În stratul de suprafață al atmosferei, o mică parte din molecule suferă o ionizare sub influența razelor cosmice, radiații de roci radioactive și produse de degradare a radiei (în principal radon) în aerul însuși. În timpul ionizării, atomul pierde electronul și dobândește o încărcătură pozitivă. Un electron liber se combină rapid cu un alt atom, formând un ion încărcat negativ. Asemenea ioni pozitivi și negativi perechi au dimensiuni moleculare. Moleculele din atmosferă au tendința de a grupa în jurul acestor ioni. Mai multe molecule, combinate cu un ion, formează un complex, numit de obicei "ionul de lumină".
În atmosferă există, de asemenea, complexe de molecule cunoscute în meteorologie sub numele de nuclei de condensare, în jurul cărora începe condensarea atunci când umiditatea este saturată de umiditate. Aceste nuclee sunt particule de sare și praf, precum și poluanți care intră în aer din surse industriale și din alte surse. Ioniunile ușoare aderă adesea la astfel de nuclee, formând "ioni grei".
Sub influența unui câmp electric, ionii ușori și grei se deplasează dintr-o zonă a atmosferei în alta, încărcând încărcături electrice. Deși, de obicei, atmosfera nu este considerată ca un mediu conductiv electric, ea are încă o conductivitate scăzută. Prin urmare, corpul încărcat de aer în aer se pierde încet.
Conductibilitatea atmosferă crește cu altitudinea datorită creșterii intensității radiației spațiului, reduce pierderea de ioni în condiții de presiune mai mici (și, prin urmare, la cale liberă medie mai mare) și din cauza sumelor mai mici de nuclee grele. Conductivitatea atmosferei atinge o valoare maximă la o înălțime de aprox. 50 km, așa-numitul. "Nivel de compensare".
Este cunoscut faptul că între suprafața Pământului și „Nivelul de compensare“ există întotdeauna o diferență de potențial de câteva sute de kilovolți, adică câmp electric constant. Sa constatat că diferența de potențial dintre un punct în aer la o înălțime de câțiva metri, iar suprafața pământului este foarte mare - mai mult de 100 V. Atmosfera are o sarcină pozitivă, iar suprafața încărcată negativ a pământului. Deoarece câmpul electric - zona în care fiecare punct are o valoare de potențial, se poate vorbi de gradient de potențial. În condiții meteorologice limitate, la câțiva metri mai mic, intensitatea câmpului electric al atmosferei este aproape constantă.
Datorită diferențelor de conductivitate electrică a aerului în stratul de suprafață, gradientul potențial este supus fluctuațiilor zilnice, cursul cărora variază semnificativ de la un loc la altul. În absența unor surse locale de poluare a aerului - peste oceane, înalte în munți sau în regiuni polare - cursul diurn al gradientului potențial pe vreme clară este același. Amplitudinea gradientului depinde de timpul global (sau mediu Greenwich) (UT) și atinge un maxim de 19 ore.
E. Appleton a sugerat că acest maxim de conductivitate electrică coincide probabil cu cea mai mare activitate de furtună pe o scară planetară. Fulgerul în timpul furtunilor are o încărcătură negativă pe suprafața Pământului, deoarece bazele celor mai activi nori de furtună cumulonimbus au o încărcătură negativă semnificativă. Partea superioară a tunului are o încărcătură pozitivă, care, potrivit calculelor lui Holzer și Saxon, în timpul furtunilor de ploaie se scurge din vârfurile lor. Fără o reaprovizionare constantă, încărcarea suprafeței pământului ar fi neutralizată datorită conductivității atmosferei. Presupunerea că diferența potențială dintre suprafața pământului și "nivelul de compensare" este susținută de furtuni este susținută de date statistice. De exemplu, numărul maxim de furtuni este înregistrat în valea râului. Amazonul. Cel mai adesea, la sfârșitul zilei există furtuni, adică aproximativ 19 ore din timpul mediu Greenwich, când gradientul potențial este maxim în orice punct al globului. În plus, variațiile sezoniere în forma curbelor variației diurne a gradientului potențial sunt, de asemenea, în deplină concordanță cu datele privind distribuția globală a furtunilor. Unii cercetători susțin că sursa câmpului electric al Pământului poate avea o origine externă, deoarece se crede că există câmpuri electrice în ionosferă și magnetosferă. Această circumstanță explică, probabil, apariția unor forme aurorelor foarte alungite, asemănătoare aripilor și arcilor
Datorită potențialului gradientul dintre conductivitate și atmosferă „compensare nivel“ și suprafața pământului începe să se miște particula încărcată: ionii pozitivi - în direcția suprafeței pământului și încărcat negativ - în sus din. Rezistența acestui curent este de aprox. 1800 A. Deși această cifră pare mare, trebuie amintit că acesta este distribuit pe întreaga suprafață a Pământului. Curentul din coloana de aer, cu o suprafață de bază de 1 m 2 este doar 410 -12 A. Pe de altă parte, atunci când evacuarea curentului de trăsnet poate ajunge la câteva Amperi, cu toate că, desigur, o astfel de descărcare este durată mică - din fracțiuni de secundă la secunde întregi sau puțin mai mult cu descărcări repetate.
Fulgerul este de mare interes nu numai ca un fenomen unic al naturii. Aceasta face posibilă observarea unei descărcări electrice într-un mediu gazos la o tensiune de câteva sute de milioane de volți și la o distanță de câțiva kilometri între electrozii.
In 1750, Benjamin Franklin a propus g Royal Society pune o experiență cu bare de fier, fixate pe suport izolant și montat pe un turn înalt. Este de așteptat ca atunci când se apropie de nor furtună la turnul de la capătul superior al tijei de concentrat încărcare neutră inițial de semn opus, iar la partea de jos - taxa de același semn că baza norului. Dacă intensitatea câmpului electric în timpul descărcării de trăsnet crește taxa suficient de puternic de la capătul superior al tijei va curge parțial în aer, iar tija va dobândi o sarcină de aceeași polaritate ca și baza norului.
Experimentul propus de Franklin nu a fost realizat în Anglia, dar a fost plasat în 1752 în Marley lângă Paris de către fizicianul francez Jean d'Alembert. A folosit o bară de fier de 12 m introdusă într-o sticlă de sticlă (care servise ca izolator), dar nu a pus-o pe turn. La 10 mai, asistentul său a raportat că atunci când un tunet a fost deasupra barbell, au apărut scântei când sârmă de pământ a fost adusă la el.
Studii mai detaliate ale fulgerului au devenit posibile la sfârșitul secolului al XIX-lea. datorită îmbunătățirii metodelor de fotografiere, mai ales după inventarea aparatelor cu lentile rotative, care au permis înregistrarea proceselor de dezvoltare rapidă. O astfel de cameră a fost utilizată pe scară largă în studiul evacuărilor de scântei. Sa constatat că există mai multe tipuri de trăsnet, cel mai comun, liniar, plat (intra-nori) și minge (evacuări de aer). Lumina liniară este o descărcare de scânteie între un nor și suprafața pământului, urmând un canal cu ramuri descendente. Lumina fulgerului apare în interiorul unui tunete și arată ca o lumină împrăștiată. Descărcările de aer ale fulgerului cu bile, pornind de la un tunet, sunt adesea îndreptate orizontal și nu ajung la suprafața pământului.
Descărcarea fulgerului constă, de obicei, din trei sau mai multe descărcări repetate - impulsuri care urmăresc aceeași cale. Intervalele dintre impulsurile succesive sunt foarte scurte - de la 1/100 la 1/10 s (acest lucru se datorează iluminării intermitente). În general, blițul durează aproximativ o secundă sau mai puțin. Un proces tipic de dezvoltare a trăsnetului poate fi descris după cum urmează. În primul rând, un lider de descărcare de gestiune slab luminos se îndreaptă spre suprafața pământului. Când ajunge la el, o spate luminat sau o descărcare principală, strălucitoare, trece de la sol în sus de-a lungul canalului așezat de conducător.
Clasamentul liderului, de regulă, se mișcă în mod zig-zag. Viteza propagării sale variază de la sute la câteva sute de kilometri pe secundă. În drum, ionizează moleculele de aer, creând un canal cu conductivitate crescută, prin care descărcarea inversă se mișcă în sus cu o rată de aproximativ o sută de ori mai mare decât cea a conducătorului de descărcare. Dimensiunea canalului este dificil de determinat, cu toate acestea, diametrul conductei de evacuare este estimat la 1-10 m, iar descărcarea inversă este de câțiva centimetri.
Razele de fulgere creează interferențe radio, emiterea unor unde radio într-un domeniu larg - de la 30 kHz la frecvențe ultra-joase. Cea mai mare radiație a undelor radio este probabil în intervalul de la 5 la 10 kHz. Astfel de interferențe radio cu frecvență redusă sunt "concentrate" în spațiul dintre limita inferioară a ionosferei și suprafața pământului și se pot propaga pe distanțe de mii de kilometri de la sursă.
Întrebări pentru secțiunea referitoare la relațiile solare-terestre:
Ce este fulgerul?
Cum apare electricitatea atmosferică?
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: