Optica, sunetul și fenomenele electrice din atmosferă

Fenomenele optice. După cum sa menționat deja, atunci când razele soarelui trec prin atmosferă, o parte a radiației solare directe este absorbită de moleculele de aer, disipată spre reflectare. Ca rezultat, diferite fenomene optice percepute direct de ochiul nostru sunt observate în atmosferă. Printre aceste fenomene se numără: culoarea cerului, refracția, mirajele, halo, curcubeul, soarele fals, stâlpii luminoși, crucile ușoare etc.







Culoarea cerului. Toată lumea știe că culoarea cerului variază în funcție de starea atmosferei. Un cer senin, fără cer în după-amiaza, are o culoare albastră. Această culoare a cerului se datorează faptului că în atmosferă există o mulțime de radiații solare împrăștiate, în compoziția căreia predomină valurile scurte, percepute de noi ca albastru sau albastru. Dacă aerul este praf, atunci compoziția spectrală a radiațiilor împrăștiate se schimbă, albastrul cerului devine mai slab; cerul devine albicioasă. Cu cât mai multă turbiditate a aerului, cu atât albastrul cerului este mai slab.

Cu înălțimea, culoarea cerului se schimbă. La o altitudine de 15-20 km, culoarea cerului este negru-violet. De la vârfurile munților înalți culoarea cerului pare densă albastră, iar de pe suprafața Pământului - albastru. Această schimbare a culorii de la negru-violet la albastru deschis se datorează dispersiei tot mai mari de violete, apoi de raze albastre și albastre.

La răsăritul și apusul soarelui, când razele soarelui trec prin cea mai mare grosime a atmosferei și pierd cu aproape toate razele lungimi de undă scurtă (violet și albastru), și are o culoare roșie sau portocalie pentru ochi observatorului ajunge doar raze unde lungi, culoarea cerului la orizont și soare în sine .

Refracția. Ca urmare a reflexiei și refracției razelor soarelui în timp ce trec prin straturi de aer de densitate variabilă, traiectoria lor suferă anumite schimbări. Aceasta conduce la faptul că corpurile celeste și obiectele îndepărtate de pe suprafața pământului vedem într-o direcție ceva diferită de cea în care sunt într-adevăr localizate. De exemplu, dacă ne uităm la vârful unui munte dintr-o vale, atunci muntele pare ridicat; Când se vede de la munte până la vale, se observă o creștere a podelei valei.

Unghiul format dintr-o linie dreaptă care traversează ochiul observatorului în orice punct și direcția în care ochiul vede acest punct, se numește refracție.

Mărimea refracției observate la suprafața pământului depinde de distribuția densității straturilor inferioare ale aerului și de distanța dintre observator și obiect. Densitatea aerului depinde de temperatură și presiune. În medie, magnitudinea refracției terestre, în funcție de distanța față de obiectele observate în condiții atmosferice obișnuite, este egală cu:

Miraje. Fenomenele mirajurilor sunt legate de refracția anormală a razelor solare, care este cauzată de o schimbare bruscă a densității aerului în straturile inferioare ale atmosferei. În cazul unui miraj, observatorul vede, pe lângă obiecte, imaginile lor deasupra sau deasupra poziției reale a obiectelor și uneori la dreapta sau la stânga. Adesea observatorul poate vedea doar imaginea fără a vedea obiectele în sine.

Dacă densitatea aerului cu altitudine scade brusc, atunci imaginea obiectelor este observată deasupra locației lor reale. De exemplu, în condiții similare, este posibil să vedem silueta navei deasupra nivelului mării, când nava este ascunsă de observator peste orizont.

Mirajurile mai mici sunt adesea observate pe câmpii deschise, în special în deșerturi, unde densitatea aerului crește brusc cu altitudinea. În acest caz, omul vede adesea în depărtare un fel de suprafață apoasă, ușor deranjantă. Dacă în același timp există obiecte la orizont, ele par să se ridice deasupra acestei ape. Și în acest spațiu de apă sunt văzute inversate, ca și cum ar fi reflectat în apă contururile lor. Vizibilitatea suprafeței apei de pe câmpie este creată ca urmare a unei refracții mari, determinând imaginea inversă în partea de jos a suprafeței pământului a părții cerului din spatele obiectelor.

Halo. Fenomenul halo este înțeles că înseamnă cercuri strălucitoare sau irizante, uneori observate în jurul Soarelui sau Lunii. Halo se întâmplă în cazul în care aceste corpuri cerești să vadă prin nori cirrus lumina sau printr-un văl de ceață, constând din ace de gheață din aer (fig. 63).

Fenomenul halo apare ca urmare a refracției în cristalele de gheață și a reflexiei de la fețele lor de către razele soarelui.

