Электричество приземной атмосферы.

Электричество приземной атмосферы.

При рассмотрении вопроса влияния электричества на жизнедеятельность пчёл необходимым условием является учёт электрических характеристик приземного слоя. В данной компиляции (не углубляясь далеко) освещены элементы и даны характеристики, с которыми в той или иной степени вынуждены сталкиваться пчёлы. Сам процесс взаимодействия пчелы и электричества здесь мы трогать не будем.

Атмосферное электричество

Атмосферное электричество, для полного представления о нём, следует рассматривать в купе с электрическим полем Земли. Атмосферное электричество — совокупность электрических явлений и процессов в атмосфере. К ним относятся: электрическое поле в атмосфере, её ионизация и проводимость, электрические токи в ней, объёмные заряды, заряды облаков и осадков, грозовые разряды и многое др. Все проявления атмосферного электричества тесно связаны между собой, их развитие сильно зависит от метеорологических факторов. Электрическое поле нижней атмосферы относится к наиболее вариабельным полям земного окружения. К атмосферному электричеству обычно относят и процессы, происходящие в тропосфере и стратосфере. На токовый баланс атмосферного участка глобальной электрической цепи оказывают влияние электрические поля магнитосферной и ионосферной областей. Нас больше интересует атмосфера, приближенная к Земле.

Электричество приземного слоя  атмосферы

Электрическое поле в атмосфере направлено вертикально вниз, поэтому потенциал атмосферы возрастает с высотой. Электрическое поле в атмосфере Земли представлено в основном процессами ионизации воздуха и пространственным разделением возникающих при ионизации положительных и отрицательных электрических зарядов. Ионизация воздуха происходит под действием многих факторов: космических лучей ультрафиолетового излучения Солнца, излучения радиоактивных веществ, имеющихся на поверхности Земли и в воздухе, электрических разрядов в атмосфере и т. д. Целый ряд атмосферных процессов: конвекция, осадки и другие — приводят к частичному разделению разноимённых зарядов и возникновению атмосферных электрических полей. Атмосферные процессы в тропосфере: все облака и осадки, туманы, пыль обычно несут на себе электрический заряд; даже в чистой атмосфере постоянно существует электрическое поле. Вследствие наличия сил вязкого трения у поверхности земли турбулентный режим приземного слоя характеризуется газодинамическими течениями, со скоростями, превышающими критические. Режим непрерывного движения атмосферы, обусловленный влиянием трения, нагрева и испарения с подстилающей поверхности, приводит к эффективному перемешиванию аэрозолей, радиоактивных газов и объемных зарядов. Эти процессы определяют многообразие электрического состояния приземного слоя в течение даже небольших промежутков времени.

Вот, примерно, как-то так атмосферное электричество проявляется в природе. (Да, грубо и топорно, но наглядно.)

Антропогенный характер электрического «взаимодействия» с природой сопровождается в основном «электрическим загрязнением» нижней атмосферы. Например, ЛЭП через увеличение концентрации ионов способны влиять на спектр размеров и заряды атмосферного аэрозоля, чем способствовать рассеянию облаков и потере ими осадкообразующей способности, не говоря об обширном «электрическом загрязнении» местности.

