НОВОСТИ    БИБЛИОТЕКА    ССЫЛКИ    О САЙТЕ




предыдущая главасодержаниеследующая глава

§ 4.6. Диэлектрическая проницаемость и проводимость ионизированного газа. Учет столкновений электронов с ионами и нейтральными молекулами

Без учета столкновений с тяжелыми частицами электрон полностью переизлучает полученную от электромагнитной волны энергию. Энергия не преобразуется в какой-либо другой вид энергии, и ионизированный газ обладает свойствами идеального диэлектрика. В действительности в ионосфере содержатся ионы и нейтральные молекулы, совершающие хаотическое тепловое движение. Сталкиваясь с тяжелыми частицами, электроны передают им энергию, полученную от электромагнитной волны. При столкновениях эта энергия переходит в энергию теплового движения тяжелых частиц. Таким образом, происходит поглощение радиоволн в ионизированном газе. Количественно поглощение оценивается проводимостью у. Получим выражение для этой величины. Предположим для простоты, что при каждом столкновении электрон передает молекуле все накопленное количество движения  

Если в секунду происходит v столкновений, то количество движения за секунду уменьшится на величину  

На электрон действует сила, подобная силе трения.

В этом случае движение электрона можно описать уравнением


Смещение, так же как напряженность поля, меняется по гармоническому закону:

l = lэmеjωt. (4.13)

Тогда


Подставляя эти выражения в уравнение (4.12), получим

- еЕ = - mэω2lэ + jmэνωlэ, (4.14)

откуда


С учетом уравнений (4.1) и (4.15) выражение (3.5) можно записать в следующем виде:


Из формулы (4.16) видно, что при учете столкновений электрона с тяжелыми частицами относительная диэлектрическая проницаемость является комплексной величиной:

ε˜ = 1 - Nэ e2 - j 1/ε0ω · Nэ e2ν . (4.17)
ε0mэ2 + ν2) mэ2 + ν2)

Согласно (1.37)


Сопоставив два последних выражения, найдем параметры ионизированного газа:


Подставляя числовые значения е, mэ, ε0, получим


Для высоких частот, когда ω2 >> ν2, можно пренебречь величиной ν2 по сравнению с ω2. Тогда формулы (4.20) и (4.21) перепишутся так:


Проводимость и величина, на которую диэлектрическая проницаемость отличается от единицы (1 - ε), изменяются обратно пропорционально квадрату рабочей частоты.

Наоборот, при ν2 >> ω2 можно пренебречь величиной ω2 по сравнению с ν2. Тогда формулы (4.20) и (4.21) примут вид:


В этом случае электрические параметры ионизированного газа не зависят от рабочей частоты, как и в твердых телах.

На рис. 4.6, а и б показаны зависимости электрических параметров γ и (1 - ε) ионизированного газа от рабочей частоты и числа столкновений при максимальной для ионосферы электронной плотности Nэ = 106 эл/см3. При изменении величины электронной плотности характер графиков остается неизменным, меняется только масштаб по оси ординат. Если параметры ионизированного газа и рабочая частота таковы, что (1 - ε) > 1, то ε есть величина отрицательная и происходит сильное затухание радиоволн, так что практически распространение радиоволн невозможно.

Рис. 4.6. Зависимости электрических параметров ионизированного газа от рабочей частоты и числа столкновений электрона с тяжелыми частицами при Nэ = 106 эл/см3
Рис. 4.6. Зависимости электрических параметров ионизированного газа от рабочей частоты и числа столкновений электрона с тяжелыми частицами при Nэ = 106 эл/см3

предыдущая главасодержаниеследующая глава








© Сенченко Антонина Николаевна, Злыгостев Алексей Сергеевич, 2010-2018
При копировании обязательна установка активной ссылки:
http://rateli.ru/ 'rateli.ru: Радиотехника'