Действие атмосферного электричества. Атмосферное электричество: природа, воздействие и защита от молний — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое атмосферное электричество. Как образуется молния. Каковы последствия удара молнии. Как защититься от молнии. Какие бывают молниеотводы. Как действует атмосферное электричество на организм человека.

Содержание

Природа атмосферного электричества и образование молний

Атмосферное электричество представляет собой электрические явления, происходящие в атмосфере Земли. Основным его проявлением являются молнии — гигантские электрические разряды между облаками или между облаком и землей.

Как образуется молния? Процесс формирования молнии включает следующие этапы:

В грозовом облаке происходит электризация и разделение электрических зарядов — верхняя часть облака заряжается положительно, а нижняя — отрицательно.
Когда напряженность электрического поля достигает критического значения, начинается пробой воздуха и формирование канала молнии.
По каналу молнии проходит мощный электрический разряд, сопровождающийся яркой вспышкой и громом.

Характеристики и виды молний

Молния представляет собой мощнейший природный электрический разряд. Каковы основные характеристики молнии?

Сила тока в канале молнии может достигать 100-200 тысяч ампер
Напряжение между облаком и землей составляет десятки миллионов вольт
Температура в канале молнии поднимается до 30 000°C
Длина молнии может составлять несколько километров
Диаметр канала молнии — около 10-20 см

Выделяют следующие основные виды молний:

Линейная молния — наиболее распространенный вид, имеет вид ветвящихся линий
Шаровая молния — редкое явление в виде светящегося шара
Плоская молния — освещает большую площадь облаков
Четочная молния — имеет вид цепочки светящихся точек

Воздействие молнии на объекты и человека

Удар молнии может оказывать разрушительное воздействие на различные объекты и представляет серьезную опасность для человека. Каковы основные поражающие факторы молнии?

Термическое воздействие — вызывает возгорания, пожары, ожоги
Механическое воздействие — может разрушать конструкции, деревья
Электрическое воздействие — повреждает электрооборудование
Акустическое воздействие — громовой раскат создает ударную волну

При поражении человека молнией возможны следующие последствия:

Остановка сердца и дыхания
Потеря сознания
Ожоги различной степени тяжести
Повреждения внутренних органов
Нарушения работы нервной системы

Защита от прямого удара молнии

Для защиты зданий и сооружений от прямого удара молнии используются молниеотводы. Как работает молниеотвод?

Молниеприемник перехватывает разряд молнии
По токоотводу ток молнии отводится в землю
Заземлитель рассеивает ток молнии в грунте

Различают следующие виды молниеотводов:

Стержневые — в виде вертикального металлического стержня
Тросовые — в виде натянутого металлического троса
Сетчатые — в виде металлической сетки на крыше

При выборе и проектировании молниезащиты учитываются:

Уровень грозовой активности в регионе
Размеры и конфигурация защищаемого объекта
Необходимая степень надежности защиты

Вторичные проявления молнии и защита от них

Помимо прямого удара, опасность представляют вторичные проявления молнии. Какие бывают вторичные воздействия молнии?

Электростатическая индукция — наведение высоких потенциалов на металлических предметах
Электромагнитная индукция — наведение токов в протяженных металлических коммуникациях
Занос высокого потенциала — по внешним коммуникациям, входящим в здание

Для защиты от вторичных воздействий молнии применяются следующие меры:

Заземление металлических конструкций и оборудования
Установка систем уравнивания потенциалов
Экранирование особо чувствительного оборудования
Применение устройств защиты от импульсных перенапряжений

Правила поведения при грозе

Во время грозы необходимо соблюдать следующие правила безопасности:

Не находиться на открытых возвышенных местах
Не укрываться под высокими отдельно стоящими деревьями
Держаться подальше от металлических конструкций и водоемов
Находясь в помещении, закрыть окна и не пользоваться электроприборами
В автомобиле — закрыть окна и опустить антенну

При поражении человека молнией необходимо:

Вызвать скорую помощь
Проверить наличие дыхания и пульса
При необходимости начать сердечно-легочную реанимацию

Обработать ожоги и другие повреждения

Атмосферное электричество в ясную погоду

Электрические явления в атмосфере наблюдаются не только во время гроз, но и в ясную погоду. Какие электрические процессы происходят в атмосфере постоянно?

Существует вертикальный градиент потенциала между поверхностью Земли и верхними слоями атмосферы
Происходит ионизация воздуха под действием космических лучей и радиоактивного излучения
Наблюдаются слабые электрические токи между землей и атмосферой

Средний вертикальный градиент потенциала у поверхности земли составляет около 100 В/м. Он изменяется в зависимости от:

Географического положения
Времени суток и сезона
Метеорологических условий
Высоты над уровнем моря

Влияние атмосферного электричества на человека

Даже в ясную погоду атмосферное электричество оказывает определенное воздействие на организм человека. Каковы основные эффекты?

Изменение концентрации ионов в воздухе влияет на самочувствие
Колебания атмосферного электрического поля могут вызывать головные боли у метеозависимых людей
Высокий градиент потенциала усиливает электризацию тела человека

Для нормализации ионного состава воздуха в помещениях применяются:

Ионизаторы воздуха
Увлажнители воздуха
Системы вентиляции с фильтрами

Таким образом, атмосферное электричество представляет собой сложный комплекс явлений, оказывающих разнообразное воздействие на окружающую среду и человека. Правильное понимание природы этих процессов позволяет эффективно защищаться от их негативных проявлений.

Действие атмосферного электричества | Судебная медицина

Действие атмосферного электричества представляет собой гигантский электрический разряд в атмосфере. Напряжение тока достигает миллиона вольт, сила тока — сотни тысяч ампер. Поражающими факторами молнии являются электрический ток, световая и звуковая энергия и ударная волна. Продолжительность воздействия молнии может быть весьма незначительной, ограничиваясь долями секунды, однако исключительно большая величина энергии в момент ее действия обусловливает различные телесные повреждения и даже смертельный исход. Действие молнии в принципе не отличается от действия электрического тока высокого напряжения.

На коже при поражении молнией возникают повреждения, главным образом в виде ожогов, опадения волос, а также древовидноразветвленных фигур красного или розового цвета — так называемых фигур молнии. Появление «фигур молнии» объясняется резким расширением поверхностных сосудов кожи и небольших кровоизлияний по их ходу. У оставшихся в живых такие изменения могут отмечаться в течение нескольких дней, а на трупе они бледнеют и довольно быстро исчезают. Для действия молнии характерна симметричность поражения — парезы обеих конечностей, параплегии с глубокой длительной потерей сознания, остановкой дыхания, угнетением сердечной деятельности.

Изредка встречаются поражения кожи в виде небольших отверстий с обожженными краями (их можно принять за входное огнестрельное отверстие), а иногда и грубые повреждения вплоть до обширных ожогов кожи, переломов костей, отрыва конечностей и разрывов внутренних органов. Нередки случаи полного отсутствия на теле человека видимых следов действия молнии.

Патоморфологическая картина внутренних органов при наступлении смерти от действия атмосферного электричества сходна с картиной, наблюдаемой при поражении техническим электричеством.

При поражении молнией одежда может разрываться в различных направлениях или иметь мелкие отверстия. Края дефектов могут быть обожженными или оставаться совершенно неизмененными.

Характерны отверстия в подошвах обуви, а также обугливание кожи в окружности металлических гвоздей на подошве. Металлические предметы нередко расплавляются полностью или оплавляются, в результате чего возникает импрегнация кожи металлом, что имеет экспертное диагностическое значение.

При отсутствии признаков поражения молнией решить вопрос о причине смерти весьма затруднительно. Большое значение имеет участие эксперта в осмотре места обнаружения трупа, так как нередко на месте происшествия видны следы действия молнии, например в виде расщепления деревьев, пожара и др. Поражение молнией может быть непосредственным или произойти через какие-либо предметы, например через радио или телефон. Известны случаи поражения молнией при разговорах по телефону во время грозы, при работе с радиоприемниками. Поражение молнией не всегда заканчивается смертью. Оно может вызвать расстройство здоровья или не оставить никаких последствий.

Контрольные вопросы

Охарактеризуйте патогенез смерти при поражении техническим электричеством.
2. Дайте характеристику понятию «шаговое электричество».
3. Каков механизм образования электрометки?
4. Как установить, из какого материала был изготовлен контактный токонесущий провод?
5. Какие повреждения возникают при поражении молнией?

Поражение атмосферным электричеством

Молния представляет собой искровой разряд атмосферного электричества между двумя разноименно заряженными облаками или облаком, землей, предметами на земле и человеком. Этот разряд переменного тока продолжительностью от одной миллионной секунды до секунды, распространяется со скоростью 100 км/с, достигает 100 ГВ при силе тока от 10 до 100 кА Разряд молнии состоит из нескольких повторных, идущих обычно пo пути, проложенному первым разрядом.

По форме молнии разнообразны одни из них в виде прямых узких полосок, другие — зигзагообразны, третьи представляют собой светящийся шар, разрывающийся с оглушительным треском Молнии ветвистой формы могут ударить в нескольких точках, что может повлечь поражения людей и животных, находящихся на некотором расстоянии друг от друга.

Поэтому, допрашивая очевидцев, следователь должен акцентировать внимание на форме молнии

Искра молнии образует два пояса внутренний — голубой, и внешний — в виде жгучего пламени Действие их различно, причем ожоги кожи получаются воздействием периферического пояса, а глаз — внутреннего

Поражение молнией наблюдается во время грозы, когда предметы на земле притягивают заряд из противоположно заряженного облака и накапливают на себе электричество. Травма человека может происходить как от непосредственного удара в человека, так и через различные проводники тока, в том числе осветительную и телефонную сеть, растущие деревья, которые могут стать проводниками тока. Любой проводник тока может «направить» ток молнии. Этим объясняется поражение молнией человека, стоящего под деревом во время грозы или на некотором расстоянии от дерева, в которое ударила молния, так как ток «растекается» по земле. При этом между точками почвы, отстоящими на некотором удалении друг от друга, образуется напряжение тока, достаточное для поражения человека.

В месте удара молнии выделяется большое количество тепла, вызывающего мощный взрывоподобный эффект, сопровождающийся резким сотрясением воздуха с образованием сильной световой вспышки, громового звука, ударной воздушной волны. Таким образом, поражающими факторами молнии являются: электрический ток, световая и звуковая энергия, а также ударная волна.

Электроток причиняет электротравму, превращаясь в тепловую энергию, вызывает опаление части или всего волосяного покрова, ожоги (I—III степени), обгорання, обугливания, расплавления металлов и синтетических материалов, сгорание. Световая энергия поражает глаза, звуковая — травмирует органы слуха, а ударная волна причиняет механические повреждения — отрывы частей тела, разрывы внутренних органов, отбрасывание пострадавшего.

Осмотр места происшествия при поражении атмосферным электричеством

Поражение молнией чаще встречается на открытом воздухе вблизи высоких предметов (металлических конструкций, деревьев, проводов, стогов сена), реже — в помещении, куда молния проникает через открытые печные трубы, двери, окна, а также электроприборы, оборудование с малым напряжением (телефоны, радиоприемники, телевизоры и т. д.).

В момент прохождения молнии образуется значительное количество азота и серы, имеющих характерный запах.

При поражении человека на открытой местности следователь должен обратить внимание на механические повреждения деревьев, домов, сооружений, а также на повреждения, вызванные действием высокой температуры и открытым пламенем (воспламенение, пожар). Механические повреждения деревьев проявляются нарушением целостности коры, свежими извилистыми трещинами на ней и древесине, расщеплением ствола и веток, а термические — опадением и обугливанием листьев и древесины.

Вследствие растекания тока по земле нередки поражения близко расположенных людей, оканчивающиеся смертельным исходом для одних, повреждениями различной степени тяжести у других, отсутствием повреждений у третьих.

Осмотр закрытых помещений целесообразно начинать с крыши, где можно найти отверстие, образованное молнией, расщепленные, обугленные или обгоревшие балки, оплавленные металлические изделия, разбитые стекла и пр.

Поиск следов действия молнии в помещении направлен на выявление разбитых стекол, сломанных вещей, расплавленных металлических и стеклянных предметов, обугленных предметов, способных гореть.

В ряде случаев повреждения предметам окружающей обстановки и человеку причиняет не молния, а различные предметы, в которые она ударила. Иногда человек получает повреждения от поражения молнией, сопровождающегося падением с последующим ударом о предметы окружающей обстановки и поверхность, а также падения после отбрасывания воздушной волной.

