Nebeské těleso zvané planeta Země má elektrický náboj, který vytváří přirozené elektrické pole Země. Jednou z charakteristik elektrického pole je potenciál a elektrické pole Země je také charakterizováno potenciálem. Můžeme také říci, že kromě přirozeného elektrického pole existuje také přirozený stejnosměrný elektrický proud (DC) planety Země. Potenciální gradient Země je distribuován z jejího povrchu do ionosféry. Za dobrého počasí pro statickou elektřinu je atmosférické elektrické pole přibližně 150 voltů na metr (V/m) blízko zemského povrchu, ale tato hodnota klesá exponenciálně s rostoucí výškou na 1 V/m nebo méně (ve výšce 30 km). Důvodem poklesu gradientu je mimo jiné zvýšení atmosférické vodivosti.
Pokud nosíte oblečení z dobrého izolantu, který je výborným dielektrikem, například oblečení z nylonu, a používáte výhradně gumovou obuv a na povrchu oblečení nemáte žádné kovové předměty, pak lze změřit potenciální rozdíl mezi povrchem země a temenem hlavy. Protože každý metr je 150 voltů, pak při výšce 170 cm bude v horní části hlavy rozdíl potenciálu 1,7 x 150 = 255 voltů vzhledem k povrchu. Pokud si na hlavu položíte kovovou pánev, nashromáždí se na ní povrchový náboj. Důvodem této sbírky nábojů je, že nylonové oblečení je dobrý izolant a boty jsou gumové. Uzemnění, to znamená, že nedochází k žádnému vodivému kontaktu s povrchem země. Abyste na sebe neakumulovali elektrické náboje, musíte se „uzemnit“. Stejně tak předměty, věci, budovy a stavby, zejména výškové, jsou schopny akumulovat atmosférickou elektřinu. To může vést k nepříjemným následkům, protože jakýkoli nahromaděný náboj může způsobit elektrický proud a jiskrový rozpad v plynech. Takové elektrostatické výboje mohou zničit elektroniku a způsobit požár, zejména u hořlavých materiálů.
Aby se nehromadily náboje atmosférické elektřiny, stačí propojit horní bod se spodním (zem) elektrickým vodičem, a pokud je oblast velká, pak se uzemnění provádí ve formě klece, obvodu , ale ve skutečnosti používají to, čemu se říká „Faradayova klec“.
Charakteristika atmosférické elektřiny
Země je záporně nabitá a má náboj rovný 500 000 coulombů (C) elektrického náboje. Potenciální rozdíl se pohybuje od 300 000 voltů (300 kV), vezmeme-li v úvahu napětí mezi kladně nabitou ionosférou a zemským povrchem. Existuje také stejnosměrný proud elektřiny asi 1350 ampér (A) a odpor zemské atmosféry je asi 220 ohmů. To dává výkon přibližně 400 megawattů (MW), který se regeneruje sluneční aktivitou. Tato síla ovlivňuje ionosféru Země i nižší vrstvy a způsobuje bouřky. Elektrická energie, která je uložena a uložena v zemské atmosféře, je asi 150 gigajoulů (GJ).
Systém Země-Ionosféra funguje jako obří kondenzátor s kapacitou 1,8 Faradu. Vzhledem k obrovské velikosti zemského povrchu připadá na metr čtvereční povrchu pouze 1 nC elektrického náboje.
Elektrosféra Země sahá od hladiny moře do výšky asi 60 km. V horních vrstvách, kde je mnoho volných iontů a tato část koule se nazývá ionosféra, je vodivost maximální, protože jsou zde volné nosiče náboje. Potenciál v ionosféře lze říci, že je vyrovnaný, protože tato koule je v podstatě považována za vodič elektrického proudu, existují v ní proudy v plynech a přenosový proud. Zdrojem volných iontů je radioaktivita Slunce. Proud nabitých částic přicházejících ze Slunce a z vesmíru „vyráží“ elektrony z molekul plynu, což vede k ionizaci. Čím výše jste od mořské hladiny, tím nižší je vodivost atmosféry. Na mořské hladině je elektrická vodivost vzduchu asi 10 -14 Siemens/m (S/m), ale s rostoucí výškou rychle roste a ve výšce 35 km je již 10 -11 S/m. V této nadmořské výšce je hustota vzduchu pouze 1% hustoty na hladině moře. Dále se s rostoucí nadmořskou výškou vodivost mění nerovnoměrně, protože ovlivňuje magnetické pole Země a toky fotonů ze Slunce. To znamená, že vodivost elektrosféry nad 35 km od hladiny moře je nerovnoměrná a závisí na denní době (fotonový tok) a na geografické poloze (magnetické pole Země).
Aby došlo k elektrickému průrazu mezi dvěma plochými paralelními elektrodami (vzdálenost mezi nimi je 1 metr), které jsou umístěny na hladině moře, v suchém vzduchu, je zapotřebí intenzita pole 3000 kV/m. Pokud jsou tyto elektrody zvednuty do výšky 10 km od hladiny moře, bude zapotřebí pouze 3 % tohoto napětí, to znamená, že stačí 90 kV/m. Pokud jsou elektrody spojeny tak, že vzdálenost mezi nimi je 1 mm, bude zapotřebí průrazné napětí 1000krát menší, to znamená 3 kV (hladina moře) a 9 V (ve výšce 10 km).
Přirozená hodnota intenzity elektrického pole Země na jejím povrchu (hladina moře) je asi 150 V/m, což je mnohem méně než hodnoty potřebné pro průraz mezi elektrodami i v mezeře 1 mm (3 kV/). m vyžadováno).
Odkud pochází potenciál elektrického pole Země?
Jak bylo uvedeno výše, Země je kondenzátor, jehož jedna deska je povrch Země a druhá deska superkondenzátoru je oblast ionosféry. Na povrchu Země je náboj záporný a za ionosférou kladný. Stejně jako povrch Země je i ionosféra vodičem a vrstva atmosféry mezi nimi je nehomogenní plynové dielektrikum. Kladný náboj ionosféry vzniká díky kosmickému záření, ale co nabíjí zemský povrch záporným nábojem?
Pro názornost je nutné si připomenout, jak se nabíjí klasický elektrický kondenzátor. Je součástí elektrického obvodu ke zdroji proudu a nabíjí se na maximální hodnotu napětí na deskách. Pro kondenzátor, jako je Země, se stane něco podobného. Stejně tak se musí zapnout určitý zdroj, musí téct proud a na deskách se tvoří opačné náboje. Myslete na blesky, které jsou obvykle doprovázeny bouřkami. Tyto blesky jsou samotným elektrickým obvodem, který nabíjí Zemi.
Právě blesk dopadající na povrch Země je zdrojem, který nabíjí povrch Země záporným nábojem. Blesk má proud asi 1800 ampér a počet bouřek a blesků za den je více než 300. Bouřkový mrak má polaritu. Jeho horní část ve výšce přibližně 6-7 km při teplotě vzduchu asi -20°C je kladně nabitá a jeho spodní část ve výšce 3-4 km při teplotě vzduchu 0° až -10°C je záporně nabitá. Náboj na dně bouřkového mraku stačí k vytvoření rozdílu potenciálu na zemském povrchu 20-100 milionů voltů. Náboj blesku je obvykle v řádu 20-30 Coulombů (C) elektřiny. Blesky udeří ve výbojích mezi mraky a mezi mraky a povrchem Země. Každé nabití vyžaduje přibližně 5 sekund, takže k výbojům blesku může dojít v tomto pořadí, ale to neznamená, že k výboji nutně dojde po 5 sekundách.
Blesk
Atmosférický výboj ve formě blesku má poměrně složitou strukturu. V každém případě se jedná o jev elektrického proudu v plynech, ke kterému dochází při dosažení nezbytných podmínek pro rozklad plynu, tedy ionizaci molekul vzduchu. Nejkurióznější je, že zemská atmosféra funguje jako nepřetržité dynamo, které negativně nabíjí zemský povrch. Každý výboj blesku udeří za podmínky, že zemský povrch je bez záporných nábojů, což zajišťuje potřebný potenciálový rozdíl pro výboj (ionizace plynu).
Jakmile blesk dopadne na zem, negativní náboj vyteče na povrch, ale poté se spodní část bouřkového mraku vybije a jeho potenciál se změní, stane se pozitivním. Dále se objeví zpětný proud a přebytečný náboj, který dosáhne povrchu Země, se posune nahoru a znovu nabije bouřkový mrak. Poté lze proces znovu opakovat, ale s nižšími hodnotami elektrického napětí a proudu. To se děje, pokud existují podmínky pro ionizaci plynů, nezbytný rozdíl potenciálů a přebytek záporného elektrického náboje.
Abychom to shrnuli, můžeme říci, že blesky udeří v krocích, čímž se vytvoří elektrický obvod, kterým proudí proud v plynech se střídavým směrem. Každé dobití bleskem trvá asi 5 sekund a udeří pouze tehdy, když jsou k tomu nezbytné podmínky (průrazné napětí a ionizace plynu). Napětí mezi začátkem a koncem blesku může být řádově 100 milionů voltů a průměrná hodnota proudu je asi 1800 ampérů. Špičkový proud dosahuje více než 10 000 ampér a přenesený náboj se rovná 20-30 coulombům elektřiny.
Globální kondenzátor
V přírodě je zcela unikátní alternativní zdroj energie, ekologický, obnovitelný, snadno použitelný, který dosud nebyl nikde využit. Tímto zdrojem je atmosférický elektrický potenciál.
Elektricky je naše planeta jako kulový kondenzátor nabitý na přibližně 300 000 voltů. Vnitřní koule – povrch Země – je nabitá záporně, vnější koule – ionosféra – je nabitá kladně. Zemská atmosféra slouží jako izolant (obr. 1).
