Сибирский институт права, экономики и управления, г. Иркутск, Россия

Грозовые облака рассматривались как источники большой энергии. И поэтому многие ученые пытались создать модель грозового облака. Целью нашей работы является расчет распределения напряженности электрического поля в окрестностях грозового облака. В качестве исходного распределения зарядов в облаке нами принята модель Симпсона и Скрейза. По этой модели грозовое облако имеет следующую структуру: отрицательный заряд располагается на высоте 3 км, а положительный заряд расположен на высоте 6 км, заряды имеют величину –24 К и +24 К соответственно. Земля под грозовым облаком становится отрицательно заряженной. При расчетах нами предполагалось, что проводимость воздуха неизменна по высоте. Точки, в которых рассчитывались напряженность, брались с шагом 1 км в длину и в высоту (по осям x, z). Для того чтобы найти напряженность в какой-либо точке, необходимо найти алгебраическую сумму поля положительного и отрицательного зарядов в этой точке. Напряженность рассчитывается по формуле:

, где

ε⁰ – электрическая постоянная, равная 8,85*10^-12 Ф/м;

r² – расстояние от заряда до данной точки;

Q – заряд.

Найдя напряженности положительного и отрицательного заряда в данной точке, необходимо найти общую напряженность обоих зарядов. Так как напряженность – величина векторная, то общая напряженность зарядов найдется через сложение векторов напряженности положительного и отрицательного зарядов в данной точке. Таким путем была получена сетка данных о распределении напряженности электрического поля облака в радиусе 12 км.

Результаты расчетов представлены на рис. 1 и 2.

Рис. 1 показывает, что с высотой средняя напряженность электрического поля меняется весьма сильно при удалении от земной поверхности. Напряженность увеличивается и достигает максимума на высоте 3 км. Этот рост связан с приближением к центру нижнего отрицательного заряда облака. В соответствии с принятой моделью, на высоте от 4 до 5 км действуют положительные и отрицательные заряды. Они ослабляют поле друг друга, поэтому в высотном распределении напряженности здесь отмечается минимум. При дальнейшем подъеме преобладает поле верхнего положительного заряда, поэтому напряженность снова возрастает. На высоте более 7–9 км электрическое поле монотонно убывает.

Следует подчеркнуть, что численные значения напряженности электрического поля весьма велики и меняются от 4000 В/м до 25000 В/м (напомним, что при ясной погоде напряженность электрического поля равна 120 В/м).

На рис. 2 нами показано изменения напряженности электрического поля по мере удаления от грозового облака. Здесь рассматривается модуль

напряженности. Расчеты показывают, что значения меняются от 94000 В/м на расстоянии 1 км до 600 В/м на расстоянии 12 км. В заключении отметим, что нами решалась задача в электрическом приближении. Если учитывать профиль изменчивости электропроводности воздуха то, естественно, конфигурация электрического поля будет другой. Однако вывод о больших величинах напряженности электрического поля остается прежним.

А.А. Бенедиктович, Т.А. Белявская, А.Х. Филиппов