Атмосферна електрика

Коротко

• Навіть у ясну погоду біля поверхні Землі існує електричне поле напруженістю близько 100–130 В/м.
• Повітря проводить струм завдяки іонам, які утворюють космічні промені, радіоактивність гірських порід і випромінювання Сонця.
• Земля, атмосфера та іоносфера утворюють глобальне електричне коло, яке підживлюють грози.
• 1752 року дослід Тома-Франсуа Далібара за ідеєю Бенджаміна Франкліна довів, що блискавка — електричний розряд.

1752 року в містечку Марлі-ля-Віль під Парижем фізик Тома-Франсуа Далібар підняв 12-метровий залізний стрижень під грозову хмару й отримав від нього іскри. Ідею такої антени висунув 1750 року Бенджамін Франклін, а дослід довів, що блискавка має ту саму природу, що й іскра електричної машини. Того ж року Франклін запропонував блискавковідвід.

Від храмових щогл до Кулона

Спроби захиститися від «небесного вогню» давніші за науку. Написи на стінах староєгипетських храмів згадують щогли, поставлені для захисту від блискавки, а Пліній Старший у «Природничій історії» писав, що жерці відводили блискавку в землю високими металевими жердинами.

Після дослідів середини XVIII століття почалося систематичне вивчення. Шарль Огюстен Кулон установив, що повітря проводить електрику. Француз Луї Лемоньє 1752 року повторив дослід Франкліна й спостерігав добові зміни електризації повітря, а італієць Джованні Батіста Беккаріа 1775 року підтвердив його дані й установив, що в ясну погоду заряд атмосфери позитивний.

Електричне поле і провідність

Між поверхнею Землі й верхніми шарами атмосфери постійно існує різниця потенціалів. Напруженість поля в ясну погоду біля землі за різними оцінками становить у середньому 100–130 В/м і зменшується з висотою.

Повітря проводить струм завдяки позитивним і негативним іонам. Їх утворюють космічні промені, радіоактивне випромінювання гірських порід, ультрафіолетове випромінювання Сонця, блискавки. Провідність змінюється з висотою й у часі: найбільша вона влітку, найменша взимку, а протягом доби — найвища вранці й найнижча близько полудня.

Глобальне електричне коло

Рух зарядів між поверхнею, атмосферою й іоносферою називають глобальним атмосферним електричним колом. Іоносфера, іонізована сонячним випромінюванням, має майже сталий потенціал, а різницю потенціалів між нею й Землею підтримують грози: блискавки переносять негативний заряд на землю. У XX столітті Інститут Карнегі у Вашингтоні виявив добовий цикл поля, однаковий для всієї планети, — так звану криву Карнегі.

Прояви атмосферної електрики

• Лінійна блискавка — іскровий розряд між хмарами або між хмарою й землею; на Землі щосекунди в середньому б’є близько 100 блискавок.
• Кульова блискавка — світна куля діаметром зазвичай 10–20 см, що повільно рухається з потоком повітря; за повідомленнями, вона може існувати від кількох секунд до значно довшого часу.
• Вогні святого Ельма — тихий розряд на гострих верхівках предметів.
• Розряди у верхній атмосфері — спрайти, джети та інші короткочасні явища високо над грозовими хмарами.
• Полярні сяйва — світіння верхніх шарів атмосфери на відстані 20–35° від магнітних полюсів.

Значення

Напруженість поля пов’язана з низкою метеорологічних явищ, тому спостереження за атмосферною електрикою корисні для прогнозування погоди. Полярні сяйва дають відомості про будову високих шарів атмосфери, а вимірювання іонізації повітря застосовують і під час розвідки радіоактивних руд.

Запитання

Що таке вогні святого Ельма?

Це тривалий тихий електричний розряд, що виникає на гострих кінцях високих предметів, коли електричне поле в атмосфері дуже сильне. Під час грози його бачать як блакитне чи фіолетове світіння на щоглах кораблів, кінцях крил літаків, навіть на кущах.

Чому блискавка заважає радіо?

Кожен розряд випромінює електромагнітні хвилі — так звані атмосферики. Вони створюють перешкоди радіозв’язку, найбільше на довгих і середніх хвилях.

Як утворюється лінійна блискавка?

Сильне поле розганяє вільні електрони, ті іонізують молекули повітря, і кількість заряджених частинок наростає лавиною. Утворюється провідний канал — лідер, який просувається до землі стрибками по 50–100 м. Коли він досягає поверхні, каналом проходить потужний головний розряд.

Див. також

• Атмосферний тиск Нормальний тиск — 760 мм ртутного стовпа, або 101 325 Па (1013,25 гПа), на рівні моря на широті 45°.
• Антициклон Тиск у центрі на рівні моря зазвичай 1025–1040 гПа, узимку над Азією — до 1070 гПа і вище.
• Вітер Рушійна сила — різниця тиску; обертання Землі (сила Коріоліса) відхиляє вітер, а тертя об поверхню його гальмує.
• Розділ «Метеорологія» Погода, атмосферні явища, клімат і способи їх спостереження.

Джерела

1. Атмосферна електрика — Вікіпедія (українська)
2. Atmospheric electricity — Wikipedia (англійська)

Статтю написано редакцією словника за наведеними джерелами; дати й факти звірено між ними. Якщо джерела розходяться, це сказано в тексті.