电离层中的发电机效应

在电离层中，横越地球磁力线的电离层运动产生感应电流，这和发电机中转子切割磁力线产生电流年落支征联的原理十分相似,故称为发电机效应。所驱动的电流愈大,表示发电机效应愈强。电流的大小主要由电离层电唱露史宜速航急绿后导率和运动速度决定。电离层电导率是各向异性的，又随高度而变化,致使电流主要分布在80~150公里的高度范围每烟只引但田刘，即发电机区之中。不同形式的电离层运动，会产生具有不同时空分布特征的电流体系。发电机效应不仅带来地磁场的各种规则变化(如太阳日变化和太阴日变化等)，而且还会改变电离层特来自别是F层的运动状态和形态特征,例如产生赤道地区F层的双驼峰现象(见定本钟米力球刑其电离层形态)。

• 中文名称 电离层中的发电机效应
• 解释 在电离层中，横越地球磁力线的电离层运动产生感应电流，这和发电机中转子切割磁力线产生电流的原理十分相似,故称为发电机效应

​基本信息

　　由于电离层是部分电离的，所以电离层是导电的，其电导率同电子密度、离子密度、带电粒子同中性粒子的碰撞频率以及地磁场有关。在磁某整愿剧考什雨倍失周停场作用下，不仅沿电场方向有电流出现，而且还会形成垂直于电场方向的电流。这样，电离层中的电流按流动方向可分现顶战急降夫速讨为3种形式:第一种是平行于磁场的电流,称为场向电流;第二种是平行于电场，但垂直于磁场的电流，称为佩德森电流;第三种是既垂直于电场又垂直于磁场的电流，称为霍尔电流。设磁场为,平行于磁场的电场分量为，垂直于磁场的电场分量为寑,则来自按广义欧姆定律，电流密度可表为:

　　j=σ0E//+σ1E寑+笔杨提玉失望σ2E×B/B ,

　　式360百科中为磁场强度,、和分别为平行电导率、佩德森电导率和霍尔电导率。

　　发电机电流主要分布区域。在电离层中，电场由两部分组成。一部分是极化电荷产生的极化场，另一部分是电离层运动引起的感应场(或称发电机场)。,为运动速度，果制限缩移为光速。于是电场强度

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　　。

　　由于发电机场总是同磁场垂直，所以电流的强弱主要决定于垂直磁场方向的电导率,即和。在80公里以下，和都很小，这是病要还斗反百交取批病因为带电粒子同中性分子的碰撞频率太高的缘故。在150公里以上,碰撞频率极低，磁场对带电粒子的运动起控制作用，垂直于磁场的电场很难产生垂直于磁力线方向的电流，以致和也很小。而在80~150公里之间,离子因碰撞频率高主要受碰撞控制，电子则因碰撞频率低主要受磁场控制，二者运动方式截然不同料收机选婷阻,从而有垂直于磁场的电流产生,表现为和在这一区间为最大值。这一区域即称为发电机区。由于碰撞频率随高度张晶别段望可缩增加而不断减小, 所以总英出审河是随高度增加而增加，后果是沿超省川最混扬磁力线电位降随高度的增加愈来愈小，以致磁力线可近似地看做等位线。这样，发电机区的电场可以沿磁力线输送到电离层上部区域，带来各种动力的排左误也阻学效应,例如在赤道地区就可引起F层的双驼峰现象。

电离层中的发电机效应

　　当发电机效应达到稳定平衡时，电流应满足稳恒条件墷本察请·=0。已知地球磁场、电离层运动速度和电导率的分布，对广义欧姆定律和稳恒条件联立求解，即可求出电离层中的电流分布。另外，根据地面地磁场的规则变化也可以推出电离层中的电流体系。

其他信息

　　各种形式的电离层运动都具有发电机效应。在电离层中的潮汐风以周日分量为主(见电离层运动)，其水平风速分布所对应的电流体系，可元只育鲁成易周由地磁场的周日变化推算出来。发电机电流主要集中在 110公里附近的区域(这一结论得到火箭直接探测的证实)。由太阳引潮力和热潮力引起的大气潮汐运动产生的电流体系治短就坏凯下具广帝细宣称为S电流系，它随景粒属雨既静财洋工着电离层电子密度的变化而有周日、季节等变化，并受太阳耀室左反夜士被画路停斑和日食的影响。尽每造属天汉修月球引力产生的大气潮汐运动在电离层中两律形成的电流体系称L电流系，其变化有半周日特性。S电流系和 L电流系分别引起地磁场的太阳日变化和太阴日变化，幅度分别为几十纳特和几纳特。

　　在白天赤道附近 110公里高度上电流密度很大，这一强电流称为赤道电急流。这是因为在赤道附近的电离层中，地磁场基本沿水平方向，并且电导率随高度变化呈现一峰值，在峰值上面和下面电导率很快下降，该处的霍尔效应使得上下边界积累异号电荷，产生铅直方向极化电场。该电场所产生的霍尔电流大大地加强了水平电流，从而产生了赤道电急流。赤道电急流所对应的电导率称为柯林电导率，记为，它同佩德森电导率和霍尔电导率有如下关系:

　　,

　　于是由和可以直接计算随高度的变化。在110公里附近最大，并且比和都大得多。

电离层中的发电机效应