Глобальная атмосферная электрическая цепь

Глобальная электрическая цепь атмосферы — это непрерывное движение атмосферных носителей заряда, таких как ионы, между верхним проводящим слоем (часто ионосферой ) и поверхностью. Концепция глобальной цепи тесно связана с атмосферным электричеством , но не все атмосферы обязательно имеют глобальную электрическую цепь. ^[2] Основная концепция глобальной цепи состоит в том, что благодаря балансу гроз и ясной погоды атмосфера подвергается постоянному и сильному электрическому току .

В основном, грозы по всему миру несут отрицательный заряд на землю, который затем постепенно разряжается через воздух вдали от грозы в условиях, которые называются «ясной погодой». ^[1]

Этот атмосферный контур занимает центральное место в изучении физики атмосферы и метеорологии . ^[3] Глобальная электрическая цепь также актуальна для изучения здоровья человека и загрязнения воздуха из-за взаимодействия ионов и аэрозолей . Последствия изменения климата и чувствительности электрической цепи Земли к температуре в настоящее время неизвестны. ^[4]

История

История глобальной атмосферной электрической цепи переплетается с историей атмосферного электричества . Например, в 18 веке учёные начали понимать связь между молнией и электричеством. В дополнение к культовым экспериментам Бенджамина Франклина и Томаса-Франсуа Далибара с воздушным змеем , некоторые ранние исследования заряда в «безоблачной атмосфере» (т. е. в хорошую погоду) были проведены Джамбатистой Беккариа , Джоном Кантоном , Луи-Гийомом Ле Монье и Джоном Ридом. . ^[5]

Измерения хорошей погоды, начиная с конца 18 века, часто обнаруживали постоянные суточные колебания. В XIX веке было проведено несколько длинных серий наблюдений. Измерения вблизи городов находились (и остаются) под сильным влиянием дымового загрязнения. В начале 20-го века подъемы на воздушных шарах предоставили информацию об электрическом поле далеко над поверхностью. Важную работу проделало исследовательское судно «Карнеги» , которое производило стандартизированные измерения во всем Мировом океане (где воздух относительно чистый).

CTR Wilson был первым, кто представил концепцию глобальной сети в 1920 году. ^[6]

Механизм

Молния

В день происходит около 40 000 гроз, вызывающих примерно 100 ударов молний в секунду. ^[1] можно думать, что он заряжает землю, как аккумулятор. Грозы создают разность электрических потенциалов между земной поверхностью и ионосферой, главным образом за счет молнии, возвращающей ток в землю. Из-за этого ионосфера заряжается положительно относительно Земли.Следовательно, всегда существует небольшой ток примерно 2 пА на квадратный метр, переносящий заряженные частицы в виде атмосферных ионов между ионосферой и поверхностью.

Хорошая погода

Этот ток переносится ионами , присутствующими в атмосфере (генерируемыми в основном космическими лучами в свободной тропосфере и выше, а также радиоактивностью в нижних слоях 1 км или около того).Ионы делают воздух слабо проводящим; разные места и метеорологические условия имеют разную электропроводность . Хорошая погода описывает атмосферу вдали от гроз, где течет слабый электрический ток между ионосферой и Землей. ^[7]

Измерение

Напряжения , присутствующие в цепи Земли, значительны. На уровне моря типичный градиент потенциала в хорошую погоду составляет 120 В/м. Тем не менее, поскольку проводимость воздуха ограничена, связанные с ним токи также ограничены. Типичное значение составляет 1800 А по всей планете.Когда нет дождя или бури, количество электричества в атмосфере ^{[ нужны разъяснения ]} обычно составляет от 1000 до 1800 ампер. В ясную погоду на квадратный километр приходится около 3,5 микроампер (9 микроампер на квадратную милю). ^[8]

Кривая Карнеги

Электрический ток Земли меняется в соответствии с суточной закономерностью, называемой кривой Карнеги, вызванной регулярными ежедневными изменениями электрификации атмосферы, связанными с бурными регионами Земли. ^[9] Модель также показывает сезонные колебания, связанные с земными солнцестояниями и равноденствиями. Он был назван в честь Института науки Карнеги .

