Страница:Радиолюбитель 1930 г. №11-12.djvu/46

Материал из РадиоВики - энциклопедии радио и электроники
Перейти к: навигация, поиск
Выкупить рекламный блок
Эта страница не была вычитана


большей ионизацией и. следователь во, меньшим п, где снова преломляется и еще больше приближается к основанию. Проходя последовательно я е- реэ целый ряд ионизованных слоев, луч все больше и больше отклоняется к основанию и, наконец, наступает такой момент, когда луч приходит к слою с достаточно большой ионизацией и под таким углом, который больше угла полного внутреннего отражения этого слоя, и потому луч уже не преломятся, а отразится от него, как от зеркала, и завернет к земле. На обратном пути претерпев еще целый ряд преломлении, луч попадет на землю в точке В.

Таким образом траектория луча зависит от стеаени ионизации атмосферы, а эго в свою очередь зависит от солнца. Поэтому днем траектория луча будет иная, нежели ночью.

Sl<S

Влияние ионизации среды на изменение ее диэлектрической постоянной можно показать математически.

Явления, происходящие в ионизованной среде под действием переменного поля, создаваемого электромагнитной волной, аналогичны явлениям в конденсаторе с ионизованным диэлектриком. Поэтому возьмем две пластины, площади которых S равны 1 cm2 и поместим их на расстоянии d. = 1 cm друг от друга. Диэлектрик ионизован и число ионов, приходящихся на 1 cm3, равно iV. Заряд иона обозначим через е.

Согласно законам электростатики, разность потенциалов V между этими пластинами будет зависеть от напряженности электрического поля 2 и от расстояния d:

V — Ed (2)

но в нашем случае расстояние с/ = 1 и потому:

V=E (2а)

В любом конденсаторе мы в праве рассматривать три тока: ток проводимости, ток смещения и конвекционный ток.

Ток проводимости об'ясняется несовершенством изоляции диэлектрика и определяется по закону Ома:

  • Л»р — УС — ' . ... (3)

где V—разность потенциалов. G—проводимость, R — сопротивление. В данном

изменения п

Рис. 7. Конкретизация ионов IV в зависимости от высот над земной поверхностью.

случае ток проводимости но представляет для нас интереса и мы его опускаем.

Сдвиг фаз между ток<Ли и напряжением, который вносит конденсатор в цепь переменного тока, заставляет ток смещения опережать перемепноп поле на четверть периода, т. е. пл 90°. Ток смещения в комплексной форме выражается так:

1см —jtaCV (4)

где /—мнимая единица ( V— 1 ),<•> — круговая частота. С — емкость конденсатора.

В свою очередь для определения емкости конденсатора имеется формула:

С =

JZS_

4 nd

(5)

где Г — диэлектрическая постоянная.

Накладывая прежнее условие, т. е. Sz= 1, d=zl,Ezzzl и подставляя (5) в (4), получаем для тока смещения окончательную формулу:

I см — j

2ы Е 4 те

• (6)

Конвекционный ток, т. е. ток переноса' который об'ясняется колебанием юнов под действием переменного поля, создаваемого волной, отстает от этого поля на 90° и представляет собой некоторое

Рис. 9. Распространение волн различных длин при неизменном угле излу

произведение из суммы зарядов отдельных ионов на скорость переноса их, выраженную в вольтах:

/ коне. — NeV (7)

Сила поля, созданного волной, определяется произведением напряженности поля на заряд иона, или в комплексной форме так:

F — Е e—j ы mV . . . . (8)

где F—сила поля; т — масса иона, V — скорость колебания иона, выраженная в вольтах.

Из этого уравнения мы можем определить скорость переноса частиц:

v =

Е е 7 сот

. . . .(9)

Подставляя (9) в (7), получаем окончательную формулу для конвекционного тока:

I

коне. — j

AV- Е ш т

. .(10)

Ток смещения и конвекционный тою будучи безваттными (на что укааывает у)* суммируясь, дают полный безваттный ток конденсатора!

2 Е ы IVe3 Е

1—1 см 4- I коне. — / —2 — у (11)

1 ' 4 те J и т v

Умножив числителя и знаменателя второго члена на 4тео>, и проделав вынесение за скобку, получим более удобное выраж-ние для полного тока:

' '•/; £[>-"Г] •••<>*>

Для нас интересен множитель я скобках, который можно представить как какую-то новую диэлектрическую постоянную 2*. меньшую 2:

21 = 2 —

4 те Л/е2

oj2-m

.(13)

Эта формула ясно показывает, что ионизация диэлектрика ведет к кажущемуся уменьшению диэлектрической постоянной.

В числителе второго члена форм. 13 стоит N— число ионов в 1 cm3, т. е. концентрация ионов. С высотой концентрация ионов в атмосфере возрастает и, следовательно, второй член увеличивается, что ведет к уменьшению 21. При увеличении со, т. е. укорочении волны, второй член уменьшается, что приводит к меньшему изменению 21. Правда, 21 уменьшается и все же меньше 2, но уменьшение незначительно и короткой волне для того, чтобы преломиться, приходится проходить значительно выше в атмосферу, где ионизация больше и следовательно, мала 21, чем более длинной волне, а это приводит к удлинению траектории короткой волны.

На рис. 9 представлено распространение волн различных длин. Относительно длинная волна имеет небольшую траекторию А; более короткая волна имеет большую траекторию В. Дальнейшее укорочение волны приводит или же к очень большой траектории С в случае, когда луч попал в особо выгодные условия и некоторое время распространялся параллельно поверхности земли, или же, если волна слишком коротка, то луч, пройдя слой максимальной ионизации, может не вернуться больше на землю и уйти в мировое пространство (крайний левый луч, рис. 9).

Теория Лассена, об ясняющая преломление электромагнитных волн наличием ионов, не считает необходимым учитывать потери, которые могут произойти во время следования луча по ионизованвой атмосфере, так как вычисления показали, что эти потери невелики. Отсутствие слышимости станции, по теория Лассена, об'ясняется или слишком короткой волной, уходящей за пределы атмосферы, или тем. что луч, идя на приемную станцию, претерпел несколько последовательных отражений от слоя Кенвелв- Хавясайда и земли, рассеялся по всем направлениям и настолько ослаб, <хто не в состоянии вызвать приемного эффекта.

Эккерслей не согласен с Лассеном в вопросе распространения волн н объясняет преломление не наличием иовов, а свободными электронами. Поэтому понятие зоны максимальной ионизации отпчдает, так как концентрация электронов растет с увеличением высоты (разумеется, не бесконечно, но в пределах вполне достаточных для справедливости

Рис. 10. Критические углы излучения некоторых волн.

412

РАДИОЛЮБИТЕЛЬ Л5 ТТ-Г2