Пострадавшие чаще остаются в том положении и на том месте, где их поразила молния, но иногда они отбрасываются на значительное расстояние, о чем необходимо помнить следователю, осматривающему место происшествия.

Важное значение для определения характера происшествия имеет осмотр одежды и обуви пострадавших. Они могут быть разорваны, сорваны, опалены, обуглены, фурнитура и гвозди подошвы обуви оплавлены. Изредка встречаются отверстия, щелевидные разрывы с ровными краями, напоминающие повреждения, нанесенные режущими предметами с опаленными или с неопаленными краями.

Металлические предметы, находящиеся в карманах, могут быть деформированы, полностью или частично расплавлены, иногда в них обнаруживаются отверстия различной величины и формы.

Иногда нижняя одежда обожжена, разорвана при целости верхней одежды. В неповрежденном кошельке могут находиться сплавленные монеты.

Обгорание одежды возникает как вследствие действия молнии, так и расплавления металлических предметов, находящихся в ней.

В редких случаях на подошвах обуви пострадавших выявляются «узоры молнии».

Действие молнии ускоряет трупное окоченение и гниение.

Волосы могут быть частично или полностью опалены. Зрачки расширены.

Местные изменения на коже проявляются своеобразными «фигурами, узорами или знаками молнии» и представляют собой древовидно ветвящиеся гиперемированные полосы, исчезающие при надавливании. Эти фигуры образуются движением тока по зигзагообразной линии с массой боковых ответвлений, которые, проходя близко к коже, парализуют сосудо-двигательные нервы, вследствие чего капилляры парализуются, расширяются, наполняются кровью и нередко просвечивают через кожу в виде древовидного разветвления красноватого цвета. «Фигуры молнии» могут занимать обширные участки тела и сохраняться от нескольких часов до суток и реже — больше, постепенно бледнея и исчезая.

Описывая фигуры «молнии», необходимо отметить их цвет и расположение, обусловленное позой потерпевшего в момент прохождения электрического разряда в атмосфере и нахождением вблизи пострадавшего различных предметов.

«Фигуры молнии» указывают на положение пострадавшего и на место входа тока.

Иногда следы молнии на теле отсутствуют, что объясняется соприкосновением с телом в течение ничтожной доли секунды.

Изредка точечные знаки тока напоминают ранения дробью, которые имеют вид небольших отверстий с обожженными краями, похожими на входные отверстия или ранения острыми орудиями.

У места входа или выхода могут наблюдаться изменения, напоминающие электрометки, занимающие большую площадь. Они представлены Множественными округлыми мелкими беловато-желтыми участками. В отдельных случаях у пострадавших выявляются раны и отрывы частей тела.

Иногда металлические предметы (цепочки, кольца, часы), находящиеся на погибшем, полностью или частично расплавляются и исчезают, оставляя на коже следы металлизации. Кожа вокруг расплавленных металлических предметов может быть обожжена. В результате воспламенения одежды и расплавления металлических изделий, бывших у пострадавшего, образуются распространенные вторичные ожоги I—III степени и металлизация расплавленными каплями металла.

Вокруг трупа могут находиться обрывки одежды, оторванные голова и конечности, погибшие животные.

В земле можно наблюдать различной величины воронки и расплавленные кремнистые вещества и песок, которые возникают при попадании молнии. Оплавление песка сопровождается образованием своеобразной формы стекловидных трубок, так называемых «фульгуритов», или «громовых стрел».

Изредка на костях черепа выявляется характерный ветвистый рисунок узора молнии, образованный трещинами костей, нанесенных действием атмосферного электричества, а также повреждения внутренних органов, причиняемые вторично действием воздушной волны в момент отбрасывания и падения пострадавшего и ударами тупыми предметами, приведенными в движение воздушной волной.

Устанавливая причину смерти, необходимо помнить о возможности скоропостижной смерти, вызванной заболеванием сердца и сосудов, которая может наступить в момент грозового разряда.

Поражение молнией не всегда приводит к смерти. Повреждения причиняются ударной волной, от которой возникает оглушение или отбрасывание через электризованную в результате удара молнии землю. У лиц, оставшихся в живых, отмечается оглушение, потеря сознания, судороги, симметричность моторных расстройств со стороны периферических нервов, большая обратимость этих расстройств и преимущественное появление их в нижних конечностях в виде парезов и параплегии, параличей. Симметричность моторных расстройств объясняется прохождением тока от головы к ногам, а преимущественное поражение нижней части тела происходит вследствие удара молнией вблизи пострадавшего через землю при так называемым шаговом напряжении от одной ноги к другой.

После оглушения пострадавшие приходят в себя, но могут оставаться различные нервные расстройства: параличи, расстройства сознания, различные поражения глаз, речи, редко психозы. Как правило, эти расстройства все же излечиваются, однако расстройства зрения часто бывают стойкими.

Иногда возникают инфаркт миокарда и другие нарушения, после которых надолго остаются болезненные расстройства. Поражение молнией без какого либо вреда здоровью проходит редко.

Изредка наблюдаются фигуры «молнии», не исчезающие в течение нескольких дней. Иногда от удара молнией погибает человек, некоторые получают оглушение, другие — теряют сознание, третьи — отделываются только испугом.

При установлении степени тяжести телесных повреждений и утраты трудоспособности особое внимание следует обращать на поражения центральной и периферической нервной систем. Во всех случаях электротравмы необходимы заключения соответствующих специалистов.

Оценивая степень тяжести телесных повреждений, следует помнить об опасности для жизни в момент причинения, а также учитывать осложнения — психозы, параличи, парезы периферических нервов лица, конечностей, расстройства зрения, слуха, вкуса, обоняния, речи, глотания, невриты, травматические парезы.

Атмосферное электричество и меры зашиты от прямого воздействия и вторичного проявления

        Разряды атмосферного электричества (молнии) могут явиться причиной взрывов, пожаров, поражения людей. Разрушительное действие удара молнии очень велико, так как сила тока молнии достигает до 200 кА, напряжение до 150 MB.
        Помимо прямого удара, опасность представляет вторичное проявление молнии в виде электростатической и электромагнитной индукций, а также заноса в производственное помещение высоких потенциалов по проводам через наземные или подземные металлические коммуникации. При этом в местах разрыва электроцепи может возникнуть искрение, достаточное для воспламенения горючей среды.
        Способ защиты от молний выбирают в зависимости от назначения здания или сооружения, интенсивности грозовой деятельности в данном районе, ожидаемого количества поражений молний в год.
        Одним из основных мероприятий защиты от воздействия молнии является устройство молниеотводов. Молниеотвод создает определенную зону защиты, в пределах которой обеспечивается безопасность зданий и сооружений от прямых ударов молнии.

        По конструкции молниеотводы разделяют на сгерж-нсные, тросовые и сетчатые. Молниеотвод состоит из несущей части (опоры), молниеприемника, токоотвода и заземлителя.
        Каждый молниеотвод имеет определенную зону действия, т. е. часть пространства, внутри которого с достаточной степенью надежности обеспечивается защита здания или сооружения от прямых ударов молнии. Внутри этой зоны выделяют зону А со степенью надежности’99,5 % и выше и зону Б со степенью надежности 95 % и выше.
        Для зоны Б высоту одиночного стержневого молниеотвода при известных величинах hх и гх определяют: h=(rx + 1,63 hх)/1,5.
Защита от электростатической индукции осуществляется присоединением всех металлических корпусов оборудования и конструкций к специальному заземлителю, обеспечивающему сопротивление растекаемому току не менее 10 Ом.
        Для защиты от электромагнитной индукции трубопроводы и другие протяженные металлические предметы в местах их взаимного сближения на 10 см и менее соединяют привариваемыми металлическими перемычками через каждые 20 м длины, чтобы не допустить образования незамкнутых контуров.
        Для защиты от заноса высоких потенциалов перед вводом в сооружение подземные металлические коммуникации присоединяют к заземлителям защиты от электростатической индукции или защитному заземлению электрооборудования, а внешние наземные металлические конструкции и коммуникации — к заземлителю защиты от электростатической индукции. Кроме того, на ближайших двух опорах от здания наземные коммуникации присоединяют к заземлителям с импульсным сопротивлением не более 10 Ом.

Полезная информация:

атмосферного электричества | MalagaBay

Первое издание учебника Физика воздуха У. Дж. Хамфриса было опубликовано в 1920 году, второе издание вышло в 1929 году, а третье [и последнее] издание — в 1940 году.

Уильям Джексон Хамфрис (3 февраля 1862 г. — 10 ноября 1949 г.) был американским физиком и исследователем атмосферы.
…
Работал в области спектроскопии, физики атмосферы и метеорологии.
В области спектроскопии обнаружил смещение спектральных линий под давлением.
В физике атмосферы он нашел очень хорошую модель стратосферы в 1909 году.
Он написал множество книг, в том числе учебник под названием Physics of the Air , впервые опубликованный в 1920 году и считавшийся стандартной работой того времени, хотя последний раз он был опубликован в 1940 году.
https://en.wikipedia.org/wiki/William_Jackson_Humphreys

Физика воздуха считалась «стандартной работой» между 1920-ми и 1940-ми годами и дает прекрасное понимание Науки об атмосфере до эпохи Settled Science .

Эта публикация ссылается на второе издание [1929] Physics of the Air [которое можно прочитать или загрузить на веб-сайте Archive.org], но следует отметить, что в предисловии к третьему изданию [1940] отмечается, что « не содержит радикальных отклонений ни от плана, ни от объема второго », хотя третье издание исправляет несколько ошибок и включает некоторую дополнительную информацию.

Глава Атмосферное электричество в этой «стандартной работе» особенно интересна, потому что в ней обсуждается градиент потенциала , который изучался и наблюдался во время плаваний судов Карнеги и Мод.

Потенциальный градиент у поверхности .
Вертикальный градиент потенциала у поверхности земли, связанный с общим зарядом на Земле плюс заряды, локально вызванные облаками или иным образом, сильно варьируется в зависимости от местоположения, сезона, часа и погодных условий.
Он даже меняет знаки, часто во время гроз, но его общее среднее значение над уровнем моря и над равниной суши в хорошую погоду составляет порядка 100 вольт на метр в ответ на отрицательный заряд поверхности .
Эффект локации .
Поскольку земля является проводником, очевидно, что распределение на ее поверхности и результирующий вертикальный градиент потенциала будут настолько изменены топографией, что в узких долинах будут меньше, чем на соседних гребнях.
Над ровными участками одной и той же высоты градиент, по-видимому, самый большой внутри континентов умеренных зон и меньше всего в тропиках, а также, возможно, в очень высоких широтах.
Годовое изменение .
Годовое изменение вертикального градиента потенциала у поверхности земли сильно отличается от места к месту.
В целом, он сравнительно невелик в тропических регионах, а также повсюду на горных вершинах, но велик, в некоторых случаях в два раза превышающем среднегодовое значение, в умеренных зонах, где градиент изменяется примерно следующим образом: : Повышение осенью и в начале зимы до максимумов, возможно, 250 вольт на метр, с последующим быстрым снижением весной до умеренно постоянного летнего минимума, примерно 100 вольт на метр.
Суточное изменение .
Суточный ход градиента потенциала, как показано на рис. 140, после Бауэра и Сванна, меняется в зависимости от места, сезона и высоты.
Его амплитуда больше вдоль средних широт, внутри континентов, чем на низких широтах или где-либо над океаном; зимой, когда у него одиночная гребень, больше, чем летом, когда у нее двойная гребень.
На средних высотах, ½ километра или меньше, уклон имеет только один дневной максимум и минимум, независимо от периодов его поверхности.
Из приведенных выше фактов кажется, что однократное дневное изменение градиента потенциала является фундаментальным, а летний дневной минимум, который развивает двойные суточные колебания, является лишь неглубоким возмущением. Кроме того, цитата из Мочли:
Установлено, что преобладающее количество данных наблюдений, сделанных на борту «Карнеги» в каждом из основных океанов, указывает на то, что суточные колебания градиента потенциала над океанами в первую очередь связаны с 24-часовой «волной», которая прогрессирует примерно в соответствии с универсальное, а не местное время.Согласно среднегодовым результатам всех наблюдений за океаном на сегодняшний день, эта первичная волна имеет амплитуду около 15 процентов от среднесуточного значения потенциального градиента и достигает своего максимального развития примерно через 17,5 часа. время по Гринвичу.
И Уиппл добавил тот важный факт, что суточное изменение градиента электрического потенциала над океанами примерно совпадает с аналогичным изменением мировых гроз.
Таким образом, может показаться, что состоит из двух членов в этой суточной вариации; один, доминирующий над континентами, соответствует местному времени и, предположительно, обусловлен местными условиями; и другой, доминирующий над океанами, который следует за всемирным временем и, возможно, связан с возникновением гроз, на которые одновременно влияют инсоляция и распределение континентов и океанов.
…
Потенциальный градиент и высота .
Измерения градиента потенциала от свободных аэростатов показали, что он сильно и нерегулярно изменяется в низком пыльном слое, а над этим слоем он уменьшается все менее и менее быстро до сравнительно небольшого значения на высоте всего в несколько километров.
Если градиент поверхности составляет 100 вольт на метр, он может составлять 25 вольт на метр на высоте 1,5 километра, 10 на высоте 4 километра, 8 на высоте 6 километров, с аналогичным уменьшением для больших высот.
Разность потенциалов между землей и верхними слоями атмосферы обычно оценивается примерно в 1 000 000 вольт .
Физика воздуха — У. Дж. Хамфрис — 1929 — Книжная компания McGraw-Hill
https://archive.org/details/physicsoftheairs032485mbp

Physics of the Air также исследует атмосферные токи.