См. также

Внешние источники

Публикации

Ле Монье, Л.-Ж.: «Наблюдения за электричеством воздуха», История Королевской академии наук (1752 г.) , стр. 233 и след. 1752.
Свен Исраэльссон, О концепции хороших погодных условий в атмосферном электричестве. 1977.
Огава Т., «Электричество в хорошую погоду». Дж. Геофиз. Рез., 90, 5951–5960, 1985.
Волин Л., «Элементы электричества в хорошую погоду». Дж. Геофиз. Рез., 99, 10767-10772, 1994 г.
Р.Б. Бент, WCA Хатчинсон, Измерения объемного электрического заряда и электродный эффект на высоте мачты 21 м . Дж. Атмос. Терр. Физика, 196.
Беспалов П.А., Чугунов Ю. В., Давыденко С.С., Планетарный электрический генератор в условиях хорошей погоды с высотной проводимостью атмосферы , Журнал физики атмосферы и Земли, т.58, №5,с. 605–611, 1996 г.
Д.Г. Йерг, К.Р. Джонсон, Короткопериодические колебания электрического поля хорошей погоды . Дж. Геофиз. Рез., 1974.
Т. Огава, Суточные изменения атмосферного электричества . Дж. Геомаг. Геоэлект, 1960.
Р. Рейтер, Взаимосвязь между атмосферными электрическими явлениями и одновременными метеорологическими условиями . 1960 год
Дж. Лоу, Ионизация атмосферы у земли в ясную погоду . Ежеквартальный журнал Королевского метеорологического общества, 1963 г.
Т. Маршалл, В.Д. Раст, М. Столценбург, В. Рёдер, П. Кребим Исследование усиленных электрических полей в хорошую погоду, возникающих вскоре после восхода солнца .
Р. Марксон, Модуляция электрического поля Земли космическим излучением . Природа , 1981
Кларк, Джон Фулмер, Электрический потенциал атмосферы в хорошую погоду и его градиент .
П. А. Беспалов, Ю. Чугунов В., Давыденко С.С. Планетарный электрогенератор в условиях хорошей погоды с высотной проводимостью атмосферы .
А. М. Сельва и др., Новый механизм поддержания электрического поля хорошей погоды и электрификации облаков .
М. Дж. Райкрофт, С. Исраэльсонb и К. Прайс, Глобальная электрическая цепь атмосферы, солнечная активность и изменение климата .
А. Мэри Селвам, А.С. Рамачандра Мурти, Г.К. Манохар, С.С. Кандалгаонкар, Бх. В.Рамана Мурти, Новый механизм поддержания электрического поля хорошей погоды и электрификации облаков . arXiv:физика/9910006
Огава, Тосио, электричество в хорошую погоду . Журнал геофизических исследований, том 90, выпуск D4, стр. 5951–5960.
Эффект аврорального сияния на электрическом поле хорошей погоды . Nature 278, 239–241 (15 марта 1979 г.); дои : 10.1038/278239a0
Беспалов П.А.; Чугунов, Ю. В., Вращение плазмосферы и происхождение атмосферного электричества . Физика – Доклады, том 39, выпуск 8, август 1994 г., стр. 553–555.
Беспалов П.А.; Чугунов, Ю. В.; Давыденко С.С. Планетарный электрогенератор в условиях хорошей погоды с высотной проводимостью атмосферы . Журнал физики атмосферы и Земли.
Эй Джей Беннетт, Р.Г. Харрисон, Простой атмосферный электрический прибор для образовательных целей.

