Electricitatea este variația periodică diurna de rețea electromagnetica atmosferică a Pământului sau, mai bine zis , sistemul electric al oricarei planete se gaseste în stratul de gaze . Mișcarea normală de sarcini electrice între suprafața Pământului si diferitele straturi ale atmosferei , în special ionosfera , luate împreună , sunt cunoscute sub numele de circuitul electric atmosferic global . O parte din stiintele Pamantului , o mare parte din motivarea necesară pentru a explica acesti curenti se poate face în domeniul electrostatică . Înțelegere deplină necesită cunoștințe din mai multe discipline , nu doar de energie electrică .

Eliminand , pentru moment , luarea în considerare a populațiilor extrem de dense de sarcină care există în cursul superior al atmosferei , o regiune numita ionosfera , umpluta cu gaz fierbinte si dens , plasma, a cărui ioni , da si numele stratului , observăm că există întotdeauna o anumită cantitate de sarcini inegale pozitive și negative , dar sarcina net pozitiva in atmosfera cea mai apropiată de suprafața Pământului încărcat negativ pe o " zi frumoasă " . Când zile nu sunt atât de " frumoase " , sarcinnile care există în norii de ploaie pot fi extrem de incarcate negativ .

" Ziua frumoasa " sarcina pozitivă net stabilește un câmp electric între Pământ incarcat negativ și sarcina pozitiva net în aer , iar acest camp electric stochează energie electrică . Srcina pozitivă acționează prin inducție asupra pământului și a dispozitivelor electromagnetice .

Experimentele au arătat că intensitatea acestui câmp electric este mai mare înmijlocul zilei decât la dimineața sau seara și este , de asemenea, mai mare iarna decât vara . În " vreme frumoasă " , potențialul electric (tensiune) crește cu altitudinea de la aproximativ 30 de volți pe metru , atunci când se ridica împotriva gradientului de câmp electric . Acest gradient de câmp electric continuă în sus, în atmosfera pana la un punct; pana cand tensiunea atinge maximum , in apropierea valorii de 300.000 de volți . Acest lucru se întâmplă la aproximativ 30-50 km deasupra suprafeței Pământului . Din acel momen, în atmosferă până la limita sa exterioară , aproape 1.000 km, gradientul câmpului electric produs în atmosfera inferioară , fie încetează sau s-a inversat .

Unii autori speculativi au facut următoarea declarație : in general ,mediul atmosferic apropiat , prin care este înconjurat Pământul , conține nu numai sarcini electrice legate în atomi sau molecule , sau orice formă de materie , dar conține, de asemenea, o cantitate de încărcare într -o stare inegala . Uneori, sarcinile sunt net pozitive , uneori net negative si ca o regulă generală, cele mai multe sunt de o polaritate opusă celei a Pământului . Ciclurile zilnice globale , cu un minim și un maxim la aproximativ 16:00 ore diferenta , a fost cercetat de către Carnegie Institution din Washington, în secolul 20 . Această curbă Carnegie este variatia frecvenței electrice fundamentale a planetei .

Fenomenele care caracterizează electricitate atmosferică sunt de cel puțin trei tipuri: furtuni , care creează fulgere (un arc luminos rezultat in urma unui proces de descarcare electrica (trasnetul) cauzata de o diferenta de potential electrostatic) , există un fenomen legat de electrificare continuă ( re - încărcare ) a aerului din atmosfera inferioară , un al treilea fenomen este acela al aurorelor polare .

DESCRIERE

Electricitate atmosferică abundă în mediul deasupra suprafeței Pământului cu unele urme de ea se găsesc la mai puțin de patru metri deasupra corpurilor de apă de suprafață și , . Pe atingerea o mai mare inaltime , devine mai evident [ 30 ] [ 31 ] Conceptul de bază este că , în timpul vreme frumoasă , aerul de deasupra suprafeței Pământului este încărcată pozitiv , de exemplu , pozitivă în ceea ce privește taxa pe suprafața Pământului . Asta face responsabil suprafata Pamantului negativ , relativ vorbind .

