Электрические явления в атмосфере земли реферат

Обновлено: 02.07.2024

В атмосфере Земли возникают различные акустические, оптические и электрические явления. Атмосферное электричество это совокупность электрических явлений в атмосфере, а также раздел физики атмосферы, изучающий эти явления. Однозначной картины того, чем является атмосферное электричество, до настоящего времени нет. Существующие модели объясняют часть явлений, обладая своими плюсами и минусами каждая.

История изучения

Атмосферное электричество было доказано одним из отцов-основателей Соединенных Штатов Бенджамином Франклином, соавтором Декларации независимости и Конституции страны, чей портрет украшает 100-долларовую купюру. Будучи ученым-самоучкой, Франклин интересовался множеством физических проблем, в т.ч. и исследованиями электричества. Франклин изобрел плоский конденсатор и молниеотвод, что внесло вклад в изучение и объяснение процессов в атмосфере.

Ломоносов полагал, что причиной атмосферного электричества является трение пылинок воздуха о капельки воды, все это на фоне восходящих и нисходящих потоков воздуха. Северные сияния также имеют, по мнению Ломоносова, электрическую природу, он проводил опыты по воспроизведению северных сияний на моделях. Также Ломоносов рекомендовал повсеместную установку громоотводов.

Интересен опыт, произведенный в 1868 году американским дантистом Малоном Лумисом. Лумис в присутствии членов Конгресса США устанавливал беспроводную связь между двумя пунктами посредством поднятых над землей на высоту 190 м двух электропроводов, служащими передающей и приемной антенной. На расстояние 30 км при замыкании передающей антенны ключом на землю передавался сигнал, регистрируемый включенным в цепь приемной антенны гальванометром. Поскольку в цепь антенны никакие источники электропитания не подключались, придется признать, что без атмосферного электричества и здесь не обошлось.

В дальнейшем Лумис вместо воздушных змеев соорудил высокие металлизированные деревянные мачты. Особого интереса к его опытам современники не проявляли – в это время А.С. Попов еще учился в школе, а Г. Маркони еще не успел родиться. Будущее радиосвязи было связано с мощными источниками электропитания на передающей стороне с преобразованием их энергии в энергию электромагнитных волн.

По завершению 19 века наблюдается уменьшение интереса к изучению гроз и молний. Больше внимания ученые уделяляли изучению электрического поля при хорошей погоде.

Модели

Самой распространенной моделью, предоставляющей хорошую аналогию атмосферным процессам, и теоретические возможности их рассмотрения, является конденсаторная модель.

Имеется также гипотеза советского ученого Я.И. Френкеля, в которой электрическое поле формируется путем взаимодействия и поляризации поверхности Земли и облаков, ионосфере при этом особая роль в создании электрического поля не отводит

Следствия конденсаторной модели

Из конденсаторной модели вытекают следующие характеристики системы: общий заряд Земли 6·10 5 Кл, разность потенциалов между обкладками 300 кВ, полное сопротивление атмосферы 230 Ом. Земной конденсатор постоянно разряжается суммарными токами порядка сотен ампер, и в отсутствие источников постоянного подзаряда конденсатора он бы разрядился полностью примерно за 10 минут. Природа подзаряда конденсатора окончательно не выяснена, но известно, что в областях с грозовыми облаками текут токи заряда, а в свободных от облаков областях текут токи разряда.

Атмосферные явления

Гроза и молнии

Гроза сопровождается искровыми разрядами – молниями, сопровождающимися световыми вспышками и громом. С точки зрения конденсаторной модели все это – паразитные явления. Для наземных объектов (и летящих самолетов) молнии представляют огромную опасность, вследствие своего электрического, теплового и ударного воздействия.

Атмосферное электричество как молнии бывают не только на земле, но и на других планетах Солнечной системы. Сила тока линейной земной молнии доходит до полумиллиона ампер при напряжении до миллиарда вольт и типичном значении в десятки миллионов вольт. Длительность молний достигает нескольких секунд, а длина доходит до сотен километров, при том, что молний короче нескольких сотен метров тоже не бывает.