По крайней мере, четыре различных электрических тока существуют в атмосфере: два всегда и везде, или почти так, и два спорадически, во времени и месте.
Это:
а. Разряд молнии , примерно 100 раз в секунду для Земли в целом, с передачей от 10 до 20 кулонов каждый.
г. Осадки , или токи, вызванные выпадением заряженного дождя, снега, града и т. Д.
Среднюю силу такого тока можно определить по количеству осадков и заряду, обычно положительному, на кубический сантиметр, скажем, дождя или его эквивалента в случае снега или града.
Во время дождей без грозы этот ток часто в среднем составляет около 10 ^-16 ампер на квадратный сантиметр поверхности.
Во время сильных гроз, однако, оно намного больше, сообщалось даже о 10-12 ампер на квадратный сантиметр для коротких интервалов.
г. Конвекционные токи , вызванные механическим переносом ионов в атмосфере из одного места в другое ветром, включая вертикальную конвекцию.
Сила такого тока на единицу площади под прямым углом к направлению ветра получается путем умножения скорости ветра на чистую плотность заряда.
…
Значение p сильно варьируется, но на большей части атмосферы конвекционный ток составляет порядка 10 ^-16 ампер на квадратный сантиметр поперечного сечения ветра при скорости ветра в метр / секунду.
г. Ток проводимости из-за нисходящего потока одного набора ионов, обычно положительного, и одновременного восходящего потока другого набора в ответ на вертикальный градиент потенциала.
Плотность этого тока или сила на квадратный сантиметр поперечного сечения может быть вычислена из градиента потенциала и проводимости или, с помощью подходящего устройства, может быть измерена напрямую.
Среднее значение этого тока проводимости составляет порядка 2 x 10 ^-16 ампер на квадратный сантиметр, по-видимому, всей поверхности Земли.
Обычно днем меньше, чем ночью, а летом меньше, чем зимой; но всегда такой величины, что общая сумма тока для всей земли составляет примерно 1000 ампер, что достаточно, чтобы унести весь заряд земли, 45 x 10 ⁴ кулонов, за 7,5 минут, если он не пополнялся постоянно .
Как поддерживается этот постоянный ток, всегда, в целом, в одном и том же направлении — как земля может так быстро разряжаться и при этом всегда быть одинаково заряженной, как катаракта, всегда падающая, но никогда не высыхающая — это настоящее Актуальная проблема атмосферного электричества .
Физика воздуха — У. Дж. Хамфрис — 1929 — Книжная компания McGraw-Hill
https://archive.org/details/physicsoftheairs032485mbp

Хамфрис далее обсуждает эту «самую неотложную проблему» и намечает некоторые возможные решения.

Происхождение и сохранение заряда Земли
Были выдвинуты многочисленные гипотезы, объясняющие отрицательный заряд Земли и объясняющие, как этот заряд сохраняется, несмотря на ток, который исчерпал бы его за несколько минут, если бы он каким-то образом не пополнялся постоянно, а ни тому, ни другому еще не найдено объяснение, отвечающее всем трудностям и подтвержденное наблюдениями и экспериментами.
Эберт приписал их положительно заряженному воздуху, который выходит из пор земли в начале низкого барометрического давления, и его диффузии ветрами и конвекцией.
Ленард приписывал нормальный градиент в основном положительной зарядке воздуха брызгами океанских волн.
Сван, однако, показал, что все теории этого типа неадекватны, потому что, среди прочего, конвекция слишком медленная, чтобы положительные ионы поднялись в атмосферу, где, как известно, они существуют в большом количестве, прежде чем они будут нейтрализованы отрицательной землей -воздушный ток.
Поскольку атмосфера все время более или менее ионизирована, кажется разумным предположить, как это делали многие, что частицы любого заметного размера, падая через нее, оставят ее положительно заряженной из-за более высокой скорости и, следовательно, более вероятного захвата. отрицательных ионов.
Эта теория ослабляется тем фактом, что в целом больше положительного электричества, по-видимому, разрушается дождем и снегом, чем отрицательным.
С другой стороны, действительно выпадает много отрицательно заряженных дождей, и по крайней мере некоторые из тех, которые положительно заряжены при достижении Земли, могут быть таковыми из-за механического захвата ионов обоих классов при их прохождении через воздух, в который обычно имеет положительный объемный заряд.
Кроме того, большие, или ланжевеновские, ионы, которые оседают медленно, в большей степени отрицательны, чем положительны.
Таким образом, идея о том, что ток проводимости отрицательного электричества вдали от Земли может быть в значительной степени уравновешена гравитационным возвратом, еще не была окончательно опровергнута.
Поскольку и Земля, и верхние слои атмосферы, скажем, в 50 км над поверхностью и далеко за ее пределами, являются отличными проводниками по сравнению с нижним воздухом, они представляют собой довольно хороший, хотя и несколько негерметичный конденсатор.
Предположительно, и земля, и верхний воздух быстро распределяют по всему миру каждый получаемый заряд, за исключением тех случаев, когда он может быть связан локализованным зарядом в промежуточном диэлектрике или нижнем воздухе.
Этот диэлектрик между пластинами конденсатора постоянно содержит около 1800 гроз и пробивается примерно 100 разрядами молнии каждую секунду.
И поскольку, возможно, только 1 из 10 этих разрядов идет на Землю, представляется вероятным, что многие из них распространяются диффузно в верхний воздух, который так сильно ионизирован, предположительно, из-за инсоляции.
Кроме того, поскольку заряды во время грозы часто разделяются ветром или иным образом, а их ионы в значительной степени иммобилизуются за счет прикрепления к облачным частицам, кажется возможным, что их отдельные воздействия на проводящий верхний воздух делают его относительно богатым положительными ионами. , и плохие отрицательные, так как последние, будучи более подвижными, легче разрушаются.
Очевидно, также существует тенденция к возникновению такого же электрического дисбаланса в воздухе под облаками, но это относительно неэффективно из-за плохой проводимости.
Когда облачные капли испаряются, их заряды остаются, но, по-видимому, теперь прикреплены к ядрам конденсации, которые, таким образом, становятся крупными ионами, которые с избыточными отрицательными зарядами медленно оседают под действием силы тяжести на Землю.
Каким-то образом, возможно, как здесь описано, грозы в основном установили и поддерживают разность потенциалов около 1000000 вольт между землей и высокоионизированной областью верхних слоев воздуха, разность, которая мала по сравнению с локальными и локальными. временно создаваемые этими бурями в диэлектрике между проводящими пластинами и вызывающие разряды молнии.
Эта концепция может быть очень ошибочной, но из нее можно вывести практически все важные факты наблюдений об атмосферном электричестве, такие как обратная зависимость проводимости и градиента потенциала, эффекты пыли, тумана, ветра, облаков, времени суток и т. Д. .
Следовательно, это, по крайней мере, помощь памяти.
Если мы настаиваем на том, что гравитационные воздействия, такие как дождь, приносят на Землю больше положительного электричества, чем отрицательного, как показывают многие наблюдения, и вместе с Симпсоном будем считать, что молния обычно положительна от облака до земли, и, наконец, что больше всего Разряды щеток от заземленных предметов имеют отрицательное электричество, поэтому найти утешительное объяснение не так просто.
Но даже в этих или практически в этих неблагоприятных условиях были разработаны теории, особенно теория проникающего излучения Свана, в которой предполагается, что входящее излучение с высокой проникающей способностью не только вызывает ионизацию, как это известно, но также яростно толкает вперед электроны, которые он отсоединяет.
Таким образом предполагается, что земля сохраняет отрицательный заряд до такой величины, что результирующий ток проводимости в среднем равен и противоположен направляемому вниз корпускулярному току.
Таким образом, очевидно, что поддержание электрического заряда Земли все еще является большой проблемой для атмосферного электричества, но она не должна и, вероятно, не будет оставаться таковой еще долго.
Физика воздуха — У. Дж. Хамфрис — 1929 — Книжная компания McGraw-Hill
https://archive.org/details/physicsoftheairs032485mbp

В 1989 году Ларс Волин [в своей очень удобной для чтения Атмосферной электростатике ] пересмотрел историю атмосферного электричества и основал новую область исследований: Fairweather Electricity

Первым зарегистрированным человеком, который предположил связь между электричеством и молнией, был англичанин по имени Д.Уильям Уолл (1708).
Он заметил сходство между молнией и потрескивающими искрами, возникающими при трении янтаря.
С. Грей (1735) и А.Г. Розенберг (1745) упоминают сходство между явлениями молнии и электрическим огнем, производимым электрическими машинами в лаборатории; и в книге, опубликованной в Лейпциге 1746 г., Винклер описывает несколько сходств между молнией и электричеством.
В это время стали доступны улучшенные электрические машины и лейденские банки, и началась новая эра электротехники.
Многие другие ученые, в том числе Бенджамин Франклин, также подвергали сомнению природу молнии, признавая ее сходство с искрами, возникающими в лаборатории.
«Как же громко должна быть трещина на 10 000 акров электрифицированного облака!» воскликнул Франклин.
В письме к доктору Джону Митчелу из Королевского общества в Англии он приложил трактат «Сходство молнии и электричества».
По словам Митчела, газета была прочитана Обществом на фоне смеха его якобы экспертов по электричеству.
…
В 1751 году несколько его работ были опубликованы в Англии в виде книги и вскоре переведены на французский натуралистом Д’Алибаром.
Д’Алибард был настолько заинтригован экспериментом с будкой, что решил испытать его сам.
Экспериментальное сооружение, немного отличающееся по конструкции, было возведено за пределами Парижа в Марли.
К 10 мая 1752 года Д’Алибард (1752) успешно определил, что грозовые облака действительно электрически заряжены.
Через несколько недель в Америке Франклин, не подозревая об успехе Д’Алибарда, провел свой знаменитый эксперимент с воздушным змеем.
Это был эксперимент бедняков, простой и блестящий.
Это показало, что отсутствие финансовой помощи — недостаточный сдерживающий фактор для гения.
(Интересно, посоветовали ли доктору Франклину при поиске финансовой поддержки запустить воздушного змея).
В своем эксперименте с воздушным змеем Франклин не только подтвердил электрический характер молнии, но и, что более важно, обнаружил, что облака имеют отрицательный заряд у основания и положительно заряженные на вершине , таким образом образуя гигантские электрические диполи, плавающие в нашей атмосфере.
…
Эксперименты Д’Алибарда-Франклина повторялись многими исследователями, и, пожалуй, наиболее примечательным является Л. Лемонье (1752 г.), который с помощью своего более чувствительного прибора обнаружил, что слабые электрические заряды могут быть обнаружены в атмосфере в отсутствие облаков. .
Он также заметил разницу в интенсивности электричества днем и ночью.
Открытие Лемонье важно, потому что оно дало начало новой области исследований в физике атмосферы, а именно «Электричество Фэйрвезера» .
Глава 1 — Атмосферная электростатика — Ларс Волин — 1989
Литература по исследованиям Colutron — Colutron Research Corporation — Боулдер, Колорадо
http://www.colutron.com/products/cosmos.html

Однако Ларс Волин пришел к выводу, что на «самый срочный вопрос», заданный Хамфрисом, «еще предстоит ответить».

