Электромагнитное поле канала молнии

Поскольку разряд молнии сопровождается перемещением в пространстве значительных электрических зарядов, он является источником сильного электромагнитного поля, которое описывается с помощью векторного А и скалярного φ электродинамических потенциалов:

(10.6)

(10.7)

В этих равенствах интегрирование ведется по объему V, заполненному зарядами с объемной плотностью q и токами с плотностью δ. Символы и означают, что учитывается запаздывание сигнала на время R/С от элементарного объема dV до точки, в которой ищется потенциал. Здесь R - расстоя- ние от этой точки до dV; С — скорость света. Применительно к разряду молнии интегрирование должно проводиться вдоль канала, благодаря чему интегралы превращаются в линейные и вместо q и δ в подынтегральную функцию должны входить линейная плотность зарядов σ и ток в канале i_м. С практической точки зрения наибольший интерес представляет связанная с электродинамическими потенциалами канала молнии напряженность электрического поля у поверхности земли, которая равна:

(10.8)

Как видно, напряженность электрического поля складывается из двух составляющих — электрической Е_э = –gradφ, определяемой распределением зарядов в пространстве, и магнитной Е_м = –dA/dt, зависящей от скорости изменения во времени магнитного поля.

Индуктированное молнией электрическое поле вблизи земли, в особенности магнитная составляющая, содержит высокие частоты и является источником хорошо известных грозовых помех радиоприему. Поэтому имеется довольно большое число измерений напряженности электрического поля (так называемых «атмосфериков»), которые позволяют проверить изложенный выше подход к определению этой напряженности. На рис. 8.5 приведена зависимость электрической и магнитной составляющих индуктированного молнией электрического поля от расстояния между точкой наблюдения и местом удара молнии. Как видно, даже на расстоянии в сотни километров напряженность поля превышает уровень радиосигнала, который обычно имеет порядок нескольких милливольт на метр.

Рис. 10.5 – Индуктированная молнией напряженность электрического поля у поверхности земли в зависимости от расстояния R до места удара.1 — электрическая составляющая; 2 — магнитная составляющая; 3 — результаты непосредственных измерений.

При очень малых расстояниях от места удара напряженность электрического поля может достигать весьма больших значений, благодаря чему на линиях электропередачи образуются так называемые индуктированные перенапряжения.