www.5219.com

你的位置:www.5219.com > www.5219.com >

铜1.75×10-8Ω·m
日期:2019-09-19  来源:未知  

  事务描述型-好天大气电场案例 一、案例讲授方针 ? 1.领会大气电场的根基概念、大气气溶胶、电离源取射线.控制大气电场的数值、中的电荷从何而来以及好天大气电流。 ? 3.能熟知好天大气电场强度和洽天大气电流大小而且使用以解 释构成过程,防护工程中数量品级。 二、案例布景 ? 人们都晓得地球有,人们糊口正在无处不正在的地球中,人的 睡眠、电子设备受其影响,如彩电的“跑彩现象”等。可是,大 家很少知还糊口正在无处不正在的大气电场中,以至连有些大学 教课书都很少清晰地提到过,因而,正在某些细密丈量中会呈现找 不出的“怪现象”,使人百思不得其解,现实上发生这种环境的 缘由是大气中存正在着电场。 三、案例讲授过程设想 ? 1.案例处理沉点 ? 好天大气电场标的目的、强度;好天大气电流大小。 ? 案例处理难点 ? 全球电轮回 2.多种体例指导学生进行思虑、阐发 ?课前:让汇集大气电场存正在的实正在履历。 ?课中:连系电场理论学问对学生履历的实正在案例进行阐发。 ?课后:安插相关习题,巩固对大气电场的理解。 3.讲授时间:4课时 四、案例工做使命分化 ? 1.领会大气电场的根基概念 ? 2.阐发中的电荷从何而来以及好天大气电流。 ? 3.能熟知好天大气电场强度和洽天大气电流大小而且使用以解 释构成过程。 五、思虑题 ? 1.大气中电荷离子的来历 ? 2.好天大气电场的标的目的 ? 3.描述电流(离子)正在全球电中的轮回过程 ? 4.大气层分布 六、阐发径 ? 1.思虑标的目的:电场由电荷离子发生,那么大气中的离子从何而来? 电场发生电流,电流正在全球轮回是若何构成回的? ? 2.可用理论、尺度或东西:电场理论及电力线,电导率,大气气溶 胶 ? 3.阐发的径:大气中的离子-好天大气电场-电场标的目的-好天大气电 流-全球电 七、案例彼此跟尾 ? 本案例向阐述好天大气电场的构成缘由、过程以及雷暴参取 全球电轮回过程,做为雷暴云的构成、云中电荷放电击穿构成 闪电的根本铺垫。 八、案例评价查核体例 ? 1.查核内容:好天大气电场相关概念,全球电 ? 2.查核体例:随堂提问、课后思虑功课 ? 3.查核成就评定: 好天大气电场 日常糊口中有时能够察看到:正在衡宇的 尖顶上、渔船的桅杆上、或高压电线上有淡 紫色光,能够听到磁磁声,嗅到臭氧及 氧化氮味道。 我切身体味的高压电线下撑伞记。 它是一种尖端放电,发生正在带电场曲率 半径最小的概况附近,申明此处大气电 场很不服均,表示出大气中存正在着电场。 描述大气电场最常用的物理量,一个是电场强 度E,另一个是电势V,二者的关系为: ? ? ? ? E ? ??V 电场强度的数值等于电位梯度。 正在曲角坐标系中,也可暗示为: ?? ?V ? ?V ? ?V ? E?? i? j? k ?x ?y ?z 别的,还可用几何图形抽象化地描述大气 电场,如图1.1,即用电力线暗示静电场。 等位面:测 出电场中电位相 同的点,把这些 点用一个面毗连 起来,如许的一 个几何曲面就称 为等位面。 图1.1 好天大气电场的电力线 电力线取等位面订交处老是彼此垂曲,若是 用单元矢量E暗示等位面的法线,则上式就可简化 为: ? ?V ? E?? ?n n 电场强度E等于电势梯度,所以用等势(位) 面的间距就能够表征电场强度E的数值变化。 导体概况恒为等 势面,所以地面有起 伏,空中有导体物时 ,平行的平面等势面 就发生弯曲如图1.2。 图1.2 好天大气电场的等势面 为什么处于大气电场,而又平安无事呢 ? 大气的电阻率相当大,好比1010~1015级别Ω·m。 ? 土,石,水的电阻率101~105级别Ω·m。 ? 人体平均电阻2000Ω。 ? 金属电阻率10-8~10-6级别Ω·m。