În plus , prezența de acțiune electrice în atmosfera Pământului , ca urmare a acumulării de sarcini statice , generate de frecare a aerului pe sine , lansat la sol într-o clipă , într- un masiv de jos - val de curent ( mișcare taxe electronice ), în momentul în taxa acumulate depășește tensiunea de defalcare a aerului , reprezintă fenomenul de fulger . [ 32 ]

Alte surse de încărcare atmosferice includ , evaporarea apei de la suprafața Pământului , reacții chimice care au loc pe suprafata Pamantului care elibera particule încărcate în atmosferă , și extinderea sau condensarea umezelii conținute în atmosferă ca urmare a variației de temperatură . [ 33 ]

În conformitate cu Monsieur Peltier , globul terestru este complet negativ , și spațiu inter- planetar pozitiv , atmosfera în sine nu are nici o energie electrică , și este doar într- o stare pasivă , astfel încât efectele observate sunt datorate de influența relativă a acestor două mari magazine de energie electrică . Cercetatorii sunt dispuse să-și asume că globul terestru are , cel puțin pe partea sa solid , un exces de energie electrică negativă , și că este la fel cu organele aflate la suprafață , dar se pare să le urmeze , de la diverse observațiile făcute , că atmosfera în sine este electrificată pozitiv . Această energie electrică pozitivă apare evident din aceeași sursă ca și negativ de pe glob . Este probabil că, în esență , în vaporii apoase cu care atmosfera este întotdeauna mai mult sau mai puțin umplut care se află, mai degrabă decât în particulele deaer în sine , . Însă numai există înatmosferă [ 34 ]

Măsurătorile de energie electrică atmosferice pot fi văzute ca măsurătorile de diferență de potențial dintre un punct de suprafața Pământului , și un punct undeva în aer deasupra ei . Atmosfera în diferite regiuni este adesea găsit a fi la potențiale diferite locale , care diferă de cea a pământului , uneori, chiar cu până la 3000 de volți la 100 de picioare ( 30 m) . [ 35 ] Câmpul electrostatic și diferența de potențial de domeniul pământ conform investigații , este în timpul verii aproximativ 60 la 100 de volți și iarna 300 la 500 volți pe metru de diferența de înălțime , un calcul simplu dă ca rezultat faptul că , atunci când o astfel de colector este dispus , de exemplu, pepământ , și o al doilea este montat vertical peste ea la o distanță de 2000 de metri și ambele sunt conectate printr -un cablu efectuarea , există o diferență de potențial , în timpul verii de circa 2.000.000 volți și iarna chiar de 6.000.000 volți și mai mult . [ 36 ]

În regiunile superioare ale atmosferei aerul este extrem de rarefiat , și conduce ca gazele rarefiate în tuburi Geissler lui . Aerul este mai mică , atunci când uscat , un non- conductor . Pătura de sus este considerat a fi taxat cu energie electrică pozitivă , în timp ce suprafața Pământului este ea însăși încărcată negativ , iar stratul de aer mai dens între care acționează ca sticla de un borcan Leyden în menținerea taxelor opuse separa [ 9 ] Teoria a energiei electrice atmosferice . explica la fel de multe

fenomene , de energie electrică gratuit , care se manifestă în timpul furtunilor , fiind cauza dintâi , . și de energie electrică de o tensiune mai mică , manifestat în timpul o afișare a aurorei boreale , cauzand acesta din urmă [ 34 ]

Atmosfera electric este cea mai frecventă cauză care descurajează sau împiedică transmisii electrice . În timpul furtunilor , se observă căunele aparatul funcționează neregulat , întrerupe trecerea de curenți puternici instantaneu , și de multe ori produce pe aparatul în birourile , între punctele metalice , scântei luminoase ; în sistemele telegrafice armături de electro - magneții sunt trase cu o mare forță , iar firele metalice și alte substanțe cu privire la instrumentele fuzionate . Este de observat, de asemenea , dar mai rar , curenți , care continuă pentru o perioadă mai lungă sau mai scurtă , care împiedică de lucru a sistemelor de comunicare . [ 34 ]

Curenți electrici create în ionosferă Sunward .

Variații [ edit ]

Au existat mai multe ipoteze speculative cu privire la originea acestor perioade meteorologice semi - diurne , dar acestea au fost , de obicei, de un personaj secundar . Un motiv principal este în mod clar să fie atribuită mai multe procese complexe, care sunt datorate termodinamica radiațiilor . Se crede că cu experiență suficientă formulele care au fost deduse aici , și ilustrate , pot fi făcute pentru a se obține alte date importante cu privire la activitățile atomice și subatomice care sunt implicate în variațiile condițiilor fundamentale și foarte numeroase derivații acestora . [ 37 ]

