Молния - Юман М.
Скачать (прямая ссылка):
?
О
§
=х
?
5
DS
а
ss-
сз
!
I
Время. мкс
Рис. 5.12. Концентрация электронов в зависимости от времени, рассчитанная
из штарковского упшрения линии На [36 ]. Вертикальные отрезки дают ошибку
в определении концентрации электронов, пе < 1,5-10аз м~3 для интервала
50-М40 мкс.
нов лежит в интервале (1-5)*1023 м"3. Поскольку максимум интенсивности На
имеет место, когда профиль соответствует концентрации электронов около 1-
1023 м_3 и остается относительно постоянным при высокой интенсивности в
течение десятков микросекунд, не удивительно, что интегрированные по
времени профили приводят к концентрации электронов порядка 1 * 10е3 м"3.
Интересно отметить, что изменение температуры и концентрации электронов,
найденное для молнии, ана-
230
5. Спектроскопия молнии
логично изменению температуры и концентрации электронов в пятиметровой
воздушной искре, которую исследовали Орвил и др. [38]. Концентрация
электронов в первые 2 мкс искрового разряда была ~1024 м~3, а температура
~34 ООО К. За 5 мкс электронная концентрация падала монотонно до величины
~2-1023 м_3 и в последующие 10 мкс (в течение которых еще возможно было
определение концентрации электронов) оставалась постоянной. Через 15 мкс
после начала искры температура канала падала до 19 ООО К. Таким образом,
по-видимому, искра аналогична молнии, но в 3-5 раз короче во времени.
Если известно изменение температуры и электронной концентрации в канале
молнии во времени и если в канале существует ЛТР как функция времени, то
можно рассчитать многие характеристики канала (давление, степень
ионизации, изменение концентрации частиц) в зависимости от времени. Для
известной температуры и электронной концентрации эти расчеты могут быть
непосредственно выполнены совместным решением системы уравнений Саха,
сохранения заряда и баланса масс. Особенно важно изменение во времени
давления в канале и степени ионизации. Для температуры около 30 ООО К и
концентрации электронов около 1024 м_3 давление в канале составляет около
10 атм; в канале на каждый атом приходится больше одного, но меньше двух
электронов (некоторые атомы ионизированы дважды). Поскольку давление в
канале превышает давление окружающего воздуха, канал будет расширяться до
тех пор, пока давление в нем не сравняется с внешним давлением (разд.
7.6). О том, что это действительно так, свидетельствуют
спектроскопические данные. Концентрация электронов (1-=-2)-1023 м-3
показывает, что давление в канале равно атмосферному, если его
температура выше ~13 ООО К [2]" Таким образом, для данных, приведенных на
рис. 5.12, давление в канале падает до атмосферного через 10-=-20 мкс.
При 20 000 К и концентрации электронов ~2-1023 м"3 в канале будет около
одного электрона на атом. Данные^ относящиеся к изменению давления в
канале, степени ионизации и составу частиц в зависимости от времени,
приведены Оррилом в [36].
Литература
231
ЛИТЕРАТУРА
1. Cannon J. В.,A Note on the Spectrum of Lightning, J. Roy. Astron. Soc.
Can., 12, 95-97 (1918).
2. Drellishak K. S., Partition Functions and Thermodynamic Properties of
High Temperature Gases, AEDC-TDR-64-22, January, 1964. (Defense
Documentation Center, AD-428210.)
3. Dufay М., Spectres des eclairs, Compt. Rend., 182, 1331-1333 (1926).
4. Dufay М., Sur le spectre des eclairs dans les regions violette et
ultra violette, Compt. Rend., 225, 1079-1080 (1947).
5. Dufay М., Recherches sur les spectres des eclairs, deuxieme partie:
Etude du spectre dans les regions violette et ultraviolette, Ann.
Geophys., 5, 255-263 (1949).
6. Dufay М., Dufay J., Spectres des eclairs photographies au prisme
objectif, Compt. Rend., 229 , 838-841 (1949).
7. Dufay J., Tcheng М., Spectres des eclairs, de 3830 a
6570 A, Compt. Rend., 228, 330-332 (1949).
8. Dufay J., Tcheng М., Recherches sur les spectres 0 des eclairs,
premiere partie, Etude des spectres, de 3830 a 6570 A, au
moyen de spectrographes a fente, Ann. Geophys., 5, 137-149 (1949).
9. Eriksson К. B. S., The Spectrum of the Singly-ionized Nitrogen Atom,
Arkiv Fysik, 13, 303-329 (1958).
10. Fox P., The Spectrum of Lightning, Astrophys. J., 14, 294- 296
(1903).
11. Gilmore F. R., Equilibrium Composition and Thermodynamic Properties
of Air to 24,000° K, RAND Corp., Res. Memo RM-1543, August, 1955.
(Defense Documentation Center, AD-84502, unclassified.) Thermal Radiation
Phenomena, Vol. 1, The Equilibrium Thermodynamic Properties of High
Temperature Air, Lockheed Missiles and Space Company, Palo Alto,
California, May, 1967. Defense Documentation Center AD-654054,
unclassified.)
12. G r i e m H. R., Plasma Spectroscopy, McGraw-Hill Book Co., New York,
1964.
13. H e r s с h e 1 J., On the Lightning Spectrum, Proc. Roy. Soc.
(London), 15, 61-62 (1868).
14. Herzberg G., Molecular Spectra and Molecular Structure,
1. Spectra of Diatomic Molecules, 2d ed., D. Van Nostrand Co., Inc.,
Princeton, N. J., 1950. (Русский перевод: Г. Герцберг, Спектры и строение