Остается ответить на один важный вопрос.
Что вызывает положительный объемный заряд в атмосфере и как противоположный отрицательный заряд сохраняется на поверхности Земли?
Как упоминалось ранее, существуют две школы мысли по этому поводу, в которых все грозы во всем мире, как полагают, заряжают систему Земля-атмосфера (Wilson 1929), и более поздняя теория, предложенная автором (1973), которая рассматривает электрохимический эффект в качестве механизма зарядки, при котором отрицательные атмосферные ионы преимущественно захватываются земной поверхностью, оставляя пространственный заряд положительных ионов в окружающей атмосфере.
Обе теории могут быть поддержаны свидетельствами небольшой систематической суточной вариации поля ясной погоды, которая, как полагают, связана с глобальной атмосферной конвекционной активностью.
Эффект был впервые обнаружен в Лапландии в 1905 году Симпсоном, результаты которого были позже дополнены Хоффманном (1923) и Мочли (1923).
Эффект проиллюстрирован на рис. 15, где среднее изменение глобального градиента потенциала сравнивается с оценкой всемирной конвективной активности в разное время суток (по Гринвичу).
На верхнем графике показаны глобальные изменения электрического поля, измеренные в море при отсутствии местных возмущений, таких как загрязнение, туман и т. Д.
Верхний график, кажется, совпадает с нижним графиком, который дает оценку всемирной конвективной активности, производимой солнечным теплом в течение дневного периода.
Однако считается, что устойчивая конвекция над океанами сглаживает вариации электрического поля, как это видно из верхнего графика.
Прежде чем обсуждать электрохимические и глобальные грозовые цепи как возможные генераторы поля ясной погоды, необходимо изучить глобальный ток утечки и его последствия.
Ток воздух-земля
Как уже упоминалось, атмосфера является проводящей, и электрический потенциал или поле земли должны вызывать протекание тока в атмосфере.
Поскольку в атмосфере находится избыток положительных ионов, а на поверхности Земли связан отрицательный заряд, заряд должен течь на землю в виде тока положительных ионов.
Прямые измерения электрических токов в атмосфере трудно, если вообще возможно.
Следовательно, значения ионного тока на разных высотах почти всегда вычисляются косвенно из данных о проводимости и электрическом поле с использованием закона Ома.
Измерения постоянного тока, однако, можно проводить на уровне земли, изолировав часть поверхности земли и измерив заряд, накопленный за заданное время.
Можно использовать несколько методов (Wilson 1906, 1916, Simpson 1910, Mühleisen 1953 и Kasemir 1951), но почти во всех случаях косвенный ток дает значение, часто вдвое большее, чем прямой метод (Lutz 1939, Israel 1954).
Уиппл (1932) указал, что несоответствие токов можно объяснить тем фактом, что в атмосфере всегда есть конвекция и вихревая диффузия, которая механически перемещает заряды вверх в атмосфере, создавая механический или конвекционный ток в противоположном направлении ток утечки (генератор Austauch).
Как будет объяснено ниже, вопрос о том, равны ли в среднем конвекция и ток утечки в среднем, имеет решающее значение для теории электрохимического заряда и является проблемой, которая еще не решена.
Из измерений постоянного тока можно оценить общий ток явной погоды по всей Земле примерно в 2000 ампер, что соответствует плотности тока примерно 4 x 10 ^-12 ампер на квадратный метр.
Другими важными механизмами переноса заряда в атмосфере являются точечные разряды, токи атмосферных осадков и разряды молний.
Токи точечного разряда
Трудно определить общий заряд, переносимый на поверхность земли с помощью точечных разрядов под наэлектризованными облаками.
Wormell (1930) сделал некоторые оценки на основе суммы заряда, сниженного на одну точку за период в 4 года.
Он сделал предположение, что общий ток точечного разряда во всем мире приносит отрицательный заряд на поверхность со скоростью около 1500 ампер, что обеспечивает около 75% от общего тока утечки по методу «Фэйрвезер».
Другие исследователи дают несколько более низкие значения для среднего точечного тока разряда, но не менее 25% от тока хорошей погоды.
Источником точечных токов разряда являются наэлектризованные облака, которые, конечно, также переносят заряд на землю от молнии.
Ток точечного разряда до некоторой степени нейтрализуется большим количеством положительных вспышек молнии на землю и положительным зарядом, достигающим поверхности земли в результате осадков.
Токи осадков
Электричество атмосферных осадков сыграло важную роль в исследованиях атмосферы из-за веры в то, что зарядка частиц осадков каким-то образом должна быть связана с любым механизмом зарядки, активным в облаках.
Парадоксально, но это не всегда верно, потому что окончательный заряд облачной капли определяется в пространстве между основанием облака и землей и обычно имеет знак, противоположный заряду основания облака, откуда он пришел.
Это своеобразное явление называется эффектом зеркального отображения и демонстрируется на рис. 16 двумя кривыми, которые показывают изменение напряженности электрического поля и количества осадков, достигающих поверхности земли, как функцию времени.
Легко видеть, что когда электрическое поле становится отрицательным (отрицательный заряд в основании облака), ток осадков становится положительным и наоборот.
Как указал Чалмерс, капле требуется несколько минут, чтобы упасть с основания облака на землю.
Поскольку количество осадков изменяется с градиентом потенциала под облаком, это должно означать, что капли также получают свой окончательный заряд под облаком или очень близко к земле.
Процесс электрохимической зарядки, возможно, может объяснить эффект зеркального отображения, если предположить, что на соотношение концентраций положительных и отрицательных ионов вблизи земли влияет сильное электрическое поле под облаком.
Например, положительный заряд на поверхности Земли, вызванный сильным отрицательным зарядом облака выше, будет притягивать и удалять часть популяции отрицательных ионов у поверхности.
Результатом будет более высокое, чем обычно, соотношение концентраций положительных и отрицательных ионов на более низких уровнях.
Когда отношение положительных и отрицательных ионов превышает 1,2 (см. Рис. 11), на каплях воды, падающих через такую область, будет образовываться положительный электрохимический потенциал, что продемонстрировано экспериментами с аппаратом Гердиена в разделе 2.1.
С другой стороны, положительный заряд облака выше обратит эффект, потому что теперь капли падают через среду, содержащую более высокое отношение концентраций отрицательных и положительных ионов, которые будут генерировать отрицательные электрохимические заряды на их поверхностях.
Другие объяснения эффекта зеркального отображения принимают во внимание механизм зарядки Вильсона.
Этот механизм зарядки основан на идее, что капли дождя становятся электрически поляризованными при погружении в электрическое поле, например, под наэлектризованным облаком.
Отрицательный заряд облака наверху вызовет положительный заряд на верхней поверхности капли, а нижняя поверхность приобретет отрицательный заряд, индуцированный положительным зарядом на поверхности земли.
Однако общий чистый заряд при падении останется нулевым.
Когда капля падает через ионизированную область под облаком, она предпочтительно уносит положительные ионы своим отрицательно заряженным дном.
Однако расчеты показывают, что механизм Вильсона слишком слаб, чтобы учесть количество заряда, обычно собираемого каплями (механизм зарядки Вильсона обсуждается далее в главе 3).
В отличие от дождя, потоки осадков, переносимые снегом на землю, обычно всегда отрицательны при градиентах потенциала между ± 800 В / м (Chalmers 1956).
Суммарный ток осадков вокруг Земли оценивается примерно в +340 ампер.
Токи молний
Заряд, доставленный на землю молнией, оценивается в среднем в -340 ампер, что может нейтрализовать ток осадков.
Следует помнить, что средний ток -340 ампер представляет собой превышение отрицательного заряда над положительным зарядом, достигающим земли посредством молнии, и что соотношение отрицательных и положительных ударов заземления составляет примерно 10: 1.
Средний ток при отрицательном ударе молнии относительно земли составляет около 25 000 ампер, но общий заряд в среднем составляет всего 25 кулонов.
Положительные удары заземления обычно несут в 10 раз больше заряда и тока, чем отрицательные удары, хотя их количество составляет 10: 1.
Отношение отрицательных и положительных ударов земли, кажется, зависит от местоположения в мире.
Считается, что вокруг Земли одновременно действуют около 2 000 гроз, что составляет в общей сложности 50 000 гроз в день.
The Electric Budget
Откуда берется энергия в почти 200 миллионов ватт, которая требуется для поддержания электрического поля ясной погоды между земной атмосферой?
Создают ли грозы поле ясной погоды за счет утечки положительного заряда с вершин облаков в проводящую ионосферу и переноса отрицательного заряда на землю в виде отрицательных ударов земли и точечных разрядов?
Или электрический заряд на поверхности земли поддерживается механизмом электрохимической зарядки в тесном сотрудничестве с конвекцией и диффузией вихрей?
Это некоторые из основных вопросов, на которые все еще нужны ответы .
Оба механизма, по мнению автора, безусловно, способны обеспечить достаточный заряд и энергию для системы Земля-атмосфера, но для поиска правильных ответов необходимы новые идеи и более сложные методы измерения.
Глава 2 — Атмосферная электростатика — Ларс Волин — 1989
Литература по исследованиям Colutron — Colutron Research Corporation — Боулдер, Колорадо
http://www.colutron.com/products/cosmos.html

Каллум Коутс включил слои атмосферы и электричество в концептуальную модель, которую он назвал Земным биоконденсатором в своей книге «Живые энергии» [1992].

По моим расчетам, таких уровней как минимум четыре, где температура равна + 4 ° C, на высотах около 3,5 км, 77 км, 85 км и 175 км.
Поскольку водяной пар присутствует в атмосфере вблизи этих различных высот в виде кучевых и перистых облаков (тропосфера), перламутровых облаков (стратосфера) и серебристых облаков (мезосфера), как показано на рис. 6.3, мы имеем ситуацию, когда на каждом из этих уровней может существовать тонкий слой чистой воды, который имеет высокое сопротивление передаче электрического заряда.
Принимая во внимание наличие этих различных слоев + 4 ° C и высокое значение диэлектрической проницаемости воды 81, можно предположить, что их комбинированный эффект будет действовать для создания естественного биоконденсатора, причем конденсатор представляет собой устройство, с помощью которого электрический заряд можно накапливать и хранить.
Наука об атмосфере: конденсатор Каллума Коутса
https://malagabay.wordpress.com/2014/07/26/atmospheric-science-callum-coats-condenser/

После публикации книги Ларса Вэлина Атмосферная электростатика наука добавила красных спрайтов, синих реактивных самолетов и эльфов в свой список Transient Luminous Events .

Предпочтительным использованием является переходное световое явление (TLE), потому что различные типы электрических разрядов в верхних слоях атмосферы не имеют некоторых характеристик более известных тропосферных молний.
…
TLE обычно длятся от менее миллисекунды до более чем 2 секунд.
TLE были захвачены различными оптическими системами записи, а общее количество недавних зарегистрированных событий (начало 2009 г.) оценивается в несколько десятков тысяч.
По данным спутниковых наблюдений (FORMOSAT-2) глобальная частота появления TLE оценивается в несколько миллионов событий в год.
…
В 1920-х годах шотландский физик К.Т.Р. Уилсон предсказал, что электрический пробой должен произойти в атмосфере над сильными грозами.
В последующие десятилетия пилоты самолетов сообщали о высотных электрических разрядах и не принимали во внимание метеорологи до тех пор, пока в 1989 году не было задокументировано первое прямое визуальное свидетельство.
Несколько лет спустя исследователи назвали оптические сигнатуры этих событий «спрайтами», чтобы избежать случайного наложения физических свойств, которые в то время еще были неизвестны.
Термины красные спрайты и синие струи приобрели популярность после того, как в 1994 году был распространен видеоклип после кампании исследования самолетов по изучению спрайтов.
Спрайты — это крупномасштабные электрические разряды, которые происходят высоко над грозовым облаком или кучево-дождевыми облаками, вызывая довольно разнообразный диапазон визуальных форм.
Они вызываются разрядами положительной молнии между грозовым облаком и землей.
…
Синие струи отличаются от спрайтов тем, что они проецируются от вершины кучево-дождевых облаков над грозой, обычно узким конусом, до самых нижних уровней ионосферы на высоте 40-50 км (25-30 миль) над землей.
Кроме того, в то время как красные спрайты, как правило, связаны со значительными ударами молний, синие струи, по-видимому, не вызываются непосредственно молнией (однако, похоже, они связаны с сильным градом во время грозы).
…
14 сентября 2001 года ученые из обсерватории Аресибо сфотографировали гигантский джет — вдвое превышающий высоту наблюдавшихся ранее — достигший около 70 км (43 миль) в атмосфере.
Джет находился над грозой над океаном и длился менее секунды.
Первоначально наблюдалось, что струя движется вверх со скоростью около 50 000 м / с со скоростью, аналогичной скорости обычной молнии, затем увеличилась до 160 000, а затем до 270 000 м / с, но затем разделилась на две части и устремилась вверх со скоростью не менее 2000000 м / s в ионосферу, откуда они распространяются в яркой вспышке света.
…
2 февраля 2014 г. аргентинская обсерватория Оро-Верде сообщила о десяти или более явлениях гигантского джета, наблюдавшихся над грозой в южном районе Энтре-Риос.
ELVES часто выглядят как тусклое, сплющенное, расширяющееся свечение около 400 км (250 миль) в диаметре, которое длится обычно всего одну миллисекунду.
Они возникают в ионосфере на высоте 100 км (62 миль) над землей во время гроз.
Их цвет какое-то время был загадкой, но сейчас считается, что — это красный оттенок .
ELVES были впервые зарегистрированы во время другой миссии шаттла, на этот раз у Французской Гвианы 7 октября 1990 года.
…
ELVES — это причудливая аббревиатура, означающая «Излучение света и очень низкочастотные возмущения, вызванные источниками электромагнитных импульсов».
Это относится к процессу, посредством которого генерируется свет; возбуждение молекул азота из-за столкновений электронов (электроны, возможно, были возбуждены электромагнитным импульсом, вызванным разрядом от подстилающей грозы).
https://en.wikipedia.org/wiki/Transient_luminous_event

А в 1991 году наука добавила земных гамма-вспышек [также известную как Dark Lightning ] в свой список электрических явлений.

