Propagation of radio waves in the ionosphere (1977)

Film №71150, 1 part, duration: 0:09:55
Production: Lennauchfilm (LNF)
Director:Sokolova N.
Screenwriters:Lesnik G.
Camera operators:Gubachov A., Ershova I.
Sound mixer:Stefanov A.

Annotation:

Учебное пособие по физике для профильных ВУЗов. В фильме рассмотрены следующие темы: 1. Источники ионизации и строение ионосферы. 2. Распространение радиоволн в однородной плазме. 3. Отражение и рефракция радиоволн в ионосфере. 4. Влияние магнитного поля земли на распространение радиоволн. 5. Методы исследования ионосферы

Reel №1

Footage frameFootage frameFootage frameFootage frame

Источники ионизации и строение ионосферы.

На рисунке обозначены различные области атмосферы земли - тропосфера, стратосфера.

Показано, как с земли в атмосферу излучаются радиоволны.

Внешняя область атмосферы - ионосфера (на рисунке показано её расположение и на графике показана её сложная структура, определяемая газовым составом, распределением температуры.

На рисунке показан процесс фотоионизации, выведена формула.

Анимационная вставка - движутся частицы O2, N2, показан атом с движущимися по орбитам электронами.

На рисунке показан процесс ударной ионизации, выведена формула.

Анимационная вставка - частицы бьются друг о друга.

На рисунке показан процесс рекомбинации, выведена формула.

Анимационная вставка - частицы движутся, сталкиваются друг с другом.

В ионосфере в дневное время различают 4 максимума ионизации, называемые слоями D, E, F1, F2 и 2 слоя E и F в ночное время.

Ионосферный газ (плазма) - электрически нейтральна (показано на рисунке).

Анимационная вставка - показано тепловое движение частиц.

Оно характеризуется длиной свободного пробега и числом соударений в секунду (выведена формула).

Анимационная вставка - показано, как под действием взаимных электрических сил, заряженные частицы совершают колебания, частота которых называется плазменной (выведена формула).

Распространение радиоволн в однородной плазме.

На графике показано, как под воздействием электрического поля радиоволны с частотой омега, электроны приходят в колебательное движение, амплитуда которого уменьшается при столкновении с другими частицами.

Учет взаимодействия электромагнитной волны с плазмой позволяет получить выражение для диэлектрической проницаемости и удельной проводимости ионосферы (выведены формулы).

На графиках показано, как диэлектрическая проницаемость ионосферы и коэффициент преломления уменьшаются с высотой.

На графике показано, что фазовая и групповая скорости радиоволны зависят от частоты то есть ионосфера является диспергирующей средой.

На рисунке показан график, распространение радиосигнала.

На графике показано, как проводимость ионосферы вызывает затухание радиоволны (выведена формула).

Отражение и рефракция радиоволн в ионосфере.

Показано отражение и преломление радиоволн в плазме без учета соударений.

Уменьшение диэлектрической проницаемости с высотой приводит к искривлению траектории радиоволны (то есть к рефракции).

На рисунке показаны график и формулы, показано выражение, определяющее закон Снеллиуса для сферических слоев.

На рисунке показано, что форма траектории зависит от электронной концентрации, угла падения и частоты радиоволны.

Наибольшая частота, при которой вертикально падающая радиоволна отражается от данного ионосферного слоя, называется критической - она равна плазменной частоте данного слоя (выведена формула).

Максимальной частотой при данном угле падения называется частота радиоволны, отражающаяся от от слоя с максимальной электронной концентрацией.

На рисунке показано, что сферичность земли и ионосферы ограничивает максимальный угол падения волны на ионосферу.

Этот угол определяется радиусом земли и высотой нижней границы ионосферы (выведена формула).

Соответствующая ему максимальная частота является наибольшей отражающейся частотой.

Влияние магнитного поля земли на распространение радиоволн.

На рисунке показано, что в постоянном магнитном поле земли, напряженность которого составляет 40 А/м, возникает сила Лоренца, вынуждающая электроны, при отсутствии других сил, вращаться по круговым орбитам вокруг силовых линий магнитного поля земли.

Электроны, имеющие составляющую скорости вдоль направления магнитных силовых линий земли, вращаются по спиральным орбитам.

Частота этого вращения называется гиромагнитной.

Это явление придает ионизированному газу свойство анизотропной среды (выведены формулы).

На рисунке показано распространение линейно-поляризованной волны параллельно силовым линиям магнитного поля земли.

Вектор напряженности электрического поля волны поворачивается в плоскости, перпендикулярной направлению распространения относительно первоначального положения.

Это явление называется "Эффектом Фарадея".

На рисунке показано распространение волны в направлении, перпендикулярном магнитным силовым линиям.

Радиоволна может быть представлена в виде двух волн линейной поляризации.

Магнитное поле земли не влияет на распространение волны, вектор Е которой параллелен силовым линиям.

Эта волна называется обыкновенной.

Механизм взаимодействия второй волны с плазмой подобен рассмотренному случаю параллельного распространения.

Поворот вектора напряженности электрического поля в этом случае происходит в направлении распространения радиоволны, появляется продольная составляющая EZ, что приводит к возникновению эллиптической поляризации.

Такая волна называется необыкновенной.

На рисунке показано, как различие в коэффициентах обыкновенной и необыкновенной волн приводит к эффекту двойного лучепреломления в ионосфере и к эффекту расщепления импульсов.

Методы исследования ионосферы.

Показаны кадры с искусственными спутниками земли, на которых установлены ионные ловушки для измерения электронной концентрации.

Со специальной установке на корабле запускается геофизическая ракета.

Панорама на специальную установку - мачту с проводами.

Ионосферная станция - панорама на специальное оборудование, приборную панель.

На индикаторе автоматически строится высотно частотная характеристика (показано изображение на мониторе прибора).

На рисунке показан график.

Рисунок - корабль в море передает радиосигналы, радиосигнал проходит через ионосферу и принимается другим кораблем, радиосигнал с корабля передается на космический корабль.

Key words

Физика, формулы, ионосфера, радиоволна, магнитное поле земли, спутник, радиосигнал

Our website uses "cookies" to give you the best, most relevant experience. By continuing to browse the site, you agree to our use of cookies. See our User Agreement, Privacy Policy and Cookies Policy.