On the unusual properties dielectric constant of the electric field of the free atmosphere
On the basis of experimental data vertical distribution electric field strength of the atmosphere, the applied problem of fitting constants in the model of the average self-consistent electric field is solved.The model is based on the nonlinear Poisson equation. Such an approach is not trivial becau...
Збережено в:
| Дата: | 2021 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
S. Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine
2021
|
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/230198 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Geofizicheskiy Zhurnal |
Репозитарії
Geofizicheskiy Zhurnal| _version_ | 1856543488993132544 |
|---|---|
| author | Bilyi, T.A. |
| author_facet | Bilyi, T.A. |
| author_sort | Bilyi, T.A. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2021-06-03T08:51:48Z |
| description | On the basis of experimental data vertical distribution electric field strength of the atmosphere, the applied problem of fitting constants in the model of the average self-consistent electric field is solved.The model is based on the nonlinear Poisson equation. Such an approach is not trivial because generally known in meteorology interpolation exponential function describing the empirical distribution of the electric field, space charge density and conductivity with a height not quite correctly reproduce a stable stratification of the electric field. Since aircraft measurements are carried out in a natural environment, the dielectric constant is lost, which leads to underestimated values of the electron-ion concentration.This is due to the fact that the potential in situ is screened and the Gauss theorem does not hold for it, and if it does, then for the radius of the Gaussian sphere it is less than the Debye screening radius. For a large Gaussian sphere, only the near-wall part of the electrometer is experimentally determined, and the shielded (inner) part does not contribute to the field flux through the surface by the dynamic screening of the electron. The magnitude of the screening of electrons in air is very large due to the dynamic polarizability of the medium and consists of two parts — the Debye and ion-plasma screening spheres. This, in turn, requires a redefinition of the dielectric constant for correct reproduction of field measurements. Thus, the verification of the dielectric constant was carried out on different experimental data, and its values lie within the same limits as the values obtained from the classical relations of Penn, Debye, and Landau. |
| first_indexed | 2025-07-17T11:12:04Z |
| format | Article |
| id | journalsuranua-geofizicheskiy-article-230198 |
| institution | Geofizicheskiy Zhurnal |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-07-17T11:12:04Z |
| publishDate | 2021 |
| publisher | S. Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | journalsuranua-geofizicheskiy-article-2301982021-06-03T08:51:48Z On the unusual properties dielectric constant of the electric field of the free atmosphere О необычных свойствах диэлектрической проницаемости электрического поля свободной атмосферы Про незвичайні властивості діелектричної проникності електричного поля вільної атмосфери Bilyi, T.A. On the basis of experimental data vertical distribution electric field strength of the atmosphere, the applied problem of fitting constants in the model of the average self-consistent electric field is solved.The model is based on the nonlinear Poisson equation. Such an approach is not trivial because generally known in meteorology interpolation exponential function describing the empirical distribution of the electric field, space charge density and conductivity with a height not quite correctly reproduce a stable stratification of the electric field. Since aircraft measurements are carried out in a natural environment, the dielectric constant is lost, which leads to underestimated values of the electron-ion concentration.This is due to the fact that the potential in situ is screened and the Gauss theorem does not hold for it, and if it does, then for the radius of the Gaussian sphere it is less than the Debye screening radius. For a large Gaussian sphere, only the near-wall part of the electrometer is experimentally determined, and the shielded (inner) part does not contribute to the field flux through the surface by the dynamic screening of the electron. The magnitude of the screening of electrons in air is very large due to the dynamic polarizability of the medium and consists of two parts — the Debye and ion-plasma screening spheres. This, in turn, requires a redefinition of the dielectric constant for correct reproduction of field measurements. Thus, the verification of the dielectric constant was carried out on different experimental data, and its values lie within the same limits as the values obtained from the classical relations of Penn, Debye, and Landau. С помощью экспериментальных данных вертикального распределения напряженности