Учебное пособие: Гази у зовнішньому силовому полі та основи термодинаміки
В цілому іоносфера являється квазінтральною, знаходиться в плазмовому стані.
Стан і будова іоносфери характеризується концентрацією або густиною вільних електронів. Величина електронної концентрації залежить від інтенсивності іонізації, яка змінюється з висотою, маючи деякий максимум, а іноді і декілька максимумів. Максимуми електронної концентрації інколи ототожнюють з положенням окремих областей або «шарів» іоносфери, які позначаються в порядку зростання висоти Д, Е, F1 , F2 .
Шар Д існує лише в денні і переважно влітку. Шар Е відзначається найбільшою стабільністю, а F 2 – найбільшою змінною своїх параметрів. Параметри, в першу чергу електронна концентрація всіх шарів, залежить від географічних координат. Крім згаданих шарів, в верхній іоносфері існують радіаційні пояси, які розміщені навколо Землі і створені зарядженими частинками (в першу чергу протонами та електронами), захопленими магнітним полем Землі.
Шари іоносфери
|
Параметри шарів | Іоносферні шари | |||
| Д | Е | F1 | F2 | |
| Висота шару | 60 – 90 | 100 – 140 | 170 – 240 | 230 – 400 |
| Напівтовщина | - | 15 – 20 | 20 – 100 | 50 – 200 |
| Електронна концентрація N ел/м3 | 108 – 109 | 109 -2.1010 | 2.1010 –1,5.1011 | 2.1011 -2.1012 |
Число зіткнень електронів з нейтральними молекулами  1/с | 107 | 105 | 104 | 103 |
Середня довжина вільного пробігу молекул газу. Поняття про технічний вакуум
В ідеальному газі зіткнення молекул, кажучи взагалі, виключені, поскільки молекули такого газу являють собою (згідно визначення) матеріальні точки, тобто, не мають розмірів.
Між двома послідовними співударами молекула газу проходить деякий шлях, який називається довжиною вільного пробігу.
Довжина цього шляху для різних молекул різна, але дякуючи великій кількості молекул та хаотичному їх руху можна говорити про середню довжину вільного пробігу.
Обчислимо середню довжину вільного пробігу молекул. Розглянемо молекулу, яка рухається з середньою арифметичною швидкістю n . Після кожного співудару молекула змінює напрямок швидкості (рис. 2).
Рис. 2
Для простоти допустимо, що молекула після зіткнення продовжує рухатись в тому ж напрямку. Будемо також вважати, що всі інші молекули, крім розглядуваної нерухомі. Тоді рухома молекула зіткнеться на своєму шляху з молекулами, центри яких лежать на віддалі не більше 2 r від прямої, вздовж якої вона рухається. Значить за одиницю часу молекула зіткнеться з всіма молекулами, центри яких лежать всередині циліндра, радіусом R =2 r і довжиною n . Число цих молекул буде дорівнювати добутку об’єму циліндра на число молекул в одиниці об’єму.
(1)
Враховуючи, що R=2r, знайдемо, що середнє число зіткнень молекул за одиницю часу, дорівнює:
(2)
Проте, в дійсності рухаються всі молекули. Тому ефективна довжина циліндра буде дорівнювати 
. Значить, виправлене значення середнього числа щосекундних зіткнень буде таким:
(3)
Радіус молекули складає величину порядку 10-10 м. При нормальних умовах в 1 м3 газу знаходиться 3.1026 молекул, а середня арифметична швидкість 
. Підставляючи ці значення в (3), одержимо:
Таким чином, при нормальних умовах молекули стикаються міліарди раз в секунду.
Середню довжину вільного шляху молекули одержали, розділивши середній шлях, пройдений нею за одиницю часу 
, на число зіткнень за одиницю часу n .
(4)
Підставляючи сюди по (3), одержимо:
(5)
З формули (5) виходить, що середня довжина вільного пробігу молекул залежить від діаметра молекул і числа їх в одиниці об’єму. Підставивши в формулу (5) замість по його значення з основного рівняння кінетичної теорії (р=по Т ) одержимо:
(6)
З формули (6) виходить, що середня довжина вільного пробігу молекул обернено пропорційна тиску газу.