Atmosférou neustále proudí svodové proudy iontových a konvekčních kondenzátorů, které dosahují mnoha tisíc ampér. Ale navzdory tomu se potenciální rozdíl mezi deskami kondenzátoru nesnižuje.
To znamená, že v přírodě existuje generátor (G), který neustále doplňuje únik nábojů z desek kondenzátoru. Takovým generátorem je magnetické pole Země, který rotuje spolu s naší planetou v proudění slunečního větru.
Chcete-li využít energii tohoto generátoru, musíte k němu nějak připojit spotřebitele energie.
Připojení k zápornému pólu – Zemi – je jednoduché. K tomu stačí provést spolehlivé uzemnění. Napojení na kladný pól generátoru – ionosféru – je složitý technický problém, který vyřešíme.
Jako v každém nabitém kondenzátoru je v našem globálním kondenzátoru elektrické pole. Síla tohoto pole je po výšce rozložena velmi nerovnoměrně: je maximální na zemském povrchu a je přibližně 150 V/m. S výškou klesá přibližně podle exponenciálního zákona a ve výšce 10 km je to asi 3 % hodnoty na povrchu Země.
Téměř celé elektrické pole je tedy soustředěno ve spodní vrstvě atmosféry, blízko povrchu Země. Vektor elektrického napětí Zemské pole E je obecně směrováno dolů. V našich diskuzích budeme používat pouze vertikální složku tohoto vektoru. Elektrické pole Země, jako každé elektrické pole, působí na náboje určitou silou F, která se nazývá Coulombova síla. Pokud množství náboje vynásobíte elektrickým napětím. pole v tomto bodě, pak dostaneme právě velikost Coulombovy síly Fcoul. Tato Coulombova síla tlačí kladné náboje dolů k zemi a záporné náboje nahoru do mraků.
Vodič v elektrickém poli
Nainstalujme kovový stožár na povrch Země a uzemněme jej. Vnější elektrické pole začne okamžitě pohybovat zápornými náboji (vodivými elektrony) nahoru k vrcholu stožáru, čímž se zde vytvoří přebytek záporných nábojů. A přebytek záporných nábojů na vrcholu stožáru vytvoří své vlastní elektrické pole směřující k vnějšímu poli. Nastává okamžik, kdy se velikost těchto polí vyrovná a pohyb elektronů se zastaví. To znamená, že ve vodiči, ze kterého je stožár vyroben, je elektrické pole nulové.
Takto fungují zákony elektrostatiky.
Předpokládejme, že výška stožáru je h = 100 m, průměrné napětí po výšce stožáru je Eсr. = 100 V/m.
Potom bude potenciální rozdíl (emf) mezi Zemí a vrcholem stožáru číselně stejný: U = h * Eav. = 100 m * 100 V/m = 10 000 voltů. (1)
To je zcela reálný potenciální rozdíl, který lze měřit. Je pravda, že to nebude možné změřit běžným voltmetrem s dráty - v drátech vznikne přesně stejné emf jako ve stožáru a voltmetr bude ukazovat 0. Tento rozdíl potenciálů směřuje opačně k vektoru síly E elektrické pole Země a má tendenci vytlačovat vodivé elektrony z vrcholu stožáru nahoru do atmosféry. Ale to se nestane; elektrony nemohou opustit vodič. Elektrony nemají dostatek energie, aby opustily vodič, který tvoří stožár. Tato energie se nazývá pracovní funkce elektronu z vodiče a pro většinu kovů je menší než 5 elektronvoltů - velmi nevýznamná hodnota. Ale elektron v kovu nemůže získat takovou energii mezi srážkami s krystalovou mřížkou kovu, a proto zůstává na povrchu vodiče.
Nabízí se otázka: co se stane s vodičem, když pomůžeme přebytečným nábojům na vrcholu stěžně opustit tento vodič?
Odpověď je jednoduchá: záporný náboj na vrcholu stožáru se sníží, vnější elektrické pole uvnitř stožáru již nebude kompenzováno a začne opět pohybovat vodivostními elektrony nahoru k hornímu konci stožáru. To znamená, že stožárem bude protékat proud. A pokud se nám podaří neustále odstraňovat přebytečné náboje z vrcholu stožáru, bude v něm neustále protékat proud. Nyní stačí stožár odříznout na libovolném místě, které nám vyhovuje, a tam zapnout zátěž (spotřebič energie) - a elektrárna je připravena.
Obrázek 3 ukazuje schematický diagram takové elektrárny. Vlivem zemského elektrického pole se vodivé elektrony ze země pohybují podél stožáru přes zátěž a pak nahoru po stožáru k emitoru, který je uvolní z kovového povrchu vrcholu stožáru a pošle je jako ionty vznášet se. volně přes atmosféru. Elektrické pole Země je zcela v souladu s Coulombovým zákonem zvedá nahoru, dokud je na své cestě nezneutralizují kladné ionty, které pod vlivem stejného pole vždy padají dolů z ionosféry.
Tím jsme uzavřeli elektrický obvod mezi deskami globálního elektrického kondenzátoru, který je zase připojen ke generátoru G, a zařadili jsme do tohoto obvodu spotřebič energie (zátěž). Zbývá vyřešit jednu důležitou otázku: jak odstranit přebytečné náboje z vrcholu stěžně?
Design zářiče
Nejjednodušším zářičem může být plochý kotouč z plechu s mnoha jehlami umístěnými po jeho obvodu. Je „namontován“ na svislé ose a otočen.
Jak se disk otáčí, přicházející vlhký vzduch zbavuje jeho jehlic elektrony a tím je uvolňuje z kovu.
Elektrárna s podobným zářičem již existuje. Je pravda, že nikdo nevyužívá jeho energii;
Jedná se o vrtulník nesoucí kovovou konstrukci na dlouhém kovovém závěsu při instalaci vysokých budov. Zde jsou všechny prvky elektrárny znázorněné na obr. 3, s výjimkou spotřebiče energie (zátěž). Zářičem jsou listy rotoru vrtulníku, které jsou ofukovány proudem vlhkého vzduchu, stěžeň je dlouhý ocelový závěs s kovovou konstrukcí. A pracovníci, kteří tuto konstrukci instalují na místo, velmi dobře vědí, že je zakázáno se jí dotýkat holýma rukama – „způsobí vám to úraz elektrickým proudem“. A skutečně se v tuto chvíli stávají zátěží v okruhu elektrárny.
Samozřejmě jsou možné i jiné konstrukce zářičů, efektivnější, složitější, založené na jiných principech a fyzikálních efektech, viz Obr. 4-5.
Zářič v současné době neexistuje ve formě hotového výrobku. Každý, koho tato myšlenka zajímá, je nucen samostatně zkonstruovat svůj vlastní zářič.
Na pomoc těmto kreativním lidem autor níže uvádí své myšlenky na konstrukci zářiče.
Následující návrhy emitorů se zdají být nejslibnější.
První verze emitoru
Molekula vody má dobře definovanou polaritu a může snadno zachytit volný elektron. Pokud foukáte páru na záporně nabitou kovovou desku, pára zachytí volné elektrony z povrchu desky a vezme je s sebou. Emitor je štěrbinová tryska, podél které je umístěna izolovaná elektroda A a na kterou je přiveden kladný potenciál ze zdroje I. Elektroda A a ostré hrany trysky tvoří malou nabitou kapacitu. Volné elektrony se shromažďují na ostrých hranách trysky vlivem kladně izolované elektrody A. Pára procházející tryskou odebírá elektrony z okrajů trysky a unáší je do atmosféry. Na Obr. 4 znázorňuje podélný řez touto strukturou. Protože elektroda A je izolována od vnějšího prostředí, proud v obvodu zdroje emf ano Ne. A tato elektroda je zde potřebná pouze k tomu, aby spolu s ostrými hranami trysky vytvořilo v této mezeře silné elektrické pole a koncentrovalo vodivostní elektrony na okrajích trysky. Elektroda A s kladným potenciálem je tedy druh aktivační elektrody. Změnou potenciálu na něm můžete dosáhnout požadované hodnoty proudu emitoru.
Vyvstává velmi důležitá otázka: kolik páry by mělo být dodáváno přes trysku a ukáže se, že veškerá energie stanice bude muset být vynaložena na přeměnu vody na páru? Udělejme si malý výpočet.
Jeden gram molekuly vody (18 ml) obsahuje 6,02 * 1023 molekul vody (Avogadro číslo). Náboj jednoho elektronu se rovná 1,6 * 10 (- 19) Coulomb. Vynásobením těchto hodnot zjistíme, že na 18 ml vody lze umístit 96 000 coulombů elektrického náboje a na 1 litr vody více než 5 000 000 coulombů. To znamená, že při proudu 100 A stačí jeden litr vody k provozu instalace po dobu 14 hodin. Přeměna tohoto množství vody na páru bude vyžadovat velmi malé procento vyrobené energie.
Připojit elektron ke každé molekule vody je samozřejmě stěží proveditelný úkol, ale zde jsme definovali hranici, ke které se lze neustále přibližovat zlepšováním konstrukce zařízení a technologie.
Výpočty navíc ukazují, že je energeticky výhodnější foukat tryskou spíše vlhký vzduch než páru a regulovat její vlhkost v požadovaných mezích.
Druhá verze emitoru
Na vrcholu stožáru je kovová nádoba s vodou. Nádoba je spojena s kovem stěžně spolehlivým kontaktem. Uprostřed nádoby je instalována skleněná kapilára. Hladina vody v trubici je vyšší než v nádobě. To vytváří efekt elektrostatického hrotu - maximální koncentrace nábojů a maximální intenzita elektrického pole jsou vytvořeny v horní části kapiláry.