Темная молния — это процесс, похожий на обычную молнию, который создает пары электронов и антиэлектронов (или позитронов), и который производит гамма-лучи и относительно небольшой (видимый) свет.
Поскольку количество создаваемого света очень мало, темные молнии практически невидимы для человеческого глаза.
https://en.wikipedia.org/wiki/Dark_lightning
Земные гамма-вспышки (TGF) — это всплески гамма-излучения, производимые в атмосфере Земли. Было зарегистрировано, что TGF длятся от 0,2 до 3,5 миллисекунд и имеют энергию до 20 МэВ.
Предполагается, что TGF вызываются интенсивными электрическими полями, возникающими над или внутри грозы.
Ученые также обнаружили энергичные позитроны и электроны, производимые земными вспышками гамма-излучения.
https://en.wikipedia.org/wiki/Terrestrial_gamma-ray_flash
https://malagabay.wordpress.com/2015/05/19/dark-lightning/

Но «самая неотложная проблема», обозначенная Хамфрисом в 1929 году, все еще остается без ответа.

Как поддерживается этот постоянный ток, всегда, в целом, в одном и том же направлении — как земля может так быстро разряжаться и, тем не менее, всегда быть одинаково заряженной, как катаракта, всегда падающая, но никогда не высыхающая — это настоящее самое настоящее. Актуальная проблема атмосферного электричества .
Физика воздуха — У. Дж. Хамфрис — 1929 — Книжная компания McGraw-Hill
https://archive.org/details/physicsoftheairs032485mbp

Это удивительно, потому что Земля может генерировать «постоянный ток» разными способами.

Теллурические токи — это явления, наблюдаемые в земной коре и мантии.
В сентябре 1862 года в Мюнхенских Альпах был проведен эксперимент по изучению земных токов (Ламонт, 1862).
Токи представляют собой в основном геомагнитно индуцированные токи , которые индуцируются изменениями во внешней части магнитного поля Земли, которые обычно вызываются взаимодействием между солнечным ветром и магнитосферой или воздействием солнечного излучения на ионосферу.
Теллурические токи текут в поверхностных слоях земли.
Электрический потенциал на поверхности Земли может быть измерен в различных точках, что позволяет рассчитывать величины и направления теллурических токов и, следовательно, проводимость Земли.
Эти токи, как известно, имеют суточные характеристики, при которых общее направление потока — к солнцу.
Теллурические токи непрерывно движутся между залитой солнцем и затемненной сторонами Земли, к экватору на стороне Земли, обращенной к Солнцу (то есть в течение дня), и к полюсам на ночной стороне планеты .
https://en.wikipedia.org/wiki/Telluric_current
Земная батарея — это пара электродов, сделанных из двух разнородных металлов, таких как железо и медь, которые закопаны в почву или погружены в море .
Земные батареи действуют как батареи, активируемые водой, и если пластины расположены достаточно далеко друг от друга, они могут отводить теллурические токи.
Земные батареи иногда называют теллурическими источниками энергии и теллурическими генераторами.
https: // en.wikipedia.org/wiki/Earth_battery
Униполярный генератор — это электрический генератор постоянного тока, содержащий электропроводящий диск или цилиндр, вращающийся в плоскости, перпендикулярной однородному статическому магнитному полю.
Между центром диска и ободом (или концами цилиндра) создается разность потенциалов с электрической полярностью, которая зависит от направления вращения и ориентации поля.
Он также известен как униполярный генератор, ациклический генератор, дисковая динамо-машина или диск Фарадея.
Напряжение обычно низкое, порядка нескольких вольт в случае небольших демонстрационных моделей, но большие исследовательские генераторы могут вырабатывать сотни вольт, а в некоторых системах есть несколько генераторов, подключенных последовательно для создания еще большего напряжения.
https://en.wikipedia.org/wiki/Faraday_disk
Гальваническая батарея была первой электрической батареей, которая могла непрерывно обеспечивать электрический ток в цепи.
Его изобрел Алессандро Вольта, опубликовавший свои эксперименты в 1800 году.
…
Изобретение Вольта основано на открытии Луиджи Гальвани 1780-х годов о том, как цепь из двух металлов и лягушачьей лапы может вызывать реакцию лягушачьей лапы.
Вольта продемонстрировал в 1794 году, что когда два металла и пропитанная рассолом ткань или картон объединяются в цепь, они производят электрический ток.
В 1800 году Вольта сложил несколько пар чередующихся медных (или серебряных) и цинковых дисков (электродов), разделенных тканью или картоном, пропитанным рассолом (электролитом), чтобы увеличить проводимость электролита.
https://en.wikipedia.org/wiki/Voltaic_Pile
WikiHow — Как сделать самодельный аккумулятор
http://www.wikihow.com/Make-a-Homemade-Battery

Четвертая фаза воды — доктор Джеральд Поллак — 2013 — Ebner & Sons

Нравится:

Нравится Загрузка …

Связанные

Патенты коллекции атмосферного электричества

Атмосфера & Коллекторы электроэнергии РФ

GB 157263
Процесс и оборудование для преобразования статической атмосферной электрической энергии в Динамическая электрическая энергия любой подходящей высокой периодичности

Абстракция — Атмосфера электричество, утилизация; машины влияния.-Статическая атмосферная заряды преобразуются в переменные токи любого желаемого частота вращения роторных машин, элементы статора и ротора которые образуют конденсаторы, емкость которых меняется в течение Revolution, как описано в спецификации 157,262. В самом простом формы, рис.2, изогнутые пластины статора 2, 1 заземлены E2 и антенна A, которая собирает атмосферные заряды и заземлен через искровой разрядник F. Ротор приводится в действие электродвигателем. и состоит из концентрических пластин 3, 4, соединенных контактными кольцами (не показан) к индуктивности 9, шунтированной конденсатором 5.С при заданной полярности антенны вращение пластин 3, 4 вызывает ток развороты по контуру A, 1, 9, 2, E @, при этом колебания установлен на цепи 9, 5, они отводятся проводами 11, 12. конденсатор 5 может состоять из концентрических трубок, вращающихся с ротора или двух расположенных рядом друг с другом намотанных спиралей, имеющих емкость. В пластины конденсатора статора и ротора могут простираться почти на полукругом на месте квадрантов, показанных на рис.2, и ротора может состоять из двух последовательных цилиндрических пластин или змеевиков-конденсаторов каждая разделена на половинки, внутренняя половина каждой соединена к внешней половине другой.На рис.7 показана форма, в которой кольца 1, 2, установленный в кожухе, состоящем из верхней и нижней частей. изолированные друг от друга, подключены к конденсатору статора тарелки с интервалами. Роторные пластины 3 в равном количестве подключен к контактным кольцам 5, 6, от которых идет переменный ток. снимается щетками при приводе ротора от двигателя. Кольца 1, 2 соединены соответственно с антенным коллектором и землей E2. Несколько методов группировки пар статор-ротор конденсатор и описаны компоненты колебательного контура.В колебательный ток в цепи ротора может реагировать через трансформатор на основной зарядный ток и две пары статора и пластины ротора 1, 2, 3, 4, рис. 13, могут быть установлены на диаметров под прямым углом, колебательный контур в этом случае состоящий из взаимной индуктивности 5, имеющей емкость, и части регулируемой индуктивности 9 в разъеме заземления статора E2. По соответствующее соотношение пластин статора и ротора, резонанс может быть установленным, посредством чего могут возникать незатухающие волны.в форма, показанная на рис.15, для высокочастотных колебаний антенна А и заземляющий провод имеют ответвления в точках между пластинами статора 1, 2 и конденсаторы 16, 18, соединенные индуктивностью 9. Ток ротора передается в силовую цепь 11, 12 через трансформаторы 10, 10. Элементы, составляющие статор и пластины ротора могут иметь прорези, как показано на рис. 8, с отверстиями 1 для прикрепляя их к раме, или они могут иметь спиральные прорези в их поверхности.В качестве альтернативы они могут быть сформированы путем встраивания спиральные проволоки 3 в вулканитовой массе 1 так, чтобы получить гладкую поверхность, как показано на рис.11.

Патент Франции № 551 882
Устройство для улавливания электрических токов в атмосфере

французский Патент № 565,395
Комбинированное устройство для улавливания атмосферного электричества. Токи с немедленной реализацией

US 28793
Электрический аппарат

Abstract — Аэростат для получения атмосферного и земного электричества…

US 126356
Улучшение сбора Энергия для телеграфа

Abstract — Башня для цель получения и передачи естественного электричества, чтобы быть в постоянном контакте с верхним слоем электричества который окружает землю, при подключении к которой постоянно образуется при контакте с землей.

США 129971
Telegraph Power

Реферат — Использование естественное электричество и создание электрического тока без с помощью проводов, батареек или кабелей…

US 674427
Сбор атмосферы Электричество

Abstract — Аппартус для сбора и вождения или проводить атмосферное электричество, что делает это возможным для получения материальных количеств их же в исправном виде.

US0
Собирание атмосферы Электричество

Реферат. сбор электричества из пласта, нагруженного электричеством высоты в атмосфере, через проводной кабель подвешен на одном или нескольких воздушных шарах…

US 1014719
Собирать атмосферный Электричество

США 1540998
Преобразование атмосферного Электроэнергия

Реферат — Методика получение атмосферного электричества с помощью металлического баллона коллекционеры…

GB 149,917
Улучшения в радиосвязи и в отношении нее Системы

Аннотация — Радиопередача и прием с использованием живые растительные организмы, такие как деревья, растения и т.п.

US 1826727
Радиоаппаратура

США 2143437
Система лучистой энергии

Реферат — Аппарат. для приема и передачи лучистой энергии в широком диапазоне частот без необходимости в источнике местной энергии.

US 2813242
Электроэнергетика Устройства с энергией, извлеченной из атмосферы

Abstract — Удобный и экономичное энергоснабжение для работы электронных схемы и устройства, использующие транзисторы, и другие электрические устройства с умеренными требованиями к мощности.

US 3205381
Ионосферная батарея

Реферат — Метод и устройство для использования огромного резервуара энергии, существующего в ионосфера…

US 3273066
Аппарат для Обнаружение изменений электрического поля атмосферы

Абстракция — Облако детектор и / или устройство для определения электростатических условий в земной атмосфере …

US 3760257
Преобразователь энергии электромагнитных волн

Аннотация — Энергия электромагнитной волны преобразуется в электрическую с массив взаимно изолированных поглотителей электромагнитных волн элементы, каждый из которых реагирует на компонент электрического поля волна, когда она падает на него.Каждый элемент включает в себя часть сужается в направлении распространения волны, чтобы обеспечить относительно широкополосный спектр отклика. Каждый элемент включает в себя выход для получения копии напряжения электрического поля перехваченные им вариации. Расположены смежные элементы относительно друг друга, так что электрическое поле существует между соседние элементы в ответ на падающую волну. Электрический поле приводит к разнице напряжений между соседними элементами который подается на выпрямитель для получения d.c. выходная мощность. В пары элементов могут быть расположены в двумерном массиве, чтобы обеспечивают преобразование мощности случайно поляризованного электромагнитного волны, например солнечный свет.

