Файл: Красюк Н.П. Электродинамика и распространение радиоволн учеб. пособие.pdf

Разделяя переменные и интегрируя

При интегрировании предполагалось, что верхняя кромка атмос­ феры расположена на бесконечно большом удалении от поверхно­ сти Земли (/і = о о ) , где значение ионизирующего потока равно Поо.

Подставляя (13.16) в (13.15), а последнее выражение — в (13.14), получаем

Это выражение характеризует распределение по высоте интен­ сивности ионизации. В соответствии с формулой (13.12) при дина­ мическом равновесии оно характеризует также распределение по высоте электронной концентрации Ng.

Чтобы определить высоту h, где наблюдается максимум иониза­ ции, а следовательно, и электронной концентрации при ая= const [см. формулу (13.12)], необходимо выражение (13.17) продифферен­ цировать и результат приравнять нулю. Тогда

Следовательно, h0 тем больше, чем выше поглощающая способ­ ность В и температура Т воздуха и чем меньше молекулярный вес М подвергающихся ионизации газов.

Можно показать [7], что при падении ионизирующего излучения под углом X 'на ионосферу интенсивность ионизации

На рис. 13.8 приведены построенные по формуле (13.18) относи­ тельные значения интенсивности ионизации / и // По от высоты (отно­ сительно Ь) при разных углах %. Из выражения (13.18) и рис. 13.8 следует, что простая модель ионосферы имеет один максимум иони­ зации.

В отличие от простой модели ионосферы реальная атмосфера является неоднородной по химическому составу и температура ее, как указывалось ранее, изменяется с высотой по сложному закону. Кроме того, на реальную атмосферу действует не монохроматиче­ ское излучение, а целый спектр ультрафиолетового и корпускуляр-

384

ного излучения Солнца, а также излучения других источников. Поэтому распределение по высоте интенсивности ионизации и элек­ тронной концентрации имеет более сложный характер. Эксперимен­ тально установлено, что распределение электронной концентрации по высоте имеет вид ступенчатой кривой с относительно плавным изменением концентрации от ступеньки к ступеньке (рис. 13.9).

(h-h0)b

h, км

Рис. 13.9

Различают четыре области ионизации, называемые иногда слоями D, Е , F 1 (существует только в часы освещенности в летнее время) и F 2, основные характеристики которых приведены в табл. 13.5.

§ 13.6. Д И ЭЛ ЕК ТРИ ЧЕСК АЯ П РОН И Ц АЕМ ОСТЬ ИОНОСФ ЕРЫ БЕЗ УЧЕТА М АГНИ ТНОГО ПОЛЯ ЗЕМ ЛИ

Предположим, что в однородном ионизированном газ'е распро­ страняется плоская линейно-поляризованная радиоволна, вектор электрического поля Е которой ориентирован вдоль какого-то на-

правления, например вдоль оси z. Мгновенное значение Е в какомто месте ионосферы будет изменяться по закону Е = Е теіші. Под действием электрического поля волны электроны с зарядом е, нахо­ дящиеся в этом месте, приходят в колебательное движение в на­ правлении вектора Е. Электроны будут двигаться со скоростью ѵэ, образуя электронный ток с плотностью

и ЭЛ----- с и э 1ѵ э?

Определим скорость движения электрона. Для этого найдем си­ лу, с которой электромагнитное поле действует на электрон. В со­ ответствии с законом Кулона сила F совпадает с направлением вектора Е и равна

F = e E = e € meimt.

Согласно второму закону Ньютона

где тэ — масса электрона.

Приравнивая правые части последних двух выражений, получа­ ем следующее уравнение движения электронов:

Величину, стоящую в круглых скобках, называют абсолютной диэлектрической проницаемостью ионизированного газа и обозна­ чают 8аи-

откуда относительная диэлектрическая проницаемость

проводимости уи ионосферы при учете столкновений электронов с нейтральными молекулами и ионами:

388