Vlivem elektrického pole voda v kapilární trubici stoupá a rozstřikuje se do malých kapiček, přičemž s sebou nese záporný náboj. Při určité malé síle proudu se voda v kapilární trubici uvaří a pára odnese náboje. A to by mělo zvýšit proud emitoru.
V takové nádobě může být instalováno několik kapilár. Kolik vody je potřeba - viz výpočty výše.
Třetí provedení zářiče. Zářič jisker.
Když se jiskřiště rozbije, vyskočí z kovu spolu s jiskrou oblak vodivých elektronů.
Obrázek 5 ukazuje schematický diagram emitoru jiskry. Z vysokonapěťového generátoru pulsů jsou záporné pulsy vysílány na stožár, kladné pulsy jsou posílány na elektrodu, která tvoří jiskřiště s vrcholem stožáru. Ukazuje se něco podobného jako zapalovací svíčky v autě, ale design je mnohem jednodušší.
Vysokonapěťový generátor pulsů se v zásadě příliš neliší od běžného domácího plynového zapalovače čínské výroby napájeného jednou AA baterií.
Hlavní výhodou takového zařízení je schopnost regulovat proud emitoru pomocí vybíjecí frekvence, velikosti jiskřiště, můžete vytvořit několik jiskřišť atd.
Pulzní generátor lze instalovat na libovolné vhodné místo, nemusí být nutně na vrcholu stožáru.
Ale je tu jedna nevýhoda - jiskrové výboje vytvářejí rádiové rušení. Proto musí být vršek stěžně s jiskřištěm odstíněn válcovou síťovinou, která musí být od stěžně izolována.
Čtvrtá verze zářiče
Další možností je vytvoření zářiče na principu přímé emise elektronů z materiálu zářiče. To vyžaduje materiál s velmi nízkou funkcí elektronové práce. Takové materiály existují již dlouhou dobu, například pasta oxidu barnatého-0,99 eV. Možná je teď něco lepšího.
V ideálním případě by se mělo jednat o supravodič pokojové teploty (RTSC), který v přírodě ještě neexistuje. Podle různých zpráv by se ale měl objevit již brzy. Veškerá naděje spočívá v nanotechnologii.
Stačí umístit kousek CTSP na vršek stožáru - a emitor je připraven. Při průchodu supravodičem elektron nenarazí na odpor a velmi rychle získá energii potřebnou k výstupu z kovu (asi 5 eV).
A ještě jedna důležitá poznámka. Intenzita elektrického pole Země je podle zákonů elektrostatiky nejvyšší ve výškách - na vrcholcích kopců, kopců, hor atd. V nížinách, prohlubních a prohlubních je minimální. Proto je lepší taková zařízení stavět na nejvyšších místech a daleko od vysokých budov, nebo je instalovat na střechy nejvyšších budov.
Dalším dobrým nápadem je zvednout vodič pomocí balónku. Zářič musí být samozřejmě instalován na horní straně balónku. V tomto případě je možné získat dostatečně velký potenciál pro spontánní emisi elektronů z kovu, což mu dává formu otria, a proto v tomto případě nejsou vyžadovány žádné složité emitory.
Je tu další dobrá příležitost získat zářič. Elektrostatické lakování kovů se používá v průmyslu. Nastříkaná barva, vylétající ze stříkací pistole, nese elektrický náboj, díky kterému se usadí na lakovaném kovu, na který se nanese náboj opačného znaménka. Technologie se osvědčila.
Takové zařízení, které nabíjí stříkanou barvu, je přesně skutečným elektrickým zářičem. poplatky. Nezbývá než jej přizpůsobit výše popsané instalaci a v případě potřeby vody vyměnit barvu za vodu.
Je docela možné, že vlhkost vždy obsažená ve vzduchu bude pro provoz zářiče dostatečná.
Je možné, že v průmyslu existují další podobná zařízení, která lze snadno přeměnit na zářič.
závěry
V důsledku našeho jednání jsme připojili spotřebitele energie ke globálnímu generátoru elektrické energie. K zápornému pólu - Zemi - jsme se připojili pomocí běžného kovového vodiče (uzemnění) a ke kladnému pólu - ionosféře - pomocí velmi specifického vodiče - konvekčního proudu. Konvektivní proudy jsou elektrické proudy způsobené uspořádaným transportem nabitých částic. Jsou běžné v přírodě. Jsou to obyčejné konvektivní vzestupné výtrysky, které přenášejí negativní náboje do mraků, a to jsou tornáda (tornáda). které táhnou k zemi hmotu mraků vysoce nabitou kladnými náboji, jsou to také stoupající vzdušné proudy v intertropické zóně konvergence, které přenášejí obrovské množství negativních nábojů do horních vrstev troposféry. A takové proudy dosahují velmi vysokých hodnot.
Pokud vytvoříme dostatečně účinný zářič, který dokáže uvolnit řekněme 100 coulombů nábojů za sekundu (100 ampér) z vrcholu stožáru (nebo několika stožárů), bude výkon námi postavené elektrárny roven 1 000 000 watty nebo 1 megawatt. Docela slušná síla!
Taková instalace je nepostradatelná v odlehlých osadách, na meteorologických stanicích a dalších místech vzdálených od civilizace.
Z výše uvedeného lze vyvodit následující závěry:
Zdroj energie je extrémně jednoduchý a snadno se používá.
Výstupem je nejvhodnější druh energie – elektřina.
Zdroj je šetrný k životnímu prostředí: žádné emise, žádný hluk atd.
Instalace je extrémně jednoduchá na výrobu a obsluhu.
Mimořádně nízké náklady na vyrobenou energii a mnoho dalších výhod.
Elektrické pole Země podléhá výkyvům: v zimě je silnější než v létě, dosahuje maxima denně v 19 hodin GMT a závisí také na povětrnostních podmínkách. Tyto výkyvy však nepřesahují 20 % jeho průměrné hodnoty.
V některých vzácných případech se za určitých povětrnostních podmínek může síla tohoto pole několikrát zvýšit.
Během bouřky se elektrické pole mění v širokém rozsahu a může změnit směr i opačný, ale to se děje v malé oblasti přímo pod bouřkovým článkem.
Kurilov Jurij Michajlovič
Elektrické pole Země, přirozené elektrické pole Země jako planety, které je pozorováno v pevném tělese Země, v mořích, v atmosféře a magnetosféře. E. položka 3. je způsobena složitým komplexem geofyzikálních jevů. Rozložení potenciálu pole nese určité informace o stavbě Země, o procesech probíhajících ve spodních vrstvách atmosféry, v ionosféře, magnetosféře, ale i v blízkém meziplanetárním prostoru a na Slunci.
Technika měření elektronové hustoty 3. je určena prostředím, ve kterém je pole pozorováno. Nejuniverzálnější metodou je stanovení rozdílu potenciálu pomocí elektrod rozmístěných v prostoru. Tato metoda se používá při záznamu zemních proudů (viz. Telurové proudy ), při měření elektrického pole atmosféry z letadel a z kosmických lodí - magnetosféra a vesmír (v tomto případě musí vzdálenost mezi elektrodami přesáhnout Poloměr stínění Debye v kosmickém plazmatu, tj. stovky metrů).
Existence elektrického pole v zemské atmosféře je spojena zejména s procesy ionizace vzduchu a prostorového oddělení kladných a záporných elektrických nábojů vznikajících při ionizaci. K ionizaci vzduchu dochází vlivem kosmického záření ultrafialového záření ze Slunce; záření z radioaktivních látek přítomných na povrchu Země a ve vzduchu; elektrické výboje v atmosféře atd. Mnoho atmosférických procesů: konvekce, tvorba mraků, srážky a další - vedou k částečnému oddělení nepodobných nábojů a ke vzniku atmosférických elektrických polí (viz. Atmosférická elektřina ). Vzhledem k atmosféře je povrch Země záporně nabitý.
Existence atmosférického elektrického pole vede ke vzniku proudů, vybití atmosféry elektrického „kondenzátoru“ – Země. Srážky hrají významnou roli při výměně nábojů mezi zemským povrchem a atmosférou. V průměru srážky přinášejí 1,1-1,4krát více kladných nábojů než záporných. Únik nábojů z atmosféry je také doplňován vlivem proudů spojených s bleskem a tokem nábojů z hrotitých předmětů (bodů). Bilance elektrických nábojů přivedených na zemský povrch o ploše 1 km 2 za rok lze charakterizovat následujícími údaji:
Vodivý proud + 60 k/(km 2 roky)
Srážkové proudy + 20 "
Výboje blesku – 20 »
Proudy z tipů - 100 "
__________________________
Celkem – 40 k/(km 2 roky)
Na významné části zemského povrchu – nad oceány – jsou proudy z cípů vyloučeny a bude zde pozitivní bilance. Existence statického záporného náboje na povrchu Země (asi 5,7 × 10 5 Na) ukazuje, že tyto proudy jsou v průměru vyrovnané.
Elektrická pole v ionosféře jsou způsobena procesy probíhajícími jak v horních vrstvách atmosféry, tak v magnetosféře. Slapové pohyby vzdušných hmot, větry, turbulence - to vše je zdrojem generování elektrického pole v ionosféře vlivem hydromagnetického dynamo efektu (viz. Zemský magnetismus ) Příkladem je solárně-denní systém elektrického proudu, který způsobuje denní změny magnetického pole na povrchu Země. Velikost intenzity elektrického pole v ionosféře závisí na poloze pozorovacího bodu, denní době, celkovém stavu magnetosféry a ionosféry a aktivitě Slunce. Pohybuje se od několika jednotek až po desítky mv/m, a ve vysokých zeměpisných šířkách ionosféra dosahuje sto nebo více mv/m. V tomto případě proud dosahuje stovek tisíc ampér. Díky vysoké elektrické vodivosti plazmatu ionosféry a magnetosféry podél magnetických siločar Země se elektrická pole ionosféry přenášejí do magnetosféry a magnetosférická pole se přenášejí do ionosféry.
