易于实现的应用等离子体方法不一定去做很多数字模拟的工作就像

1、补充补充:等离子体的应用是广泛的等离子体的应用是广泛的, 易于实现的易于实现的. 应用等离子体方法不一定去做很多数字模拟的工作. 就像应用半导体元件的人无须去详细研究其微观运动的数字计算一样. 知道等离子体是能量聚集态可利用它来改进材料,提供新方法,新产品.有许多创新的机会.这也是讲课目的之一.大部分应用等离子体方法的人都不是专搞等离子体理论模拟的.是学以致用.太阳风及太阳耀斑太阳风及太阳耀斑北极光北极光闪电闪电电离层电离层太阳风及太阳耀斑太阳风及太阳耀斑:太阳风的发现是上世纪空间探测的一个重要发现太阳风的发现是上世纪空间探测的一个重要发现.人们发现地球的磁场让太阳风压缩在空中一个水人们发现地

2、球的磁场让太阳风压缩在空中一个水滴型的区域中滴型的区域中,形成外面大气层薄层称为磁层形成外面大气层薄层称为磁层:古代中国人就知道地球磁场是南北极对称的古代中国人就知道地球磁场是南北极对称的,发明发明了指南针了指南针.而太阳风是由太阳大气层表面的日冕层发出的等而太阳风是由太阳大气层表面的日冕层发出的等离子体流离子体流.到达地球大气层表面时具有很高速度到达地球大气层表面时具有很高速度:400公里公里/秒秒.太阳风构成人类活动的外层空间环境太阳风构成人类活动的外层空间环境.太阳大气的扰动通过太阳风传到地球大气层太阳大气的扰动通过太阳风传到地球大气层,与地球的磁场相互作用与地球的磁场相互作用.12级台

3、风风速级台风风速=32.6米米/秒秒. 声速声速:340米米/秒秒太阳风从日冕的冕洞中喷出太阳风从日冕的冕洞中喷出.冕洞是太阳磁场的冕洞是太阳磁场的开放区域开放区域,这里的磁力线向空间扩散这里的磁力线向空间扩散,大量等离子体大量等离子体顺着磁力线跑出顺着磁力线跑出.等离子体是良导体等离子体是良导体,内部无电场内部无电场.在磁场中运动时在磁场中运动时,体内的磁感应线也一起运动体内的磁感应线也一起运动.等离子体压缩时它等离子体压缩时它也也一起压缩一起压缩.这种现象称为磁场在等离子体中的冻这种现象称为磁场在等离子体中的冻结结(a)一静止等离子体在磁场中一静止等离子体在磁场中. (b)等离子体内磁等离

4、子体内磁力线一起运动力线一起运动. (c) 当等离子体被压缩时当等离子体被压缩时,磁力线磁力线也被压缩也被压缩. (b) (c) 等离子体运动时挤压外部磁力线使之变形等离子体运动时挤压外部磁力线使之变形: 楞次定律可说明楞次定律可说明;磁场刚要进入磁场刚要进入,等离子体中感应电流等离子体中感应电流,以保持内部以保持内部总磁场为零总磁场为零,而使外部磁力线扭曲而使外部磁力线扭曲.这对地球的磁场形状有重要影响这对地球的磁场形状有重要影响.太阳风与地球磁场的作用形成磁层太阳风与地球磁场的作用形成磁层:图中显示一场图中显示一场磁暴正在接近地球磁暴正在接近地球.太阳风受地球磁场阻挡太阳风受地球磁场阻挡,

5、一般不能侵入地球大一般不能侵入地球大气而绕过地球继续向前运动气而绕过地球继续向前运动.但是当太阳出现突发性剧烈活动时但是当太阳出现突发性剧烈活动时,高能粒子高能粒子增多增多,这些高能粒子能侵入地球极区这些高能粒子能侵入地球极区,在两极在两极上层大气中形成气体放电上层大气中形成气体放电,产生绚丽的极光产生绚丽的极光,颜色由大气中的气体粒子定颜色由大气中的气体粒子定.（发出的光频率（发出的光频率不同）。不同）。为何只在两极区？因地球是偶极磁场为何只在两极区？因地球是偶极磁场.形成极光三条件形成极光三条件: 特强太阳风特强太阳风,地磁场地磁场,大气大气.太阳黑子与太阳耀斑:太阳表面出现的阴暗区,温度