US 3931577
Защита радиоприемника Расположение

Реферат — Приемник устройство защиты, в котором напряжение зависит от антенны напряжение и напряжение, зависящее от тока антенны, суммируются и применяется к средствам, реагирующим на заданный совокупный уровень для эффективного короткого замыкания антенного провода.Дополнительные средства могут для рассеивания энергии на входном каскаде защищенного приемник для отражения пониженного импеданса через вывод защитного устройства.

США 4,628,299
Система сейсмического предупреждения с использованием радиочастотной энергии Монитор Абстракция — Эмбиент напряженность поля широкополосной радиочастоты от радиовещания станции контролируется (Рисунок 4) путем периодического отбора проб (50, 52).Предупреждающая индикация предоставляется, если напряженность поля значительно падает. Капли в такой напряженности поля были эмпирически коррелировал с возникновением сейсмических активность, обычно несколько дней спустя. Таким образом, указание служит ранним предупреждением о надвигающемся землетрясении. В одном предпочтительный вариант, широкополосный, горизонтальный, очень длинный монопольная антенна (40) была подключена к выпрямительному и схема сглаживания (рисунок 3) для обеспечения выхода постоянного тока пропорционально окружающему радиочастотному полю…

определение атмосферного электричества и синонимов атмосферного электричества (английский)

Облако к земле Молния в глобальной электрической цепи атмосферы. Это пример плазмы, присутствующей на поверхности Земли. Обычно молния разряжает 30 000 ампер при напряжении до 100 миллионов вольт и излучает свет, радиоволны, рентгеновские лучи и даже гамма-лучи. ^[1] Температура плазмы при молнии может приближаться к 28 000 кельвинов, а плотность электронов может превышать 10 ²⁴ / м ³.

Атмосферное электричество — это регулярные суточные колебания атмосферной электромагнитной сети Земли или, в более широком смысле, электрической системы любой планеты в ее газовом слое. Поверхность Земли, атмосфера и ионосфера вместе известны как глобальная электрическая цепь атмосферы . Атмосферное электричество — это мультидисциплинарная тема.

В воздухе и в облаках всегда есть свободное электричество, которое действует посредством индукции на землю и электромагнитные устройства.^[2] Эксперименты показали, что в атмосфере всегда есть свободное электричество, которое иногда бывает отрицательным, а иногда положительным, но в большинстве случаев положительным, и интенсивность этого бесплатного электричества выше в середине дня, чем утром или ночью и зимой сильнее, чем летом. В хорошую погоду потенциал увеличивается с высотой примерно до 30 вольт на фут (100 В / м). ^[3]

Атмосферная среда, которой мы окружены, содержит не только комбинированное электричество, как любая другая форма материи, но также значительное количество в свободном и несвязанном состоянии; иногда одного вида, иногда другого; но, как правило, оно всегда противоположно земному.Различные слои или слои атмосферы, расположенные на небольшом расстоянии друг от друга, часто находятся в разных электрических состояниях. ^[4] Явления атмосферного электричества бывают трех видов. Есть электрические явления грозы и явления постоянной электризации воздуха. ^[5] Явления полярных сияний составляют третью ветвь этой темы. ^[6]

Большинство авторитетов, однако, согласны с тем, что каким бы ни было происхождение свободного электричества в атмосфере, электричество огромных напряжений, которое разрушает воздух и вызывает явления молнии, происходит из-за конденсации водяного пара, образующего облака; каждая минутная капля, перемещаясь по воздуху, собирает на своей поверхности определенное количество свободного электричества.Затем, когда эти крошечные капли сливаются в более крупные капли, с соответствующим уменьшением относительной открытой поверхности, электрический потенциал возрастает, пока не преодолеет сопротивление воздуха. Это замечание будет более ясно понято, если учесть, что при заданном заряде электричества потенциал объекта возрастает по мере того, как электрическая емкость объекта, удерживающего заряд, уменьшается, что имеет место, когда мельчайшие капли сливаются в более крупные капли. Сходство молнии с электричеством, вырабатываемым электрической машиной, было продемонстрировано Франклином в его памятных экспериментах с воздушным змеем.^[3]

История

Основная статья: история электромагнетизма

Взрывные искры, исходящие от электрических машин и лейденских сосудов, предположили ранним экспериментаторам, Хоксби, Ньютону, Уоллу, Ноллету и Грею, что молния и гром возникли из-за электрических разрядов. ^[6] В 1708 году доктор Уильям Уолл был одним из первых, кто заметил, что искровые разряды напоминают миниатюрную молнию, после наблюдения искр от заряженного куска янтаря.

В середине 18 века эксперименты Бенджамина Франклина показали, что электрические явления в атмосфере принципиально не отличаются от тех, что производятся в лаборатории.К 1749 году Франклин обнаружил, что молния обладает почти всеми свойствами, наблюдаемыми в электрических машинах. ^[6]

В июле 1750 года Франклин выдвинул гипотезу, что электричество можно брать из облаков через высокую металлическую антенну с острым концом. Прежде чем Франклин смог провести свой эксперимент, в 1752 году Томас-Франсуа Далибар установил 40-футовый (12-метровый) железный стержень в Марли-ла-Виль, недалеко от Парижа, который собирал искры из проходящего облака. ^[6] С помощью антенн с заземляющей изоляцией экспериментатор мог поднести заземленный провод с изолированной восковой ручкой к антенне и наблюдать искровой разряд от антенны к заземляющему проводу.В мае 1752 года Далибард подтвердил, что теория Франклина верна.

Франклин перечислил следующие сходства между электричеством и молнией:

Сообщается, что примерно в июне 1752 года Франклин провел свой знаменитый эксперимент с воздушным змеем. Эксперимент с воздушным змеем был повторен Ромасом, который извлек из металлической струны искры длиной 9 футов (2,7 м), и Кавалло, сделавшим много важных наблюдений за атмосферным электричеством. Л. Г. Лемонье (1752) также воспроизвел эксперимент Франклина с антенной, но заменил заземляющий провод частицами пыли (испытание притяжения).Он продолжил документировать условия хорошей погоды , электрификацию атмосферы в ясный день и суточные колебания электричества атмосферы. Г. Беккариа (1775) подтвердил данные о суточных колебаниях Лемонье и определил, что полярность заряда атмосферы в хорошую погоду положительна. Х. Б. Соссюр (1779) записал данные, относящиеся к индуцированному заряду проводника в атмосфере. Инструмент Соссюра (который содержал две маленькие сферы, подвешенные параллельно на двух тонких проволоках) был предшественником электрометра.Соссюр обнаружил, что условия хорошей погоды меняются ежегодно, а также обнаружил, что они меняются с высотой. В 1785 году Кулон открыл электропроводность воздуха. Его открытие противоречило господствовавшей в то время мысли о том, что атмосферные газы являются изоляторами (которые в некоторой степени являются или, по крайней мере, не очень хорошими проводниками, когда они не ионизированы). К сожалению, его исследования были полностью проигнорированы. П. Эрман (1804) предположил, что Земля заряжена отрицательно.J. C. A. Peltier (1842) проверил и подтвердил идею Эрмана. Лорд Кельвин (1860-е годы) предположил, что атмосферные положительные заряды объясняют условия хорошей погоды , а позже признал существование атмосферных электрических полей.

В течение следующего столетия, используя идеи Алессандро Вольта и Фрэнсиса Рональда, ^[7], несколько исследователей внесли свой вклад в растущий объем знаний об атмосферных электрических явлениях. С изобретением портативного электрометра и капельного конденсатора лорда Кельвина в 19 веке результаты наблюдений стали более точными.К концу XIX века У. Линсс (1887) ^[8] ^[9] ^[10] ^[11] [10] ^[11] открыл, что даже самые идеально изолированные проводники теряют свой заряд, как кулоновский до него обнаружили, и что эта потеря зависела от атмосферных условий. Х. Х. Хофферт (1888) идентифицировал отдельные нисходящие удары молнии с помощью первых камер и сообщил об этом в « Прерывистых вспышках молний ». ^[12] Дж. Эльстер и Х. Ф.Гейтель, который также работал над термоэлектронной эмиссией, предложил теорию, объясняющую электрическую структуру гроз (1885 г.), а позже открыл атмосферную радиоактивность (1899 г.). К тому времени стало ясно, что в атмосфере всегда присутствовали свободно заряженные положительные и отрицательные ионы, и что можно было собирать лучистые излучения. Ф. Поккельс (1897) оценил силу тока молнии, проанализировав вспышки молний в базальте и изучив оставшиеся магнитные поля (базальт, будучи ферромагнитным минералом, становится магнитно поляризованным при воздействии большого внешнего поля, например, создаваемого при ударе молнии. ).

Луиджи Пальмиери исследовал атмосферное электричество с помощью электрометра Пельтье . Никола Тесла и Герман Плаусон исследовали производство энергии и мощности с помощью атмосферного электричества. Тесла также предложил использовать атмосферную электрическую цепь для беспроводной передачи энергии на большие расстояния (см. Его Башня Ворденклифа и Увеличительный передатчик). Польская полярная станция Хорнсунд исследовала величину электрического поля Земли и записала его вертикальную составляющую.Открытия об электрификации атмосферы с помощью чувствительных электрических инструментов и идеи о том, как поддерживается отрицательный заряд Земли, были разработаны в основном в 20 веке. Хотя в области атмосферного электричества был проведен определенный объем наблюдательных работ, наука не получила значительного развития. Считается, что любое устройство, которое можно было бы использовать для извлечения полезной энергии из атмосферного электричества, было бы чрезмерно дорогостоящим в строительстве и обслуживании, поэтому, вероятно, это поле не вызвало особого интереса.

Описание

Атмосферное электричество присутствует в окружающей среде; некоторые его следы находятся менее чем в четырех футах от поверхности земли, но по достижении большей высоты они становятся более заметными. Основная идея состоит в том, что воздух над поверхностью Земли обычно в хорошую погоду наэлектризован положительно или, по крайней мере, положительно по отношению к поверхности Земли, а поверхность Земли относительно отрицательна. Кроме того, наличие электрического воздействия в атмосфере из-за накопления огромных статических зарядов тока, возникающих предположительно в результате трения воздуха о самом себе, может объяснять различные явления молний и гроз.^[13] Другими причинами производства электричества в атмосфере являются испарение с поверхности Земли, химические изменения, происходящие на поверхности Земли, а также расширение, конденсация и изменение температуры атмосферы и содержащейся в ней влаги. Это. ^[14]

Согласно М. Пельтье, земной шар полностью отрицателен, а межпланетное пространство положительно; сама атмосфера не имеет электричества и находится только в пассивном состоянии; так что наблюдаемые эффекты связаны с относительным влиянием этих двух больших запасов электричества.Исследователи склонны предполагать, что земной шар обладает, по крайней мере, на своей твердой части, избытком отрицательного электричества, и что то же самое и с телами, помещенными на его поверхность; но им кажется, что из различных наблюдений следует, что сама атмосфера положительно наэлектризована. Это положительное электричество, очевидно, происходит из того же источника, что и отрицательное на земном шаре. Вероятно, что в основном он находится в водяных парах, которыми атмосфера всегда более или менее заполнена, а не в частицах самого воздуха; но тем не менее его нет в атмосфере.^[15]

Измерения атмосферного электричества можно рассматривать как измерения разности потенциалов между точкой на поверхности Земли и точкой где-то в воздухе над ней. Атмосфера в разных регионах часто находится под разными локальными потенциалами, которые отличаются от земной, иногда даже на 3000 вольт в пределах 100 футов (30 м). ^[16] Электростатическое поле и разность потенциалов земного поля, согласно исследованиям, летом составляют от 60 до 100 вольт, а зимой — от 300 до 500 вольт на метр разницы в высоте, простой расчет дает результат, что когда такой коллектор расположен, например, на земле, а второй установлен вертикально над ним на расстоянии 2000 метров, и оба соединены проводящим кабелем, разница потенциалов летом составляет около 2000000 вольт, а в зимой даже от 6 000 000 вольт и больше.^[17]

В верхних слоях атмосферы воздух сильно разрежен и ведет себя подобно разреженным газам в трубках Гейсслера. Нижний воздух в сухом виде не проводит электричество. Считается, что верхний слой заряжен положительным электричеством, а сама поверхность Земли заряжена отрицательно; слой более плотного воздуха между ними действует как стакан лейденской банки, разделяя противоположные заряды. ^[6] Теория атмосферного электричества объясняет столько же явлений; бесплатное электричество, которое проявляется во время грозы, являясь причиной первых; и электричество более низкого напряжения, проявляющееся при отображении северного сияния, вызывающее последнее.^[15]