铜1.75×10-8Ω·m。 ? 电流喜好走捷径,走电阻低的。 ? 响应的,电场,等势面也会发生变化。 ? 地面上的,电阻率和大气比拟,显得十分微不脚道。 ? 因而,地面上的所有物体,改变了附近的电场线分布,也就是等势面分布。 ? 所以,地面上的所有物体,正在地球降生的时候,就曾经构成等电位了。 (局部,小范畴阐发,相对于大气) ? 地面物体改变结局部电场强度(等势面)。 ? 同时,大气电阻太大,没有电流流过。 ? 只要电压,没有电流,就不会形成。 ? 当然,若是大气电场过强,好比正在闪电通道或流颠末的线附近,就 会发生击穿放电。此时,等势面不复存正在。 大气电场强度 ? 全球平均值130V/m。典型值100~150V/m。变化范畴19~363V/m。 ? 陆地上差别很大,海洋很小。 ? 纬度变化:0~40°递增,40°~60°最大155V/m,60°~90°递减。 大气电场强度纪律 ? 大气电场日变化 ? 简单型:单峰(13~19时)、单谷(2~6时)。一般为远离大 城市的村落。 ? 复杂型:双峰(7~10时,18~21时)、双谷(2~6时,13~16 时)。一般为大城市和工业区 ? 海洋极地型:单峰(18~21世界时)、单谷(2~6时)。一年内变 化很小 ? 年变化:峰值正在北半球的冬季,谷值正在北半球的夏日。 ? 型电场的成因:陆地上,气溶胶含量日变化大,使整层大气总电导率 和整层好天大气柱电阻(200Ω)的日变化也大。 ? 影响要素:整层大气电位差+整层好天大气柱电阻(海平面至电离层)+ 好天大气总电导率影响。 大气电场取高度的关系 ? 因时因地而异,纪律复杂。 ? 凡是电场强度随高度呈指数衰减。 ? 正在近地面处,电场受大地电极影响,近地大气带正电。 ? 四种好天大气电场类型。 ? 1.随高度枯燥递减,数值一直为正。 ? 2.随高度枯燥递减,数值正在低层为正,3~4km后,符号改变,数值为负。 ? 3.先递增,500~700m达最大值,随后递减。 ? 4.随高度变化较小,数值为正。 若是正在分歧高度丈量E,就可测出如图1.3 所示的曲线。大气的电场强度数值由地面向上 逐步削减,到10Km以上,已减小到地面处的数 值的3%。 大气电场强度E值取高度的关系 近似值之一 好天大气带电粒子——离子 ? 现象中的电荷是从何而来? ? 由于大气中存正在大量的标准和质量不等的荷电粒子,也就是离子。 ? 大气中的气体和气溶胶是大气中荷电的根基载体。 大气气溶胶 ? 气溶胶是悬浮正在大气中的各类固态和液态微粒。 ? 尘埃、海盐、云雾、降水粒子都是气溶胶。 ? 天然界发生的气溶胶是因为风力及其他天然的(火山迸发的喷射 物,丛林大火发生的烟尘)或认为的力使存正在于地面的离子分开 地面进入大气 ? 或者是因为浸蚀、分化、风华、碎浪、泡沫等使碎屑分开固体概况或液体 概况进入大气。 ? 气溶胶对大气化学有主要影响,对云雾和降水的构成,以及大气中的电过 程有主要感化。 ? 气溶胶浓度和大气轻离子浓度呈反比。 大气粒子标准 ? 10-10m:原子或的半径 ? 10-7~10-6m:大气气溶胶标准。 ? 10-5m: 近似云滴标准,也是大气气溶胶主要的粒子群。一般地 表前提下,密度为2g/cm,此标准粒子下降速度约为2cm/s。几分 钟内,这些粒子正在沉力感化下消逝于空气。 ? 10-4m:毛毛雨雨滴标准,下降速度约为1cm/s ? 10-3m:雨滴标准。大气中每年约有4×1022个雨滴,大气中雨滴的浓度约 为10-5/cm-3。 ? 10-2m:当曲径为0.5cm时,雨滴下降时就会破裂。所以此标准常为冰雹、 雪团。 ? 10-1m:偶尔有这么大的冰雹。 大气气体成分(体积) ? 氮(N2):78.084% ? 氧(O2):20.948% ? 氩(Ar):0.934% ? 二氧化碳:0.034% ? 