Jedním z přímých zdrojů elektrického pole v magnetosféře je slunečný vítr. Když sluneční vítr proudí kolem magnetosféry, vzniká emf E= proti´ b^ , kde b ^ - normální složka magnetického pole na povrchu magnetosféry, proti- průměrná rychlost částic slunečního větru.
Toto emf způsobuje elektrické proudy, které jsou uzavřeny zpětnými proudy tekoucími přes konec magnetosféry (viz obr. Země ). Ty jsou generovány kladnými prostorovými náboji na ranní straně magnetotailu a zápornými na jeho večerní straně. Síla elektrického pole na magnetotailu dosahuje 1 mv/m Potenciální rozdíl na polární čepičce je 20-100 sq
Další mechanismus pro buzení emf v magnetosféře je spojen s kolapsem opačně směrovaných magnetických siločar v ocasní části magnetosféry; uvolněná energie v tomto případě způsobí rychlý pohyb magnetosférického plazmatu směrem k Zemi. V tomto případě se elektrony pohybují kolem Země směrem k ranní straně, protony - směrem k večerní straně. Potenciální rozdíl mezi středy ekvivalentních vesmírných nábojů dosahuje desítek kilovoltů. Toto pole je opačného směru než pole ocasní magnetosféry.
Existence magnetosférického prstencového proudu kolem Země přímo souvisí s driftem částic. Během období magnetické bouře A polární světla elektrická pole a proudy v magnetosféře a ionosféře procházejí významnými změnami.
Magnetohydrodynamické vlny generované v magnetosféře se šíří přirozenými vlnovodnými kanály podél magnetických siločar Země. Vstupem do ionosféry jsou přeměněny na elektromagnetické vlny, které částečně dosáhnou zemského povrchu a částečně se šíří v ionosférickém vlnovodu a jsou utlumeny na zemském povrchu, tyto vlny jsou zaznamenávány v závislosti na frekvenci oscilací nebo jako magnetické pulsace (10 -). 2-10 Hz), nebo jako velmi nízkofrekvenční vlny (oscilace s frekvencí 10 2 -10 4 Hz).
Střídavé magnetické pole Země, jehož zdroje jsou lokalizovány v ionosféře a magnetosféře, indukuje elektrické pole v zemské kůře. Síla elektrického pole v blízké povrchové vrstvě kůry se liší v závislosti na umístění a elektrickém odporu hornin, v rozmezí od několika jednotek do několika stovek mv/km, a při magnetických bouřích zesiluje na jednotky a dokonce i desítky PROTI/km. Propojené střídavé magnetické a elektrické pole Země se využívá pro elektromagnetické sondování v průzkumné geofyzice i pro hloubkové sondování Země.
Jistý přínos ekonomické vědě. Z. zavádí rozdíl kontaktních potenciálů mezi horninami různé elektrické vodivosti (termoelektrické, elektrochemické, piezoelektrické efekty). Zvláštní roli v tom mohou hrát vulkanické a seismické procesy.
Elektrická pole v mořích jsou indukována střídavým magnetickým polem Země a také vznikají, když se vodivá mořská voda (mořské vlny a proudy) pohybuje v magnetickém poli. Hustota elektrických proudů v mořích dosahuje 10 -6 auto 2 . Tyto proudy lze využít jako přirozené zdroje střídavých magnetických polí pro magnetické variace znějící na šelfu a na moři.
Otázka elektrického náboje Země jako zdroje elektrického pole v meziplanetárním prostoru není zcela vyřešena. Předpokládá se, že Země jako planeta je elektricky neutrální. Tato hypotéza však vyžaduje experimentální potvrzení. První měření ukázala, že intenzita elektrického pole v meziplanetárním prostoru v blízkosti Země se pohybuje od desetin do několika desítek mv/m
lit.: Tikhonov A.N. O určování elektrických charakteristik hlubokých vrstev zemské kůry, „Doc. Akademie věd SSSR", 1950, roč. 73, č. 2; Tverskoy P.N., Kurz meteorologie, Leningrad, 1962; Akasofu S.I., Chapman S., Solar-Terrestrial Physics, přel. z angličtiny, část 2, M., 1975.
Yu P. Sizov.
Velká sovětská encyklopedie M.: "Sovětská encyklopedie", 1969-1978
Přirozeným stavem těles na povrchu Země – jak atomů, tak molekul a velkých kusů hmoty – je elektrická neutralita. Pokud však elektroskop nabijete, po chvíli ztratí veškerý náboj, bez ohledu na to, jak pečlivá je izolace. To znamená, že ve vzduchu kolem nás je spousta nabitých částic – iontů a prachových částic. Kulička elektroskopu do sebe z atmosféry „nasává“ ionty opačného znaménka a stává se neutrální.
Vysoko nad námi se rozprostírá silná vrstva vysoce ionizovaného plynu – ionosféra. Začíná několik desítek kilometrů od povrchu Země a dosahuje výšky čtyř set kilometrů. Elektroskopem to nenajdete. Objev ionosféry si vyžádal vynález rádia. Vrstva vysoce ionizovaného plynu dobře vede elektřinu a stejně jako kovový povrch odráží rádiové vlny o vlnové délce přesahující 30 metrů. Pokud by kolem Země nebylo žádné ionosférické „zrcadlo“, krátkovlnná rádiová komunikace by byla možná pouze v přímé viditelnosti.
Tři dodavatelé
Takže kolem nás a nad námi jsou ionty. Ale jsou krátkodobé. Náhodné setkání odlišných iontů - a oni přestanou existovat. To znamená, že musí existovat nějaké nepřetržitě fungující procesy, které dodávají ionty.
Takoví dodavatelé jsou tři. V blízkosti zemského povrchu se nachází záření radioaktivních prvků obsažených v malém množství v zemské kůře. Ve vysokých nadmořských výškách - ultrafialové záření ze Slunce. A nakonec celou tloušťkou atmosféry odshora dolů pronikají proudy velmi rychle nabitých částic – kosmického záření. Malá část z nich pochází ze Slunce a zbytek - z hlubin vnějšího prostoru naší Galaxie.
Někdy z povrchu Slunce vytrysknou zvláště silné proudy nabitých částic. Ve výšce několika set kilometrů nad Zemí jejich elektromagnetická pole excitují atomy a způsobují, že vyzařují světlo. Pak vidíme polární záři. Odehrávají se především ve vysokých zeměpisných šířkách a obyvatelé mírných pásem téměř nikdy nemají možnost vychutnat si úžasně krásnou hru světelných sloupů třpytivých všemi barvami duhy.
Blesk
Ale každý zná bouřku. Obludné nahromadění elektřiny jednoho znamení v oblaku způsobí jiskru, jejíž délka někdy přesahuje desítky kilometrů. Blesky, které rozmarně mění svou dráhu v závislosti na vodivosti vzduchu a na předmětech, do nichž udeří, často vytvářejí pozoruhodné efekty. Nejúžasnější z nich jsou uvedeny v knize „Atmosféra“ od francouzského astronoma Flammariona.
„Žádná divadelní hra, žádné triky nemohou konkurovat,“ píše Flammarion, „s bleskem v překvapení a podivnosti jejích účinků to vypadá jako nějaká zvláštní substance, něco mezi nevědomými silami přírody a vědomou duší člověka je to nějaký druh ducha, rafinovaný a rozmarný, mazaný a hloupý zároveň, jasnovidný nebo slepý, vlastnící vůli nebo nucený, pohybující se z jednoho extrému do druhého, hrozný a nepochopitelný, nemůžeš ho chytit jeho, nepochybně, stejně jako naše, se zdají být jen rozmarem, ale ve skutečnosti podléhají některým neměnným zákonům, ale až doteď jsme nemohli uchopit člověka na místě, ne jen ho šetří, aniž by se dotkl jeho oděvu, který zůstal nedotčený, aniž by mu způsobil sebemenší újmu, na jiném místě ukradl mince, aniž by si poškodil peněženku nebo kapsu. Poté odtrhne zlacení z lustru a přenese je na omítkové stěny; pak si sundá boty cestovatele a odhodí boty deset metrů stranou, pak nakonec v jedné vesnici provrtá stoh talířů uprostřed a navíc střídavě přes dva kusy... Jaký pořádek může být zde usazen."
Následující seznam uvádí asi sto různých případů. Například: „Jeden velmi chlupatý muž, kterého zastihla bouřka poblíž E., si bleskem oholil chloupky po celém těle, stočil do koulí a vrazil hluboko do lýtkových svalů.“ Nebo znovu: „V létě 1865 se lékař z vídeňského předměstí, doktor Drendinger, vracel domů ze železnice, když vystupoval z vagónu, popadl mu peněženku.
Tato kabelka byla z želvoviny a na jednom z jejích víček byl vykládaný ocelový monogram lékaře: dva propletené D.
Po nějaké době byl lékař přivolán k cizinci, který byl „zabit“ bleskem a nalezen v bezvědomí pod stromem. První, čeho si lékař na pacientově stehně všiml, byl jeho vlastní monogram, jako by byl právě vyfotografován. Jeho překvapení můžete posoudit vy! Pacient byl oživen a převezen do nemocnice. Tam doktor řekl, že pacientova peněženka z želvoviny musí být někde v kapsách pacienta, což se ukázalo jako docela fér. Předmětem byl stejný zloděj, který ukradl peněženku a elektřina ho označila a roztavila kovový monogram."
