大气离子及其效应

 地球表面的大气层是一个巨大的球面电容器,其一面是固体和液体的地球表面,带负电;另一面是120千米以外的电离层,带正电.这个电容器内部的大气层中存在着正离子和负离子,所以在不断地放电.据估计,大气放电的总功率达数亿千瓦.大气中的离子由于放电、复合等过程而减少的同时又在不断生成.镭的衰变,放射性辐射,光电效应,太阳的紫外辐射和微粒辐射.     

问题解答

问:拿一个跟毛皮摩擦过的硬橡胶棒来接近验电器,用手指接触一下验电器的小球后拿开硬橡胶棒,这时验电器就带了电。做这个实验并予以解释:验电器带的是什么电? 答:对这个问题的解释常有两种不同的意见。有些认为金属箔的负电荷受到硬橡胶棒的负电荷推斥,就经人身走进地球,所以验电器带的是正电。也有些认为手指靠近小球时受到小球的感应而带负电,接触后,手指的负电跟小球的正电中和了,只剩下金属箔的负电,因此验电器带的是负电。     

等离子体尾流场加速进展迅速

<正>等离子体尾流场加速技术是1979年首次提出的。在等离子体中,用驱动器(如激光脉冲)将带负电的电子与带正电的离子分离开,产生一个电场,如果驱动器的有效尺寸小于等离子体的波长,便可形成电荷分离的稳定结构,即所谓的尾流场。尾流场中电场梯度可达     

全球电路

 在晴天,接近地球表面处存在着一个垂直指向地面、大小为１００-３００Ｖ／ｍ的电场．这表明地球表面带有负电荷,而大气带有净正电荷．那么当一个人站在地面上是否在头部与脚底之间经受了一个２００Ｖ以上的电势差呢？回答显然是否定的．在日常生活中,这个电场所以并未引起注意是因为我们的躯体和身旁的许多物体（例如树杆等）比之于空气都是良导体,它们短路了电场,使我们感受不到它的影响．但是晴天大气电场是客观存在的．由于大气中存在着净正电荷,于是它们在晴天大气电场的作用下,形成方向垂直向下的晴天大气电流,将大气中的正电荷输送给地球表面,使全球大气携带的正电荷与地球携带的负电荷中和,造成晴天大气电场消失．     

关于地球电场,电荷和电势状况

本文根据国内外资料，讨论了地球电场、电荷和电势的状况．指出：地球与大气层间组成了一个球壳“电容器”，其电容为 １．６７Ｆ，地面带负电 ３．０ × １０５Ｃ，大气层带正电３．０×１０５Ｃ，以大气层为零电势的话，地面电势则为－ ５．０ × １０５Ｖ．地面平均场强为－ １２０Ｖ／ｍ．分析了地面与大气层间电势差稳定的原因，它们之间存在着复杂的电荷交换，但始终维持电荷分布的动态平衡．     

静电及相关技术的现代发展

 一、静电的产生摩擦起电是产生静电荷的基本原因。两种物质的表面产生摩擦时,机械能转化为内能,使某一物质结构的原子外层电子获得能量挣脱原子核的束缚成为自由电子,这一物质表面便可失去电子带正电,另一物质表面则由于得到电子而带有等量的负电荷。产生静电荷的多少与摩擦的力度即接触面的压力、接触分离的速度成正比。由此类推,一定条件下气体或液体的流动,粉状物质的输送过程同样会产生静电。静电产生的另一直接原因就是感应带电。在外电场的作用下,电场力使外层电子挣脱成为自由电子而在物体表面产生静电。外电场越强,所积累的静电荷越多。     

FDTD方法分析高功率微波对大气的电离与击穿

 应用麦克斯韦方程和电子流体方程,利用时域有限差分方法(FDTD)计算模拟了高功率微波(HPM)对大气的电离与击穿;该方法用瞬时电场代替等效电场,时刻更新大气电离击穿过程中的电离频率和碰撞频率,消除了近似解析法未考虑大气电离击穿过程中电场幅度衰减而引起的误差,计算得到击穿阈值大小随海拔高度的变化趋势与文献所得的变化趋势相吻合,其值略大于近似解析解;并通过仿真计算分析了HPM脉冲幅值、脉宽以及海拔高度等参数对大气击穿的影响。     