水蒸气:(H2O):0~0.2% 1000 火箭 900 极光 外大 气层 800 700 600 500 400 300 200 100 90 80 -113°C -83°C D层 F层 人制地球卫星 热 E层 流星 层 中 夜光云 无线 无线电探空气球 贝母云 臭氧层 平流 层 50 低纬度地域的对流层顶 40 对流层 高山 高纬度地域的对流层顶 -53°C 积雨云 17°C 30 电离源 ? 既然存正在大气电场,上端电离层为正,地壳概况为负。若是没有 电荷弥补,全球电荷会正在4分半内耗损殆尽。 ? 既然存正在不变的电场强度,就必然有络绎不绝的电荷发生。 ? 电离源本色:α,β,γ射线 ? 三大来历:地壳,大气, 电离率 ? 定义:单元体积和单元时间内大气被电离源电离为正负离子 对的数目。 ? 单元:离子对· cm-3· s-1。 ? 大气电离率取决于电离源的强度和大气的密度。 地壳电离源 ? 地壳中有微量镭,钍、铀等放射性物质,辐射α射线、β射线、γ射 线 ? α射线电离能力强,贯穿能力差,很难辐射到离地面十几厘米的大 气,忽略不计 ? γ射线电离能力衰,贯穿能力很强,是次要电离源。电离率为 3.2cm-3· s-1。占总量91%。 ? β射线 ? 地壳射线强度正在穿过大气时随高度添加敏捷减小,对大气的电离率也随之 减小。 ? 正在0.5km高度地壳射线对大气的电离率为地面值的2%,到1km高度减小 为地面值的0.1%摆布。 ? 地壳中的放射线对大气的电离次要局限于离地面1km高度的大气层中。 大气电离源 ? 大气中有微量氡,次要来历于地壳中的放射性物质以及工业排放 的放射性污染物质。 ? 这些物质借帮大气中的上升气流和湍流,扩散到离地约4~5km高 度的大气中。 ? 大气中各射线正在地面处的电离率: ? α=4.4cm-3· s-1;γ=0.15cm-3· s-1; ? β=0.03cm-3· s-1。 ? 上图为1m高度以下的贴地层大气中各类电离源所发生大气电离率随高度 的分布。 ? 地壳辐射的α射线贯穿能力衰,衰减很快。 ? 大气中放射性物质含量随高度减小,电离率也随之减小。 ? 正在0.5km高度大气中,放射线%。 ? 大气中的放射性物质对大气电离次要局限于5km高度以下的大气。 射线eV的高能质子构成。 ? 它们能穿透整层大气,不只使大气电离,并且取大气碰撞, 发生次射线。 ? 通过大气时受地感化向地球两极偏转,所以射线随纬度 添加而增大,电离率也随之添加。 ? 赤道1.5cm-3· s-1;40°~45°为1.9cm-3· s-1。 ? 射线的电离率随高度添加而敏捷增大。 ? 0~0.5km高度范畴内,射线%。 ? 5~6km,几乎99%。 ? 10~15km,达到最大值。 ? 15km以上,递减。 离子迁徙率 ? 定义:离子正在单元电场强度下正在大气介质中做等速活动的速度。 ? 物理量:k=v/E ? 单元:cm2· V-1· s-1 ? 平均数值:1cm2· V-1· s-1~2cm2· V-1· s-1 各类离子的半径和离子迁徙率 ? 离子半径越小,迁徙率越大 ? 轻离子迁徙率比沉离子迁徙率大2个数量级以上 ? 大气电导率次要决定于大气轻离子迁徙率 大气离子的浓度 ? 陆地上平均浓度:正轻离子n﹢=750cm-3,负轻离子n﹣=650cm-3。 ? 海洋上平均浓度:正轻离子n﹢=600cm-3,负轻离子n﹣=500cm-3。 ? 变化范畴102~103cm-3 ? 沉离子浓度:102~104cm-3 ? 大气轻离子浓度和大气沉离子浓度呈负相关 大气离子浓度和高度的关系 ? 大气离子浓度随高度分布取大气电离率和气溶胶含量随高度的分 布亲近相关。 ? 1~2km高度以上的大气中,大气电离率随高度递增。 ? 10~15km高度达到最大值。随后递减。 ? 气溶胶含量随高度递减。 ? 轻离子浓度先增后减。 ? 沉离子浓度全程递减。 大气离子的日变化 ? 