Je zvláštní, že ve statistikách citovaných Flammarionem je počet zabitých žen téměř třikrát menší než počet mužů. To se samozřejmě nevysvětluje galantností blesků, ale jednoduše tím, že v té době (začátek 20. století) ve Francii spíše pracovali muži na poli.
Nedávno americké noviny informovaly o případu hodném Flammariona. Blesk udeřil do lednice a usmažil v ní kuře, které se pak bezpečně vychladilo, protože lednice zůstala v provozuschopném stavu.
O spolehlivosti všech citovaných případů lze samozřejmě pochybovat, ale nelze než souhlasit s tím, že blesk je skutečně schopen zázraků. Ne vždy je možné je vysvětlit. Výboj trvá jen asi sto tisícin sekundy a na jeho pozorování v tak výjimečných případech není žádná příprava. Je nemožné opakovat událost později: nevytvoříte úplně stejný blesk, o dalších podmínkách nemluvě.
V zásadě ale není vše tak tajemné, jak se Flammarionovi zdálo. Nakonec to všechno sestává z tak běžných účinků proudu, jako je teplo, elektromagnetická pole a chemické reakce. Jen proud je obrovský: desítky nebo dokonce stovky tisíc ampér.
Hlavní věc je nepochopit nespočet podivností. Musíme pochopit, jak se elektrický náboj hromadí v bouřkovém mraku. Co způsobuje elektrifikaci vodních kapiček a proč jsou náboje opačného znaménka uvnitř oblaku prostorově odděleny? Tady ještě není vše úplně jasné.
Za prvé, neexistuje jediný mechanismus pro nabíjení kapiček.
Takových mechanismů je spolehlivě známo několik a je těžké posoudit, který z nich hraje hlavní roli. Zde jsou dva z nich. V elektrickém poli Země (už jsme zmínili, že zeměkoule je záporně nabitá) se polarizuje kapka vody. Na jeho spodní části se hromadí kladný náboj a na horní části záporný. Když spadne velká kapka, zachycuje převážně záporné ionty vzduchu a získává elektrický náboj. Kladné ionty jsou unášeny vzhůru stoupajícím proudem vzduchu.
Dalším mechanismem je nabíjení kapiček, když jsou rozdrceny přicházejícími proudy vzduchu. Malé stříkance jsou nabity záporně a jsou neseny nahoru, zatímco velké stříkance, nabité kladně, padají dolů.
Oba tyto mechanismy zajišťují jak nabíjení kapiček, tak prostorové oddělení nábojů opačného znaménka uvnitř oblaku. Typicky se záporný náboj hromadí ve spodní části bouřkového mraku (s výjimkou malé, kladně nabité oblasti) a kladný náboj se hromadí nahoře.
Mnohem horší je situace s vysvětlením kulového blesku, který se občas objeví po silném výboji lineárního blesku. Většinou se jedná o svítící kouli o průměru 10 - 20 centimetrů. Často připomíná „středně velké kotě, schoulené do klubíčka a válející se bez pomoci nohou“. Kulový blesk může při dotyku předmětů explodovat a způsobit značné zničení.
Kulový blesk je snad jediný makroskopický jev na Zemi, který stále nemá žádné spolehlivé vysvětlení. V laboratoři nelze získat sférický výboj. To je celá podstata.
Eliášův oheň
Před bouřkou nebo během ní často na špičkách a ostrých rozích vysoce vyvýšených předmětů blikají střapcové kužely světla. Tomuto pomalému a klidnému výboji se od pradávna říkalo oheň svatého Elma.
Od Tita Livyho se také můžete dočíst, že když Lysanderova flotila opustila přístav, aby zaútočila na Athéňany, na stožárech admirálovy galéry se rozsvítila světla. Staří lidé považovali výskyt světel Elma za dobré znamení.
Zvláště často jsou svědky tohoto jevu horolezci. Někdy nejen kovové předměty, ale i konečky vlasů na hlavě zdobí drobné svítící chocholy. Pokud zvednete ruku, ucítíte charakteristický pocit pálení jako elektrický proud vytékající z vašich prstů. Často začnou cepíny hučet jako velký čmelák.
St. Elmo's Fire není nic jiného než forma koronového výboje, kterou lze snadno vyrobit v laboratoři. Nabitý mrak indukuje na povrchu Země pod ním elektrické náboje opačného znaménka. Zvláště velký náboj se hromadí na špičkách. Když intenzita elektrického pole dosáhne kritické hodnoty 30 000 V/cm, začne výboj. Elektrony vzniklé v blízkosti hrotu v důsledku obvyklé ionizace vzduchu jsou polem urychlovány a při srážce s atomy a molekulami je ničí. Počet elektronů a iontů přibývá jako lavina a vzduch začíná zářit.
Elektrický náboj Země
Bouřkový mrak si svůj náboj dlouho neudrží. Udeří pár blesků a mrak se vybije. Náboj zeměkoule, pokud si nedáte pozor na drobné výkyvy, zůstává nezměněn. Na povrchu Země není elektrické pole tak malé: 130 V/m. Na první pohled je to docela zvláštní. Vzduch díky atmosférickým iontům vede elektřinu a výpočty ukazují, že zhruba za půl hodiny by se zeměkoule měla zcela vybít. Hlavní potíž tedy není ve zjištění původu náboje, ale v pochopení, proč nezmizí.
Obnovení náboje Země má dva důvody. Nejprve udeří blesk. Na Zemi se denně vyskytne více než 40 tisíc bouřek a každou sekundu udeří Zemi asi 1800 blesků. Spodní část mraku nese záporný náboj, a proto úder blesku představuje přenos určité části záporné elektřiny na zeměkouli.
Zároveň při bouřce vznikají proudy z četných špičatých předmětů (oheň sv. Elma), které odstraňují kladný náboj ze zemského povrchu.
Je těžké zde najít rovnováhu, ale obecně se zdá, že se cíle setkávají. Ztráta negativního náboje v oblastech zemského povrchu, nad kterými je jasná obloha, je kompenzována přílivem negativních nábojů v místech, kde zuří bouřky.
Kde se vzal náboj Země a proč je záporný? Tady musíme spekulovat. Podle Frenkela nejprve malý náboj vznikl z náhodných příčin. Poté začal růst díky diskutovanému „mechanismu bouřky“, dokud nebyla ustavena dynamická rovnováha, která existuje dodnes.
Poplatek může být zpočátku kladný. Pak by byly vodní kapky bouřkového mraku polarizovány jinak a blesk by Zemi udělil kladný náboj. Obecně by vše bylo stejné jako nyní, ale změnily by se pouze role kladných a záporných nábojů.
Magnetické pole Země přitahovalo pozornost lidí mnohem dříve než elektrické pole. Detekuje se extrémně jednoduše, ale jeho role v životě naší planety se zdaleka neomezuje jen na pomoc jejím obyvatelům najít správnou cestu pomocí kompasu v rozlehlém oceánu, tajze nebo poušti.
Pokud elektrické pole prakticky nepřesahuje spodní vrstvy atmosféry, pak magnetické pole zasahuje do 20 - 25 zemských poloměrů. Teprve ve výšce 100 000 kilometrů přestává hrát znatelnou roli a blíží se velikosti pole meziplanetárního prostoru.
Magnetické pole tvoří třetí „pancéřový pás“ obklopující Zemi spolu s atmosférou a ionosférou. Oko nedovolí proudům kosmických částic přiblížit se k Zemi, pokud jejich energie není příliš vysoká. Pouze v oblasti magnetických pólů mohou tyto částice volně pronikat do atmosféry.
Ve vysokých nadmořských výškách je magnetické pole malé, ale pokrývá rozsáhlé oblasti vesmíru. Působením na nabitou částici po dlouhou dobu výrazně mění svou trajektorii. Místo přímky se kolem siločar vine spirála. Podél siločar magnetické pole žene částice směrem k pólům. Někdy však, pokud je rychlost částice vysoká, nestihne udělat ani jeden obrat a pak se můžeme bavit jen o zakřivení trajektorie.
V souladu s Ampérovým zákonem není částice letící podél siločáry ovlivněna magnetickým polem. Proto mohou částice volně létat k pólům, odkud se siločáry vějířovitě rozbíhají. Není divu, že korpuskulární proudění ze Slunce způsobuje, že horní vrstvy vzdušného oceánu září hlavně na pólech.
Mimochodem, tyto proudy částic samy o sobě vytvářejí významná magnetická pole a způsobují „magnetické bouře“, během nichž střelka kompasu začíná bezmocně házet.
Radiační pásy Země, objevené relativně nedávno pomocí vesmírných raket, nejsou nic jiného než nabité částice nepříliš vysokých energií, zachycené magnetickou pastí nastraženou naší planetou. Je to magnetické pole, které drží roje nabitých částic ve vysokých nadmořských výškách, jako jsou hala obklopující Zemi. Elektrony dominují ve vnějším pásu a protony dominují ve vnitřním pásu, kde je intenzita pole větší. Pro lety astronautů ve velkých výškách tyto pásy představují skutečné nebezpečí.
Globe - kulové dynamo
Původ zemského magnetismu je ještě matoucí otázkou než původ elektrického pole. Nelze to vysvětlit nahromaděním zmagnetizovaných hornin. Frenkelova zajímavá myšlenka, předložená relativně nedávno, nám zjevně umožňuje něco pochopit. Zemské jádro je generátor elektrického proudu, fungující na principu samobuzení, jako klasické dynamo.