浅谈两种常用电势零点选择的兼容性

高校基础物理教学必然涉及电势的零点选择.通常除选无穷远处为电势零点外,实用上还选地球的电势为零.当不考虑地球自身所带的电荷时可将其看作一硕大的中性导体球.如地球周围空间并无电荷分布,空间不存在电场;因而必与无穷远处等势.如取无穷远处为电势零点,地球的电势必也为零.当地球上分布有限电荷时,由于其电容很大,电势改变甚微,仍可在一定近似程度上看作零;即地球和无穷远二者均取作电势零点近似兼容.3.3×10~(-5)C的正电荷分布在地球表面时电势不到0.05V.但是,由于地球本身带有负电荷,使其周围存在指向地面的电场,地球和无穷远处取作电势零点便不再兼容.     

近地雷暴电场与羊八井地面宇宙线关联的模拟研究

雷暴期间地面宇宙线强度变化的研究对理解大气电场加速宇宙线次级带电粒子的物理机理具有重要意义. 分析西藏羊八井ARGO实验中2012年大气电场的数据后发现, 近地雷暴电场的强度可达1000 V/cm甚至更高. 用Monte Carlo方法模拟研究了近地雷暴电场与羊八井地面宇宙线强度的关联. 当雷暴电场强度(取1500 V/cm)大于逃逸电场时, 宇宙线次级粒子中正、负电子的数目呈指数增长, 在大气深度约520 g/cm²处达到极大值, 与Gurevich等提出的相对论电子逃逸雪崩机理和Dwyer理论相符. 当雷暴电场强度小于逃逸电场时, 在所有负电场范围和大于600 V/cm的正电场范围, 总电子数目随电场强度的增大而增加; 当正电场小于400 V/cm时, 总电子数目均出现一定幅度的下降; 在电场为400–600 V/cm范围内, 总电子数目的变化与原初粒子的能量有关, 原初能量小于80 GeV时, 其次级粒子中总电子数目增加, 原初能量在80–120 GeV 范围内时, 总电子数目变化不明显, 原初能量大于120 GeV时, 总电子数目出现下降, 下降幅度约4%. 模拟结果可对羊八井ARGO实验的观测结果给予合理的解释.     

丝绸摩擦过的玻璃棒一定带正电吗?

自然界中存在着正负两种电性的电荷已被大家所公认,如何得到这两种电性的电荷呢?无论是现今教材还是其他各种资料上都是采用富兰克林在1747年所提出的命名法:用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电,丝绸带负电;毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电,毛皮带正电;不同物体带电性质的不同,由该物体得失电子的难易程度所决定.     

110 GHz微波电离大气产生等离子体过程的理论研究

将描述电磁波的Maxwell方程组和简化的等离子体流体方程组耦合数值求解,对110 GHz微波电离大气产生等离子体的过程进行了理论研究. 研究发现:在高气压下等离子体成丝状;中等气压下等离子体先成丝状,在向微波源移动的过程中逐渐向连续的等离子体区域过渡;低气压下电离产生连续的等离子体区域. 不同气压下等离子体区域都向微波源方向移动. 初始电子数密度分布只影响放电初始阶段的等离子体区域形状,不会影响成丝与否. 等离子体区域在垂直于电场方向和平行于电场方向的移动规律不同. 当电场平行于计算平面时,由于沿着电场方向等离子体两端存在强场区,等离子体区域被拉长,在较低的气压下会出现等离子体丝阵. 关键词： 110 GHz微波 大气电离 等离子体丝阵     

理解磨擦起电应注意的三个问题

物理课本一般在介绍摩擦起电时,总引入这样的话:用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电,用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电.学生学习过程中,容易对此产生片面的理解,因此教师应引导学生澄清三个概念.     

