Scisne?

Электричество Земного шара

# 12 Окт 2018 12:31:39
Serg53

Электрическая ёмкость Земного шара как уединённого проводника составляет примерно
0,7 Ф (фарад). Если рассматривать Земной шар и его ионосферу как сферический электрический конденсатор, то электроёмкость такой системы около 87 Ф. Разность потенциалов между Землёй и ионосферой порядка 300 кВ = 300000 В (вольт). Потенциал ионосферы положителен относительно Земли. Считается, что источником потенциала ионосферы является атмосферная грозовая деятельность. Имеются некоторые доказательства этого утверждения. Электрический заряд, накопленный в ионосфере примерно равен
26,1 миллионов кулон = 26100000 К (кулон). Это соответствует накопленной энергии
3915 ГДж (гигаджоулей) = 3915000000000 Дж (джоулей).

По абсолютной величине это большие значения, но в масштабах космоса это не очень много. Если разделить эти цифры на площадь Земного шара, то на 1 кв.метр поверхности будет приходиться примерно 0,0000005 кулон электрического заряда и 0,00785 джоуля энергии.
# 12 Окт 2018 18:30:07
Serg53

Ионосфера Земли порождается излучениями Солнца - ультрафиолетовым и более жестким. Нижняя граница ионосферы находится примерно на высоте 50 км.

Не думаю, что воздействие на ионосферу ВЧ излучением, даже очень мощным, может существенно изменять структуру ионосферы. Излучение будет либо отражаться от ионосферы, либо проходить сквозь нее. Нагревание же ионосферы будет только увеличивать её электропроводность. Во времена воздушных испытаний ядерного оружия, по ионосфере пробовали "ударять ядерными дубинками или кувалдами" и ничего, кроме радиоактивного загрязнения атмосферы, не происходило.

На состояние ионосферы гораздо сильнее влияют химические воздействия, например, аэрозоли, которые могут подниматься с поверхности земли. Возможно, что и выхлопы ракетных двигателей, пролетающих сквозь ионосферу, тоже до некоторой степени влияют на состояние ионосферы.
# 14 Окт 2018 01:01:39
Serg53

Оценочная величина тока утечки из ионосферы в землю составляет порядка 1800 А (ампер). Если это значение разделить на площадь Земного шара, то на 1 кв.метр поверхности будет приходиться примерно 0,0000000000036 А = 0,0000036 мкА (микроампер).
# 14 Окт 2018 09:37:34
Serg53

Оценочная величина тока утечки из ионосферы в землю составляет порядка
1800 А (ампер) = 1,8 кА (килоампер). Если это значение разделить на площадь Земного шара, то на 1 кв.метр поверхности будет приходиться примерно
0,0000000000036 А = 0,0000036 мкА (микроампер). Сопротивление утечки можно вычислить по закону Ома R = U : I = 300 кВ : 1,8 кА ~ 167 Ом
Так как электроёмкость системы земля-ионосфера около 87 Ф, то постоянная времени разряда получается T = R C = 167 х 87 = 14529 сек или примерно 4 часа.

Убыль электрических зарядов восполняется грозовыми процессами в атмосфере. Усреднённая мощность этих процессов приблизительно составляет
Р = 300 кВ х 1800 А = 540000 кВт (киловатт) = 540 МВт (мегаватт)
Такая мощность соответствует ежесекундным затратам энергии 540 МДж (мегаджоулей).
По данным космических наблюдений на Земном шаре ежесекундно происходит примерно 50 молниевых электрических разрядов. Тогда получается, что усреднённая энергия подпитки ионосферы одной молнией составляет 540 : 50 = 10,8 МДж. Это небольшая величина от энергии одной молнии. Прикидочные расчеты показывают, что энергия одной молнии может находиться в пределах 500 - 5000 МДж и более. Такое энергетическое соотношение свидетельствует о том, что только малая часть молний "ударяет" в землю и ионосферу.
Наибольшая активность грозовых процессов наблюдается в экваториальных и тропических широтах Земного шара.
# 14 Окт 2018 18:32:21
Serg53

В июле этого года, во время вечерней прогулки наблюдал грозу. Было очень душно, но насыщенности воздуха электричеством не ощущалось. Грозовой фронт был очень большим. Десятки километров. Все наблюдаемые разряды молний происходили внутри облаков на высоте от 1-го до 3-х километров. Преимущественное направление молний было горизонтальное. Длина одной из молний составляла около 3-х километров. Другая молния имела "синусоидальную" форму, причем нижние части "синусоиды", обращенные к земле, выглядели значительно ярче верхних. Ударов молний в землю или шаровых молний не видел.
# 15 Окт 2018 11:21:39
Serg53

По запросу = вид атмосферы Земли из космоса = в Интернете можно найти много фотоснимков. Можно, например, посмотреть текст с картинками в Википедии -
https://ru.wikipedia.org/wiki/Атмосфера_Земли
# 15 Окт 2018 20:23:17
Serg53

Про грозы и молнии в Википедии тоже много написано:
https://ru.wikipedia.org/wiki/Гроза
https://ru.wikipedia.org/wiki/Молния
# 16 Окт 2018 20:24:43
Serg53

Википедия об атмосферном электричестве:
https://ru.wikipedia.org/wiki/Атмосферное_электричество
# 17 Окт 2018 11:30:21
Serg53

Если бы электрическое поле между Землёй и ионосферой было бы однородным, то величина напряженности электрического поля составляла бы примерно
300 кВ / 50 км = 6 В/м (вольт на метр). Но, так как плотность и давление воздуха уменьшаются с высотой, а ионизирующая способность космического излучения увеличивается, то электрическое поле получается неравномерным. Так, вблизи поверхности земли напряженность поля составляет порядка 100 В/м, на высоте 6 км 10 В/м, на высоте 10 км меньше 5 В/м и далее к высоте 50 км постепенно уменьшается до величины близкой к нулю. То есть фактически, электрическое поле оказывается сосредоточенным в тропосфере.

Если учесть неравномерность электрического поля между Землёй и ионосферой, то электроёмкость системы земля-ионосфера получится существенно больше 87 Ф, соответственно больше будут накопленный электрический заряд и энергия. Но так как все получаемые цифры расчетные и проверить их практически затруднительно, то нет смысла акцентироваться на этих поправках.

В наэлектризованной грозовой туче снизу скапливаются отрицательные заряды, а сверху положительные. Отрицательные заряды индуцируют на нижележащем участке земной поверхности положительные заряды, которые способствуют пробою воздушного промежутка и сбросу отрицательных зарядов в землю. В тоже время, положительные заряды с верха тучи, посредством разновидностей искрового, коронного или тлеющего электрических разрядов, через тропосферу и стратосферу перетекают в ионосферу. Движущей силой такого процесса является высокая величина электрического потенциала, значительно превышающая потенциал ионосферы. Вид наблюдаемых надоблачных электрических разрядов "Эльфы", "Джеты", "Спрайты" и т.д., вероятно, зависит от конкретных физико-химических условий процесса. Основную роль в формировании электропроводящих каналов в атмосфере, по-видимому, играют высокоэнергетические космические частицы.
# 29 Окт 2018 07:57:59
Serg53

Ток утечки из ионосферы в землю порядка 1500 - 1800 ампер компенсируется "подзарядкой" молниевыми разрядами грозовых облаков. Ток 1500 ампер соответствует перетеканию электрических зарядов величиной 1500 кулон в секунду. Полагая, что в землю и ионосферу "ударяет" порядка 10 - 20 молний в секунду, получаем, что одна молния переносит в среднем от 75 до 150 кулон электрического заряда. Так как время основной части молниевого разряда находится в пределах 0,001 - 0,0001 сек, амплитуда тока разряда получается от 75 до 1500 килоампер. В реальности разряд происходит несколькими порциями, поэтому амплитуда тока может быть в несколько раз меньше.

Искра длиной 10 мм в миллион раз короче, чем молния длиной 10 км. Поэтому время основной части искрового разряда в миллион раз меньше молниевого, что составляет миллиардные доли секунды. Но послесвечение канала искры длится гораздо дольше и может составлять тысячные доли секунды.

Конденсатор ёмкостью 0,01 мкФ (микрофарад), заряженный до напряжения 20 кВ (киловольт), имеет накопленный электрический заряд 0,0002 кулон и энергию 2 Дж (джоуля). Числа небольшие, но для живых организмов это смертельно опасные величины. Если 0,0002 кулон разделить на миллиардную долю секунды, то амплитуда тока получится 200 килоампер. В реальности активное и индуктивное сопротивление проводов уменьшат эту величину в 50 - 100 раз и амплитуда тока составит несколько килоампер. Но соответственно увеличится время протекания процесса. Сопротивление тела живого организма для искры составляет порядка
1 кОм (кило-Ом). Поэтому амплитуда тока будет
20 кВ / 1 кОм = 20 ампер, а постоянная времени процесса
T = R C = 1 кОм х 0,01 мкФ = 0,01 мсек (миллисекунд) = 10 мксек (микросекунд)
# 29 Окт 2018 12:20:16
Serg53

Для сравнения параметры электрошокера последней модификации - выходная электроёмкость ~ 2000 пФ = 0,002 мкФ, выходное напряжение до 15 кВ. Энергия искры получается около
0,3 Дж, протекший электрический заряд 0,000045 кулон.

Ещё интересный факт.
При вставлении штепсельной вилки питания компьютера в розетку происходит искрение. Наверное, из-за импульса зарядки конденсаторов в блоке питания. Сегодня, при этом из одного гнезда выскочила светящаяся искорка, желто-оранжевого цвета, диаметром не более 0,1 мм. Эта светящаяся точка пролетела горизонтально примерно 8 см по закруглённой траектории с радиусом кривизны около 2 см и "растаяла" в воздухе. Время движения составило порядка
0,5 сек. То есть скорость движения была ~ 16 см/сек = 0,16 м/сек. Штеккера у вилки латунные, гнёзда в розетке медные. Что-то похожее было в прошлом месяце. Тоже из одного гнезда выскочил сноп искр, но пролетел веером прямолинейно, примерно 5 см за 0,1 - 0,2 сек и "растаял" в воздухе.

Эти примеры к тому, что только сегодня я утверждал, что послесвечение канала искры может составлять тысячные доли секунды. И вот те на, какие-то недоступные моему пониманию силы намекают мне, что искры могут существовать и дольше...
# 15 Ноя 2018 11:35:28
Serg53

Уточняю, конденсатор C = 2000 пФ (пикофарад), заряженный до напряжения 15 кВ (киловольт) имеет электростатическую энергию 0,225 Дж (джоуля). Если C = 2200 пФ, U = 16 кВ, то энергия будет около 0,28 Дж.
Только зарегистрированные пользователи могут создавать сообщения.
Вход, Регистрация.