Asi pro vás nebude těžké si zapamatovat, o jaký princip jde. V dynamech vzniká proud, když se vodiče pohybují v magnetickém poli, které je samo vytvářeno stejným proudem. Pokud nejprve není žádný proud, pak se při určité rychlosti otáčení objeví a začne se zvyšovat. Koneckonců, vždy existuje malé zbytkové pole. Vytváří proud, který mírně zvyšuje magnetické pole. Díky tomu se zvyšuje proud a následně magnetické pole atd. až do určité mezní hodnoty.
Abychom mohli přirovnat zeměkouli ke generátoru, musíme nejprve předpokládat, že zemské jádro je kapalné a schopné vést elektrický proud. Na těchto předpokladech není nic neuvěřitelného. Ale odkud mohou pocházet pohyby vodivých hmot jádra? Dynamem jednoduše roztáčíme kotvu, ale zde nejsou žádné vnější vlivy.
Cesta ven se však dá najít. Kvůli radioaktivnímu rozpadu nestabilních prvků by měla být teplota ve středu aktivní zóny o něco vyšší než na jeho okraji. Kvůli tomu dochází ke konvekci: teplejší hmoty ze středu jádra se řítí nahoru a chladnější sestupují dolů. Země se ale otáčí a rychlost hmot na povrchu jádra je větší než v jeho hlubinách. Stoupající fluidní prvky proto zpomalují rotaci vnějších vrstev jádra, zatímco klesající prvky naopak zrychlují vnitřní vrstvy. Díky tomu se vnitřní část jádra otáčí rychleji než vnější a hraje roli rotoru generátoru, zatímco vnější část hraje roli statoru.
V takovém systému, jak ukazují výpočty, je možné samobuzení a výskyt vířivých elektrických proudů významné velikosti.
Tyto proudy podle Frenkelovy hypotézy vytvářejí kolem Země magnetické pole!
Energie k udržení proudu je čerpána z radioaktivního ohřevu látky, což vytváří konvekční proudy v aktivní zóně.
Těžko říct, zda tomu tak je i ve skutečnosti. V každém případě je správnější nazývat Zemi „velkým dynamem“ než „velkým magnetem“, jak se to dělá v mnoha knihách.
Magnetické pole obklopuje nejen Zemi, ale může existovat i kolem jiných planet a hvězd. Vtiskuje „své razítko“ světelným vlnám vyzařovaným atomy Slunce a hvězd, a dává tak fyzikům příležitost objevit sami sebe.
Měsíc, jak ukázala měření našich i amerických vědců, nemá magnetické pole. Nemá ho ani Venuše. Mars může mít magnetické pole, ale je velmi slabé, nejméně 1000krát slabší než pozemské. To bylo založeno pomocí našich vesmírných orbitálních stanic Mars 2 a Mars 3.
Prostorová elektrodynamika
Když jsme začali mluvit o magnetických polích planet a hvězd, vstoupili jsme tiše do nové oblasti, do oblasti kosmické elektrodynamiky. Zde je stále málo spolehlivé; mnohem méně než různé hypotézy. Ale mnohé, co bylo včera ještě zajímavým odhadem, se dnes stává téměř spolehlivým faktem. Hlavní věc je, že se ukázalo, že elektromagnetické síly nehrají ve vesmíru malou roli, jak se dříve předpokládalo.
Zuřící povrch a atmosféra Slunce... Obrovské jazyky horké hmoty stoupají vzhůru. Vichřice a tornáda velikosti naší planety. Bouřky, nepřetržité bouře, ale ohnivé, jiskřivé. Bouře nejen hmoty, ale i magnetického pole.
Někdy se černé skvrny vynořují z hlubin Slunce ve dvojicích. Magnetické pole v těchto oblastech se tisíckrát zvětší.
Obrovské síly někdy vyvrhují ze Slunce celé shluky nabitých částic. Překonajíce gravitační přitažlivost, narazí do zemské atmosféry rychlostí několika tisíc kilometrů za sekundu.
Pro fyzika je těžké zde rozeznat nějaký vzor, nějaký řád. Je těžké pochopit povahu sil v rotující hmotě. To se děje daleko, velmi daleko a vůbec se to nepodobá tomu, co můžeme vidět na naší planetě.
Obtížné, ale ne nemožné. Při teplotách, které existují na Slunci, nemohou existovat ani neutrální atomy, ani neutrální molekuly. Jednoduše nemohou přežít, stejně jako nemůže přežít parní lokomotiva, která v plné rychlosti narazí do protijedoucího vlaku.
A takový plně ionizovaný plyn neboli plně ionizované plazma, jak říkají fyzici, dokonale vede elektrický proud. To umožňuje, aby se elektromagnetické síly rozvinuly a demonstrovaly svou sílu v novém poli.
V magnetickém poli uvnitř pohybujícího se vysokoteplotního plazmatu jsou excitovány elektrické proudy značné velikosti. Díky dobré vodivosti nemají tendenci se utlumovat. Proto v prostředí spolu s obvyklými elastickými silami nabývají síly magnetické interakce proudů neméně důležité. A pokud pohyb jednoduchého prostředí popisují zákony hydrodynamiky, pak zde vládne magnetická hydrodynamika.
K pochopení všeho, co se na Slunci děje, jsme samozřejmě ještě velmi daleko. Existuje však jistota, že hlavní jevy, od vyvržení celých mas hmoty až po výskyt slunečních skvrn, jsou způsobeny magnetickými interakcemi.
A nejen to! Mezihvězdný plyn je vysoce ionizován zářením. Jeho hustota je nízká (1 částice na centimetr krychlový), ale to je kompenzováno obrovskou velikostí mraků. Elektrické proudy a tedy i magnetická pole v nich nelze ignorovat.
Pohybující se mraky vyplňují celou Galaxii, a proto je celá Galaxie vyplněna magnetickým polem. A nejen Galaxii samotnou, ale i sousední oblasti vesmíru.
Magnetická pole zde nejsou silná a nemůžeme je vnímat přímo. Ale my víme, že existují! Odkud?
Rádiová emise Galaxie a kosmického záření
Kdybychom viděli rádiové vlny, pak by na nebi nezajiskřilo jedno, ale tři Slunce (přesněji „rádiová slunce“). Jeden z nich je v souhvězdí Cassiopeia, druhý je v Labutě a nakonec je to naše obyčejné Slunce *. Kromě toho bychom si ale všimli mnoha méně jasných „rádiových sluncí“ a slabého rozptýleného „rádiového světla“, které k nám přichází ze všech koutů Galaxie a dokonce i ze zdánlivě prázdných míst k ní přiléhajících.
* (Slunce je obyčejná hvězda a pouze jeho blízkost nám umožňuje konkurovat v „rádiové jasnosti“ prvním dvěma zdrojům, nezměrně silnějším než Slunce.)
Některé rádiové vlny vznikají při srážkách nabitých částic horkého plynu. Jedná se o tepelné (bromsstrahlung) záření. Nemůže nám říct nic o magnetických polích Galaxie. Je tu ale ještě jedna, netepelná část, jejíž kolébkou je magnetické pole. Obaluje rychlé kosmické elektrony a tyto elektrony rotující ve spirále vysílají elektromagnetické vlny, stejně jako zběsile rotující brousek kolem sebe rozptyluje jiskry, dotknete-li se jeho povrchu čepelí nože. Lze tvrdit, že tam, kde se rodí rádiové vlny, jsou nutně magnetická pole!
Odkud se ale ve vesmíru berou rychlé elektrony? Vyzařují rádiové emise a tam, kde jsou zvláště silné zdroje rádiových vln, musíme hledat vesmírné urychlovače. To znamená, že ta vzdálená silná „rádiová slunce“, o kterých se mluvilo, jsou hlavně takové kosmické urychlovače.
Jsme zvyklí na klidné hlubiny jasné noční oblohy. Nic se nezdá tak neotřesitelné a věčné jako „harmonický sbor“ nebeských těles. Obecně je to tak. Ale někdy se stanou katastrofy; katastrofy čistě kosmických rozměrů. Hvězda, která žila miliardy let svým normálním životem, se najednou z neznámých důvodů začne monstrózně bobtnat. (Pokud by se to stalo našemu Slunci *, pak by se v něm velmi brzy nacházely oběžné dráhy všech planet.) Jasnost hvězdy (říká se jí supernova) stomilionkrát vzroste a lze ji vidět v obloha za bílého dne. Postupně jasnost klesá a na místě hvězdy zůstává mlhavý oblak, někdy těžko rozeznatelný dalekohledem.
* (Takový výbuch slunce opravdu neohrožuje. Jeho hmotnost je příliš malá.)
Doufáme, že každý víceméně chápe, jaké napětí je v elektrické síti. Zde má slovo napětí úplně stejný význam.
V Galaxii s miliardami hvězd je takový výskyt pozorován jednou za 100 - 200 let. Od vynálezu dalekohledu se neobjevila jediná supernova.
Takže „rádiová slunce“ jsou většinou pozůstatky supernov. Pouze ve směru souhvězdí Labutě patrně pozorujeme stopy ještě mocnější katastrofy; výbuch celé galaxie podobné té naší.
Lze si představit, že nabité částice (elektrony, protony a atomová jádra) získávají své počáteční zrychlení od obrovské rázové vlny doprovázející explozi supernovy. Následně začnou působit elektromagnetické síly. Zvyšující se magnetická pole indukují elektrické pole. Toto pole možná není tak velké, ale díky svým kosmickým rozměrům urychluje jednotlivé částice na energie, které urychlovače vytvořené člověkem zatím nejsou dostupné.
