Характеристики канала линейной молнии и её эпр

Грозовые облака содержат объемный заряд. Средний диаметр этих областей 200 м и более. Внутри грозового облака вследствие перемещения областей, где существуют объемные заряды, возникает комбинация их взаимодействия, при которой напряженность электрического поля становится достаточной для электрического пробоя.

Наряду с мелкомасштабными электрическими неоднородностями в верхней части облака сосредоточена область положительных зарядов («+» больше, чем «-»). В нижней части облака находится область отрицательных зарядов, здесь же, но ниже, находится небольшая область положительных зарядов.

Линейная молния – это электрический заряд между облаками или между облаком и землей.

Как было отмечено экспериментально, между облаками молниевые разряды наблюдаются в 10 раз чаще, чем между облаком и землей.

По современным представлениям на первом этапе формирования сильно точного разряда отмечается возникновение ступенчатого лидера, имеющего длину ступени 50-60 м, который двигается от области положительных зарядов к области отрицательных зарядов со скоростью .

Важным параметром, определяющим отражательную способность ионизирующих каналов, является концентрация свободных электронов.

Как показывают расчеты и эксперименты, средняя концентрация свободных электронов в свободном лидере составляет электронов в .

Как только ступенчатый лидер достигает земли, в подготовленном им канале высокой проводимости развивается возвратный главный разряд, скорость его распределения , длительность от 50 до 100 мкс.

По этому каналу протекает ток от 15 до 200 ампер. Как правило, грозовой разряд (вспышка) состоит не из одного импульса тока, а из нескольких (от 3 до 5). А максимум в тропических широтах было 25 импульсов тока.

Стреловидный лидер.

Средний интервал между главными разрядами (импульсами тока) составляет от 0,04 до 0,08 секунд.

Средняя продолжительность разрядов от 0,2 до 0,5 секунд. За время существования больших токов разрежается 2-3 Кулона электричества. Выделяющиеся в канале Джоулево тепло приводит к повышению давления и температуры. Температура в канале может меняться от до К. Диаметр ионизированных каналов главного разряда составляет несколько десятков сантиметров, у стреловидного и ступенчатого лидера больше диаметр ионизирующего канала.

На основе лабораторных опытов определена зависимость разряда от времени существования разряда:

,

, – коэффициент аппроксимации, – текущее время. При главного разряда .

Как во времени меняются характеристики разряда и как он возникает.

Динамика возникновения молниевых разрядов

Основные характеристики ионизированных каналов

	Минимум	Среднее	Максимум
1. Длина канала, м
2. Диаметр канала, м
3. Скорость распределения канала, м/с
4. Заряд, разрежающийся по каналу (Кл)
5. Концентрация свободных электронов, электрон/м3
6. Температура канала, К
7. Продолжительность протекания тока, мкс

Высокая концентрация электронов в ионизированном канале долго не может сохраняться. Происходит процесс рекомбинации (воссоединения). Скорость уменьшения электронной концентрации определяется коэффициентом рекомбинации ( ). Для оценки запишем уравнение:

,

где - начальная концентрация электронов в момент времени , – концентрация в момент времени .

Пример: РЛС работает на длине волны 1,5 м, продолжительность наблюдений от доли секунды до секунды. Если возьмем электрон/м³, то (критическое).

– значение электронной концентрации в момент полного отражения электромагнитных волн. Если электрон/м³, у нас будет полное отражение, следовательно, .

В результате расчетов получены следующие значения минимального времени возможного наблюдения радиоэхо ионизированного канала грозового облака:

	3	10	20	50	100	150	200

Как видно из таблицы, чем больше длина волны, тем продолжительнее можно наблюдать ионизированный канал грозового разряда.