大气电场强度.ppt

事件描述型-晴天大气电场案例;一、案例教学目标;二、案例背景;三、案例教学过程设计;2.多种方式引导学生进行思考、分析;四、案例工作任务分解;五、思考题;六、分析路径;七、案例相互衔接;八、案例评价考核方式;晴天大气电场;;; 另外，还可用几何图形形象化地描述大气电场，如图1.1，即用电力线表示静电场。;图1.2 晴天大气电场的等势面;为什么世间万物处于大气电场，而又安全无事呢;地面上的万物，电阻率和大气相比，显得十分微不足道。 因此，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，在地球诞生的时候，就已经形成等电位了。（局部，小范围分析，相对于大气） 地面物体改变了局部电场强度（等势面）。 ;同时，大气电阻太大，没有电流流过。 只有电压，没有电流，???不会造成伤害。 当然，如果大气电场过强，比如在闪电通道或雷电流经过的线路附近，就会发生击穿放电。此时，等势面不复存在。;大气电场强度;大气电场强度规律;年变化：峰值在北半球的冬季，谷值在北半球的夏季。 大陆型电场的成因：陆地上，气溶胶含量日变化大，使整层大气总电导率和整层晴天大气柱电阻（200Ω）的日变化也大。 影响因素：整层大气电位差+整层晴天大气柱电阻（海平面至电离层）+晴天大气总电导率影响。;大气电场与高度的关系;四种晴天大气电场类型。 1.随高度单调递减，数值始终为正。 2.随高度单调递减，数值在低层为正，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。;;; 大气电场强度E值与高度的关系 近似值之一;晴天大气带电粒子——离子;大气气溶胶;或者是由于浸蚀、分解、风华、碎浪、泡沫等使碎屑离开固体表面或液体表面进入大气。 气溶胶对大气化学有重要影响，对云雾和降水的形成，以及大气中的电过程有重要作用。 气溶胶浓度和大气轻离子浓度呈反比。;大气粒子尺度;10-3m：雨滴尺度。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：当直径为0.5cm时，雨滴下降时就会破碎。所以此尺度常为冰雹、雪团。 10-1m：偶尔有这么大的冰雹。;大气气体成分（体积）;;;电离源;电离率;地壳电离源;地壳射线强度在穿过大气时随高度增加迅速减小，对大气的电离率也随之减小。 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%左右。 地壳中的放射线对大气的电离主要局限于离地面1km高度的大气层中。;大气电离源;上图为1m高度以下的贴地层大气中各种电离源所产生大气电离率随高度的分布。 地壳辐射的α射线贯穿能力弱，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。 在0.5km高度大气中，放射线对电离率为地面数值的50%；1km--37%；5km--4%。 大气中的放射性物质对大气电离主要局限于5km高度以下的大气。;宇宙射线;宇宙射线的电离率随高度增加而迅速增大。 0~0.5km高度范围内，宇宙射线的电离率占电离率的25%。 1~2km，82%。 3~4km，97%。 5~6km，几乎99%。 10~15km，达到最大值。 15km以上，递减。 ;;离子迁移率;各种离子的半径和离子迁移率;离子半径越小，迁移率越大 轻离子迁移率比重离子迁移率大2个数量级以上 大气电导率主要决定于大气轻离子迁移率;大气离子的浓度;大气离子浓度和高度的关系;;大气离子的日变化;大气轻离子寿命;电导率;λ=λ﹢+λ﹣∝k·n（电导率正比于离子迁移率和离子浓度） 轻离子迁移率比重离子大2个数量级，轻离子浓度比重离子小1个数量级。 所以轻离子对大气电导率的贡献约占95%。 污染越严重，电导率越小。 日变化：后半夜极小值，中午前后极大值。 电导率随高度增加而递增（宏观）。 图P70;; ;大气电荷密度的表示： 若体积为V的大气中携带总的正电荷为Q+，负电荷为Q-，则大气体电荷密度?为;;晴天大气电流;传导电流JC：离子在电场方向下的移动形成。 JC=λ·E=10-16A·cm-2。 对流电流Jω：离子随气流移动形成。 Jω=ρv=10-16A·cm-2。 扩散电流Jt：离子随大气湍流扩散形成。 Jt=-k*ρ=1.5×10-16A·cm-2。 位移电流：变化的电场产生。 若大气电场在1h内增大到30000V/m，则数值为7.4×10-17A·cm-2。 ;全球电路等效模型;;小结;气溶胶：呈电中性的微小颗粒 大气轻离子，大气重离子 离子迁移率：离子移动的速率 电离源：α、β、γ三种射线，来自地壳、大气、宇宙 大气离子浓度，寿命 电场强度，离子浓度和高度的关系 ;各物理量间相互关系;气溶胶↓（电