Některé kosmické paprsky jsou dodávány méně výkonnými indukčními elektrickými poli Slunce a jiných hvězd.
Pravděpodobně existuje další mechanismus urychlování kosmických částic. Když se pohybující se magnetizovaný oblak mezihvězdného plynu setká s rychlou částicí, dojde k procesu podobnému srážce dvou kuliček. Pouze roli obyčejných elastických sil hraje interakce částice s indukčním elektrickým polem generovaným magnetickým polem pohybujícím se spolu s plynem. Při takové srážce by se měla energie částice zvýšit, stejně jako se to stane, když se lehká koule srazí s velmi těžkou. Po velkém počtu srážek může částice získat významnou energii.
Náhodná magnetická pole Galaxie nejen urychlují, ale také rozptylují kosmické částice. Díky tomu už na Zemi přilétají rovnoměrně ze všech stran a nejen z těch míst, kde jsou urychleny. K nám létají supervýkonné částice, pravděpodobně ze sousedních galaxií.
Nemůžeme tvrdit, že všechno na světě se děje tak a jen tak, jak jsme vám právě řekli. Toto je pouze nejpřirozenější obraz elektromagnetických jevů ve Vesmíru z moderního pohledu. Píše se, jak vidíte, velmi velkými tahy. A to se stalo nejen díky tomu, že obraz je velmi velký. Podrobnosti o jevech zůstávají samotným umělcům-vědcům nejasné. A „barva“ na obraze ještě „nezaschla“: obraz byl vytvořen poměrně nedávno, před několika lety, a pouze jeho celistvost nám dává naději, že je v zásadě správný.
Zatímco se ve vesmíru odehrávaly majestátní úkazy, které tomu sluší, v jednom z moskevských apartmánů byl „malý přátelský tým“ (jak si autoři říkali) rozerván rozpory. Když už byly práce na knize v plném proudu, bylo autorům jasné, že jejich pozice se, mírně řečeno, úplně neshodují.
Podstata sporu, jak je zřejmé z následujícího, umožňuje přiřadit jednomu ze spoluautorů jméno Krotky (zkr. NA), a za druhým - rejsek (zkráceně S).
NA. Víš, jak moc si tě vážím! Ale co to děláš?
Namísto ležérního příběhu o podstatě sil vy, když jste se proměnili v archiváře, úzkostlivě, se zbytečnými detaily, registrujete všechny projevy elektromagnetických sil, které znáte. Navíc v knihách hledáte popisy projevů sil, které, promiňte, vůbec neznáte.
Je to to, o čem náš čtenář snil při nákupu knihy? Co myslíte, potřebuje další učebnici?
S. Promiňte, ale vzhledem k tomu, že kniha není schválena ministerstvem, není to zatím učebnice. A kromě toho, neslíbili jsme si promluvit o silách v přírodě? Znamená to o silách, které obklopují každého z nás. Není to možné, nejde obejít tření, pružnost, chemické síly atd. Přece nepíšeme pro mladé filozofy, kteří chtějí znát jen základy a nezajímá je, co se děje kolem nás, nad námi a pod námi. nás každý den.
NA. Věřím, že máte velké úmysly. Pokud ale půjdete svou cestou, budete si muset například popovídat nejen o tření v kapalinách obecně, ale také o tření koule, válce, kostky atd. Pak se vše vyřeší.
Samozřejmě to trochu přeháním, ale nepochybně máte chuť věci urovnat.
S. Co navrhujete, jednat podle starého vtipu, v němž učený syn ohromil své rodiče a všechny kolem extrémní vědeckou lakonicitou svých odpovědí? Na všechny otázky: co, jak a proč, odpověděl stručně - to je elektřina.
A měli bychom napsat: elasticita je elektřina; tření je také elektřina; chemické síly jsou elektrické síly atd.
NA. A podívej, co máš. Zde je struktura plynů spolu s kapalinami (která zná každý) a vlastnosti sil v krystalech (které málokdo ví, ale téměř nikoho nezajímají)...
Pokud o nich ještě chcete psát, napište. Pište ale tak, aby čtenář neusnul nebo neodhodil knihu někam daleko.
S. Ano, musíte pochopit, že je to těžké, velmi obtížné.
Zajímavější a jednodušší je psát třeba o teorii relativity než o chemických silách. Kromě toho je třeba o každém typu elektromagnetické síly napsat celou knihu. I když chceme být struční, je těžké nebýt nudný.
NA. O teorii relativity je nejen zajímavější psát, ale je také zajímavější o ní číst.
S. Inu, tato část knihy budiž encyklopedií, ale encyklopedií, nicméně (lichotím si) vhodnější pro nepříliš vyčerpávající čtení.
NA. Vidím, že trváš. Ale ve vašem příběhu mimo jiné není ani elementární konzistence. Po kosmickém záření chcete přejít rovnou k elektrickým rybám.
S. No a co? Ryby, tedy ryby. Koho nezajímají, nemusí je číst.
A obecně, proč v předmluvě nenapíšeme, že si každý čtenář může vybrat z sekcí kapitoly „Elektromagnetické síly v akci“ jen ty, které ho zajímají. V nejhorším tuto kapitolu vůbec nečtěte.
NA. Hmm...když jsi tak tvrdohlavý, vypadá to, že je to opravdu jediná možnost.
S. Nebuď moc naštvaná. K dispozici je také editor. Řekne: zahoď to všechno - vyhodíme to.
Elektrická ryba
Takže elektrická ryba. Jsou to jedinečná stvoření, která se od svých druhů liší tím, že nesou živé galvanické prvky. Elektrický proud, který produkují, slouží jako prostředek obrany nebo útoku.
Je zajímavé, že mezi fosilními rybami bylo mnohem více elektrických ryb než mezi živými rybami. Ukázalo se, že explicitní použití elektromagnetických sil není tak účinné jako zlepšení sil, které se implicitně projevují: především svalových.
Nejnápadnějším zástupcem plemene, které nás zajímá, je rejnok elektrický. Tato ryba, která žije v teplých mořích, váží asi 100 kilogramů a dosahuje délky kolem dvou metrů. Jeho elektrické orgány, umístěné po stranách hlavy, váží více než půl kila. Neunavený rejnok je schopen produkovat proud 8 ampér při napětí 300 voltů. To představuje pro člověka vážné nebezpečí.
Od elektrických ryb lze těžko očekávat velkou citlivost na proud. Ve skutečnosti rejnok snadno snáší stres, který je pro ostatní ryby smrtelný.
Elektrické orgány rejnoka mají překvapivě podobnou strukturu jako baterie galvanických článků. Skládají se z četných desek sestavených do sloupců (sériové spojení prvků), které jsou umístěny vedle sebe v mnoha řadách (paralelní spojení).
Jedna strana desky je hladká a nese záporný náboj. Druhý, s vyčnívajícími papilami, je kladně nabitý. Podle očekávání je celé zařízení uzavřeno v elektricky izolační tkanině.
Nebudeme se pokoušet pronikat do mechanismu generování elektromotorické síly v orgánech rejnoka, stejně jako jsme kdysi nechápali princip fungování běžného galvanického článku (budeme se řídit Kovými radami). Stále je zde spousta neznámých. S jistotou lze říci pouze jednu věc: činnost elektrických orgánů je založena na chemických silách, jako v galvanickém článku.
Stejně tak nerozšíříme okruh našich známých mezi elektrickými rybami.
Nelze nezmínit dalšího pozoruhodného obyvatele Nilu – mormyra neboli vodního slona. Tato ryba je vybavena úžasným lokátorem. U kořene jeho ocasu se nachází generátor střídavého elektrického proudu, který vysílá pulsy s frekvencí několika stovek vibrací za sekundu. Okolní předměty deformují elektromagnetické pole kolem mormyru, což okamžitě detekuje přijímací zařízení na jeho zádech. Citlivost lokátoru je neobvykle vysoká. Mormyrus nemůže být chycen do sítě. V akváriu se začne prohánět, jakmile mu několikrát projedete hřebenem vlasy.
Jak lokátor funguje, zatím není objasněno. Doufáme, že podrobné studium této problematiky pomůže nastolit podvodní elektromagnetickou komunikaci, která dosud nebyla možná kvůli vysokému útlumu elektromagnetických vln ve vodě.
Povaha nervového impulsu
Nakonec, rejnoci a ryby, které se jim líbí, se všemi jejich elektrickými zařízeními nejsou ničím jiným než rozmarem přírody. Příroda přisoudila volné elektřině v živých organismech nesrovnatelně významnější roli. Tato elektřina slouží komunikačním linkám, které přenášejí „telegramy“ do mozku ze smyslů o všem, co se děje ve vnějším světě, a reakce mozku nařizuje všem svalům a všem vnitřním orgánům.
Nervy prostupují celým tělem více či méně dokonalých živých bytostí a tělo díky nim působí jako jeden celek, někdy působí až s úžasným záměrem. Jakmile je nerv vedoucí ke svalu přerušen, ochromí se, stejně jako motorový válec přestane fungovat, pokud se přeruší drát přenášející proudové impulzy do zapalovací svíčky.
To není jen povrchní přirovnání. Od dob Galvaniho bylo zjištěno, že signál přenášený do nervových vláken (nervový impuls) je krátkodobý elektrický impuls. Pravda, situace zdaleka není tak jednoduchá, jak by se mohlo zdát. Nerv není pasivní kanál s vysokou vodivostí, jako běžný kovový drát. Spíš to připomíná to, čemu se v technice říká reléové vedení, kdy se příchozí signál přenáší pouze do sousedních úseků vedení, kde se zesílí a teprve pak klouže dál, tam se zase zesílí atd. Díky tomu se signál může být přenášen bez útlumu na značné vzdálenosti, navzdory přirozenému útlumu.