В верхних слоях атмосферы за последние десятилетия открыты и совершенно особые виды молний – эльфы, спрайты и джеты.

Зарницы

Зарницы – вспышки света на горизонте при удаленной грозе. Вследствие удаленности раскаты грома не слышны, но видны вспышки молний. Иногда зарницы видны при совершенно ясном небе. Появляются они обычно в жаркое время года.

Огни Святого Эльма

Помимо молний (искрового разряда) в атмосфере наблюдается и коронный разряд, называемый огнями Святого Эльма. Коронный разряд возникает в газе в резко неоднородном электрическом поле вблизи электродов с большой кривизной поверхности (острие, провода). К появлению огней Святого Эльма ведет повышение напряженности электрического поля в окружающей среде, во время грозы или ее приближении, метели, шторма и пр.

Шаровые молнии

Шаровая молния – это газовый разряд сферической формы, выглядит как плавающее в воздухе светящееся образование, перемещающееся по непредсказуемой траектории. Очевидцы свидетельствуют, что шаровая молния появляется в грозовую погоду, иногда наряду с обычными молниями. При этом она выходит из проводника или даже предмета (столба, дерева). Попытки сфотографировать шаровую молнию или произвести видеосъемку обычно оказывались неудачными ввиду низкого качества отснятого материала.

Шаровая молния – настолько редкое и уникальное природное явление, что до сих пор не существует признанного всеми теоретического обоснования этого феномена, а до 2012 года даже не существовало подтверждения их реальности. Есть и теории, считающие наблюдения шаровой молнии следствием расстройств психики. Получить устойчивую шаровую молнию в лабораторных условиях также еще не удалось.

Содержание работы

Введение……………………….…..………………………………………. 3
Возникновение атмосферного электричества……………….………. 4
Молниезащита зданий и сооружений. Защита от атмосферного электричества……………………………………………. ……………..6
Выбор молниеотводов………………………………………………….11
Эксплуатация устройств молниезащиты………..…………………. 12
Заключение……………………………………………………….………. 15
Список использованных источников………

Файлы: 1 файл

Реф по БДЖ Атмосферное электричество.docx

Министерство образования и науки РФ

Кафедра производственной безопасности и права

Реферат

Выполнил: +++++++++++++++

Проверил: +++++++++++++++

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………….…..……………………… ………………. 3

Возникновение атмосферного электричества……………….………. 4

Молниезащита зданий и сооружений. Защита от атмосферного электричества…………………………………………… . ……………..6

Выбор молниеотводов…………………………………………… …….11

Эксплуатация устройств молниезащиты………..…………………. 12

Заключение…………………………………………………… ….………. 15

Список использованных источников……………………………………..16

Введение

Несомненно, человек познакомился с природным электричеством с самого зарождения человечества (молнии, электрические рыбы и др.). Однако многие века гигантская электрическая искра, каковой является молния, была лишь загадочным и страшным явлением, считавшимся орудием богов. Научное изучение этого явления началось лишь в XVII веке.

Учение об атмосферном электричестве тесно связано с вопросом об электризации осадков. Наблюдения показывают, что по большей части осадки имеют довольно значительный отрицательный заряд. Ранее это явление пытались объяснить отрицательной электризацией воды при испарении, теория же ионизации объясняет это тем, что ионы являются центрами конденсации паров, причем отрицательные ионы конденсируют влагу в более сильной степени и потому скорее выпадают вместе с осадками. Вихри, представляющие собой частные депрессии незначительного объема, обусловленные обыкновенно местными причинами, весьма часто сопровождаются электрическими разрядами и носят тогда название гроз. Электрический разряд, происходящий при этом между двумя облаками или между облаком и землей, называется молнией, и она сопровождается обыкновенно громом. Тихий разряд между облаками или же отражение отдаленной молнии, когда гром не слышен, называется зарницей.

