ELTE, I.Fizika BSc, 2006/2007 II.félév

 

Elektromágnesség

13. (2007. V.16-18)

Elektromos jelenségek a környezetünkben

 

Légkörünk

Már az 1900-as években tudtuk:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

UFöld = 400 kV és IFöld = 1800 A (max.5000 A )

 

Zivatarok esetén :            U = 10-40 MV, akár 100 MV is lehet!

 

j = sE; r = 1/s =E/j»10 13Wm

                rvíz » 10 -8Wm

 

Mi hozza létre?

         a) Radioaktivitás a Földből

         b) Kozmikus sugárzás + Napsugárzás

                   1912 Viktor Francz Hess léghajó

                   1936 Nobel díj

 

Zivatarokkor villám formájában sül ki.

Kialakul egy ionizált csatorna és azon keresztül zajlik a kisülés.

 

A zavatarok viszik a negatív töltést a talajba. A

 


 

         Zivatar keletkezése:

 

A nap által felmelegített levegő felszáll.

Erős feláramlás van

Cellák lesznek.

Kicsapódik a pára

(vízcsepp, jégkristály).

Nem hűl tovább.

 

 

 

 

A vízcsepp, mint dipólus az E térrel egyező irányban áll és esik lefelé (a gravitáció miatt). Esése közben a plazmában magaelőtt található negatív ionokat (elsősorban elektronokat) magához vonzza (a dipólus tetejére nem képes pozítív ionokat vonzani, mert azok túl lassúak, nem elég mozgékonyak), ezért a vízcsepp negatívan töltődik fel. A zivatarfelhők alja ezért negatív, a teteje pedig potitív.

A negatív töltések zivatarfelhő aljából vagy gyorsan (1000 kA -es áramerősséggel, átütéssel ionizálva maguknak utat), vagy lassan, a hulló esőcseppekkel együtt jutnak a talajba.

Villámok jönnek létr a :

- felhő®felhő

- felhő®föld között.

Felhő alja – ; teteje + .

Elővillám fő villám, többszörös lecsapás.

 

Villámhárító

Szent Elmo tüze

 

Esős időben a templomok (és árbócok) csúcsain, a csúcshatás miatti nagy térerősség ionizálja a levegőt és a viharfelhők földfelé áramló negatív töltései parázsló tűzként világítanak.

Gömbvillám

Egy plazma, leírása nem egyértelmű, (hideg-meleg).

 


Mi a plazma:

Töltött részecskék halmaza. Fém, ionoszféra, világító gáz, TOKAMAK,…

      A plazma semleges!

 

Rádió, Marconi, Ionoszféra - egy plazma

 

Rádióhullámok terjedése:

 

         -Hosszú hullám     1000 m felett         felületi hullám

         -Közép hullám       100 - 1000 m között        felületi + visszaverődő hullám

         -Rövid hullám       10 - 100 m között           visszaverődő hullám

         -Ultrarövid hullám (URH) 1 - 10 m között     kijut a légkörből.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Plazmafrekvencia

 

Ha a gázban az eredetileg együtt levő pozitív és negatív ionok felhője (valamilyen oknál fogva) x-el eltolódik (ellentétes irányban), akkor a tartományhatárokon töltések (Q) jelennek meg, amelyek E (homogén, visszatérítő) térerősséget keltenek. A keletkező tér a kitéréssel arányos visszatérítő erőt jelent a két töltéshalmaz között.

 

Q = e no (x A)      ; òò D dA = DA = e no x A

 

         D = e no x   ; E = e no x /eo

 

               m x = -eE = -e2 no x /eo

         wp2 = e2 no /meo

      (wp -plazmafrekvencia)

 

Legyen egy érkező elektromágneses hullám w frekvenciájú, ez kitéríti (ellentétes irányban) a plazma ionjait, de azok /legfeljebb wp frekvenciával/ visszatérnének az egyensúlyi (semleges) állapotba.

a) w < wp esetén a plazma nem engedi át az elekromágneses hullámokat, hanem visszaveri .

b) w > wp esetén a plazma átengedi az elekromágneses hullámokat, nem tudja leárnyékolni.

 

 wpatm ®    lpatm = 10 m a földi légkörben

(lpatm < l esetén az elektromágneses hullámok nem jutnak át az ionoszférán, tükröződnek, mert a plazma ionjai tudják követni a "lassú" teret.)

 

wpfém  ®    lpfém = 1 nm -100 nm a fémekben

 

A plazmában folyamatosan keletkeznek és rekombinálódnak az ionok.

Az ionizációért a kozmikus sugárzás (, azon belül döntően a nap) a felelős.

A szabadon álló elektroszkóp is kisül:

a) A kozmikus sugárzás ionizáló hatása miatt.

b) A Radon sugárzás miatt.

A Radon  (A 86 rendszámú elem (nemesgáz) izotópjai: 222Rn, 220Rn, 219Rn) a rádium (Ra) , a tórium (Th) és az aktinium (Ac) radioaktív bomlásákor keletkezik, majd a bomlással tovább bomlik Polóniummá (Po) -á:

 

226Ra   a     222Rn   a      218Po

224Ra   a     220Rn   a      216Po

223Ra   a     219Rn   a      215Po

A házban az elektroszkóp gyorsabban sül ki, mint a házon kívül, mert a földi kőzetek rádioaktív bomlásakor fejlődő Rn (amely ionizációs forrás) koncentráció nem tud olyan gyorsan csökkenni a zárt térben, mint a szabadban.

 

A füstben is sok az ion (az is plazma), ezen az elven működik a füstjelző.

 

 

 

 

A plazmában:

 

      m x = F                 F= Fo eiwt ; x= xo eiwt

-mw2 xo = Fo ;     xo = -Fo /mw2

c < 0 ;        e < 1; n < 1  !!