Curcubeul. Curcubeul este un arc mare multicolor, observat de obicei după ploaie pe fundalul nori de ploaie, care sunt opuse acelei părți a cerului unde strălucește soarele. Amploarea arcului este diferită, uneori există un semicerc de curcubeu plin. Adesea vedem două curcubeu în același timp. Intensitatea de dezvoltare a culorilor individuale în curcubeu și lățimea benzilor lor sunt diferite. Într-un curcubeu vizibil, roșul este pe o parte și purpuriu pe cealaltă; Celelalte culori din curcubeu sunt în ordinea culorilor spectrului.

Optica, sunetul și fenomenele electrice din atmosferă

Fenomenele curcubeului se datorează refracției și reflexiei razelor soarelui în picături de apă din atmosferă.

Fenomenele sonore din atmosferă. vibrații longitudinale contează particule, răspândire pe un suport material (aer, apă și solide) și ajunge la urechea umană, provoacă senzații numite „sunet“.

În aer există întotdeauna undele de frecvență și putere diferite. Unele dintre aceste valuri sunt create artificial de om, iar unele sunete sunt de origine meteorologică.

Prin sunetele de origine meteorologice includ descărcări electrice, urlând de vânt, colibri fire, zgomot și foșnetul copacilor, „vocea mării“, sunete și zgomote care apar atunci când se deplasează masa de nisip în deșert și pe dune și fulgi de zăpadă peste suprafața de zăpadă netedă, sunete Falling suprafață solidă și pământ precipitații lichide, surf sunete în apropierea malul mărilor și lacurilor și altele. Să ne ia în considerare unele dintre ele.

Thunder este observat în timpul fenomenelor de descărcare de gestiune fulgere. Apare în legătură cu condițiile speciale termodinamice create în calea fulgerului. De obicei, percepem tunetul sub forma unei lovituri - așa-numitele role. Thunder explică prin faptul că sunetele generate în același timp, de-a lungul lung și sinuos calea de obicei, fulgerul ajunge la observatorul în serie și cu intensități diferite. Thunder, în ciuda puterii puternice a sunetului, se aude la o distanță de cel mult 20-25 km (o medie de aproximativ 15 km).

Vuietul vântului se produce odată cu mișcarea rapidă a aerului, care se învârte în unele obiecte. În acest caz, există o alternanță de acumulare și ieșire de aer din obiecte, ceea ce dă naștere la sunete. Semnificația firelor, zgomotul și strălucirea copacilor, "vocea mării" sunt asociate și cu mișcarea aerului.

"Vocea mării" - un fel de fenomen sonor, observat pe mare. Aceste fenomene sonore apar în timpul vântului și apar din cauza mișcării aerului deasupra vârfurilor și tălpilor de unde marine.

Viteza sunetului în atmosferă. Viteza propagării sunetului în atmosferă este afectată de temperatura și umiditatea aerului, precum și de vântul (direcția și forța acestuia). În medie, viteza sunetului în atmosferă este de 333 m pe secundă. Cu creșterea temperaturii aerului, viteza sunetului crește oarecum. Modificarea umidității absolute a aerului are un efect mai mic asupra vitezei sunetului. Vântul are o influență puternică: viteza sunetului în direcția mișcării vântului crește, în raport cu vântul - scade.







Cunoașterea vitezei de propagare a sunetului în atmosferă are o importanță deosebită în rezolvarea unui număr de probleme în studiul straturilor superioare ale atmosferei prin metoda acustică. Folosind viteza medie a sunetului în atmosferă, puteți afla distanța de la locația dvs. până la locul unde se produce tunete. Pentru a face acest lucru, trebuie să determinați numărul de secunde dintre blițul vizibil de fulgere și momentul sosirii unui sunet de tunet. Apoi trebuie să multiplicăm valoarea medie a vitezei sonore în atmosferă - 333 m / sec. pentru numărul de secunde.

Echo. Undele sonore, cum ar fi razele luminoase, suferă o tranziție de la un mediu la altul, refracție și reflexie. Undele sonore pot fi reflectate de pe suprafața pământului, de la apă, de la munții din jur, de nori, de la interfața straturilor de aer cu temperatură și umiditate diferite. Sunetul, reflectat, se poate repeta. Fenomenul repetării sunetelor datorită reflectării undelor sonore de pe diverse suprafețe se numește "ecou".

În mod deosebit, ecoul este observat în munți, în apropierea rocilor, unde un cuvânt pronunțat pronunțat se repetă una sau mai multe ori după o anumită perioadă de timp. De exemplu, în valea Rinului există o piatră Loreley, în care ecoul se repetă de 17-20 de ori. Un exemplu de ecou este tunetul care apare datorită reflectării sunetelor de descărcări electrice de la diverse obiecte de pe suprafața pământului.

