Магнитное поле локализуется в определенном пространстве — магнитосфере Земли.
2.5-6.4. Электрическое поле Земли.
Земля имеет общий отрицательный заряд Q= 0,57·106 Кл. Наибольший градиент потенциала, наблюдаемый у поверхности Земли, достигает 1000 В/м. Земная поверхность и ионосфера представляют собою как бы обкладки огромного сферического конденсатора емкостью 5·10-2 Ф.
Наличие градиента электростатического поля приводит к возникновению в атмосфере вертикального электрического тока силой 1500…1800 А (сопротивление атмосферы на высоте 20 км составляет около 200 Ом).
2.5-6.5. Структура атмосферы Земли.
Атмосфера – это газовая оболочка нашей планеты, удерживающаяся благодаря силе земного притяжения и участвующая во вращении Земли. Масса атмосферы ~ 5,15·1015 тонн (это в 10–6 раз меньше массы Земли).
Очень непросто и интересно вертикальное строение атмосферы Земли. С высотой одновременно изменяются и плотность ρ, и давление р, и температура Т воздуха. Нетрудно получить уравнения, определяющие высотные зависимости давления и плотности. Одно из них — это уравнение идеального газа с молекулярной массой μ = 29 — средней молекулярной массой нашей азотно-кислородной атмосферы:
Второе уравнение — это тоже хорошо известное уравнение гидростатики, показывающее, как изменяется в жидкости и газе давление с высотой z. Однако плотность атмосферы, в отличие от плотности несжимаемой жидкости, переменна, Поэтому уравнение гидростатики следует написать в дифференциальном виде, для изменения давления dp при приращении высоты на dz:
Знак минус показывает, что давление с высотой убывает.
Исключив из этих двух уравнений плотность, можно получить дифференциальное уравнение для зависимости давления от высоты:
В этом уравнении можно еще учесть и изменение ускорения свободного падения с высотой
В случае, когда температура не меняется с высотой, это дифференциальное уравнение соответствует простой показательной зависимости давления от высоты.
где ро давление вблизи поверхности Земли; М – масса грамм-молекулы газа; g– ускорение свободного падения; h – высота над поверхностью моря; R = 8,32 Дж/ (град *моль) – универсальная газовая постоянная; Т – абсолютная температура.
Плотность атмосферы на данной высоте
где k =1,38*10–23 Дж/град - постоянная Больцмана.
Состав воздуха и температура изменяются с высотой, что приводит к отклонению распределения плотности и давления от определяемого по вышеприведенным формулам. При подъеме на первые 1000 м в пределах тропосферы давление убывает на 133,32 Па на каждые 10 м. Дальнейшее увеличение высоты приводит к убыванию давления примерно в геометрической прогрессии.
Уклонение зависимости давления и плотности от высоты происходит потому, что температура нашей атмосферы по высоте отнюдь не постоянна. Изменяется она совершенно нетривиальным образом (рисунок 2.5-6.2.).
При подъеме от земной поверхности температура вначале убывает. На высоте 17 км над тропиками и около 10 км над полярными областями во время полярного дня она имеет первый минимум: —75°С над тропиками и —55°С над полюсом. Это не ошибка — над полюсом на таких высотах температура - выше, чем над тропиками!
Область снижения температуры, прилегающую к земной поверхности, называют тропосферой. Это слой, в котором происходят основные метеорологические процессы, которые образуют облака, идет вертикальный и горизонтальный перенос масс воздуха. Температура в тропосфере, как правило, падает с высотой на 6° через каждый километр. Иногда здесь встречаются сравнительно тонкие слои, в которых температура повышается с высотой, так называемые инверсии.
В тропосфере содержится 80% массы всей атмосферы и почти весь водяной пар. В ней также находятся во взвешенном состоянии мельчайшие жидкие и твердые частицы, образуя атмосферный аэрозоль. Это частицы облаков и тумана, а также — ледяные кристаллы, частицы пыли и дыма, Наличие этих частиц является причиной многих явлений в атмосфере. Аэрозоли, также, являются одним из факторов воздействия атмосферы на технические системы. Происходит слово тропосфера не от тропиков, но от того же греческого слова «тропос» — «поворот», от которого происходит и слово тропик. Над тропосферой происходит поворот температуры, над тропиками — поворот Солнца в дни солнцестояний.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.