Молния - Юман М.
Скачать (прямая ссылка):
Когда HID уменьшается с величины, меньшей 0,7 (см. рис. 3.2), что
соответствует наблюдению за процессом со значительных расстояний, поле
монотонно уменьшается. На рис. 3.6 снижающийся положительный заряд,
наблюдаемый на значительных расстояниях, вызывает монотонное уменьшение
поля. Следовательно, хотя и есть некоторая количественная разница между
изменением электрического поля, обусловленным движением
80
3. Измерения электрического и магнитного полей
точечного заряда, и изменением электрического поля, обусловленным
движением линейного заряда из источника точечного заряда, качественно
изменения полей похожи.
Рассмотрим отрицательный лидер, движущийся вверх от центра отрицательного
заряда. Примером этого типа разряда может служить лидер, движущийся вверх
от области N к Р, образуя внутриоблачный разряд. Для этого случая х - Н и
I =-у-Н в выражениях (3.8) и (3.9). Изменение поля равно
2р Г 1 1
АЕ
2р Г
I
V-H
D
(1 + Яа/Яа)1/* (1 + г/2/?>2)7*
Н______________1_
D (1 + H*JD2)'
V* ]'
(3.13)
где у - Н при t - 0 близких расстояниях
и увеличивается со временем. На начальное изменение поля поло-
Р ц с . 3.7. Изменение электрического доля, вызванное движущимся вверх
отрицательным лидером из центра отрицательного заряда на высоте Я. Длина
лидера от центра отрицательного заряда равна у-Я. Изменение
электрического поля отрицательно для малых значений отношения у/Н и
положительно для больших значений
у/Н,
3.2. Электростатика
81
жительно, на дальних - отрицательно, как показано на рис. 3.7. Изменения
поля, показанные на рис. 3.7, могут быть количественно предсказаны из
рис. 3.2.
Ожидаемое изменение поля для движущегося вверх положительного лидера
показано на рис. 3.8. Аналити-
Р и с . 3.8. Изменение электрического поля, вызванное движущимся вверх
положительным лидером из центра положительного заряда на высоте Я. Длина
лидера от центра равна у-Я. Изменение электрического поля положительно
для малых и отрицательно для больших значений отношения у/Н.
ческое выражение для изменения электрического поля имеет вид
АЕ = + 2р Г 1---------------------------1--------
4тг€0 D L (1 + H*JD2)1/г (1 + у*1Н*)'/г
у - Н _Н______________1
D D (1 + Яа/Д2)72
] • (3-14)
Положительный, направленный вверх лидер, возможно, предваряет разряд
между областями р и iV, между
82
3. Измерения электрического и магнитного полей
областью Р и ионосферой или между вершиной возвратного удара и областью
N.
Целесообразно рассмотреть отношение изменения общего поля, обусловленного
лидерным процессом облако - земля, к изменению, обусловленному возвратным
ударом. Рассмотрим движущийся вниз отрицательно заряженный (и, согласно
нашей модели, однородно заряженный) ли-
Р и с . 3.9. Отношение изменений электрического поля, вызванных лидером и
возвратным ударом, в зависимости от отношения высоты центра заряда к
расстоянию по горизонтали до центра заряда.
дер, который дает изменение общего поля согласно уравнению (3.10) при х =
0 и у = Н. Возвратный удар удаляет отрицательный заряд из лидера и,
следовательно, вызывает положительное изменение поля. Поле лидера,
которое разрушается возвратным ударом, дается выражением (3.8) при х = 0
и у =' Н. Отношение изменения этих двух полей построено на рис. 3.9 как
функция от НЮ. Вдали от разряда отношение приближается к единице. Когда
НЮ 4^ 1, изменение поля лидера по существу равна изменению поля,
вызванному движением точечного заряда (равного заряду лидера) от Я к
средней высоте заряда лидера (Я/2 для однородно заряженного лидера).
Изменение поля возвратного удара равно изменению поля, вызванному
движением точечного заряда со средней высоты до земли. Так как отношение
изменения поля в лидерном процессе к изменению поля от возвратного удара
является функцией только D и Н, измерение этого отношения при известном D
дает возможность вычислить высоту Н центра заряда.
3.3. Магнитостатика
3.3. МАГНИТОСТАТИКА
Движение зарядов внутри облака или между облаком и землей представляет
собой электрический ток. С этим током связано магнитное ноле, которое
может быть измерено на поверхности земли. Для описания магнитостатических
явлений, обусловленных током разряда молнии, рассмотрим простую модель.
Представим, что ток
Рис. 3.10. Схема для расчета магнитной индукции в точке D, наведенной
током I, протекающим по вертикальному отрезку длиной у-х, расположенному
над проводящей плоскостью.
течет вертикально и сосредоточен в токонесущей линии, как показано на
рис. 3.10. Магнитная индукция dB на расстоянии г от бесконечно малого
элемента длины dz, несущего ток /, равна
'гв=^(а'ха^ (ЗЛ5)
где ar - единичный вектор, направленный вдоль г, а/ - единичный вектор в
направлении тока, текущего через dz, и р-0 - магнитная проницаемость-
вакуума (которая по существу равна магнитной проницаемости атмосферно-
84
3. Измерения электрического и магнитного полей
го воздуха). В системе МКС р.0/4тс"10-7. Если, как показано на рис. 3.10,