Fenomenele electrice din atmosferă. Fenomenele electrice observate în atmosferă sunt asociate cu prezența atomilor încărcați electric și a moleculelor de gaze numite ioni în aer. Ionii pot fi fie negativi, fie pozitivi, iar din punct de vedere al masei lor, ele sunt împărțite în lumină și greutate. Ionizarea atmosferei are loc sub influența părții scurte a radiației solare, a radiațiilor cosmice și a radiațiilor de substanțe radioactive conținute în crusta pământului și în atmosfera însăși. Esența ionizării constă în faptul că acești ionizatori transmit energie la molecula neutră sau atomul gazului de aer, sub acțiunea căruia unul dintre electronii externi este îndepărtat din sfera de acțiune a nucleului. Ca rezultat, un atom lipsit de un electron devine un ion pozitiv de lumină. Electronul care a scăpat de acest atom se unește repede cu atomul neutru și astfel creează un ion negativ negativ. Ionii luminii, întâlniți cu particule de aer suspendate, le dau încărcătura și astfel formează ioni grei.

Numărul de ioni din atmosferă crește cu altitudinea. În medie, la fiecare 2 km de altitudine, numărul lor crește cu o mie de ioni într-un singur cub. centimetru. În straturile înalte ale atmosferei, concentrația maximă de ioni este observată la altitudini de aproximativ 100 și 250 km.

Prezența ionilor în atmosferă creează conductivitatea electrică a aerului și a câmpului electric în atmosferă.

Conductivitatea atmosferei este creată de mobilitatea mare a ionilor în principal de lumină. Ionii grei joacă un rol mic în acest sens. Cu cât concentrația ionilor de lumină este mai mare în aer, cu atât conductivitatea este mai mare. Și deoarece numărul de ioni de lumină crește cu înălțimea, conductivitatea atmosferei cu altitudine crește. De exemplu, la o altitudine de 7-8 km, conductivitatea este de aproximativ 15-20 de ori mai mare decât cea a suprafeței pământului. La o altitudine de aproximativ 100 km, conductivitatea este foarte mare.

În aerul curat există câteva particule suspendate, deci există mai mulți ioni de lumină și mai puțini greu. În acest sens, conductivitatea aerului curat este mai mare decât conductivitatea prafului. Prin urmare, pentru întuneric și ceață, conductivitatea este de valoare scăzută, MV Lomonosov a stabilit câmpul electric în atmosferă pentru prima dată. În vreme clară, fără cloud, intensitatea câmpului este normală. În legătură cu

Optica, sunetul și fenomenele electrice din atmosferă

atmosfera este încărcată pozitiv. Sub influența câmpului electric al atmosferei și a câmpului negativ al suprafeței pământului, se creează un curent vertical de ioni pozitivi de pe suprafața pământului în sus și ioni negativi din atmosferă în jos. Câmpul electric al atmosferei din apropierea suprafeței pământului este extrem de variabil și depinde de conductivitatea aerului. Cu cât conductivitatea atmosferei este mai mică, cu atât intensitatea câmpului electric al atmosferei este mai mare. Conductivitatea atmosferei depinde în principal de cantitatea de particule solide și lichide suspendate în ea. Prin urmare, în timpul opacității, cu precipitații și ceață, intensitatea câmpului electric al atmosferei crește și acest lucru duce deseori la descărcări electrice.

Luminile lui Elma. În timpul furtunilor și furtunilor din timpul verii sau a furtunilor de zăpadă în timpul iernii, uneori puteți observa descărcări electrice silențioase pe punctele de obiecte care se ridică deasupra suprafeței pământului. Aceste descărcări vizibile sunt numite "luminile Elm" (figura 64). Cel mai adesea, luminile lui Elm sunt observate pe stâlpi, pe vârfurile munților; uneori sunt însoțite de o ușoară crackle.

Luminile Elm se formează la o intensitate puternică a câmpului electric. Tensiunea este atât de mare încât ionii și electronii, care se mișcă cu mare viteză, se despart în calea lor moleculele de aer, de ce numărul de ioni și de electroni din aer crește. În acest sens, conductivitatea aerului crește și din obiectele ascuțite, unde se acumulează electricitate, începe debitul de energie electrică și descărcarea de gestiune.

Fulger. Ca rezultat al proceselor complexe termice și dinamice în nori de furtună, există o separare a încărcăturilor electrice: de obicei încărcările negative sunt situate în partea inferioară a norului, pozitive în partea superioară. În legătură cu această împărțire a încărcăturilor de spațiu în interiorul norii, sunt create câmpuri electrice puternice atât în ​​interiorul nori cât și între ele. Forța de câmp din apropierea suprafeței pământului poate ajunge la câteva sute de kilovoliți pe 1 m. O intensitate ridicată a câmpului electric cauzează descărcări electrice în atmosferă. Emisiile puternice de scântei electrice care apar între nori și între nori și suprafața pământului se numesc trăsnet.