Электрическое атмосферное явление, при котором в мощных кучево-дождевых облаках или между облаками и земной поверхностью возникают многократные электрические разряды (молнии), сопровождающиеся громом, называется грозой. Грозам обычно сопутствуют шквалистые ветры, ливневые осадки, нередко с градом.

Электрические явления в атмосфере: ионизация воздуха, электрическое поле атмосферы, электрические заряды облаков и осадков, электрические токи вызывают разряды в атмосфере. Такие разряды называют атмосферными [1].

Еще одним источником электрического разряда является такое явление, как шаровая молния (ШМ), практически неослабевающий интерес к которой обусловлен тем, что до сих пор не существует какой-то одной общепринятой модели их внутреннего строения. Время жизни наблюдаемых ШМ достигает десятков секунд и учитывая их внезапное появление слишком мало для детального исследования. Некоторые примеры из повреждения предметов после контакта с ШМ позволяют сделать оценки внутренней энергии, содержащейся в ШМ. Как следует из опыта контактов с ШМ, они обычно образуются вблизи источников сильных электромагнитных разрядов – при ударе молнии, при замыкании-размыкании высоковольтного или сильноточного электрооборудования, при высокочастотных импульсах мощных генераторов. Молнии не контролируются природой. Они проводят свою энергию через крошечное острие. Концентрация этой энергии - источник физических повреждений. Задача всех защитных технологий – рассеять эту энергию [4].

Явление электромагнитной индукции заключается в следующем. В канале молнии протекает очень мощный и быстро изменяющийся во времени ток. Он создает мощное переменное во времени магнитное поле. Такое поле индуцирует в металлических контурах электродвижущую силу разной величины. В местах сближения контуров между ними могут происходить электрические разряды, способные воспламенить горючие смеси и вызвать электротравматизм.

Грозовое облако - это огромное количество пара, часть которого сконденсирована в виде мельчайших капелек или льдинок. Верх грозового облака может находиться на высоте 6-7 км, а низ нависать над землей на высоте 0,5-1 км. Выше 3-4 км облака состоят из льдинок разного размера, так как температура там всегда ниже нуля. Эти льдинки находятся в постоянном движении, вызванном восходящими потоками теплого воздуха от нагретой поверхности земли. Легкие мелкие льдинки, двигаясь в верхнюю часть облака, все время сталкиваются с крупными. Каждое такое столкновение приводит к электризации. При этом крупные льдинки заряжаются отрицательно, а мелкие - положительно. Со временем положительно заряженные мелкие льдинки оказываются в верхней части облака, а отрицательно заряженные крупные - внизу. Другими словами, верх грозовой тучи заряжен положительно, а низ - отрицательно.

Электрическое поле тучи имеет огромную напряженность - около миллиона В/м. Когда большие противоположно заряженные области подходят достаточно близко друг к другу, некоторые электроны и ионы, пробегая между ними, создают светящийся плазменный канал, по которому за ними устремляются остальные заряженные частицы. Так происходит молниевый разряд.

Во время этого разряда выделяется огромная энергия - до миллиарда Дж. Температура канала достигает 10 000 К, что и рождает яркий свет, который мы наблюдаем при разряде молнии. Облака постоянно разряжаются по этим каналам, и мы видим внешние проявления данных атмосферных явлений в виде молний.

Раскаленная среда взрывообразно расширяется и вызывает ударную волну, воспринимаемую как гром[5].

Молниезащита зданий и сооружений. Защита от атмосферного электричества

Молниезащита — система защитных устройств и мероприятий, применяемых в промышленных и гражданских сооружениях для защиты их от аварий, пожаров при попадании в них молнии.

Молния — особый вид прохождения электрического тока через огромные воздушные промежутки, источник которого — атмосферный заряд, накопленный грозовым облаком. Условия образования таких облаков большая влажность и быстрое изменение температуры. В результате возникновения восходящих потоков воздуха и быстрой конденсации водяных паров, содержащихся в воздухе, образуется большое количество водяной пыли, которая заряжается отрицательно.

Воздействие тока молнии возможно трех типов.

