Пример готовой дипломной работы по предмету: Физика
Содержание
1.Формирование электрического поля в атмосфере Земли
1.1 Современные представления о глобальной электрической цепи
Атмосферное электричество играет значительную роль в единой системе, которую составляют атмосфера Земли и околоземное космическое пространство.
Уже в прошлом столетии было установлено, что в атмосфере существует электрическое поле, направление которого в большинстве случаев при нормальной погоде таково, как если бы земная поверхность была заряжена отрицательно, а атмосфера положительно.
Рис.
1. Среднегодовые кривые суточных вариаций атмосферно-электрического поля над океанами (В/м), измеренные в экспедиции Carnegie and Maud (Parkinson and Torrenson, 1931) — а), и среднегодовые кривые суточных вариаций глобальной грозовой активности согласно Whipple and Scrase (1936) — б) [1].
В 20-е годы прошлого столетия было обнаружено, что поле над океанами изменяется в течение суток в соответствии с универсальным временем, одновременно в разных пунктах. Эта суточная кривая электрического поля известна в атмосферном электричестве как унитарная вариация. Экспериментально полученная идентичность суточных кривых электрического поля атмосферы над океанами (Рис.1а) и суточных вариаций глобальной грозовой активности (Рис.1б) подтверждает гипотезу о том, что грозы являются электрическим генератором в глобальной цепи [1].
В работе Мареева [2]
отмечено, что электричество хорошей погоды неразрывно связано с грозовым электричеством и составляет часть распределенного токового контура — глобальной электрической цепи. Физической причиной формирования ГЭЦ в атмосфере служит резкий рост проводимости воздуха с высотой. Вблизи поверхности Земли проводимость воздуха очень мала и составляет (2 3)• 10-14 См/м, что соответствует концентрации легких ионов около 103 см-3. С ростом высоты благодаря увеличению уровня ионизации, определяемого до
4. км галактическими космическими лучами, а выше — ультрафиолетовым и рентгеновским излучением Солнца, проводимость растет почти экспоненциально с характерным масштабом 6 км. Уже на высоте D-слоя ионосферы (около
8. км) она увеличивается более чем на
1. порядков по сравнению с тропосферой. Проводимость земли в поверхностном слое (и тем более воды в океане) тоже превышает проводимость пограничного слоя атмосферы на 10
1. порядков. Таким образом, постоянно функционирующие грозовые генераторы оказываются сосредоточенными в достаточно узком слабо проводящем слое между земной поверхностью и ионосферой.
Таким образом, современные исследования глобальной электрической цепи ориентированы на изучение и выявление совокупности генераторов атмосферного электричества, а также определение степени влияния различных физических процессов в магнитосфере, ионосфере, в приземном слое атмосферы и земной коре на атмосферно — электрические характеристики.
1.2 Электрическое поле вблизи земной поверхности
По определению Имянитова [6], приземный слой атмосферы – это часть пограничного слоя атмосферы от земной поверхности до высоты несколько десятков метров. Толщина этого слоя изменяется в достаточно широких пределах в зависимости от величины скорости ветра, термической стратификации атмосферы и шероховатости земной поверхности. Вследствие непосредственного контакта приземного слоя атмосферы с земной поверхностью он характеризуется наличием поверхностных источников тепла, радиоактивных излучений и различных примесей: радиоактивных эманаций, аэрозольных частиц, водяного пара и т.д.
1.5 Результаты исследований пространственно-временных вариаций характеристик электрического поля вблизи земли
Исследование закономерностей вертикального распределения характеристик электрического поля в приземном слое атмосферы в экспедиционном эксперименте кафедры физики АПО ЮФУ (кафедра физики РГПУ) насчитывает не один десяток лет. Результаты исследований опубликованы в ряде работ как сотрудников кафедры, так и студентов (см., например, [7,8,19,20]).
В завершение следует отметить, что при устойчивой стратификации наблюдения обнаруживают сложный изрезанный профиль электропроводности атмосферы, обусловленный совокупным действием ионизаторов и электрического поля (Рис.9).
Этим может объясняться появление профилей градиента потенциала типа Σ наряду с профилями типа С.
Таким образом, результаты эксперимента показывают, что наряду с положительным объёмным зарядом электродного эффекта земной поверхности, в нижней атмосфере при устойчивой стратификации наблюдаются слои отрицательного объёмного заряда, обусловленные изменением по высоте электропроводности атмосферы.
2. Разработка методических рекомендаций по обсуждению электрического поля атмосферы при подготовке магистров по программе «Физическое образование»
2.1 Подходы к адаптации научного материала по атмосферному электричеству при разработке курса «Проблемы атмосферного электричества» в магистратуре
Физика, являясь ядром комплекса естественных наук и одной из фундаментальных составляющих человеческой культуры вообще, занимает лидирующую позицию в образовательном процессе на естественнонаучных факультетах педагогических вузов. Весь образовательный процесс в педагогическом университете направлен на формирование, обучение и воспитание будущих преподавателей и призван обеспечить прочный фундамент их естественнонаучного мировоззрения и формирование у них наиболее полной современной физической картины мира [23].
Выдержка из текста
Введение
Актуальность темы.
Исследование атмосферы важно, прежде всего, потому, что это среда непосредственной жизнедеятельности человека. Поэтому необходимо учитывать и использовать физические процессы, происходящие в ней. Без досконального изучения всех свойств среды, выявления закономерностей протекающих в ней процессов невозможно решение проблемы рационального использования природных ресурсов.