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Электричество в атмосфере - Лекции Фейнмана
^ Аплин, КЛ (2022). «Заряд сфер» . Астрономия и геофизика . 63 (4): 4.12–4.17.
^ Харрисон, Р.Г. (1 ноября 2004 г.). «Глобальная электрическая цепь атмосферы и климат» . Исследования в области геофизики . 25 (5): 441–484. arXiv : физика/0506077 . дои : 10.1007/s10712-004-5439-8 . ISSN 1573-0956 .
^ «Погружение в атмосферное электричество | Управление научной миссии» . science.nasa.gov . Проверено 5 ноября 2017 г.
^ Беннетт, Эй Джей; Харрисон, Р.Г. (1 октября 2007 г.). «Атмосферное электричество в различных погодных условиях» . Погода . 62 (10): 277–283. Бибкод : 2007Wthr...62..277B . дои : 10.1002/wea.97 . ISSN 1477-8696 .
^ Аплин, КЛ; Харрисон, Р.Г.; Райкрофт, MJ (1 июня 2008 г.). «Исследование атмосферного электричества Земли: ролевая модель для планетарных исследований» . Обзоры космической науки . 137 (1): 11–27. дои : 10.1007/s11214-008-9372-x . ISSN 1572-9672 .
^ Харрисон, Р.Г.; Николл, Калифорния (1 ноября 2018 г.). «Критерии хорошей погоды для измерений атмосферного электричества» (PDF) . Журнал атмосферной и солнечно-земной физики . 179 : 239–250. дои : 10.1016/j.jastp.2018.07.008 . ISSN 1364-6826 .
^ Мэтью, Терри (2006). Элерт, Гленн (ред.). «Электрический ток через атмосферу» . Справочник по физике . Проверено 25 января 2022 г.
^ Харрисон, Р. Джайлз (1 марта 2013 г.). «Кривая Карнеги» . Исследования в области геофизики . 34 (2): 209–232. Бибкод : 2013SGeo...34..209H . дои : 10.1007/s10712-012-9210-2 . ISSN 0169-3298 .

Внешние ссылки

СМИ, связанные с глобальной атмосферной электрической цепью, на Викискладе?

[Feynman-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с Электричество в атмосфере - Лекции Фейнмана

[2] Аплин, КЛ (2022). «Заряд сфер» . Астрономия и геофизика . 63 (4): 4.12–4.17.

[3] Харрисон, Р.Г. (1 ноября 2004 г.). «Глобальная электрическая цепь атмосферы и климат» . Исследования в области геофизики . 25 (5): 441–484. arXiv : физика/0506077 . дои : 10.1007/s10712-004-5439-8 . ISSN 1573-0956 .

[nasa-4] «Погружение в атмосферное электричество | Управление научной миссии» . science.nasa.gov . Проверено 5 ноября 2017 г.

[5] Беннетт, Эй Джей; Харрисон, Р.Г. (1 октября 2007 г.). «Атмосферное электричество в различных погодных условиях» . Погода . 62 (10): 277–283. Бибкод : 2007Wthr...62..277B . дои : 10.1002/wea.97 . ISSN 1477-8696 .

[6] Аплин, КЛ; Харрисон, Р.Г.; Райкрофт, MJ (1 июня 2008 г.). «Исследование атмосферного электричества Земли: ролевая модель для планетарных исследований» . Обзоры космической науки . 137 (1): 11–27. дои : 10.1007/s11214-008-9372-x . ISSN 1572-9672 .

[7] Харрисон, Р.Г.; Николл, Калифорния (1 ноября 2018 г.). «Критерии хорошей погоды для измерений атмосферного электричества» (PDF) . Журнал атмосферной и солнечно-земной физики . 179 : 239–250. дои : 10.1016/j.jastp.2018.07.008 . ISSN 1364-6826 .

[8] Мэтью, Терри (2006). Элерт, Гленн (ред.). «Электрический ток через атмосферу» . Справочник по физике . Проверено 25 января 2022 г.

[9] Харрисон, Р. Джайлз (1 марта 2013 г.). «Кривая Карнеги» . Исследования в области геофизики . 34 (2): 209–232. Бибкод : 2013SGeo...34..209H . дои : 10.1007/s10712-012-9210-2 . ISSN 0169-3298 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]