Прямой удар при разряде молнии в объект оказывает тепловое и механическое воздействие. При этом ток молнии может вызвать нагревание токоотвода до температуры каления, плавления и даже испарения. Быстрое разогревание вызывает нарастание электродинамических напряжений в конструкциях. Это вызывает механические разрушения, часто происходящие в виде взрыва.

Вторичное воздействие разряда молнии сопровождается появлением в пространстве изменяющетося во времени магнитного поля, которое индуцирует в контурах, образованных из различных протяженных металлических предметов (трубопроводов, электропроводок и т. д.), всегда имеющихся в здании, электродвижущую силу. В замкнутых контурах электродвижущая сила вызывает появление наведенных токов. В тех контурах, в которых контакты недостаточно надежны в местах соединения, эти токи могут вызвать искрение или сильное нагревание, что очень опасно для помещений, где могут образовываться опасные концентрации горючих или взрывоопасных веществ.

Занос высоких потенциалов в здания может происходить по любым металлоконструкциям, рельсовым путям, эстакадам, проводам ЛЭП, трубопроводам и т. д. Эти заносы сопровождаются электрическими разрядами, которые могут явиться источником взрыва или пожара.

Защита от поражения молнией зависит от типа производства, расположенного в здании, и от среднегодовой грозовой деятельности атмосферы. Грозовая деятельность может быть оценена ожидаемым количеством поражений молнией в год зданий и сооружений:

где l, b — длина и ширина защищаемого сооружения (или наименьшего описанного прямоугольника для зданий сложной конфигурации), м; h — наибольшая высота сооружения, м; n — среднегодовое число ударов молнии в 1 км2 поверхности земли (в данном географизическом месте).

Все сооружения по необходимости устройства молниезащиты разделены на три категории.

В зданиях и сооружениях I категории длительное время сохраняются или систематически возникают взрывоопасные смеси газов, паров и пыли с воздухом или другими окислителями; перерабатываются или хранятся взрывчатые вещества в неметаллических упаковках или в открытом виде. Взрыв таких зданий и сооружений сопровождается значительными разрушениями и человеческими жертвами.

В зданиях и сооружениях II категории взрывоопасные смеси газов, паров и пыли с воздухом или другими окислителями возникают только в момент производственных аварий или неисправностей; взрывчатые вещества хранятся в прочной металлической упаковке. Взрыв в таких помещениях сопровождается, как правило, незначительными разрушениями без человеческих жертв.

В зданиях и сооружениях III категории прямой удар молнии может вызвать пожар, механические разрушения и поражения людей. К. этой категории можно отнести жилые и общественные здания, дымовые трубы, водонапорные башни, газгольдеры, резервуары[6].

Рис. 1. Молниеотводы:

а — стержневой отдельно стоящий; 6 — то же, укрепленный иа здании; в — тросовый

Рис. 2. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода:

1 — граница зоны защиты иа уровне защищаемого объекта; 2 — граница зоны защиты на уровне земли

В соответствии с инструкцией СН 305—77 здания и сооружения I и II категорий подлежат молниезащите от прямых ударов молнии, вторичных воздействий и заноса высоких потенциалов.

Процессы испарения, конденсации и сублимации, коагуляции и дробления облачных элементов приводят к появлению в облаках и туманах огромного числа электрически заряженных частиц. Особенно сильные электрические заряды возникают в кучево-дождевых облаках, содержащих крупные капли и кристаллы. В силу преобладающих нисходящих и восходящих потоков в различных частях кучево-дождевых облаков происходит разделение зарядов, т. е. скопление электричества одного знака в разных областях грозовых облаков. Основания кучево-дождевых облаков, содержащих преимущественно крупные капли, несут суммарный положительный заряд. Центральная часть грозовых облаков имеет общий отрицательный заряд, а вершины их, состоящие из мельчайших ледяных кристаллов, заряжены также положительно. Напряженность электрического поля атмосферы в облаках и между облаками и землей (суммарный заряд Земли отрицательный) достигает огромных значений (порядка сотен киловольт на 1 м). Особо активные процессы разделения и концентрации противоположных зарядов приводят к возникновению между облаками, его отдельными частями или облаками и Землей искровых разрядов – молний, сопровождаемых звуковыми колебаниями – громом.

По виду молнии делятся на линейные, четочные, плоские и шаровые. Наиболее известна линейная молния, представляющая собой сильно разветвленную искру длиной 2–3 км при разряде между облаком и Землей и 15–20 км при разряде между облаками.

Сливающийся воедино молниевый разряд на самом деле состоит из 1–5 (иногда – нескольких десятков) чередующихся импульсов общей длительностью около 0,2 с. Молниевый разряд начинается лидером, который создает канал молнии, средний диаметр которого составляет 15–20 см. Сила тока в канале достигает сотен килоампер, а мгновенная мощность – миллионов киловатт. Температура газовых стенок канала молнии достигает 20 000°К. Мгновенный нагрев газа в молниевом канале приводит к резкому расширению воздуха, в результате чего возникают звуковые колебания – гром. Звуковой эффект усиливается образованием гремучего газа в канале молнии, так как за счет высоких температур вода разлагается на кислород и водород.

Молниевый разряд в судно может вызвать пожар, вывести из строя антенны или радиоприемные и передающие устройства, вызвать перемагничивание магнитных приборов и т. д. Для защиты от молний на судах применяют различной конструкции молниеотводы.

3. Дальность видимости.

Различают геометрическую, оптическую и метеорологическую дальность видимости.

Рис.1. Геометрическая дальность видимости и горизонта.

Геометрическая дальность видимости АС (рис. 1) Определяется кривизной Земли и светового луча и зависит от высоты наблюдателя и наблюдаемого объекта. Оптическая дальность видимости – это расстояние, на котором реальный объект при данных условиях погоды, освещения и наблюдения находится на границе восприятия зрением. Она зависит от прозрачности атмосферы, остроты зрения наблюдателя, свойств наблюдаемого объекта и фона, на котором наблюдается объект. Все указанные факторы весьма изменчивы, поэтому оптическую дальность видимости затруднительно применять в практических целях в качестве метеорологического элемента.

Метеорологическая дальность видимости – это минимальное расстояние, на котором днем теряется видимость абсолютно черного объекта, наблюдаемого на фоне неба у горизонта и имеющего угловые размеры более 20 мин.

Дальность видимости горизонта и огней в море ночью. Дальность видимости огней в сумерки и ночью определяется освещенностью Е, которую огонь силой I создает на зрачке наблюдателя, находящегося на расстоянии ℓ от огня при прозрачности атмосферы τ:

Огонь виден, если Е>Е0, где Е0– пороговая чувствительность глаза или минимальная освещенность, воспринимаемая глазом. Формула (8) позволяет рассчитать дальность видимости огня /, если известны сила света I и коэффициент прозрачности τ, либо определять коэффициент прозрачности τ

Таким образом, дальность видимости реальных объектов и огней в море ночью будет равна наименьшему значению одной из трех величин: геометрической, оптической и метеорологической дальности видимости.