Электрическая атмосфера является наиболее частой причиной, сдерживающей или препятствующей передаче электричества. Во время шторма видно, что некоторые аппараты работают нерегулярно, мгновенно прерывая прохождение сильных токов, и часто на аппаратах в офисах между металлическими точками возникают яркие искры; в телеграфных системах якоря электромагнита натянуты с большой силой, а провода и другие металлические вещества вокруг инструментов сплавлены.Также наблюдаются, но реже, токи, продолжающиеся более или менее длительное время, что мешает работе систем связи. ^[15]

Варианты

Существуют различные предположения относительно происхождения этих полусуточных метеорологических периодов, но они обычно носят второстепенный характер. Первопричину явно следует приписать множеству сложных процессов, обусловленных термодинамикой излучения. Считается, что при наличии достаточного опыта формулы, которые были здесь выведены и проиллюстрированы, могут быть использованы для получения других ценных данных относительно атомных и субатомных активностей, которые связаны с вариациями основных членов и их очень многочисленных производных.^[18]

Суточные вариации, обнаруженные по суточным показаниям (в хорошую погоду), показали два максимума, происходящие летом с интервалом примерно в двенадцать часов, и два минимума, которые приходятся на летние часы с интервалом примерно в девять часов. Максимумы точно соответствуют часам изменения температуры, минимумы — часам постоянной температуры. ^[6] Атмосферное электричество, рассматриваемое в общем виде, достигает своего максимума в январе, затем постепенно уменьшается до июня, который представляет собой минимум интенсивности; он увеличивается в течение следующих месяцев до конца года.^[15] Разница между максимумом и минимумом гораздо более ощутима в ясную погоду, чем в пасмурную погоду. В разные месяцы электричество воздуха сильнее, когда небо безмятежно, чем когда оно пасмурно, за исключением месяцев июня и июля, когда электричество достигает максимума, значение которого почти одинаково, независимо от того, быть состоянием неба. ^[15]

Интенсивность электричества, наблюдаемая во время тумана, в среднем почти точно такая же, как и во время снегопада.Это значение очень высокое и соответствует средним максимумам, наблюдаемым для первого и последнего месяцев года. Из недавних наблюдений явствует весьма примечательный факт: влага действует совершенно по-разному в холодные и жаркие месяцы; он увеличивает электричество в зимние месяцы, он уменьшает его в летние месяцы. Фундаментальный факт заключается в том, что влажность действует двумя способами, эффекты которых, как правило, противоположны. С одной стороны, это облегчает отвод электричества, накопленного в верхних слоях атмосферы, в слой, в котором производится наблюдение; с другой стороны, он облегчает уход в землю электричества, которым обладает этот слой: таким образом, с одной стороны, он увеличивает интенсивность электрических проявлений инструмента, с другой стороны, он уменьшает их.^[15]

Космос и ближний космос

Электрические токи, создаваемые в ионосфере, направленной на Солнце.

Северное сияние над Канадой на высоте 11000 м (36000 футов)

Связь атмосферы и ионосферы

В космическом пространстве магнитопауза течет вдоль границы между областью вокруг астрономического объекта (называемой «магнитосферой») и окружающей плазмой, в которой электрические явления преобладают или организуются этим магнитным полем.Земля окружена магнитосферой, как и намагниченные планеты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Ртуть намагничена, но слишком слаба, чтобы улавливать плазму. Марс имеет неоднородную поверхностную намагниченность. Магнитосфера — это место, где внешнее магнитное давление магнитного поля Земли уравновешивается солнечным ветром, плазмой. Большинство солнечных частиц отклоняются в обе стороны от магнитопаузы. Однако некоторые частицы попадают в магнитное поле Земли и образуют радиационные пояса.Радиационный пояс Ван Аллена — это тор энергичных заряженных частиц (то есть плазмы) вокруг Земли, захваченный магнитным полем Земли.

На высоте над облаками атмосферное электричество образует непрерывный и отчетливый элемент (называемый электросферой), которым окружена Земля. Слой электросферы (от десятков километров над поверхностью Земли до ионосферы) обладает высокой электропроводностью и, по существу, имеет постоянный электрический потенциал. Ионосфера — это внутренний край магнитосферы, часть атмосферы, ионизируемая солнечным излучением.(Фотоионизация — это физический процесс, при котором фотон падает на атом, ион или молекулу, что приводит к выбросу одного или нескольких электронов.)

Полярное Аврора

Основная статья: Полярное сияние

Земля постоянно погружена в солнечный ветер, разреженный поток горячей плазмы (газ свободных электронов и положительных ионов), излучаемый Солнцем во всех направлениях, в результате миллионного нагрева самого внешнего слоя Солнца, солнечного корона. Солнечный ветер обычно достигает Земли со скоростью около 400 км / с, плотностью около 5 ионов / куб.см и напряженностью магнитного поля около 2–5 нТл (нанотеслы; поле поверхности Земли обычно составляет 30 000–50 000 нТл).Это типичные значения. В частности, во время магнитных бурь потоки могут быть в несколько раз быстрее; межпланетное магнитное поле (ММП) также может быть намного сильнее.

ММП возникает на Солнце, связанном с полем солнечных пятен, и его силовые линии (силовые линии) увлекаются солнечным ветром. Одно только это могло бы выстроить их в линию в направлении Солнце-Земля, но вращение Солнца смещает их (на Земле) примерно на 45 градусов, так что силовые линии, проходящие через Землю, могут фактически начинаться около западного края («лимба») видимого солнца.^[19]

Когда солнечный ветер возмущен, он легко передает энергию и материал в магнитосферу. Электроны и ионы в магнитосфере, которые получают таким образом энергию, движутся вдоль силовых линий магнитного поля к полярным областям атмосферы.

Полость Земля-Ионосфера

Основная статья: резонанс Шумана

Разница потенциалов между ионосферой и Землей поддерживается за счет накачивающего действия грозовых разрядов. В полости Земля-ионосфера электрическое поле и ток проводимости в нижних слоях атмосферы в основном контролируются ионами.Ионы имеют характерные параметры, такие как подвижность, время жизни и скорость генерации, которые меняются с высотой.

Резонанс Шумана — это набор пиков спектра в СНЧ-части спектра электромагнитного поля Земли. Резонанс Шумана возникает из-за того, что пространство между поверхностью Земли и проводящей ионосферой действует как волновод. Ограниченные размеры Земли заставляют этот волновод действовать как резонатор для электромагнитных волн. Полость естественно возбуждается энергией от ударов молнии.

Слои атмосферы

Электропроводность атмосферы экспоненциально увеличивается с высотой. Амплитуды электрических и магнитных составляющих зависят от сезона, широты и высоты над уровнем моря. Чем больше высота, тем больше атмосферного электричества. Экзосфера — это самый верхний слой атмосферы, который, по оценкам, находится на высоте от 500 км до 1000 км над поверхностью Земли, а его верхняя граница составляет около 10 000 км. Термосфера (верхняя атмосфера) — это слой атмосферы Земли непосредственно над мезосферой и непосредственно под экзосферой.Внутри этого слоя ультрафиолетовое излучение вызывает ионизацию. Теории, которые были предложены для объяснения явления полярного сияния, но экспериментами было продемонстрировано, что это происходит из-за токов положительного электричества, проходящих из более высоких областей атмосферы на Землю. ^[20]

Мезосфера (средняя атмосфера) — это слой атмосферы Земли, который находится непосредственно над стратосферой и непосредственно под термосферой. Мезосфера расположена примерно на 50-80 / 85 км над поверхностью Земли.Стратосфера (средняя атмосфера) — это стратифицированный по температуре слой атмосферы Земли, расположенный на высоте от 10 до 50 км над поверхностью на умеренных широтах, а на полюсах он начинается на высоте около 8 км. Стратосфера находится прямо над тропосферой и прямо под мезосферой. Тропосфера (нижняя атмосфера) — самый плотный слой атмосферы.

Пограничный слой планеты (PBL), также известный как пограничный слой атмосферы (ABL), является самой нижней частью атмосферы, и на его поведение напрямую влияет его контакт с поверхностью планеты.Он также известен как «обменный слой». ( см. Также : p-n переход.)

Плотность электричества увеличивается на 88 вольт постоянного тока на каждый метр высоты над землей, или, в эквиваленте футов, на 1-19 вольт постоянного тока на фут высоты.

Существует градиент потенциала на уровне земли («приземный слой атмосферы»), и это вертикальное поле ^[21] соответствует отрицательному заряду на поверхности Земли и вблизи нее. Отрицательный градиент потенциала быстро падает с увеличением высоты от земли.Большая часть этого потенциального градиента приходится на первые несколько километров. Положительный градиент потенциала быстро возрастает по мере увеличения высоты от земли. Вольта за два столетия до XXI века обнаружил с некоторой степенью точности, что пропорции ординат кривой или градиента электрического потенциала увеличиваются по мере увеличения расстояния от Земли, и совсем недавно Энгель предоставил данные для расчета увеличение (изображение справа).

Грозы и молнии

Основные статьи: Грозы и молнии Карта мира, показывающая частоту ударов молний, количество вспышек на км² в год (равновеликая проекция).Чаще всего удары молнии происходят в Демократической Республике Конго. Объединенные данные 1995–2003 гг. С оптического детектора переходных процессов и данные 1998–2003 гг. С датчика изображения молний.

Если известно количество воды, которая конденсируется и впоследствии выпадает из облака, то можно рассчитать полную энергию грозы. При средней грозе выделяемая энергия составляет около 10 000 000 киловатт-часов (3,6 × 10 ¹³ джоулей), что эквивалентно ядерной боеголовке мощностью 20 килотонн.Сильная и сильная гроза может быть в 10-100 раз сильнее. ^[22]

Как первоначально образуется молния, до сих пор остается предметом споров: ^[23] Ученые изучили основные причины, начиная от атмосферных возмущений (ветер, влажность и атмосферное давление) до воздействия солнечного ветра и накопления заряженных солнечных частиц. ^[24] Считается, что лед внутри облака является ключевым элементом в развитии молнии и может вызвать насильственное разделение положительных и отрицательных зарядов в облаке, тем самым способствуя образованию молнии.^[24]

Средняя молния переносит отрицательный электрический ток силой 40 кА (хотя некоторые болты могут иметь силу до 120 кА) и передает заряд в пять кулонов и 500 МДж, или энергию, достаточную для питания 100-ваттной лампочки. чуть меньше двух месяцев. Напряжение зависит от длины болта, при этом диэлектрический пробой воздуха составляет три миллиона вольт на метр; это соответствует примерно одному гигавольту (одному миллиарду вольт) для разряда молнии 300 м (1000 футов).При электрическом токе 100 кА это дает мощность 100 тераватт. Однако создание лидера молний — это не простой вопрос пробоя диэлектрика, и окружающие электрические поля, необходимые для распространения лидера молнии, могут быть на несколько порядков меньше, чем прочность диэлектрического пробоя. Кроме того, градиент потенциала внутри хорошо развитого канала обратного хода составляет порядка сотен вольт на метр или меньше из-за интенсивной ионизации канала, что приводит к истинной выходной мощности порядка мегаватт на метр для энергичного возврата. рабочий ток 100 кА.^[25]

Последовательность молний (Продолжительность: 0,32 секунды)

Электрификация в воздухе

Электростатика — это накопление заряда на поверхности предметов из-за контакта с другими поверхностями. Хотя перезарядка происходит всякий раз, когда любые две поверхности соприкасаются и разделяются, эффекты перезарядки обычно заметны только тогда, когда хотя бы одна из поверхностей имеет высокое сопротивление электрическому потоку. Это связано с тем, что заряды, которые переносятся на поверхность с высоким сопротивлением или с нее, более или менее задерживаются там на достаточно долгое время, чтобы можно было наблюдать их эффекты.Эти заряды затем остаются на объекте до тех пор, пока они не стекут на землю или не будут быстро нейтрализованы разрядом: например, знакомое явление статического «шока» вызвано нейтрализацией заряда, накопленного в теле от контакта с непроводящими поверхностями. .