Co je to nerv? Od R. Gerarda se dočtete: „Kdyby se pavouk, kterého vidíme ze země viset na vlákně pavučiny ve výšce šestipatrové budovy, zmenšil asi o další dvacetinásobek (včetně vlákna, na kterém visí), velmi by se podobala nervové buňce nebo neuronu Tělo nervové buňky se neliší od ostatních buněk ani velikostí, ani žádnými jinými znaky... Neuron však na rozdíl od obyčejných, nevědomých buněk, má nejen buněčné tělo - vysílá tenké vláknité struktury pro výzkum vzdálených částí těla. Většina procesů probíhá na krátké vzdálenosti... Jeden tenký proces o průměru menším než 0,01 milimetru. , jakoby posedlý touhou, sahá od neuronu do obrovských vzdáleností, měřených v centimetrech a dokonce metrech.
Všechny neurony centrálního nervového systému se shromažďují pohromadě v mozku a míše, kde tvoří šedou hmotu... A se zbytkem těla je spojují pouze dlouhé procesy - axony. Svazky těchto axonů neboli axiální výběžky, vybíhající z nervových buněk blízko sebe, tvoří nervy." Speciální látka, myelin, obaluje tenkou vrstvu kolem většiny axonů, stejně jako se izolační páska omotává kolem elektrického drátu.
Samotný axon si lze zjednodušeně představit jako dlouhou válcovou trubici s povrchovou membránou, která odděluje dva vodné roztoky různého chemického složení a různých koncentrací. Membrána je jako stěna s velkým množstvím pootevřených dveří, kterými se ionty roztoků jen velmi obtížně protlačí. Nejúžasnější a nepochopitelná věc je, že elektrické pole „zavírá tyto dveře“ a s jeho oslabením se otevírají více.
V klidovém stavu je uvnitř axonu přebytek draselných iontů; venku - ionty sodíku. Záporné ionty jsou koncentrovány především na vnitřním povrchu membrány, a proto je záporně nabitá, zatímco vnější povrch je nabitý kladně.
Při podráždění nervu dochází k částečné depolarizaci membrány (snížení nábojů na jejích površích), což vede k poklesu elektrického pole uvnitř ní. V důsledku toho se „dvířka“ mírně otevřou pro ionty sodíku a začnou pronikat do vlákna. Nakonec se vnitřek axonu na tomto místě nabije kladně.
Tak vzniká nervový impuls. Přísně vzato se jedná o napěťový impuls * způsobený průtokem proudu membránou.
* (Doufáme, že každý víceméně chápe, jaké napětí je v elektrické síti. Zde má slovo napětí úplně stejný význam.)
V tuto chvíli se „dveře otevírají“ pro ionty draslíku. Při průchodu na povrch axonu postupně obnovují napětí (asi 0,05 voltu), které měl nevybuzený nerv.
Zároveň některé ionty ze sousední oblasti „prolomí dveře sousedů“. I zde kvůli tomu začíná slábnout pole a celý proces se opakuje v novém úseku axonu. V důsledku toho se nervový impuls pohybuje podél nervu člověka do mozku, aniž by slábl, rychlostí asi 120 metrů za sekundu.
Sodné a draselné ionty, vytěsněné ze svých domovů při průchodu pulsu, se v důsledku chemických procesů, jejichž mechanismus není dosud objasněn, postupně vracejí přímo přes stěnu.
Je to věc obdivuhodného překvapení, že veškeré chování vyšších živočichů, veškeré tvůrčí úsilí lidského mozku je nakonec založeno na těchto extrémně slabých proudech a nejjemnějších, mikroskopických chemických reakcích.
Bioproudy mozku
Zde se dotýkáme svatyně živé přírody – lidského mozku. Elektrické procesy probíhají v mozku nepřetržitě. Pokud jsou na čelo a týl hlavy umístěny kovové destičky, připojené přes zesilovač k záznamovému zařízení, lze zaznamenat nepřetržité elektrické oscilace mozkové kůry *. Jejich rytmus, tvar a intenzita výrazně závisí na stavu člověka.
* (Oscilace jsou pozorovány nejen v lidském mozku, ale také v mozcích zvířat.)
V mozku člověka, který tiše sedí se zavřenýma očima a na nic nemyslí, dochází k asi 10 vibracím za sekundu. Když člověk otevře oči, mozkové vlny zmizí a znovu se objeví, když jsou oči zavřené. Když člověk usne, rytmus vibrací se zpomalí. Podle povahy vibrací můžete velmi přesně určit okamžik začátku a konce snu.
Při onemocněních mozku se povaha elektrických oscilací mění zvláště prudce. Patologické výkyvy u epilepsie tedy mohou sloužit jako jistá známka onemocnění.
To vše dokazuje, že mozkové buňky jsou ve stavu neustálé aktivity a velké množství z nich, jak Gerard říká, „vibruje společně jako housle velkého orchestru“. Nervové impulsy vstupující do mozku nejdou po vyšlapaných cestičkách, ale mění celkový obraz o rozložení vibrací v mozkové kůře.
Vzorec elektrické aktivity v mozku se mění s věkem v průběhu života a učení.
Je třeba vycházet z toho, že elektrické vibrace nedoprovázejí pouze práci mozku, jako hluk – pohyb automobilu, ale jsou nejpodstatnějším momentem celé jeho životní činnosti. V elektronickém počítači, schopném vykonávat jednotlivé funkce mozku ještě lépe než mozek sám, jsou to elektromagnetické procesy, které určují veškerou práci.
Je třeba zdůraznit, že každý vjem, každá myšlenka vůbec neodpovídá své vlastní, specifické vibraci. Podle tvaru elektrických vibrací zatím nejsme schopni určit, na co člověk myslí.
Jaké funkce tyto procesy v mozku vykonávají, zatím nevíme. Jasně ale ukazují, že materiálním základem myšlení jsou elektromagnetické procesy v té nejorganizovanější hmotě, kterou příroda na naší planetě vytvořila.
Zkušenosti ukazují, že elektroměr připojený k sondě dává znatelnou odchylku, i když v blízkosti nejsou žádná speciálně nabitá tělesa. V tomto případě platí, že čím vyšší je bod nad povrchem Země, tím větší je odchylka elektroměru. To znamená, že existuje potenciální rozdíl mezi různými body v atmosféře umístěnými v různých výškách, tj. v blízkosti zemského povrchu je elektrické pole. Změna potenciálu s výškou je různá v různých ročních obdobích a pro různé oblasti a má průměrnou hodnotu v blízkosti zemského povrchu asi 130 V/m. Jak pole stoupá nad Zemí, rychle slábne a již ve výšce 1 km je jeho intenzita pouze 40 V/m a ve výšce 10 km se stává zanedbatelně slabým. Znaménko této změny odpovídá negativnímu náboji Země. Po celou dobu tedy žijeme a pracujeme ve znatelném elektrickém poli (viz cvičení 29.1).
Experimentální studie tohoto oboru a odpovídající výpočty ukazují, že Země jako celek má negativní náboj, jehož průměrná hodnota se odhaduje na půl milionu coulombů. Tento náboj je udržován přibližně nezměněný díky řadě procesů v zemské atmosféře i mimo ni (v globálním prostoru), které ještě zdaleka nejsou plně pochopeny.
Přirozeně vyvstává otázka: pokud je na povrchu Země vždy záporný náboj, kde se pak nacházejí odpovídající kladné náboje? Kde začínají elektrické siločáry, které končí na zemském povrchu? Je snadné vidět, že tyto kladné náboje nemohou být umístěny někde velmi daleko od Země, jako například na Měsíci, hvězdách nebo planetách. Pokud by tomu tak bylo, pak by pole v blízkosti Země mělo stejný vzhled jako pole izolované koule na obr. 50. Síla tohoto pole by klesala nepřímo úměrně druhé mocnině vzdálenosti od středu Země (a ne od zemského povrchu). Ale poloměr Země je přibližně 6400 km, a proto změna vzdálenosti od středu Země o několik kilometrů nebo několik desítek kilometrů by změnila intenzitu pole jen zanedbatelně. Zkušenosti ukazují, jak jsme uvedli výše, že síla elektrického pole Země velmi rychle klesá, když se od ní vzdalujeme. To naznačuje, že kladný náboj, odpovídající zápornému náboji Země, se nachází někde v nepříliš vysoké výšce nad zemským povrchem. Ve výšce několika desítek kilometrů nad Zemí byla skutečně objevena vrstva kladně nabitých (ionizovaných) molekul. Objemový kladný náboj tohoto „oblaku“ nábojů kompenzuje záporný náboj Země. Z této vrstvy jdou siločáry zemského elektrického pole na zemský povrch.
Rýže. 50. Ekvipotenciální plochy (plné čáry) a siločáry (přerušované čáry) nabité koule vzdálené od jiných objektů. Uvnitř koule není žádné pole, stejně jako uvnitř žádného vodiče.
29.1. Jelikož pole v blízkosti Země má intenzitu asi 130 V/m, tak mezi body, kde se nachází hlava a nohy každého z nás, by mělo být napětí přes 200 V. Proč toto pole necítíme? , při dotyku pólů baterie nebo sítě 220 V je velmi bolestivý a může být dokonce nebezpečný?
29.2. Měření elektrickou sondou ukazuje, že nárůst potenciálu s výškou u povrchu Země je v průměru 100 V/m. Za předpokladu, že toto pole je způsobeno nábojem Země, vypočítejte náboj umístěný na zeměkouli za předpokladu, že poloměr Země je 6400 km.
