электрическое поле земли и его характеристики

Электрическое поле Земли по сей день хранит в себе массу загадок. Наука до сих пор не знает ни настоящий источник создания этого поля, ни механизмы его поддержания, да и многое чего другого. В этой работе мы не ставим перед собой задачу ответить на большинство из данных вопросов, распутать весь клубок хитросплетений Природы в этой области, задача работы другая, начать хотя бы распутывать данный клубок, получить, как говорится, первые метры свободной нити. Для данной цели нам не придется лезть в непролазные дебри современной науки, обойдемся тем, что лежит на поверхности, для этого нам и читателям достаточно будет знаний физики на уровне школьного курса. Не удивляйтесь, читатель, именно школьного курса. Дело в том, что с нашей точки зрения, современная наука так запутала вопрос с электрическим полем Земли, даже элементарные вещи превратились в ребус. За доказательствами далеко ходить не придется, вот самая основа основ, количественная характеристика электрического поля Земли.
В 60-70 годы прошлого столетия, и это совсем не далекие времена, самым популярным и полным источником знаний по данному вопросу были [1] «Фейнмановские лекции по физике» (Глава 9, Электричество и магнетизм). Вот какую количественную оценку полю дает Фейнман:
Цитата 1.
§ 1. Градиент электрического потенциала в атмосфере

В обычный день над пустынной равниной или над морем электрический потенциал по мере подъема возрастает с каждым метром примерно на 100 в. В воздухе имеется вертикальное электрическое поле Е величиной 100 в/м. Знак поля отвечает отрицательному заряду земной поверхности.
Цитата 2.
Рассмотрев способы измерения электрического поля в атмосфере, продолжим теперь его описание. Измерения прежде всего показывают, что с увеличением высоты поле продолжает существовать, только становится слабее. На высоте примерно 50 км поле уже еле-еле заметно, так что большая часть изменения потенциала (интеграла от Е) приходится на малые высоты. Вся разность потенциалов между поверхностью земли и верхом атмосферы равна почти
400 000 в.
Прошло каких-то 30 лет, какую же количественную характеристику сегодня дает физика электрическому полю Земли. Заглянем в Интернет, наберем в Google комбинацию слов. На первой странице (что косвенно соответствует самой распространенной точке зрения) находим:
Цитата
Электрическое поле Земли

Экспериментально установлено, что возле Земли имеется электрическое поле величиной около 130 В/м. Знак поля соответствует отрицательному заряду Земли. С удалением от Земли (с увеличением высоты) поле продолжает существовать, но становится слабее. На высоте около 50 км поле уже еле-еле заметно. Большая часть изменения потенциала происходит на малой высоте. Вся разность потенциалов между поверхностью Земли и верхом атмосферы составляет около 400 кВ.
Источник http://esis-kgeu.ru/ems/369-ems
Видим, вроде ничего не изменилось, все те же цифры или почти те же, что и у Фейнмана. Смотрим дальше. В той же поисковой системе на той же первой странице находим еще один источник и цитируем:
Цитата
§ 29. Электрическое поле Земли.

Опыт показывает, что электрометр, соединенный с зондом, дает заметное отклонение даже и в том случае, когда поблизости нет специально заряженных тел. При этом отклонение электрометра тем больше, чем выше точка над поверхностью Земли. Это значит, что между различными точками атмосферы, находящимися на разной высоте, имеется разность потенциалов, т. е. околоземной поверхности существует электрическое поле. Изменение потенциала с высотой различно в разное время года и для разных местностей и имеет в среднем вблизи земной поверхности значение около 130 В/м. По мере подъема над Землей поле это быстро ослабевает, и уже на высоте 1 км напряженность его равна только 40 В/м, а на высоте 10 км оно становится ничтожно слабым. Знак этого изменения соответствует отрицательному заряду Земли. Таким образом, мы все время живем и работаем в заметном электрическом поле (см. упражнение 29.1).

Экспериментальное исследование этого поля и соответствующие расчеты показывают, что Земля в целом обладает отрицательным зарядом, среднее значение которого оценивается в полмиллиона кулонов. Этот заряд поддерживается приблизительно неизменным благодаря ряду процессов в атмосфере Земли и вне ее (в мировом пространстве), которые еще далеко не полностью выяснены.