Durata de aprindere a fulgerului este de aproximativ 0,2 secunde în medie. Cantitatea de energie electrică pe care o transportă un fulger este de 10-50 de coulomburi. Puterea curentă este foarte mare; uneori ajunge la 100-150 mii amperi, dar în majoritatea cazurilor nu depășește 20 mii amperi. Majoritatea fulgerului cu o încărcare negativă.

Conform apariției blițului scântei, fulgerul este împărțit în liniar, plat, sferic și calculabil.

Fermoarul liniar cel mai frecvent observate, care se disting între un număr de soiuri: zigzag, ramificat, bandă, etc. Dacă se formează fermoar raketovidnye liniară între un nor și suprafața solului, lungimea medie este de 3,2 km ,. Fulgere între nori poate ajunge la 15-20 km lungime. Lightning canal de evacuare, care este creat sub influența ionizarea aerului și pe care există un taxe intensiv contra-curent negative acumulate în nori și sarcini pozitive acumulate pe suprafata, are un diametru de 3 până la 60 cm.

Lumina fulgerului este o descărcare electrică de scurtă durată care acoperă o parte semnificativă a norului. Lumina fulger nu este întotdeauna însoțită de tunet.

Ball lightning - un fenomen rar. Se formează în unele cazuri după o descărcare puternică de fulgere liniară. Fulgerul cu fulgere este o minge de foc cu un diametru de obicei de 10-20 cm (și uneori până la câțiva metri). Pe pământ, acest fulger călătorește cu o viteză moderată și tinde să penetreze clădirile prin coșuri și alte deschideri mici. Fără a provoca daune și care au făcut mișcări complexe, fulgerul cu bile poate părăsi în siguranță cladirea. Uneori provoacă incendii și distrugeri.

Chiar și mai rar este fenomenul fulgerului. Acestea apar atunci când descărcarea electrică constă dintr-o serie de corpuri luminoase globulare sau alungite.

Fulgerul provoacă adesea mari daune; ei distrug clădirile, provoacă incendii, topesc fire electrice, împărțesc arbori și lovesc oameni. Pentru protejarea clădirilor, a structurilor industriale, a podurilor, a centralelor electrice, a liniilor electrice și a altor structuri împotriva loviturilor directe de trăsnet, se folosesc conductoare de trăsnet (de obicei se numesc tije de trăsnet).

Cel mai mare număr de zile cu furtuni este observat în țările tropicale și ecuatoriale. De exemplu, pe Fr. Java în anul de 220 de zile cu furtuni în Africa Centrală, 150 de zile în America Centrală în jurul valorii de 140. În URSS, cele mai multe zile cu furtuni se întâmplă în Caucaz (până la 40 de zile pe an), în Ucraina și în sud-est de partea europeană a URSS. Furtunile sunt observate de obicei în după-amiaza, mai ales între 15 și 18 ore.

Lumini polar. Aurorele sunt formă aparte de radiație în atmosfera superioară, timpii observate în timpul nopții predominant țările polare și polare în emisfera nordică și sudică (fig. 65). Acestea sunt manifestări ale atmosferei strălucire electrice și a forțelor care apar la o înălțime de 80 până la 1000 km într-un aer extrem de rarefiat, la trecerea prin ea sarcini electrice. Natura aurora nu este încă pe deplin înțeleasă, dar se stabilește tocmai cauza cauzei apariției lor

Optica, sunetul și fenomenele electrice din atmosferă

impact puternic straturile superioare ale atmosferei terestre particule încărcate rarefiată (corpusculi) care intră în atmosferă din regiunile active de soare (pete, și alte site-uri proeminente) în timpul exploziilor solare.

Numărul maxim de polori se observă lângă polii magnetici ai Pământului. Astfel, de exemplu, polul magnetic al emisferei nordice are până la 100 de aurouri pe an.

Forma aurora strălucire destul de variate, dar, de obicei, ele sunt împărțite în două grupe principale: formă bezluchevoy aurora (arc bandă omogenă, suprafață luminoasă liniștită și pulsatilă, difuză strălucire și colab.) Și strălucește structura radiantă (fâșii, draperii, raze, corona și altele). Luminile polar ale structurii non-radiale se disting printr-o strălucire calmă. Radiance aceeași structură de grinzi, din contră, sunt mobile, se schimbă ca formă, astfel încât luminozitatea și culoarea luminii. În plus, radianța radiantă este însoțită de excitații magnetice.







Articole similare

Trimiteți-le prietenilor: