по гауссову закону). Радиус сферы, на которой плотность рывков в e раз больше плотности в центре

, растет с течением времени или по мере продвижения лавины по характерному для диффузии закону

(4)

где

- средняя хаотическая энергия электронов.

За время пролета лавины до анода ионпрактически не успевает сдвинуться с места, поэтому в каждом месте они накапливаются. Плотность +ионов составляет

.

Чтобы получить

, надо вместо поставить а. в формуле задается (3). В отсутствии прилипания в пределе и не слишком далеко от оси приближенное вычисление интеграла дает

(5)

Этот результат имеет наглядный физический смысл. Плотность ионовв следе лавины растет с расстоянием x от k. В соответствии с законом размножения

. В радиальном же направлении она в каждом сечении xспадает от оси по тому же закону, что и плотность рождающих i-ы -ой. В тот момент, когда центр электронного облака проходит через данное сечение.

Видимые очертания лавины. Каким бы мы способом не фиксировали на опыте изображения лавины, границы его будут соответствовать более или менее определенной величине абсолютной, а не относительной плотности активных частиц. Величина эта в общем определяется чувствительностью регистрационной аппаратуры. Поскольку чувствительность подбирается достаточно высокой min плотность, которая еще регистрируется, <<плотности частиц на оси далеко от k, где

. Поэтому низкой плотности частиц на видимом контуре лавины отвечает наибольшее значение показателя экспоненты, <<-ee . Следовательно, контур соответствует приближенному обращению показателя в нуль и является не параболическим ~ , а клиновидным.