6、较低. 是穿出太阳表面的强磁场.成对出现. 太阳黑子的活动周期就是太阳磁场的周期.11年.黑子群中突发猛烈爆炸时会产生太阳耀斑: 从太阳表面抛射出气体,电子,并辐射可见光,紫外线,X射线,使地球大气层电离,产生极光,还可使输电线中感应大电流(电涌),阻断卫星和地面的无线电传输.大气层-包围地球的蓝色”面纱”给我们提供充足的氧气,适宜的温度,保护人类免受宇宙空间的粒子辐射,流星等等的袭击.地球是最适于人类生存的星球.但地球环境的本身也是天体相互作用的产物.日夜交替,寒来暑往,似乎永恒,但地球特有环境的存在,是靠天体间的平衡维系着. 所以,整个日地空间都可看着我们的生存环境.大气层:结构: 沿高度

7、分布对流层;0-15 km 赤道15 km, 两极:8km平流层:15-50km (臭氧层)中间层: 50-85 km 热层(电离层): 85-800km 散逸层: 800km （磁层）由于地心引力,几乎全部气体集中在100km ,75% 对流层.地球早期大气情况与现在大不同:富含火山喷发气体富含火山喷发气体: 甲烷甲烷(CH4),氨氨(NH3),氢氢,水水二氧化碳二氧化碳.现在只有极少量现在只有极少量CO2,富含氧气富含氧气21%,氮气氮气78%.1953年诺贝尔奖金得主年诺贝尔奖金得主:犹莱犹莱Urey发现发现: 将甲烷将甲烷氨氨,氢和水混合氢和水混合,经过放电后经过放电后,会变成许多有机

8、化合会变成许多有机化合物物,包括生命所需成份包括生命所需成份_氨基酸氨基酸.电离层的形成电离层的形成: 空气很稀薄空气很稀薄,气体在太阳的气体在太阳的紫外线紫外线,X射线和高能粒子作用下电离射线和高能粒子作用下电离,产生产生自由电子和正负离子自由电子和正负离子,且复合几率小且复合几率小,形成等形成等离子体区域离子体区域.电离层的作用电离层的作用: 与人类活动密切关联与人类活动密切关联.3-30兆赫兆赫(短波段短波段)是实现电离层远距离通讯和是实现电离层远距离通讯和广播最佳波段广播最佳波段.可用不很大功率实现远距离可用不很大功率实现远距离通讯和广播通讯和广播. 问题问题:由于受太阳活动等影响由于

9、受太阳活动等影响,变化不定变化不定,对接对接受地点的电波干涉受地点的电波干涉,故收听短波时声音会忽高故收听短波时声音会忽高忽低忽低 .研制了自适应短波通讯系统研制了自适应短波通讯系统.电离层也是电离层也是GPS 定位的主要误差源定位的主要误差源.当有太阳风暴时,也会影响到少量臭氧,限在大气层50KM 以上.臭氧减少主要人为所致.1995年三位科学家因关于臭氧的作用及减少的原因,以及危害的研究得到卫星证明获得诺贝尔奖.臭氧层形成及作用:太阳紫外线作用下分解氧分子成原子态,形成臭氧O3. 吸收中短波紫外线.长波紫外线的伤害轻微得多,能杀菌.臭氧减少会使地球大气低层变暖,高层变冷,加重温室效应; 使地面受到中短波紫外线侵入.威胁人类生存条件.闪电:大自然中的等离子体现象.发生在对流层,即离地面近处(数百米), 大气中脉冲放电.产生臭氧,一氧化氮.起因:水滴冻结,大气运动剧烈摩擦生电.云层厚,对流强的积雨云中,上部以正电荷为主,下部负电荷为主. 云云之间,云地之间感应电荷, 相当于两个正负电极间气体放电.放电过程中,击穿的闪道中温度骤增 使空气体积急剧膨胀,产生冲击波.导致雷鸣.可大约估算距离: 声速乘时间.一个中等雷暴瞬时功率一小型核电站放电形式: 枝杈型,球形最近报道,德国已成功人工模拟球形闪电 空间等离子体研究以自然等离