大气轻离子浓度凡是正在后三更呈现极大值,半夜前后呈现极小值, 日掉队又有极大值。 ? 沉离子浓度相反。 大气轻离子寿命 ? 概念:大气轻离子由生成到的时间间隔。 ? 暗示:Δt=n/q ? 若大气轻离子浓度n=2.5×103cm-3,电导率10cm-3· s-1,则大气轻 离子寿命为Δt=250s。 电导率 ? 定义:大气离子正在单元电场感化下产糊口动而构成的电流密度值。(导电 的能力) ? 暗示:λ/Ω-1· cm-1。 ? λ=J/E=(A/m2)/(V/m)=Ω-1· m-1。 ? 平均值:2.3×10-16Ω-1· cm-1。 ? 变化范畴:2×10-17~6×10-16Ω-1· cm-1。 ? λ=λ﹢+λ﹣∝k· n(电导率反比于离子迁徙率和离子浓度) ? 轻离子迁徙率比沉离子大2个数量级,轻离子浓度比沉离子小1个数量级。 ? 所以轻离子对大气电导率的贡献约占95%。 ? 污染越严沉,电导率越小。 ? 日变化:后三更极小值,半夜前后极大值。 ? 电导率随高度添加而递增(宏不雅)。 ? 图P70 大气体电荷 大气被射线电离成离子。大气电离子随 时间的变化而挪动,使大气电离子的空间分布不 平均。若统一浓度分布区正、负离子平均分布, 夹杂正在一路,宏不雅大气不显电性。 现实上,除电离源发生的正负离子对外,有 云、雾、降水,树枝、花卉、尖端放电发生的电 荷,火山迸发、沙暴、雪暴、输电线电晕放电 、工场排烟的带电离子等等。受电场、沉 力、对流等要素的非对称感化,大气中遍地,正 、负电荷分布不服均,使任何局部空间都不是中 性,显示有净的体电荷分布。 大气电荷密度的暗示: 若体积为V的大气中照顾总的正电荷为Q+, 负电荷为Q-,则大气体电荷密度?为 Q? ? Q? ?? V 平均值:10-17C·cm-3。 和高度关系:和大气电场强度雷同。图P74 日变化:很复杂。 好天大气电流 ? 大气负电荷的输送构成大气电流。 ? 电流密度:单元时间内通过某一单元面积的电量。J/(A· cm-2)。 ? 陆地平均值:2.3×10-16A· cm-2,海洋平均值:3.3×10-16A· cm-2。 ? 全球平均值:3.0×10-16A· cm-2。 ? 4种形式:传导电流+对流电流+扩散电流+位移电流。 ? 传导电流JC:离子正在电场标的目的下的挪动构成。 ? JC=λ·E=10-16A· cm-2。 ? 对流电流Jω:离子随气流挪动构成。 ? Jω=ρv=10-16A· cm-2。 ? 扩散电流Jt:离子随大气湍流扩散构成。 ? Jt=-k*ρ=1.5×10-16A· cm-2。 ? 位移电流:变化的电场发生。 ? 若大气电场正在1h内增大到30000V/m,则数值为 7.4×10-17A· cm-2。 ? 1 ?E Jd ? 4? ?t 全球电等效模子 ? 地球有不变的电场。电离层显正电,地壳概况显负电(5×105C)。正负电会正在4分半内完全复合,消逝。(放电) ? 雷暴勾当发生电荷,大都环境下把负电带到地表,把误点传到电 离层。(充电) ? 一面复合,一面再生。动态均衡构成。 小结 ? 电场强度/电势梯度: ? 电离率:发生电荷的速度 ? 电导率:导电的能力大小 ? 体电荷:描述局部电荷 ? 电流密度:电流流过的速度 ? 气溶胶:呈电中性的细小颗粒 ? 大气轻离子,大气沉离子 ? 离子迁徙率:离子挪动的速度 ? 电离源:α、β、γ三种射线,来自地壳、大气、 ? 大气离子浓度,寿命 ? 电场强度,离子浓度和高度的关系 各物理量间彼此关系 ? 大气轻离子和大气沉离子浓度(n)成反比 ? 离子迁徙率(k)和离子半径相关 ? k轻比k严沉2个数量级 ? 电导率取决于k和n ? 气溶胶↓(电中性的工具少了)—— ? 轻离子浓度↑(响应的显电性的离子就多了,轻离子比沉离子多)—— ? 电导率↑(离子多了,容易导电)—— ? 大气电场强度↓(容易导电了,单元距离之间的电势差就变小了)