Variații diurne găsite de indicațiile de zi cu zi (în timpul vreme frumoasă ) a arătat două maxime care apar în timpul verii , la aproximativ doisprezece oră în afară și două minime , care în timpul verii au fost la orele de care au fost aproximativ nouă oră în afară . Maximele corespund destul de cu ore de temperatură , minimele cu cele de temperatură constantă schimbare . [ 9 ] electricitate atmosferică , considerat în mod general , atinge maximul in ianuarie , apoi scade progresiv până în luna iunie , care prezintă un minim de intensitate , ea crește în următoarele luni, până la sfârșitul anului [ 34 ] Diferența dintre maxim și minim este mult mai sensibil simțit în timpul vreme senină decât în timpul vreme noros . . În timpul lunilor de diferite , de energie electrică de aer este mult mai puternic atunci când cerul este senin decât atunci când este înnorat , cu excepția față de lunile iunie și iulie , când de energie electrică atinge un maxim , valoarea care este aproape la fel , indiferent de fi starea cerului . [ 34 ]

Intensitatea electric observate în timpul ceața are , la o medie , aproape exactaceeași valoare ca și cea observată în timpul zăpezi . Această valoare este foarte mare , și corespunde maximele medie observată pentru prima și ultimele luni ale anului . Un fapt foarte remarcabil , care apare la observarea recent , este faptul că actele de umiditate într-un mod cu totul diferit în lunile reci și în cele calde ; ea crește de energie electrică în lunile de iarnă , ea se diminuează în lunile de vară . Faptul fundamental este , că actele de umiditate în două moduri , efectele care au tendința de a se opune unul altuia . Pe de o parte ,

faciliteazăevadareaenergiei electrice acumulate în regiunile superioare aleatmosferei astratului în care se face observația , pe de altă parte , aceasta facilitează evadarea în sol aenergiei electrice care posedă acest strat : astfel , pe de o parte, aceasta creșteintensitatea manifestărilor electrice ale instrumentului , pe de altă parte, ele diminuează . [ 34 ]

Spațiu exterior și spațiu în apropiere [ edit ]

Relația dintre atmosferă și ionosferă

În spațiul cosmic ,magnetopause curge de-a lungul frontierei dintre regiunea din jurul unui obiect astronomic ( numit " magnetosfera " ) și plasma din jur , în care fenomenele electrice sunt dominate sau organizate de acest câmp magnetic . Pământul este înconjurat de o magnetosfera , cum sunt planetele magnetizate Jupiter , Saturn , Uranus și Neptun . Mercur este magnetizate , dar prea slab pentru plasma capcană . Marte are magnetizare suprafață neuniform . Magnetosfera este locul în care presiunea magnetic exterior a campului magnetic al Pamantului este contrabalansată de către vântul solar , o plasmă . Cele mai multe dintre particulele solare sunt deviate la fiecare parte a magnetopause . Cu toate acestea , unele particule devin prinse în câmpul magnetic al Pământului și forma centurile de radiatii . Centura de radiații Van Allen este un tor de particule încărcate energetic ( de exemplu, o plasma ) in jurul Pamantului , prinse de câmpul magnetic al Pământului .

La altitudini deasupra norilor , electricitate atmosferică formează un element continuu și distinct ( numit electrosphere ), în care Pământul este înconjurat . Stratul electrosphere ( de la zeci de kilometri deasupra suprafeței Pământului la ionosfera ), are o conductivitate electrică ridicată și este , în esență, la un potențial electric constant . Ionosferei estemarginea interioară amagnetosferei și esteparte a atmosferei care este ionizat de radiație solară . ( Fotoionizare este un proces fizic în care un foton incident pe un atom , ion sau moleculă , ca rezultatejecție de unul sau mai mulți electroni . )

A se vedea, de asemenea : lega electrodinamice

Radiația cosmică [ edit ]

Articole principale : radiații de fond și de raze cosmice

Estimare a dozei maxime de radiatii primite de la o altitudine de 12 km ( 7,5 km ) 20 ianuarie 2005 , în urma unei explozii solare . ( microsieverts [38] pe oră [ 39 ] ) [ 40 ]

0 , 25 , 50 , 75 , 100 , 125 , 150

A se vedea, de asemenea : Razele cosmice în radiație înconjurător și ordine de mărime ( radiații )

Pământul , și toate lucrurile vii de pe ea , sunt în mod constant bombardati de radiațiile din spațiu . Aceasta radiatie constă în primul rând din ioni incarcati pozitiv de la protoni la fier și nuclee mai mari surse de derivate în afara sistemului nostru solar . Aceasta radiatie interacționează cu atomii din atmosfera pentru a crea un duș de aer de radiatii secundar , inclusiv raze X , muoni , protoni , particule alfa , pioni , electroni și neutroni . Doza imediat de la radiația cosmică este în mare măsură de muoni , neutroni și electroni , și această doză variază în diferite părți ale lumii, în mare parte bazat pe campul geomagnetic și altitudinea . Aceasta radiatie este mult mai intensă în troposfera superioară , în jurul valorii de 10 km altitudine , și este , prin urmare, de interes special pentru echipajele aeriene și pasageri frecvente , care petrec multe ore pe an, în acest mediu . În timpul zborurilor lor echipaje de avion obține de obicei o doză suplimentară de ordinul a 2,2 mSv ( 220 mrem ) pe an . [ 41 ]

Aurora Borealis așa cum se vede de peste Canada la 11.000 m ( 36.000 ft )

Polar Aurora [ edit ]

Articol principal : Polar Aurora

Pământul este în mod constant cufundat în vântul solar , un flux de rarefiat de plasma fierbinte ( gaz de electroni liberi si ioni pozitivi ) emise de Soare în toate direcțiile , un rezultat al căldurii de milioane de grade a stratului exterior Soarelui , coroana solară . Vântul solar ajunge , de obicei, Pământul cu o viteză de aproximativ 400 km / s , densitatea de aproximativ 5 ioni / cc și intensitatea câmpului magnetic în jurul valorii de 2-5 nT ( nanoteslas ; de pe suprafata Pamantului este de obicei 30,000-50,000 nT ) . Acestea sunt valori tipice . In timpul furtunilor magnetice , în special , fluxurile pot fi de mai multe ori mai rapid ;câmpul magnetic interplanetar ( FMI) poate fi , de asemenea, mult mai puternic .

FMI provine de la Soare , legate de domeniul de pete solare , și liniile de câmp ( linii de forță ) sunt târât de către vântul solar . Numai că ar tinde să le linia de sus în direcția Soare-Pământ , darrotațiaSoarelui le denaturează ( la pământ ) de aproximativ 45 de grade , astfel încât liniile de câmp care trec Pământ poate începe efectiv aproape de marginea de vest ( " limb " ) soarelui vizibil . [ 42 ]

Atunci când vântul solar este perturbat , se transferă cu ușurință de energie și materiale în magnetosfera . Electroni și ioni în magnetosfera , care sunt astfel mișcare energizat de-a lungul liniilor de câmp magnetic în regiunile polare ale atmosferei .

Pământ - ionosfera cavitate [ edit ]

Articol principal : Schumann rezonanță

Diferență de potențial între ionosferă și Pământul este menținută printr-o acțiune de pompare furtuni " descărcărilor . Incavitatea Pământ - ionosferei ,câmpul electric și curentul de conducție înatmosfera

inferioară sunt controlate în principal de ioni . Ionii au parametrilor caracteristici , cum ar fi mobilitatea , durata de viață , și rata de generare , care variază în funcție de altitudine .

Rezonanta Schumann este un set de vârfuri de spectru în partea de ELF a spectrului câmpului electromagnetic al Pamantului . Schumann rezonanță se datorează spațiul dintre suprafața Pământului și care acționează ionosfera conductoare ca un ghid de undă . Dimensiunile limitate alepământului provoca acest ghid de undă pentru a acționa ca o cavitate rezonantă pentru undele electromagnetice . Cavitatea este natural entuziasmat de energie de la fulgere .

Straturile atmosferice [ edit ]

Conductivitatea electrică aatmosferei crește exponențial cu altitudinea . Amplitudinile componentelor electrice și magnetice depind de anotimp , latitudine și înălțimea deasupra nivelului mării . Cu atât mai mare altitudinea de energie electrică mai atmosferic abundă . Exosferei este stratul cel mai de sus a atmosferei și este estimat a fi de 500 km la 1000 de km deasupra suprafeței Pământului , iar limita sa superioară la aproximativ 10.000 km. Termosferă ( atmosfera superioară ) este un strat de atmosfera Pământului deasupra mezosfera și direct sub exosferei . În cadrul acestui strat , radiatii ultraviolete cauzeaza ionizare . Teorii care au fost propuse pentru a explica fenomenul de aurora polara , dar a fost demonstrat prin experimente că aceasta se datorează curenților de energie electrică pozitivă trece din regiunile superioare ale atmosferei de pe pământ . [ 43 ]

Mezosfera ( atmosferă de mijloc ) este un strat de atmosfera Pământului , care este direct deasupra stratosferă și direct sub termosferă . Mezosfera este situat la aproximativ 50-80/85 km deasupra suprafeței Pământului . Stratosferă ( atmosferă de mijloc ) este un strat de atmosfera Pământului , care este stratificat în temperatură și este situat între aproximativ 10 km și 50 km altitudine deasupra suprafeței de la latitudini moderate , în timp ce la polii începe la aproximativ 8 km altitudine . Stratosferă se află direct deasupra troposferei și direct sub mezosfera . Troposferă ( atmosfera de jos ) este cel mai dens strat alatmosferei .

