Globalny obwód elektryczny atmosfery

Piorun uderza w ziemię 40 000 razy dziennie

Globalny atmosferyczny obwód elektryczny to ciągły ruch elektryczności atmosferycznej między jonosferą a Ziemią . Równowaga burz i dobrej pogody powoduje, że atmosfera jest poddawana ciągłemu i znacznemu prądowi elektrycznemu .

Zasadniczo burze na całym świecie przenoszą ładunki ujemne na ziemię, które są następnie stopniowo uwalniane w powietrzu przy ładnej pogodzie.

Ten obwód atmosferyczny ma kluczowe znaczenie dla badań fizyki atmosfery i meteorologii . Jest używany do zrozumienia elektryczności atmosferycznej na całej planecie. W przeszłości sugerowano ją jako źródło dostępnej energii lub platformę komunikacyjną .

Globalny obwód elektryczny ma również znaczenie dla badań nad zdrowiem ludzi i zanieczyszczeniem powietrza , ze względu na oddziaływanie jonów ujemnych i aerozoli . Wpływ globalnego ocieplenia i wrażliwości obwodu elektrycznego Ziemi na temperaturę jest nieznany.

Historia

Elektrownia Wardenclyffe próbowała wykorzystać ziemski obwód elektryczny do celów telekomunikacyjnych

Historia globalnego atmosferycznego obwodu elektrycznego przeplata się z historią elektryczności atmosferycznej . Na przykład w XVIII wieku naukowcy zaczęli rozumieć związek między piorunami a elektrycznością. Oprócz kultowych eksperymentów z latawcem Benjamina Franklina i Thomasa-François Dalibarda , niektóre wczesne badania ładunku w „bezchmurnej atmosferze” (tj. przy dobrej pogodzie) przeprowadzili Giambatista Beccaria , John Canton , Louis-Guillaume Le Monnier i Jan Czytaj .

Pomiary dobrej pogody od końca XVIII wieku często wykazywały stałe wahania dobowe. W XIX wieku dokonano kilku długich serii obserwacji. Pomiary w pobliżu miast były (i nadal są) pod silnym wpływem zanieczyszczenia dymem. Na początku XX wieku wznoszenie się balonem dostarczało informacji o polu elektrycznym znacznie powyżej powierzchni. Ważną pracę wykonał statek badawczy Carnegie , który wykonał znormalizowane pomiary wokół oceanów świata (gdzie powietrze jest stosunkowo czyste).

CTR Wilson jako pierwszy przedstawił koncepcję toru globalnego w 1920 roku.

Mechanizm

Błyskawica

Główny artykuł: Błyskawica

Błyskawice uderzają w ziemię 40 000 razy dziennie i można przypuszczać, że ładują ziemię jak baterię. Burze generują różnicę potencjałów elektrycznych między powierzchnią ziemi a jonosferą, głównie za pomocą wyładowań atmosferycznych, które zwracają prąd do ziemi. Z tego powodu jonosfera jest naładowana dodatnio w stosunku do ziemi. W związku z tym zawsze istnieje mały prąd o natężeniu około 2 pA na metr kwadratowy, który przenosi naładowane cząstki w postaci jonów atmosferycznych między jonosferą a powierzchnią.

Ładna pogoda

Prąd ten jest przenoszony przez jony obecne w atmosferze (generowane głównie przez promienie kosmiczne w swobodnej troposferze i wyżej oraz przez radioaktywność w najniższych warstwach o mniej więcej 1 km). Jony powodują, że powietrze słabo przewodzi; różne lokalizacje i warunki meteorologiczne mają różną przewodność elektryczną . Dobra pogoda opisuje atmosferę z dala od burz, w której płynie ten słaby prąd elektryczny między jonosferą a ziemią.

Pomiar

Napięcia występujące w obwodzie Ziemi są znaczące. Na poziomie morza typowy gradient potencjału przy ładnej pogodzie wynosi 120 V/m. Niemniej jednak, ponieważ przewodnictwo powietrza jest ograniczone, związane z tym prądy są również ograniczone. Typowa wartość to 1800 A na całej planecie. Gdy nie pada deszcz ani nie ma burzy, ilość energii elektrycznej w atmosferze zwykle wynosi od 1000 do 1800 amperów. Przy ładnej pogodzie jest około 3,5 mikroamperów na kilometr kwadratowy (9 mikroamperów na milę kwadratową). Może to spowodować różnicę ponad 200 woltów między głową a stopami zwykłej osoby.