Электрические процессы в нижней атмосфере являются неотъемлемой частью всех физических процессов в ней. Несмотря на более чем 200-летнюю историю изучения, атмосферное электричество продолжает привлекать внимание исследователей и практиков.
Целями данной работы являются:
исследование высотных профилей электрического поля в приземном слое атмосферы;
разработка методических рекомендаций по обсуждению электрических явлений в атмосфере с магистрантами, обучающимися по программе «Физическое образование»;
создание электронного пособия для преподавания магистрантам дисциплины по выбору «Проблемы атмосферного электричества».
Список использованной литературы
Литература
1. Roble R.G. and Tzur I. The global atmospheric – electrical circuit // In: The Earth's Electrical environment, Studies in Geophysics, Ed. E. P. Krider and R. G. Roble, National Academy Press, USA. 1986. Pp.206-231.
2. Мареев Е.А., Трахтенгерц В.И. Загадки атмосферного электричества. // Природа № 3 2007. С.18.
3. Wilson C.T.R. Investigations on lightning discharges and on electric field of thunderstorms. // Phil. Trans. R. Soc. London, Ser. A221, 1920, Р.73-115.
4. Rycroft M.J., Israelsson S., Price C. The global atmospheric electric circuit, solar activity and climate change.// Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 62, 2000. Pp. 1563-1576
5. Kasemir H.W. Zur Strömungstheorie des luftelektrischen Feldes III. Der Austauschgenerator. // Arch.Met.Wien, 1956. A, 9. P.357-370.
6. Имянитов И.М., Чубарина Е.В. Электричество свободной атмосферы.// Гидрометеоиздат, 1965 г.
7. Петрова Г.Г. Вертикальные профили градиента электрического потенциала в различно стратифицированном приземном слое атмосферы. // Известия высших учебных заведений, Сев.- Кав. рег., Естест. науки, Спецвыпуск «Физика атмосферы», 2010 г, стр.77-81.
8. Петрова Г.Г. Оценка плотности объемного заряда по результатам измерений вертикальных профилей электрических характеристик в приземном слое атмосферы. // Известия высших учебных заведений, Сев.- Кав. рег., Естест. науки, № 4 2010 г, стр. 56-63.
9. Чалмерс Дж. А., Атмосферное электричество. — Л.: Гидрометеоиздат,1974, — 421 с.
10. Тверской П. Н. Атмосферное электричество.// Л.: Гидрометеоиздат, 1949. 252 с.
11. Кашлева Л.В. Атмосферное электричество. Учебное пособие. СПб.: изд. РГГМУ, 2008. — 116 с.
12. Красногорская Н.В. Электричество нижних слоев атмосферы и методы его измерения. Л.: Гидрометеоиздат, 1972 г. 323 с.
13. http://ru.wikipedia.org/wiki/
14. Hoppel W.A. Theory of the electrode effect. // J.Atm.Terr.Phys., 1967. V.29, № 6. P.709-721.
15. Hoppel W.A., 1969. Electrode effect: comparison of theory and measurement, in: S.C.Coroniti and J.Hughes, Planetary Electrodinamics, 2.
16. Петров А.И., Петрова Г.Г., Панчишкина И.Н., Кудринская Т.В., Петров Н.А. Измерительный комплекс для исследования электричества приземного слоя атмосферы. // Известия высших учебных заведений, Сев.- Кав. рег., Естест. науки, № 3 2010 г, стр. 47-52.
17. Имянитов И.М. Приборы и методы для изучения электричества атмосферы. М.: ГТТИ, 1957. 483 с.
18. Crozier W.D. Atmospheric electrical profiles below three meters. // J.Geoph.Res., 1965. 70. P.2785-2792.
19. Старостина О.П., Моисеев П.В. Экспериментальные исследования процессов формирования электрической структуры приземного слоя атмосферы. // Сборник тезисов, материалы Девятнадцатой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых учёных (ВНКСФ-19).
Архангельск: Изд-во АСФ России. 2013. Стр.366-368.
20. Моисеев П.В., Старостина О.П. Экспедиционные исследования вертикального распределения градиента электрического потенциала в приземном слое атмосферы. // Сборник тезисов, материалы Двадцатой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых учёных (ВНКСФ-20).
В 1 т.Т.1 — Екатеринбург — Ижевск: изд-во АСФ России. 2014. Стр.442-443.
21. Орленко Л.Р. Строение планетарного пограничного слоя атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1979. 270с.
22. Билалова В.Ф. Физические параметры приземного слоя атмосферы в зависимости от его термической устойчивости на основании экспериментальных данных. // Маг.диссертация, 2010. http://www.geophys-sfu.ru
23. О. В. Брусник. Методология формирования спецкурсов по общей физике на современном этапе // Вестник Томского государственного педагогического университета. — Научный журнал (Выпуск 8), 2013 г., с.29.
24. Петрова Г.Г. Учебно-методический комплекс учебной дисциплины «М 2.В 1.2 Проблемы атмосферного электричества» (на модульной основе с диагностико-квалиметрическим обеспечением).
// http://incampus.ru/, 2013.
25. Родиошкина Ю.Г. Спецкурсы по физике в педагогическом ВУЗе как компонент национально-регионального образования // Интеграция образования . 2009. № 4.
26. www.geophys-sfu.ru
