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系統識別號 U0026-2102201810425800
論文名稱(中文) 發展吉爾定電容器用於大氣導電率量測
論文名稱(英文) The Development of the Instrument Gerdien Condenser for the atmospheric conductivity Measurement
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 太空與電漿科學研究所
系所名稱(英) Institute of Space and Plasma Sciences
學年度 106
學期 1
出版年 107
研究生(中文) 賴炫禎
研究生(英文) Hsuan-Chen Lai
學號 LA6001129
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 41頁
口試委員 指導教授-陳炳志
口試委員-張起維
口試委員-陳佳宏
中文關鍵字 大氣導電率  吉爾定電容器 
英文關鍵字 Atmospheric Conductivity  Gerdien Condenser 
學科別分類
中文摘要 在地球表面的大氣中,受來自太陽高能量光子的解離作用與土壤中的放射性物質對空氣的電離和土壤中釋放的放射性氣體,形成正離子、負離子與電子,使大氣中有少量的電荷可以移動,形成導電率。大氣導電率在不同時間、高度、溫度及濕度等不同大氣組成成分的環境中也會隨之改變。在不同地區量測空氣的導電率,也可以提供空氣汙染程度的資訊。結合大氣電場的量測,可以由導電率推導出在大氣垂直電流密度,電場與電流密度對於探索閃電活動與高層大氣放電中的短暫發光現象都是極為重要的。
在本論文中,將報告我們所設計的導電率量測儀器吉爾定電容器 (Gerdien condenser),以及所進行的實驗室測試驗證。完成之吉爾定電容器也使用了探空氣球做為載具,送至8公里高度進行飛行實驗,實驗結果也在本論文中報告。未來如果本論文所發展之吉爾定電容器能和電場量測儀一起送到30公里高度的平流層中進行實驗,將可探索台灣附近海洋與陸地上方雷雨雲或對流系統之電氣活動。
英文摘要 In the Earth's atmosphere, positive, negative ions and electrons are weakly dissociated by solar energetic photons, cosmic rays and energetic particles radiated from radioactive substances in the soil. These free charged particles form the atmospheric conductivity. The atmospheric conductivity typically varies with local time, altitude, temperature, humidity and ambient gas composition. The atmospheric conductivity measured in different geographic locations and time can be also used to monitor the air pollution, especially in the vicinity of the metropolitan area. Together with the vertical electric field measurements, we can derive the atmospheric current density which is essential for studies of atmospheric electricity, especially lightning activity and transient luminous events.
In this work, the development and the in-lab test results of a homemade Gerdien condenser for atmospheric conductivity measurements are presented. This Gerdien condenser was also carried by a sounding balloon up to 8 km height, and the experiment results are also demonstrated. This Gerdien condenser is expected to be used in a sounding balloon experiment in the near future, together with electric field instruments, to explore the atmosphere from ground up to the stratosphere region at the height of 30 km and to investigate the electrodynamic processes in the vicinity of thunderstorms and convective systems above land and ocean at Taiwan.
論文目次 摘要 I
Extended Abstract II
致謝 VII
目錄 VIII
圖目錄 X
第1章 簡介 1
1.1 大域電路 1
1.1.1 大氣導電率 2
1.1.2 大氣電場與大氣導電率的關係 5
1.2 研究動機 6
1.3 論文結構 7
第2章 導電率量測之介紹與原理 8
2.1 導電率量測方式 8
2.2 吉爾定電容器介紹與發展 10
2.3 吉爾定電容器之原理 11
2.4 性能推估 13
第3章 吉爾定電容器結構與電路設計 15
3.1 機械結構 15
3.2 電路設計 16
第4章 地面實驗與驗證 21
4.1 一般功能測試 21
4.2 量測數據的接收和處理 23
4.2.1 實驗室的量測資料處理 25
4.3 太空電漿實驗腔之導電率量測 26
4.3.1 電漿真空腔介紹 26
4.3.2 實驗過程 27
4.3.3 電漿真空腔量測資料分析 28
第5章 飛行實驗 32
5.1 飛行實驗概述 32
5.2 飛行航電系統 33
5.2.1 飛行載具 33
5.2.2 飛行系統 33
5.3 飛行實驗數據分析 33
第6章 結論與未來展望 38
6.1 結論 38
6.2 未來展望 38
參考文獻 40
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