Особенности атмосферного электричества

У земной поверхности существует стационарное электрическое поле с напряжённостью около 130 в/м (часто встречается цифра 100 в/м). Земля имеет отрицательный заряд, а атмосфера в целом заряжена положительно. Однако вблизи земной поверхности, в слое перемешивания при скоплении аэрозолей, при осадках напряжённость поля может резко менять направление и возрастать, достигая значений в 1000 в/м. Наибольшие значения напряжённость имеет в средних широтах. Разность потенциалов между Землёй и ионосферой составляет 200—250 кв. Напряжённость электрического поля изменяется во времени. Ежедневно электрическое поле Земли достигает максимума рано утром в 4 – 6 часов и примерно в 16 — 18 часов, зимой оно сильнее, чем летом. (Зимой рост напряженности геоэлектрического поля происходит при близком орбитальном подлете Земли к Солнцу, так как возрастает поток солнечной плазмы захваченной магнитосферой планеты.) При определенных погодных условиях напряженность может увеличиться в несколько раз. Летом наблюдаются еще максимум около 11 часов и минимум перед полуднем. Существуют суточные и годовые вариации электрического поля в атмосфере Земли, синхронные для всех пунктов, а так же локальные, связанные с изменениями величины и распределения объёмных электрических зарядов в данном районе. Электрическое поле приземной атмосферы на разных участках имеет свои особенности. Над ровной подстилающей поверхностью (широкая равнина, море) эквипотенциальные линии поля располагаются примерно параллельно друг другу. Но как только в нем появляется заземленный проводник, это поле изменяется. Визуально (условно) оно будет выглядеть так, как будто поле повесили на верхушке этого проводника. Эквипотенциальные линии над проводником сконцентрировались, а и вектор напряженности поля увеличился. Одновременно у основания проводника электрическое поле уменьшилось. Электрическое поле на земле располагается выше заземленных проводников. Между ними у земной поверхности электрическое поле близко к нулю. Такими проводниками являются деревья, линии э/передач, дома, высокие постройки и пр. Эквипотенциальные лини и напряжённость электрического поля в приповерхностном слое земной коры колеблется в зависимости от места (электрического сопротивления пород, термоэлектрических электрохимических, пьезоэлектрических эффектов и пр.). Во время магнитных бурь напряжённость поля усиливается. Заметное влияние на магнитное поле на поверхности Земли оказывают и токи в ионосфере. Плазма удерживается магнитным полем Земли, но её состояние определяется взаимодействием магнитного поля Земли с солнечным ветром.

Отчего зависит проводимость атмосферы

Электрическая проводимость характеризует электрическое состояние атмосферы. Электрическая проводимость зависит от концентрации ионов, содержащихся в единице объёма и их подвижности. Наличие ионов в атмосфере и является причиной потери заряда изолированным заряженным телом при соприкосновении с воздухом. Основной вклад в электрическую проводимость вносят лёгкие ионы, обладающие наибольшей подвижностью. Концентрация легких ионов возрастает с увеличением интенсивности ионизации и уменьшением концентрации частиц в атмосфере. Основными ионизаторами атмосферы являются: космические лучи, излучение радиоактивных веществ, ультрафиолетовое и корпускулярное излучения Солнца. Проводимость увеличивается особенно резко с высот, где начинается образование ионосферы, проводимость которой приблизительно в 10¹² раз больше, чем в атмосфере вблизи земной поверхности. Электрическая проводимость атмосферы очень мала и может сравниться с проводимостью хороших изоляторов.

Атмосферный электрический ток

В атмосфере под действием сил электрического поля движением ионов возбуждается вертикальный электрический ток проводимости со средней плотностью, равной около (2—3)·10^-12 а/м². Сила тока на поверхности Земли составляет около 1800 А (в условиях хорошей погоды). Помимо токов проводимости, в атмосфере текут значительные электрические диффузионные и конвективные токи. Во время природных, погодных отклонений электризация может проявляться особенно бурно (вулканическая деятельность, облака и осадки, песчаные бури, пар и дым, и пр.). По мере укрупнения частиц облака, увеличения его толщины, усиления осадков из него растет и его электризация. Облака могут быть заряжены различно: положительный заряд в верхней части и отрицательный в нижней, а бывает и наоборот или вообще иметь заряд одного знака. Сила токов в этих самых облаках будет в 10 — 100 раз превышать силу токов, протекающих у поверхности Земли. При высоких значениях электрического поля у земной поверхности порядка 500 — 1000 в/м возможен электрический разряд с острых вытянутых предметов (травы, деревьев, мачт, труб и т.д.). Электрическое поле атмосферы Земли и ток Земля — атмосфера поддерживаются значительно процессами в зонах нарушенной погоды (слоистые и грозовые облака). Существование статического отрицательного заряда на поверхности Земли (около 5,7·10⁵ к) говорит о том, что эти токи в среднем сбалансированы.

Существенное влияние на электрическую структуру приземного слоя атмосферы оказывает присутствие электродного эффекта.

Атмосферное электрическое поле составляет неотъемлемую часть электромагнитного поля Земли, являющегося частью глобальной электрической цепи как замкнутого токового контура. Электрическое состояние приземного слоя атмосферы определяется действием глобальных, региональных и локальных генераторов электрических полей и токов.
Опубликовано Новиковым С.Н. © //www.maymed.ru , 2012.