Stratul limită planetar ( PBL ) , de asemenea cunoscut substratul limită atmosferic ( ABL ) , estecea mai joasă a atmosferei și comportamentul său este direct influențat de contactul cu suprafața planetară . De asemenea, este cunoscut sub numele de" strat de schimb " . ( a se vedea de asemenea : p - n joncțiune . )

Densitate electric crește 88 de volți curent continuu cu fiecare metru de altitudine deasupra pământului , sau , în picioare echivalente , 1-19 volți curent continuu pe picior de altitudine .

Există un gradient de potențial la nivelul solului ( " layer sol Atmosphere " ) și acest domeniu vertical [ 44 ] corespunde cu sarcina negativa în și în apropierea suprafeței Pământului . Negativ gradient de potențial scade rapid altitudine crește de la sol . Cele mai multe din acest gradient de potențial este în primele câteva kilometri. Gradientul de potențial pozitiv crește rapid ca altitudine crește de la sol .

Volta , peste două secole înainte de secolul 21 , a descoperit cu un anumit grad de exactitate care proporțiile ordonatele curbei sau gradientul de potențial electric a crescut ca distanța de la pământ crește , și , mai recent , Engel a furnizat date pentru a calcula creșterea ( imaginea din dreapta ) .

Furtuni și fulgere [ edit ]

Articole principale : Furtuni și fulgere

Hartă a lumii care arată frecvența de fulgere , în flash-uri pe km ² pe an ( proiecție egal - zonă ) . Fulger loveste cel mai frecvent în Republica Democratică Congo . Combinate 1995-2003 datele de la tranzitorii Detectorul optic și 1998-2003 datele de la Lightning Imaging senzorului .

În cazul în care cantitatea de apă care se condensează în și ulterior precipitat dintr-un nor este cunoscut , atunci energia totală a unei furtuni poate fi calculată . Într- o furtună medie , energia eliberată se ridică la aproximativ 10 milioane de kilowați-oră ( 3,6 × 1013 Joule ) , care este echivalent cu un focos nuclear de 20 kilotone . O furtună mare , severe ar putea fi 10 la 100 de ori mai energic . [ 45 ]

Cum fulger face inițial este încă un subiect de dezbatere : [ 46 ] Oamenii de stiinta au studiat cauzele de la perturbațiile atmosferice ( vânt , umiditate , și de presiune atmosferică ), la impactul de vânt solar și acumulare de particule solare încărcate [ 47 ] Ice interior . un nor este considerat a fi un element cheie în dezvoltarea fulgere , și poate duce la o separare forțată de sarcini pozitive și negative în nor , deci participă la formarea de fulger . [ 47 ]

Un șurub de mediu de fulger poartă un curent electric negativ de 40 de kiloamperes ( kA ) ( deși unele șuruburi poate fi de până la 120 kA ) , și transferă o taxă de cinci pandative și 500 MJ , sau suficient de energie pentru a alimenta un bec de 100 W pentru doar sub două luni. Tensiunea depinde de lungimea șurubului , cu defalcarea dielectric de aer fiind de trei milioane de volți pe metru , aceasta funcționează la aproximativ o gigavolt ( un miliard de volți ) pentru un 300 m ( 1000 ft ) fulger . Cu un curent electric de 100 kA , aceasta oferă o putere de 100 terawatt . Cu toate acestea , dezvoltarea lider fulger nu este o chestiune simplă de defalcare dielectric , și câmpurile electrice de mediu necesare pentru liderul fulgerul propagare poate fi de câteva ordine de mărime mai mică decât rezistența defalcarea dielectrică . Mai mult ,gradient de potențial în interiorul unui canal de retur - accident vascular cerebral bine dezvoltată este de ordinul a sute de volți pe metru sau mai puțin din cauza intens canal de ionizare , care rezultă într- o adevărată putere pe ordinea de megawați pe metru pentru o revenire - viguroasă curent de accident vascular cerebral de 100 kA . [ 48 ] 3 ]