Огонь Святого Эльма — это электрическое явление, при котором светящаяся плазма создается корональным разрядом, исходящим от заземленного объекта. Шаровую молнию часто ошибочно называют огнем Святого Эльма.Это отдельные и разные явления. ^[26] Огонь Святого Эльма, хотя и называется «огнем», на самом деле является плазмой. Огонь Святого Эльма — еще одна фаза атмосферного электричества, которую следует учитывать в этой связи. Он иначе известен как огонь святого Илии, святой Клары, святого Николая и Елены, а также составной, составной или составной (то есть corpus sanctum [ред., Святое тело]). Явление наблюдается, как правило, во время грозы на вершинах деревьев, шпилей и т. Д., или на головах животных, как кисть или звезда света. ^[3]

Электрическое поле вокруг рассматриваемого объекта вызывает ионизацию молекул воздуха, вызывая слабое свечение, хорошо видимое в условиях низкой освещенности. Приблизительно 1000 — 30 000 вольт на сантиметр требуется, чтобы вызвать огонь Святого Эльма; однако это число сильно зависит от геометрии рассматриваемого объекта. Острые точки, как правило, требуют более низких уровней напряжения для получения того же результата, потому что электрические поля более сконцентрированы в областях с высокой кривизной, поэтому разряды более интенсивны на концах заостренных предметов.^[27] Огонь Святого Эльма и обычные искры могут появиться при воздействии высокого электрического напряжения на газ. Огонь Святого Эльма наблюдается во время грозы, когда земля под грозой электрически заряжена, а в воздухе между облаком и землей находится высокое напряжение. Напряжение разрывает молекулы воздуха, и газ начинает светиться. Азот и кислород в атмосфере Земли заставляют Огонь Святого Эльма флуоресцировать синим или фиолетовым светом; это похоже на механизм, который заставляет светиться неоновые вывески.^[27]

Исследования и расследования

Чтобы обнаружить наличие свободного электричества в воздухе, можно использовать заостренный металлический стержень, выступающий в воздух на несколько футов и соединенный своим нижним концом с электроскопом из листового золота. Когда этот стержень поднимается в воздух на несколько футов, листья расходятся. Воздушные змеи и воздушные шары также использовались для обнаружения и, так сказать, отвода бесплатного электричества воздуха. Происхождение атмосферного электричества до сих пор неизвестно. Некоторые физики приписывают его трению воздуха о землю, другие — постепенному окислению растений и животных, третьи — испарению, индукции от солнца и разнице температур.^[3]

Малая высота

Основная статья: электрометр

Для определения электрического состояния атмосферы у поверхности земли достаточно электрометра Вольта. Электрометр — это прибор, который служит для индикации и измерения электричества. Одна только что упомянутая состоит из стеклянного сосуда, увенчанного острым металлическим стержнем; и к нижнему концу стержня, который входит в сосуд, свободно прикреплены две тонкие соломинки. Заостренный стержень, собирающий электричество из воздуха, две соломинки становятся одинаково наэлектризованными и удаляются друг от друга; величина расхождения, измеряющая интенсивность жидкости.^[28]

Большая высота

Основная статья: Метеорологический шар

Эксперименты проводятся в более высоких областях атмосферы с помощью воздушных змеев и воздушных шаров. Струна воздушного змея должна быть обмотана тонкой проволокой, чтобы передавать электричество с неба; и он также должен быть изолирован, прикрепив нижний конец либо к шелковому шнурку, либо к стеклянной опоре. Иногда используются небольшие стационарные воздушные шары, струны которых расположены и закреплены таким же образом.Иногда метеорологи поднимаются на воздушных шарах для наблюдений. ^[29]

Молния

Основная статья: Ракета-молния

Ракета-молния состоит из ракетной установки, которая связана с устройством обнаружения, которое измеряет наличие электростатических и ионных изменений в непосредственной близости от ракетной установки, которая также запускает ракетную установку. Эта система предназначена для контроля времени и места удара молнии.

См. Также

Общие: Геофизика, Науки об атмосфере, Физика атмосферы, Динамика атмосферы, Журнал геофизических исследований, Модель системы Земля, Химия атмосферы, Качество воздуха
Электромагнетизм: Магнитное поле Земли, Спрайты и молнии, Вистлер (радио), теллурические токи, время релаксации, электродный эффект, градиент потенциала
Другое: Медаль Чарльза Кри, электродинамические тросы, солнечное излучение
Люди: Эгон Швайдлер, Чарльз Кри, Никола Тесла, Герман Плаусон, Джозеф Дуайер

Ссылки и внешние статьи

Цитаты и примечания

^ См. Ричард Спелман Калли, Справочник по практической телеграфии . Foster et al., 132

Общие ссылки

До 1930-х годов

Стенограмма рукописной статьи, подписанной доктором Махлоном Лумисом, 7 января 1872 г. (из Radio News , ноябрь 1922 г., страницы 974–978 (выдержка из лекции Лумиса))
« Атмосферное электричество », dge.inpe.br.
Кри, Чарльз, « Атмосферное электричество », Британская энциклопедия. Британская энциклопедия, 1926.
« Чаунси Дж.Атмосферный электрический генератор Бриттена «, Rex Research.
Артур Уильям Пойзер, Магнетизм и электричество . Лонгманс, Грин и Ко. 1901.
Иеремия Джойс, Научные диалоги, с исправлениями О. Грегори . Дартон 1846.
Дионисий Ларднер, Популярные лекции по науке и искусству , Атмосферное электричество. Генри У. Ло 1856.
Мистер Уилсон, Портативный электрометр с позолотой и т. Д. . Труды Кембриджского философского общества
Альфред Урбаницки, Электричество на службе человека .Атмосферное электричество. Cassell & Company, Limited 1886.
Willis Isbister Milham, Meteorology , Атмосферное электричество. Компания Macmillan, 1912 год.
Уильям Аллен Миллер, Элементы химии: теоретические и практические , Атмосферное электричество.
Jacques Wardlaw Redway, Справочник по метеорологии: Руководство для совместных наблюдателей и студентов , Атмосферное электричество .. John Wiley & Sons, inc. 1921.
Эксперименты по атмосферному электричеству.Доктор Л. Вебер. (Elektrotechnische Zeitschrift, 1889, стр. 521.
Фрэнсис Ролт-Уиллер, Наука-история Вселенной , Электростатика — Атмосферное электричество. Издательство «Нынешняя литература» 1909.
Голдинг Берд, Элементы естественной философии , Атмосферное электричество. Ли и Бланшар 1848.
Джордж Кэри Фостер, Альфред Уильям Портер, Жюль Франсуа Жубер, Элементарный трактат по электричеству и магнетизму , Атмосферное электричество.Лонгманс, 1909.
Джон Броклсби Элементы метеорологии , Атмосферное электричество. Шелдон и компания 1869.
Наземное электричество, Ежегодник — Вашингтонский институт Карнеги.
Фрэнк Хагар Бигелоу, Трактат о солнечном излучении и других солнечных явлениях , Атмосферное электричество и дневная конвекция. John Wiley & Sons, Inc. 1918.
Дэвид Эймс Уэллс, Естественная философия Уэллса , Атмосферное электричество.Ivison, Blakeman, Taylor & co. 1876.
Карл Фридрих Пешель, Эбенезер Вест (Тр.), Elements of Physics , Атмосферное электричество и электрические явления жизни. Лонгман, Браун, Грин и Лонгманс 1846.

После 1930-х годов

Журналы

Статьи

Андерсон, Ф. Дж. И Г. Д. Фрейер, « Взаимодействие грозы с проводящей атмосферой ».J. Geophys. Res., 74, 5390–5396, 1969.
Брук, М., « Грозовая электрификация », Проблемы атмосферного и космического электричества. С.Коронити (ред.), Elsevier, Amsterdam, стр. 280–283, 1965.
Фаррелл, В. М., Т. Л. Аггсон, Э. Б. Роджерс и В. Б. Хэнсон, « Наблюдения ионосферных электрических полей над атмосферными метеорологическими системами », J. Geophys. Res., 99, 19475-19484, 1994.
Фернслер Р. Ф. и Х. Л. Роуленд, « Модели созданных молниями спрайтов и эльфов ».J. Geophys. Res., 101, 29653-29662, 1996.
Fraser-Smith, A.C., « УНЧ магнитные поля, генерируемые электрическими бурями, и их значение для генерации геомагнитных пульсаций ». Geophys. Res. Lett., 20, 467–470, 1993.
Кридер Э. П. и Р. Дж. Блейксли, « Электрические токи, создаваемые грозовыми облаками ». J. Electrostatics, 16, 369–378, 1985.
Лазебный Б.В., Николаенко А.П., Рафальский В.А., Швец А.В. Обнаружение поперечных резонансов полости Земля-ионосфера в среднем спектре ОНЧ атмосфер .Geomagn. Aeron., 28, 281–282, 1988.
Огава, Т., « Электроэнергия в ясную погоду ». J. Geophys. Res., 90, 5951–5960, 1985.
Сентман Д. Д., « Спектры резонанса Шумана в полости Земля-ионосфера на двух уровнях высоты». J. Geophys. Res., 101, 9479–9487, 1996.
Волин, Л., « Элементы ясной погоды, электричество ». J. Geophys. Res., 99, 10767-10772, 1994.

Общие

Прочие показания

Ричард Э.Орвилл (ред.), « Атмосферное и космическое электричество «. (Виртуальный журнал «Выбор редакции») — « American Geophysical Union ». (AGU) Вашингтон, округ Колумбия 20009-1277 США
Шонланд, Б.Ф. Дж., « Атмосферное электричество, ». Метуэн и Ко., Лтд., Лондон, 1932 г.
МакГорман, Дональд Р., У. Дэвид Раст, Д. Р. Макгорман и У. Д. Раст, « Электрическая природа штормов ». Oxford University Press, март 1998 г. ISBN 0-19-507337-1
Коулинг, Томас Гилберт, « О теории магнитных бурь и полярного сияния Альфвена «, Земной магнетизм и атмосферное электричество, 47, 209–214, 1942.
Х. Х. Хофферт, « Прерывистых вспышек молнии, ». Proc. Phys. Soc. Лондон 10 № 1 (июнь 1888 г.) 176–180.
Фолланд, Х., « Атмосферная электродинамика» , Спрингер, Берлин, 1984.

Сайтов

Бейтман, Монте, « Домашняя страница по атмосферному электричеству, ».
« Международная комиссия по атмосферному электричеству ». Комиссия Международной ассоциации метеорологии и физики атмосферы.
« Молния и атмосферное электричество ». Глобальный центр гидрологии и климата НАСА.
Кифт, Сэнди, « Лаборатория Ленгмюра для атмосферных исследований ». Институт горного дела и технологий Нью-Мексико.
« Энергия от воздуха «. Наука и изобретения (бывший специалист по электричеству), февраль 1922 г., вып. 10. Vol IX, Whole No. 106. New York. (nuenergy.org)
« Энергия от воздуха «. Наука и изобретения (ранее — Электрический экспериментатор), март 1922 г.(nuenergy.org).
« RF Энергия через ионосферу ». Концепции радиочастотной энергии, разд. 101 Rev. Ноябрь 2003 г.
Петер Винклер, « Ранние наблюдения и знания о воздушном электричестве и магнетизме в Гогенпейсенберге во время Палатины ». Метеорологическая служба Германии, Метеорологическая обсерватория. (PDF)
« Атмосферное электричество ». Меридиан международное исследование.
«Атмосферное электричество и растения»
Космические лучи вызывают молнии? Спросите у экспертов — sciam.com 24 января 2008 г.
« Электрическая среда Земли ». CPSMA, USA National Academies Press.

Дополнительная литература

Огюст де ла Рив, Объяснение суточных колебаний магнитной иглы и северного сияния (1894)
Джеймс Р. Уэйт, Некоторые основные электромагнитные аспекты вариаций УНЧ поля в атмосфере . Journal Pure and Applied Geophysics, Volume 114, Number 1 / January, 1976 Pages 15–28 Birkhäuser Basel ISSN 0033-4553 (Print) 1420-9136 (Online) DOI 10.1007 / BF00875488
Чарльз Кри, Наблюдения за атмосферным электричеством в обсерватории Кью . Труды Лондонского королевского общества, Vol. 60, 1896–1897 (1896–1897), стр. 96–132
Г. К. Симпсон, К. С. Райт, Атмосферное электричество над океаном . Труды Лондонского королевского общества. Серия A, Содержащие статьи математического и физического характера, Vol. 85, No. 577 (10 мая 1911 г.), стр. 175–199
Национальный исследовательский совет (U.S.). И Американский геофизический союз. (1986). Электрическая среда Земли. Вашингтон, округ Колумбия: Национальная академия Pres
Динамика Солнца и ее влияние на гелиосферу и Землю Автор Д. Н. Бейкер, Международный институт космических наук
Изменчивость солнечной энергии, погода и климат Национальным исследовательским советом (США). Комитет по изучению геофизики
Philosophical magazine. (1839) Лондон: Тейлор и Фрэнсис. Инструкция к научной экспедиции в арктический регион, Электрометры.