Global atmosfärisk elektrisk krets

Blixten träffar jorden 40 000 gånger per dag

Den globala atmosfäriska elektriska kretsen är den kontinuerliga rörelsen av atmosfärisk elektricitet mellan jonosfären och jorden . Genom balansen mellan åskväder och fint väder utsätts atmosfären för en kontinuerlig och betydande elektrisk ström .

Åskväder över hela världen bär huvudsakligen negativa laddningar till jorden, som sedan släpps ut gradvis genom luften vid fint väder.

Denna atmosfäriska krets är central för studiet av atmosfärsfysik och meteorologi . Det används i förståelsen av atmosfärisk elektricitet över hela planeten. Tidigare har det föreslagits som en källa till tillgänglig energi , eller kommunikationsplattform .

Den globala elektriska kretsen är också relevant för studier av människors hälsa och luftföroreningar , på grund av växelverkan mellan negativa joner och aerosoler . Effekten av den globala uppvärmningen och temperaturkänsligheten hos jordens elektriska krets är okänd.

Historia

Wardenclyffe kraftverk försökte använda jordens elektriska krets för telekommunikation

Historien om den globala atmosfäriska elektriska kretsen är sammanflätad med historien om atmosfärisk elektricitet . Till exempel på 1700-talet började forskare förstå kopplingen mellan blixtnedslag och elektricitet. Förutom Benjamin Franklins och Thomas-François Dalibards ikoniska drakexperiment , utfördes några tidiga studier av laddning i en "molnfri atmosfär" (dvs. fint väder) av Giambatista Beccaria , John Canton , Louis-Guillaume Le Monnier och John Read .

Mätningar av fint väder från slutet av 1700-talet och framåt fann ofta konsekventa dygnsvariationer. Under 1800-talet gjordes flera långa serier av observationer. Mätningar nära städer var (och är fortfarande) starkt påverkade av rökföroreningar. I början av 1900-talet gav ballonguppgångar information om det elektriska fältet långt ovanför ytan. Ett viktigt arbete gjordes av forskningsfartyget Carnegie , som tog fram standardiserade mätningar runt om i världshaven (där luften är relativt ren).

CTR Wilson var den första som presenterade konceptet med en global krets 1920.

Mekanism

Blixt

Blixten träffar jorden 40 000 gånger per dag och kan tänkas ladda jorden som ett batteri. Åskväder genererar en elektrisk potentialskillnad mellan jordytan och jonosfären, främst genom att blixtar återför ström till marken. På grund av detta är jonosfären positivt laddad i förhållande till jorden. Följaktligen finns det alltid en liten ström på cirka 2pA per kvadratmeter som transporterar laddade partiklar i form av atmosfäriska joner mellan jonosfären och ytan.

Fint väder

Denna ström bärs av joner som finns i atmosfären (genereras huvudsakligen av kosmiska strålar i den fria troposfären och uppåt, och av radioaktivitet i den lägsta 1 km eller så). Jonerna gör luften svagt ledande; olika platser och meteorologiska förhållanden har olika elektrisk ledningsförmåga . Bra väder beskriver atmosfären borta från åskväder där denna svaga elektriska ström mellan jonosfären och jorden flyter.

Mått

Spänningarna som är involverade i jordens krets är betydande . Vid havsnivån är den typiska potentialgradienten i fint väder 120 V/m. Icke desto mindre, eftersom luftens konduktivitet är begränsad, är de tillhörande strömmarna också begränsade. Ett typiskt värde är 1800 A över hela planeten. När det inte är regnigt eller stormigt är mängden elektricitet i atmosfären [ ^{förtydligande behövs ]} vanligtvis mellan 1000 och 1800 ampere. Vid fint väder finns det cirka 3,5 mikroampere per kvadratkilometer (9 mikroampere per kvadratkilometer). Detta kan ge en skillnad på 200+ volt mellan huvudet och fötterna på en vanlig person.

Carnegie-kurva

Jordens elektriska ström varierar enligt ett dagligt mönster som kallas Carnegie-kurvan, som orsakas av de regelbundna dagliga variationerna i atmosfärisk elektrifiering i samband med jordens stormiga områden. Mönstret visar också årstidsvariation, kopplat till jordens solstånd och dagjämningar. Den fick sitt namn efter Carnegie Institution for Science .

Se även

Externa källor

Publikationer

Le Monnier, L.-G.: "Observations sur l'Electricité de l'Air", Histoire de l'Académie royale des sciences (1752) , s. 233ff. 1752.
Sven Israelsson, On the Conception Fair Weather Condition in Atmospheric Electricity. 1977.
Ogawa, T., "Fair-weather electricity". J. Geophys. Res., 90, 5951–5960, 1985.
Wåhlin, L., "Element of fair weather electricity". J. Geophys. Res., 99, 10767-10772, 1994
RB Bent, WCA Hutchinson, Elektriska rymdladdningsmätningar och elektrodeffekten inom höjden av en 21 m mast . J. Atmos. Terr. Phys, 196.
Bespalov PA, Chugunov Yu. V. och Davydenko SS, Planetarisk elektrisk generator under bra väderförhållanden med höjdberoende atmosfärisk konduktivitet, Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics, v.58, #5, s. 605–611,1996
DG Yerg, KR Johnson, Kortvariga fluktuationer i det elektriska fältet för fint väder . J. Geophys. Res., 1974.
T Ogawa, Daglig variation i atmosfärisk elektricitet . J. Geomag. Geoelect, 1960.
R Reiter, samband mellan atmosfäriska elektriska fenomen och samtidiga meteorologiska förhållanden . 1960
J. Law, Atmosfärens jonisering nära marken vid fint väder . Kvartalstidning för Royal Meteorological Society, 1963
T. Marshall, WD Rust, M. Stolzenburg, W. Roeder, P. Krehbim En studie av förstärkta elektriska fält i fint väder som inträffar strax efter soluppgången .
R Markson, Modulering av jordens elektriska fält genom kosmisk strålning . Naturen , 1981
Clark, John Fulmer, The Fair Weather Atmospheric Electric Potential och dess gradient .
PA Bespalov, Yu. V. Chugunov och SS Davydenko, Planetarisk elektrisk generator under bra väderförhållanden med höjdberoende atmosfärisk konduktivitet .
AM Selva, et al., A New Mechanism for Maintenance of Fair Weather Electric Field and Cloud Electrification .
MJ Rycroft, S. Israelssonb och C. Pricec, The global atmospheric electric circuit, solar activity and climate change .
A. Mary Selvam, AS Ramachandra Murty, GK Manohar, SS Kandalgaonkar, Bh. V.Ramana Murty, en ny mekanism för underhåll av rättvisa väderleksfält och molnelektrifiering . arXiv:physics/9910006
Ogawa, Toshio, elektricitet i fint väder . Journal of Geophysical Research, Volym 90, Issue D4, s. 5951–5960.
En norrskenseffekt på det elektriska fältet för fint väder . Nature 278, 239-241 (15 mars 1979); doi : 10.1038/278239a0
Bespalov, PA; Chugunov, Yu. V., Plasmasfärens rotation och ursprunget för atmosfärisk elektricitet . Fysik – Doklady, volym 39, nummer 8, augusti 1994, s. 553–555
Bespalov, PA; Chugunov, Yu. V.; Davydenko, SS Planetarisk elektrisk generator under bra väderförhållanden med höjdberoende atmosfärisk ledningsförmåga . Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics.
AJ Bennett, RG Harrison, Ett enkelt atmosfäriskt elektriskt instrument för pedagogisk användning

externa länkar

Media relaterade till Global atmosfärisk elektrisk krets på Wikimedia Commons