Источник

Электрическое поле Земли как источник энергии

Перспективы создания устройства, извлекающего большую мощность из атмосферного электричества, я расцениваю пессимистично. Дело в том, что проводимость атмосферного воздуха составляет только 10-14 степени См/м. Ионизация воздуха при помощи заземлённой мачты с остриями имеет локальный характер, поэтому отобрать от столь высокоомного источника заметную мощность невозможно.

Напряженность электрического поля равна 1В/м, если между точками, находящимися на расстоянии 1м друг от друга, существует разность потенциалов 1В. Один вольт равен электрическому напряжению, вызывающему в электрической цепи постоянный ток силой 1 ампер при мощности 1 ватт. Если сила тока в проводнике равна 1 амперу, то за одну секунду через поперечное сечение его проходит заряд, равный 1 кулону.

Чтобы основной рабочий проводник с течением времени не принял потенциал Земли из-за токов утечки по поверхности изолирующего от Земли основания, что может привести к нарушению работы устройства, надо предусмотреть периодическое соединение его средней части с заземляющим проводником (экранированный провод). При этом место заземления самого заземляющего проводника должно быть экранировано сверху от электрического поля Земли вторым заземлённым проводником. Второй заземлённый проводник (заземлённый металлический лист над поверхностью Земли и параллельный ей) делает поверхность Земли под ним электрически нейтральной, поэтому заземление рабочего проводника в этом месте Земли будет поддерживать рабочий проводник в электрически нейтральном состоянии, то есть не даст ему со временем принять потенциал Земли, поверхность которой имеет отрицательный заряд. То же самое касается заземления и клетки Фарадея. Кроме этого, надо иметь в виду, что верхняя и нижняя поверхности рабочего проводника должны быть покрыты слоем диэлектрика, чтобы защитить их от воздействия ионов, имеющихся в воздухе, так как в противном случае последние будут снимать избыточные заряды с его поверхности.

Физическая сущность использования электрического поля в качестве источника энергии состоит в следующем.
1) Если в пространстве, где существует электрического поле, нет зарядов, то нет работы, совершаемой им. Электрическое поле действует только на заряды, а работа его состоит в перемещении зарядов в пространстве под воздействием его силы.
2) В пространстве, где существует электрическое поле, есть связанные заряды, а сила их связи больше силы, действующей со стороны поля. Работы поля опять нет.
3) В пространстве, где существует электрическое поле, имеется небольшое количество свободных зарядов. Тогда мала будет и работа электрического поля по перемещению их.
4) В пространстве, где существует электрическое поле, имеется большое количество свободных зарядов. Тогда велика будет и работа по перемещению их. Эту работу электрического поля можно использовать для извлечения энергии.

Сравним извлечение энергии из атмосферного электричества с проектом, который описан выше. В атмосфере Земли у её поверхности, свободных зарядов ничтожное количество, поэтому нет возможности получения значительной энергии от работы электрического поля Земли. В представленном проекте свободных носителей зарядов (электронов в проводнике) колоссальное количество (примерно 10 в 26 степени для металлического проводника, приведённого на рисунке), поэтому столь же велика будет и работа электрического поля Земли по перемещению их. Чтобы заставить электрическое поле Земли работать постоянно, надо сделать так, чтобы оно разделяло в пространстве проводника противоположные по знаку заряды, а в клетке Фарадея, где поле Земли отсутствует, разделённые заряды вновь соединялись на нагрузке, выделяя энергию. И так до бесконечности. Поэтому электрическое поле Земли является величайшим подарком природы человечеству. Бесплатный, экологически чистый, безопасный и практически неограниченный источник энергии. Человечеству стоит научиться использовать его, а не сжигать углеводороды.

Источник

Учебники

Журнал «Квант»

Общие

Содержание

34. Электрическое поле Земли и электрические явления в атмосфере

Электрическое поле Земли

Измерения электрометром показывают, что у поверхности Земли существует электрическое поле, даже если вблизи нет заряженных тел. Это означает, что наша планета обладает некоторым электрическим зарядом, т. е. представляет собой заряженный шар большого радиуса.

