Молния - Юман М.
Скачать (прямая ссылка):
В разд. 3.5.4 мы рассмотрели некоторые аспекты измерения магнитной
индукции с помощью рамочной антенны [25]. Одна из основных проблем, с
которыми приходится сталкиваться при измерениях, состоит в экранировании
рамочной антенны от электрических полей. Было установлено, что простой
цилиндрический экран вносит искажения в измеряемый фронт волны. Для
уменьшения искажений использовались 14 отдельных цилиндрических экранов,
каждый из крторых заземлен и окружает часть антенны. Благодаря этому
искажения фронта волны были уменьшены до допустимого уровня, но, к
сожалению, ч из-за зазоров между экранирующими трубками ухудшалось
электростатическое экранирование. Следовательно, необходимо было
сконструировать специальный экран над антенной. Экран состоял из ряда
медных проволок, натянутых в направлении оси рамки на некотором
расстоянии от нее. Комбинация экранирующей сетки с отдельными трубчатыми
экранами обеспечивала достаточное электростатическое экранирование без
существенного искажения сигнала.
Интегрирующий ЯС-контур, описанный в разд. 3.5.4, обеспечивал выходное
напряжение, которое прямо пропорционально магнитной индукции. Напряжение
на конденсаторе составляет незначительную часть наведенного в рамке
напряжения, которое также может быть сравни-
164
4. Измерение тока
тельно мало, и, следовательно, между выходом интегрирующего контура и
входом осциллографа необходим усилитель. Усилитель, описанный Нориндером
и Дали [25], имел верхнюю границу частоты пропускания около 200 кГц, а
описанный Нориндером [24] - около 100 кГц. Следовательно, изменения
магнитных полей, происходящие за 5 - 10 мкс, не могут быть измерены с
хорошей точностью. В частности, нижний предел измерения времени
нарастания магнитного поля (или тока) при помощи этих усилителей будет
порядка нескольких микросекунд.
Преобразование характеристик магнитного поля в электрические не является
прямым, как мы рассмотрели в разд. 4.1. Чтобы осуществить это
преобразование, необходимо задать величины изменения тока молнии во
времени вдоль канала молнии. В качестве нулевого приближения предположим,
что одинаковый ток протекает вдоль всего канала в одно и то же время.
(Это предположение хорошо для момента, когда возвратный удар уже прошел
весь канал.) При условии, что поля измеряются в пределах 10 км от канала
молнии, расчеты тока из магнитной индукции проводятся непосредственно по
(3.19). В работах [25, 28] рассматриваются приближения более высоких
порядков для физической ситуации, возникающей при распространении
возвратного удара и протекании результирующего тока. Как следует из [28],
суммарный эффект, вызванный распространением, затуханием и развитием,
будет наконец приводить к такому типу изменений, которые вытекают из
закона Био-Савара. Если (3.19) используется для перехода от тока к
магнитной индукции, то изменения тока, полученные таким образом,
соответствуют токам, протекающим в канале молнии. По-видимому, измерения
тока Нориндером и др. [25] подтверждают этот вывод. Максимальные токи,
приведенные в [25] (см. разд. 4.3 и рис. 4.3), находятся в хорошем
согласии с результатами других авторов. Скорость нарастания тока в [25]
(см. разд. 4.3 и рис. 4.4) в 2 - 3 раза меньше, чем у других
исследователей. Это расхождение может быть вызвано низкой верхней
частотой пропускания усилителя, который использовадся при измерении
магнитного поля.
4.3. Ток в разрядах молнии облако - земля
165
Следует отметить, что в некоторых случаях Нориндер [24] измерял токи
молнии, которые имели очень малые скорости нарастания, и эти медленно
нарастающие токи (время до достижения максимального тока порядка 100 мкс)
были ошибочно истолкованы Миланом [20] как характеристики, полученные при
измерениях магнитного поля. Происхождение этих медленных изменений
магнитного поля неясно.
4.2.5. Другие методы измерения
До изобретения клидонографа максимальные напряжения на линиях передач
измерялись относительно грубым прибором, состоявшим из ряда параллельных
искровых промежутков с различными расстояниями между электродами. Зная
наибольшую величину промежутка, о пробое которого свидетельствовал
кусочек бумаги, помещенный в нем, и используя лабораторные данные о
напряжении пробоя в зависимости от величин разрядного промежутка, можно
грубо оценить максимальное Напряжение молнии.
Аналогичный прибор был использован [17] для измерений скорости нарастания
тока. Этот прибор, названный ступенчатым индикатором, помещался в
непосредственной близости от тока молнии. Ступенчатый индикатор состоял
из пяти рамочных антенн, каждая из которых была присоединена к отдельному
искровому промежутку. В каждом разрядном промежутке помещалось небольшое
количество взрывчатого вещества, которое детонировало, когда напряжение,
наведенное на антенну и пропорциональное скорости нарастания магнитной
индукции (и току), превышало напряжение пробоя в промежутке. Каждая
антенна состояла из различного числа кольцевых рамок, отчего зависело