Krzywa Carnegie'go

Prąd elektryczny na Ziemi zmienia się zgodnie z dziennym wzorcem zwanym krzywą Carnegie, spowodowanym regularnymi dziennymi zmianami elektryfikacji atmosfery związanej z burzowymi regionami Ziemi. Wzór pokazuje również zmienność sezonową, powiązaną z ziemskimi przesileniami i równonocami. Został nazwany na cześć Carnegie Institution for Science .

Zobacz też

• Elektryczność atmosferyczna
• Geofizyka
• Pole magnetyczne Ziemi
• Duchy i błyskawice
• Ładunek kosmiczny
• Prądy telluryczne

Źródeł zewnętrznych

Publikacje

• Le Monnier, L.-G.: „Observations sur l'Electricité de l'Air”, Histoire de l'Académie royale des sciences (1752) , s. 233ff. 1752.
• dobrych warunkach pogodowych poczęcia w elektryczności atmosferycznej. 1977.
• Ogawa, T., „Elektryczność przy dobrej pogodzie”. J. Geophys. Rez., 90, 5951–5960, 1985.
• Wåhlin, L., „Elementy dobrej energii elektrycznej”. J. Geophys. Rez., 99, 10767-10772, 1994
• RB Bent, WCA Hutchinson, Pomiary ładunków elektrycznych w przestrzeni i efekt elektrody na wysokości masztu 21 m . J. Atmos. Terr. Fizyka, 196.
• Bespałow PA, Czugunow Ju. V. i Davydenko SS, Planetarny generator elektryczny w warunkach dobrej pogody z przewodnictwem atmosferycznym zależnym od wysokości , Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics, v.58, #5, s. 605-611,1996
• DG Yerg, KR Johnson, Krótkookresowe fluktuacje pola elektrycznego dobrej pogody . J. Geophys. Rez., 1974.
• T Ogawa, Dobowe wahania elektryczności atmosferycznej . J. Geomag. Geoelektr, 1960.
• R Reiter, Związki między atmosferycznymi zjawiskami elektrycznymi a równoczesnymi warunkami meteorologicznymi . 1960
• J. Law, Jonizacja atmosfery przyziemnej przy dobrej pogodzie . Kwartalnik Królewskiego Towarzystwa Meteorologicznego, 1963
• T. Marshall, WD Rust, M. Stolzenburg, W. Roeder, P. Krehbim Badanie wzmocnionych pól elektrycznych przy dobrej pogodzie występujących wkrótce po wschodzie słońca .
• R Markson, Modulacja ziemskiego pola elektrycznego przez promieniowanie kosmiczne . Natura , 1981
• Clark, John Fulmer, Atmosferyczny potencjał elektryczny dobrej pogody i jego gradient .
• PA Bespałow, Yu. V. Chugunov i SS Davydenko, Planetarny generator elektryczny w warunkach dobrej pogody z przewodnictwem atmosferycznym zależnym od wysokości .
• AM Selva i in., Nowy mechanizm utrzymywania pola elektrycznego o dobrej pogodzie i elektryfikacji chmur .
• MJ Rycroft, S. Israelssonb i C. Pricec, Globalny atmosferyczny obwód elektryczny, aktywność słoneczna i zmiany klimatu .
• A. Mary Selvam, AS Ramachandra Murty, GK Manohar, SS Kandalgaonkar, Bh. V.Ramana Murty, Nowy mechanizm utrzymania dobrej pogody w polu elektrycznym i elektryfikacji chmur . arXiv: fizyka/9910006
• Ogawa, Toshio, elektryczność na dobrą pogodę . Journal of Geophysical Research, tom 90, wydanie D4, s. 5951–5960.
• Efekt zorzy polarnej na pole elektryczne dobrej pogody . Nature 278, 239–241 (15 marca 1979); doi : 10.1038/278239a0
• Bespałow, Pensylwania; Czugunow, Yu. V., Rotacja plazmasfery i pochodzenie elektryczności atmosferycznej . Fizyka – Doklady, tom 39, zeszyt 8, sierpień 1994, s. 553–555
• Bespałow, Pensylwania; Czugunow, Yu. W.; Davydenko, SS Planetarny generator elektryczny w warunkach dobrej pogody z przewodnictwem atmosferycznym zależnym od wysokości . Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics .
• AJ Bennett, RG Harrison, Prosty atmosferyczny instrument elektryczny do użytku edukacyjnego

Linki zewnętrzne

• Media związane z globalnym atmosferycznym obwodem elektrycznym w Wikimedia Commons