导体表面的电荷层有多厚

众所周知,如果导体带电,由于各个电荷互相排斥,所有电荷就会分布在导体表面.这些电荷在整个导体表面上分布成很薄很薄的一层. 自然提出这样的问题:这一电荷层在原则上是无限薄,还是有一定的厚度呢?如果有一定厚度,其数量级多大呢? 为回答这一问题,我们考虑一个带正电的实心球,其半径为a,同时为避免由于原子结构的影响而使问题复杂化,这里暂且假定这个球是一块密实的导体。 假定表面电荷层有一定厚度.那么其分布应是球对称的.考虑距离球心为r的某点P,r相似文献   

导体及其周围电离气体电磁俘获的数值模拟

 介绍了圆柱导体周围稠密大气部分电离时导体对入射电磁场的散射特性的计算结果。采用了三维时域有限差分方法联合求解Maxwell方程组和空气离子方程组。结果表明,导体周围气体电离等离子体层的存在严重影响电磁场的散射特性,即电子等离子体与导体形成了谐振结构,在谐振频率上俘获了电磁场能量。     

等离子体与“太阳风”漫谈

 一、物质的第四态--等离子体我们知道,物质通常处于三种聚集态,即固态、液态和气态,随着温度的变化,物质的三态之间可以互相转化。如果温度升高到104K甚至105K,分子间和原子间的运动十分剧烈,彼此间已难以束缚,原子中的电子因具有相当大的动能而摆脱原子核对它的束缚,成为自由电子,原子失去电子变成带正电的离子。这样,物质就变成了一团由电子和带正电的离子组成的混合物。发生了电离的气体,无论是部分电离还是完全电离,虽然描述普通气体的密度、温度、压强等仍适用,但它的主要性质已发生了本质的变化。在气体中电离成分只要超过1‰,它的行为就主要由电子和离子间的库仑力来支配。     

转动导体中的电荷分布

一、前言 在静止条件下,某孤立导体上的电荷将会在导体表面自动分布,以使它在导体内产生的电场为零,这是静电学中的一个基本结论.如果让导体转动,则应预期由于对传导电子的离心作用以及因电荷运动而产生的磁场,将会引起电有在导体中重新分布,并且导体中还会出现空间电荷. 我们将考虑下面的问题.让带有一个净电荷的某孤立导体具有一恒定的角速度.在稳定条件下,找出导体中的电荷分布和电磁场. 我们还未看到处理这个问题的文章,但有人考虑过三类与之有关的问题,而且都涉及转动体的电磁场理论. 首先,单极感应的问题已在本世纪的前二十年中研究过…     

电场极性对池沸腾换热影响的实验研究

利用EHD技术对工质R123进行了非均匀高压电场下电场极性对池沸腾换热影响的实验研究.结果表明,无论加正、负电压,强化系数均随热流密度的增加而下降,最终达到稳定值;高热流密度下,正电压有较弱的强化效果,负电压对沸腾换热具有削弱作用;正电压下的强化换热效果优于负电压下的强化换热效果.     

电场对火焰形状及碳烟沉积特性的影响

建立了三种类型的直流电场分别作用于层流扩散火焰,研究了电场类型、电场强度对火焰形态及所产生的碳烟颗粒在电极上的沉积特性的影响.实验表明,针状电极由于离子风的作用会使火焰高度变短;平板状电极由于电场力的作用可使火焰顶部向阴极板倾斜,证明了有一部分碳烟颗粒本身荷正电.同时,由于环形电极同时产生离子风和电场力,影响火焰形态.而荷正电的中心电极对碳烟颗粒的排放起到抑制作用.     

两个带电导体球问题的近似解法

美国大学研究生考题中常有关于带电导体球问题,如:求半径为a相距d的两个带电导体球间电容、相互作用能或作用力;或带电导体球与接地导体平板间电容或作用力;求二球形电极间电阻等。这类问题可以有很多变化,但解法相同。 例1:两半径为a相距d的带等量异号电荷的导体小球,d>>a,求其电容、相互作用能和作用力(准确到　的一次幂)。 分析:由于要准确到　的一次幂,两球间距不能视为无限大。如图1,设球A带正电,球B带负电,由于d>>a,作为零级近似,忽略两球间的静电感应。球外电位可简单地用位于A球球心点电荷q和位于B球球心的点电荷-q激发的电位迭加…     

有关导体球带电问题的探究

新课标《物理3-1》"静电现象的应用"这节,课后有一道有关导体球带电问题的习题.教师在讲解这道题时常常会提出与此类题相类似的问题,假设有半径为R的金属球与地相连接,在与球心相距d＝2R处放一个带正电的点电荷q(q＞0),则球上感应电荷带何种电荷?带电荷量多少?前一个问题用电场中导体的特点及电场线的知识可以得出结论,球带负电且电荷量小于q.那么球带多少电荷量,下面用电磁学知识和数学知识探讨一下这个问题.