электрического поля атмосферы решается прикладная задача подгонки констант в модели среднего самосогласованного электрического поля. Модель базируется на нелинейном уравнении Пуассона. Такой подход не является тривиальным, так как в метеорологии общеизвестные интерполяционные экспоненциальные зависимости, описывающие эмпирические распределения напряженности электрического поля, плотности объемного заряда и проводимости с высотой, не совсем корректно воспроизводят устойчивую стратификацию электрического поля. Поскольку самолетные измерения выполняются в естественной среде, теряется диэлектрическая константа, что приводит к заниженным значениям электрон-ионной концентрации. Это происходит вследствие того, что потенциал insitu экранирован и теорема Гаусса для него не выполняется, а если и выполняется, то для радиуса сферы Гаусса меньше радиуса экранирования Дебая. Для сферы Гаусса больших размеров экспериментально определяется только пристеночная часть электрометра, а экранированная (внутренняя) часть не вносит вклад в поток поля через поверхность динамическим экранированием электрона. Величина экранирования электронов в воздухе очень большая за счет динамической поляризуемости среды и состоит из двух частей — Дебаевской и ионно-плазменной сфер экранирования. Это в свою очередь требует переопределения диэлектрической константы для корректного вос- произведения натурных измерений. Таким образом, верификация диэлектрической константы проведена на разных экспериментальных данных, а ее значения лежат в тех же пределах, что и значения, полученные по классическим соотношениям Пенна, Дебая и Ландау. За допомогою експериментальних даних вертикального розподілення напруженості електричного поля атмосфери, вирішується прикладна задача підгонки констант в моделі середнього самоузгодженого електричного поля. Модель базується на нелінійному рівнянні Пуассона. Такий підхід не є тривіальним, тому що в метеорології загальновідомі інтерполяційні експоненціальні залежності, які описують емпіричні розподіли напруженості електричного поля, щільність об’ємного заряду і провідності з висотою, не зовсім коректно відтворюють стійку стратифікацію електричного поля. Оскільки літакові виміри робляться в природному середовищі, втрачається діелектрична константа, що призводить до занижених значень електроніонної концентрації. Це відбувається внаслідок того, що потенціал insitu екранований і теорема Гауса для нього не виконується, а якщо і виконується, то для радіусу сфери Гауса менше радіусу екранування Дебая. Для сфери Гауса великих розмірів експериментально визначається тільки пристінкова частина до електро- метру, а екранована (внутрішня) частина не робить внесок у потік поля через поверхню динамічним екрануванням електрона. Величина екранування електронів у повітрі є дуже великою через динамічну поляризованість середовища і складається з двох частин — Дебаївської та іонно-плазмової сфер екранування. Це в свою чергу вимагає перевизначення діелектричної константи для коректного відтворення натурних вимірювань. Таким чином, верифікація діелектричної константи проведе на різних експериментальних даних, а її значення лежать в тих же межах, що і значення, отримані за класичними співвідношенням Пенна, Дебая і Ландау. S. Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine 2021-06-03 Article Article application/pdf https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/230198 10.24028/gzh.v43i2.230198 Geofizicheskiy Zhurnal; Vol. 43 No. 2 (2021); 189-200 Геофизический журнал; Том 43 № 2 (2021); 189-200 Геофізичний журнал; Том 43 № 2 (2021); 189-200 2524-1052 0203-3100 uk https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/230198/231140 http://creativecommons.org/licenses/by/4.0 |
| spellingShingle | Bilyi, T.A. On the unusual properties dielectric constant of the electric field of the free atmosphere |
| title | On the unusual properties dielectric constant of the electric field of the free atmosphere |
| title_alt | О необычных свойствах диэлектрической проницаемости электрического поля свободной атмосферы Про незвичайні властивості діелектричної проникності електричного поля вільної атмосфери |
| title_full | On the unusual properties dielectric constant of the electric field of the free atmosphere |
| title_fullStr | On the unusual properties dielectric constant of the electric field of the free atmosphere |
| title_full_unstemmed | On the unusual properties dielectric constant of the electric field of the free atmosphere |
| title_short | On the unusual properties dielectric constant of the electric field of the free atmosphere |
| title_sort | on the unusual properties dielectric constant of the electric field of the free atmosphere |
| url | https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/230198 |
| work_keys_str_mv | AT bilyita ontheunusualpropertiesdielectricconstantoftheelectricfieldofthefreeatmosphere AT bilyita oneobyčnyhsvojstvahdiélektričeskojpronicaemostiélektričeskogopolâsvobodnojatmosfery AT bilyita pronezvičajnívlastivostídíelektričnoíproniknostíelektričnogopolâvílʹnoíatmosferi |