Молния - Юман М.
Скачать (прямая ссылка):
помощью регистраторов разряда молнии, следует рассматривать как
ориентировочные (разд. 4.1).
Гриском [12] недавно предложил использовать клидонограф для измерения
тока молнии. При помощи киноклидонографа, используя электрические линии
задержек, которые позволяют отображать различные части волны напряжения в
разных частях пленки, можно получить разрешенные во времени фигуры
Лихтенберга. Измеряемое напряжение создается током, текущим через безин-
дуктивное сопротивление. Сообщалось, что киноклидонограф имеет время
разрешения около 0,05 мкс. Результаты, полученные при помощи этого
прибора, приведены в [13] и будут обсуждаться в разд. 4.5.
4.2.2. Приборы с использованием
намагничивающихся материалов
Магнитная индукция, измеренная около длинного прямого проводника, по
которому течет ток, дается выражением (3.20а). Она прямо пропорциональна
току и обрат-
4.2. Методы измерений
159
но пропорциональна расстоянию до проводника по радиусу. Базальт,
использованный Покельсом [31-33], и магнитные стерженьки, введенные
Фаустом и Куини [11], намагничивались, когда помещались в магнитное поле.
Степень остаточной намагниченности увеличивается с увеличением
напряженности приложенного магнитного поля и пропорциональна максимальной
величине изменяющейся во времени индукции, поскольку индукция не меняет
знака и насыщение не достигается. Эксперименты [11] показали, что по
существу одинаковая остаточная намагниченность возникает в стерженьках,
находившихся в импульсном токе микросекундной продолжительности и
постоянном токе, величина которого равна максимуму тока в импульсе.
Аналогичные результаты были получены Покельсом [32].
Магнитные стерженьки можно получить, соединяя полоски из кобальтовой
стали или других намагничивающихся материалов, а также спекая порошки
магнитных материалов. Обычно два стерженька помещаются на разных
расстояниях от исследуемого тока, что дает возможность проводить
измерения в широком интервале максимальных токов и обеспечивает
постоянный контроль полученных данных. Остаточную намагниченность в
магнитных стерженьках можно измерять различными заводскими или
самодельными магнетометрами. Фауст и Куини [11] сконструировали прибор,
который мог измерять силу притяжения или отталкивания между стерженьком и
постоянным магнитом. Они назвали эту комбинацию магнитных стерженьков и
прибора для измерения остаточной намагниченности амперметром гребня
волны.
Важно иметь в виду, что при помощи стерженька измеряется максимальный
ток. Поскольку вспышка молнии обычно состойт из ряда импульсов,
остаточная намагниченность стерженька после выдержки во вспышке молнии
характеризует импульс с наибольшим максимальным током. Таким образом,
статистика максимальных токов, полученная с помощью магнитных
стерженьков, применима не ко всем импульсам, а лишь к импульсам с
наибольшими токами. Как мы увидим в разд. 4.3, обычно первый импульс во
вспышке имеет наибольший максимальный ток. Соответствующие доказательства
приведены также Норин-
160
4. Измерение тока
дером и Кнудсеном [26], как это уже обсуждалось в разд. 3.9.
Вагнер и Мак-Кан [38] описали три прибора для измерений свойств молнии с
использованием магнитых стерженьков: фулъхронограф, магнитный регистратор
фронта волны и магнитный интегратор волны. Фульхронограф (от латинского
слова fulmen - молния и греческих chronos - время и graphein - писать)
состоит из алюминиевого диска с прорезями, в которые помещены магнитные
стерженьки. При вращении диска каждый стерженек попадает между катушками,
через которые проходит измеряемый ток молнии. За счет вращения диска и
получается разрешение во времени. Максимальная разрешающая способность
составляет ~50 мкс, полное время регистрации при этом - 20 мс. Вагер и
Мак-Кан дали также описание фульхронографа с малой скоростью вращения.
Разрешающая способность такого фульхронографа равна ~2 мс, а время
регистрации ~1 с. Одним фульхро-нографом можно зарегистрировать токи в
интервале от 100 А до 50 кА. Широкий интервал регистрации токов
достигается использованием двух различных магнитных контуров сцепления со
стерженьками. Стерженьки на одной стороне алюминиевого диска применяются
для регистрации тока в интервале от 1 до 50 кА, на другой стороне - в
интервале от 100 А до 6 к А.
Магнитный регистратор фронта волны - это прибор, используемый для
измерения эффективной скорости нарастания тока молнии. Регистратор
состоит из трех контуров, каждый из которых содержит сопротивление и
индуктивность, соединенные последовательно. Магнитные стерженьки
располагаются вблизи каждой из трех катушек индуктивности. Три контура
соединены в параллель через индуктивность, осуществляющую связь с током
молнии, который необходимо измерить. Максимальный ток в каждой из
параллельных ЛС-цепочек регистрируется стерженьками. Зная максимальные
токи и величины Л и L в каждой из трех цепочек и используя теорию цепей,
можно рассчитать эффективную скорость нарастания тока молнии. На практике