Исследование электрического поля Земли показало, что в среднем модуль его напряженности E = 130 В/м, а силовые линии вертикальны и направлены к Земле. Наибольшее значение напряженность электрического поля имеет в средних широтах, а к полюсам и экватору она уменьшается. Следовательно, наша планета в целом обладает отрицательным зарядом, который оценивается величиной q = –3∙10 5 Кл, а атмосфера в целом заряжена положительно.

Электризация грозовых облаков осуществляется совместным действием различных механизмов. Во-первых, дроблением дождевых капель потоками воздуха. В результате дробления падающие более крупные капли заряжаются положительно, а остающиеся в верхней части облака более мелкие — отрицательно. Во-вторых, электрические заряды разделяются электрическим полем Земли, имеющей отрицательный заряд. В-третьих, электризация возникает как результат избирательного накопления ионов находящимися в атмосфере капельками разных размеров. Основным из механизмов является падение достаточно крупных частиц, электризуемых трением об атмосферный воздух.

Атмосферное электричество данного района зависит от глобальных и локальных факторов. Районы, где преобладает действие глобальных факторов, рассматриваются как зоны «хорошей», или ненарушенной, погоды, а где преобладает действие локальных факторов — как зоны нарушенной погоды (районы гроз, осадков, пылевых бурь и др.).

Измерения показывают, что разность потенциалов между поверхностью Земли и верхним краем атмосферы равна примерно 400 кВ.

Где же начинаются силовые линии поля, заканчивающиеся на Земле? Иными словами, где те положительные заряды, которые компенсируют отрицательный заряд Земли?

Исследования атмосферы показали, что на высоте нескольких десятков километров над Землей существует слой положительно заряженных (ионизованных) молекул, называемых ионосферой. Именно заряд ионосферы компенсирует заряд Земли, т. е. фактически силовые линии земного электричества идут от ионосферы к поверхности Земли, как в сферическом конденсаторе, обкладками которого являются концентрические сферы.

Под действием электрического поля в атмосфере к Земле идет ток проводимости. Через каждый квадратный метр атмосферы перпендикулярно к земной поверхности в среднем проходит ток силой I

10 –12 А/м 2 ). На всю поверхность Земли приходится ток силой примерно 1,8 кА. При такой силе тока отрицательный заряд Земли должен был бы исчезнуть в течение нескольких минут, однако этого не происходит. Благодаря процессам, идущим в земной атмосфере и вне ее, заряд Земли остается в среднем неизменным. Следовательно, существует механизм непрерывной электризации нашей планеты, приводящий к появлению у нее отрицательного заряда. Что же является такими атмосферными «генераторами», заряжающими Землю? Это дожди, метели, песчаные бури, торнадо, извержение вулканов, разбрызгивание воды водопадами и прибоем, пар и дым промышленных объектов и т.д. Но наибольший вклад в электризацию атмосферы вносят облака и осадки. Как правило, облака в верхней части заряжены положительно, а в нижней части — отрицательно.

Тщательные исследования показали, что сила тока в атмосфере Земли максимальна в 19 00 и минимальна в 4 00 по Гринвичу.

Молнии

Долгое время считалось, что около 1800 гроз, одновременно происходящих на Земле, дают ток силой

2 кА, который компенсирует потери отрицательного заряда Земли за счет токов проводимости в зонах «хорошей» погоды. Однако оказалось, что ток гроз значительно меньше указанного и необходимо учитывать процессы конвекции по всей поверхности Земли.

В зонах, где напряженность поля и плотность объемных зарядов наибольшие, могут зарождаться молнии. Разряду предшествует возникновение значительной разности электрических потенциалов между облаком и Землей или между соседними облаками. Возникшая таким образом разность потенциалов может достигать миллиарда вольт, а последующий разряд накопленной электрической энергии через атмосферу может создавать кратковременные токи силой от 3 кА до 200 кА.

Выделяют два класса линейных молний: наземные (ударяющие в Землю) и внутри- облачные. Средняя длина молниевых разрядов обычно составляет несколько километров, но иногда внутриоблачные молнии достигают 50-150 км.

Источник

Электрическое поле Земли

Полезное

Смотреть что такое «Электрическое поле Земли» в других словарях:

электрическое поле Земли — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN Earth s electric field … Справочник технического переводчика

электрическое поле Земли — Žemės elektrinis laukas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Earth’s electric field; geoelectric field vok. elektrisches Erdfeld, n; geoelektrisches Feld, n rus. электрическое земное поле, n; электрическое поле Земли, n pranc. champ… … Fizikos terminų žodynas

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ — ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ, одна из форм электромагнитного поля. Создается электрическими зарядами или переменным магнитным полем. Характеризуется напряженностью электрического поля (или электрической индукцией). Напряженность электрического поля у… … Современная энциклопедия

Электрическое поле атмосферы — Атмосферное электричество совокупность электрических явлений в атмосфере, а также раздел физики атмосферы, изучающий эти явления. При исследовании атмосферного электричества изучают электрическое поле в атмосфере, её ионизацию и проводимость,… … Википедия

Электрическое поле — Демонстрация поля электростатического заряда. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ, одна из форм электромагнитного поля. Создается электрическими зарядами или переменным магнитным полем. Характеризуется напряженностью электрического поля (или электрической… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

Электрическое поле атмосферы — стационарное электрическое поле, создаваемое электрическими объёмными зарядами (См. Электрический объёмный заряд) в атмосфере, собственным зарядом Земли и зарядами, индуцированными в атмосфере. Характеристики Э. п. а. напряжённость поля и … Большая советская энциклопедия

Поле (в сельском хоз-ве) — Поле, 1) обширное, ровное, безлесное пространство. 2) В сельском хозяйстве участки пашни, на которые разделены площадь севооборота, а также внесевооборотные (запольные) участки, используемые для выращивания с. х. растений. 3) Ограниченный… … Большая советская энциклопедия

Поле — I Поле 1) обширное, ровное, безлесное пространство. 2) В сельском хозяйстве участки пашни, на которые разделены площадь Севооборота, а также внесевооборотные (запольные) участки, используемые для выращивания с. х. растений. 3)… … Большая советская энциклопедия

электрическое земное поле — Žemės elektrinis laukas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Earth’s electric field; geoelectric field vok. elektrisches Erdfeld, n; geoelektrisches Feld, n rus. электрическое земное поле, n; электрическое поле Земли, n pranc. champ… … Fizikos terminų žodynas

Электрическое напряжение — У этого термина существуют и другие значения, см. Напряжение. Напряжение Единицы измерения СИ вольт Электрическое напряжение между точками A и … Википедия

Источник

Электрическое поле Земли:

Измерения электрометром показывают, что у поверхности Земли существует электрическое поле, даже если вблизи нет заряженных тел. Это означает, что наша планета обладает некоторым электрическим зарядом, т. е. представляет собой заряженный шар большого радиуса.

Исследование электрического поля Земли показало, что в среднем модуль его напряженности

Электризация грозовых облаков осуществляется совместным действием различных механизмов. Во-первых, дроблением дождевых капель потоками воздуха. В результате дробления падающие более крупные капли заряжаются положительно, а остающиеся в верхней части облака более мелкие — отрицательно. Во-вторых, электрические заряды разделяются электрическим полем Земли, имеющей отрицательный заряд. В-третьих, электризация возникает как результат избирательного накопления ионов находящимися в атмосфере капельками разных размеров. Основным из механизмов является падение достаточно крупных частиц, электризуемых трением об атмосферный воздух.

Атмосферное электричество данного района зависит от глобальных и локальных факторов. Районы, где преобладает действие глобальных факторов, рассматриваются как зоны «хорошей», или ненарушенной, погоды, а где преобладает! действие локальных факторов — как зоны нарушенной погоды (районы гроз, осадков, пылевых бурь и др.).

Измерения показывают, что разность потенциалов между поверхностью Земли и верхним краем атмосферы равна примерно 400 кВ.

Где же начинаются силовые линии поля, заканчивающиеся на Земле? Иными словами, где те положительные заряды, которые компенсируют отрицательный заряд Земли?

Исследования атмосферы показали, что на высоте нескольких десятков километров над Землей существует слой положительно заряженных (ионизованных) молекул, называемых ионосферой. Именно заряд ионосферы компенсирует заряд Земли, т. е. фактически силовые линии земного электричества идут от ионосферы к поверхности Земли, как в сферическом конденсаторе, обкладками которого являются концентрические сферы.

Под действием электрического поля в атмосфере к Земле идет ток проводимости. Через каждый квадратный метр атмосферы перпендикулярно к земной поверхности в среднем проходит ток силой На всю поверхность Земли приходится ток силой примерно 1,8 кА. При такой силе тока отрицательный заряд Земли должен был бы исчезнуть в течение нескольких минут, однако этого не происходит. Благодаря процессам, идущим в земной атмосфере и вне ее, заряд Земли остается в среднем неизменным.

Следовательно, существует механизм непрерывной электризации нашей планеты, приводящий к появлению у нее отрицательного заряда. Что же является такими атмосферными «генераторами», заряжающими Землю? Это дожди, метели, песчаные бури, торнадо, извержение вулканов, разбрызгивание воды водопадами и прибоем, пар и дым промышленных объектов и т. д. Но наибольший вклад в электризацию атмосферы вносят облака и осадки. Как правило, облака в верхней части заряжены положительно, а в нижней части — отрицательно.

Тщательные исследования показали, что сила тока в атмосфере Земли максимальна в и минимальна в по Гринвичу.

Долгое время считалось, что около 1800 гроз, одновременно происходящих на Земле, дают ток силой

2кА, который компенсирует потери отрицательного заряда Земли за счет токов проводимости в зонах «хорошей» погоды. Однако оказалось, что ток гроз значительно меньше указанного и необходимо учитывать процессы конвекции по всей поверхности Земли.

В зонах, где напряженность поля и плотность объемных зарядов наибольшие, могут зарождаться молнии. Разряду предшествует возникновение значительной разности электрических потенциалов между облаком и Землей или между соседними облаками. Возникшая таким образом разность потенциалов может достигать миллиарда вольт, а последующий разряд накопленной электрической энергии через атмосферу может создавать кратковременные токи силой от 3 кА до 200 кА.

Выделяют два класса линейных молний: наземные (ударяющие в Землю) и внутри-облачные. Средняя длина молниевых разрядов обычно составляет несколько километров, но иногда внутриоблачные молнии достигают 50— 150 км.

Обычное явление — многоканальные молнии. Они могут насчитывать до 40 разрядов с интервалами от 500 мкс до 0,5 с, а полная продолжительность многократного разряда может достигать 1 с. Он обычно глубоко проникает внутрь облака, образуя множество разветвленных каналов (рис. 128).

Наиболее часто молния возникает в кучево-дождевых облаках, тогда они называются грозовыми; иногда молния образуется в слоисто-дождевых облаках, а также при вулканических извержениях, торнадо и пылевых бурях.
Молния с большой вероятностью повторно ударяет в ту же точку, если только объект не разрушен предыдущим ударом.

Разряды молний сопровождаются видимым электромагнитным излучением. При нарастании силы тока в канале молнии происходит повышение температуры до К. Изменение давления в канале молнии при изменении силы тока и прекращение разряда вызывает звуковые явления, называемые громом.

Грозы с молниями происходят практически по всей планете, за исключением ее полюсов и засушливых районов.

Таким образом, систему «Земля — атмосфера» можно считать непрерывно работающей электрофорной машиной, осуществляющей электризацию поверхности планеты и ионосферы.

Молнии издавна являлись для человека символом «небесного могущества» и источником опасности. С выяснением природы электричества человек научился защищаться от этого опасного атмосферного явления с помощью молниеотвода.

Первый в России молниеотвод был сооружен в 1856 г. над Петропавловским собором в Санкт-Петербурге после того, как молния дважды ударила в шпиль и подожгла собор.

Мы с вами живем в постоянном электрическом поле значительной напряженности (рис. 129). И, казалось бы, между макушкой и пятками человека должна существовать разность потенциалов

200 В. Почему же при этом по телу не проходит электрический ток? Это объясняется тем, что тело человека является хорошим проводником, и вследствие этого некоторый заряд с поверхности Земли переходит на него. В результате поле вокруг каждого из нас изменяется (рис. 130) и наш потенциал становится равным потенциалу Земли.

Основные формулы:

Единицы основных величин электрического тока в СИ

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

Источник