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

Выводы относительно вида электрического поля земли вследствие крайне ограниченного количества наблюдений, произведенных при этом по большей части без надлежащей систематичности, не могут претендовать на полную непреложность и весьма часто оказываются разноречивыми. Из этих выводов можно указать на следующие: 1) разность потенциалов между землей и какой-либо точкой в атмосфере в тихую и ясную погоду почти всегда положительна; 2) величина потенциала растет с высотой, разность же потенциалов на определенном расстоянии между двумя точками вначале растет (до 500 приблизительно метров), потом уменьшается. На основании этого можно сделать заключение, что земля заряжена отрицательным электричеством, воздух же - положительным. Что касается зависимости от широты, то более надежно установлено, что потенциал в средних широтах больше, чем у экватора. Относительно же полярных стран скорее надо допустить увеличение потенциала, однако пока наблюдения дали результаты разноречивые. Ход изменения напряженности атмосферного электричества в данной точке у поверхности земли представляется весьма сложным и запутанным. Не только ото дня ко дню, но очень часто на протяжении одного часа потенциал претерпевает значительные изменения, а иногда меняет и свой знак. Записи электрографов обыкновенно представляют из себя кривую, испещренную резкими и частыми колебаниями. Поэтому изучение хода потенциала весьма затруднительно и выводы, сделанные до сих пор, не могут претендовать на полную непреложность. Относительно годового хода мы можем сказать с уверенностью лишь то, что в зимние месяцы напряженность поля значительно выше, чем летом. Суточный ход, по Шаво (Chaveau), представляет обыкновенно двойное колебание с minimum'oм около 4 ч. утра, maximum'ом около 10 ч. утра, вторым minimum'ом после полудня и maximum'ом после 9 вечера. В холодное время года оба maximum'a приближаются к полудню и послеполуденный minimum ослабевает, так что двойное колебание переходит в простое. В летнее время maximum'ы раздвигаются и minimum усиливается. В полярных странах суточный ход приближается к зимнему типу, в тропических - к летнему. Сходство суточного хода атмосферного Э. с суточным ходом давления атмосферы приводит многих исследователей к предположению, что второе явление служит причиной первого. На больших высотах над уровнем земли ход потенциала оказывается более простым и в суточном ходе приближается (на башне Эйфеля - 285 метр.) к зимнему типу, представляя почти плавное простое колебание. Видимо, на ход потенциала у поверхности земли сильное влияние имеют чисто местные причины (пыль, дым, туман и т. д.).

Наиболее распространенное в настоящее время объяснение электрических явлений в атмосфере дает теория Пельтье-Экснера. Согласно этой теории, земной шар содержит большой избыток отрицательного электричества, которым заряжены и все находящиеся на нем предметы. Отсюда следует, что электрическое поле, окружающее Землю, должно иметь отрицательный потенциал, постепенно уменьшающийся по мере поднятия вверх. Так как мы считаем потенциал земли равным нулю, то в атмосфере мы будем иметь постепенно возрастающий положительный заряд, что мы действительно и наблюдаем в высоких слоях атмосферы. В слоях же, близких к поверхности Земли, постоянно присутствующие в атмосфере пары воды и пыль, наэлектризованные отрицательно, должны уменьшать напряженность поля и нарушать правильность его распределения. Согласно этой теории суточный и годовой ход атмосферного Э. находятся в зависимости от количества паров, заключающихся в атмосфере. Это положение в действительности подтверждается лишь в общих чертах. Эта теория была высказана впервые Пельтье (P e ltie) в 1836 г., в новейшее же время разработана Экснером (Ехnеr). Заслуживает еще упоминания теория Зонке (Sonke). Эта теория считает основной причиной атмосферного Э. электризацию капелек воды при трении их о ледяные частицы. При этом вода заряжается отрицательно, лед же положительно. Географическое распределение напряженности атмосферного Э. и годовой его ход тесно связаны поэтому с положением нулевой изотермы в атмосфере, так как лишь при прохождении через поверхность нулевого уровня температуры осуществляются условия электризации, предусмотренные теорией Зонке. В новейшее время эта теория была несколько восполнена и развита Хомма (Homma), который доказал электризацию при трении не только твердых и жидких тел, но и двух слоев воздуха различной температуры. По этим данным он весьма успешно объясняет многие особенности в ходе атмосферного Э. Что электризация при трении является одной из возмущающих причин в ходе атмосферного Э., яснее всего обнаруживается значительным зарядом снежинок, переносимых метелью, и пыли, поднятой ветром (особенно в песках Сахары). Как переход к новейшим воззрениям на сущность атмосферного Э., можно указать на работы Лемстрема (Lemstr ö m; см.). Он исследует электрические токи воздуха и с помощью особых приборов с остриями измеряет их силу. Электрические токи воздуха временами достигают и в средних широтах значительной силы, особенно же они велики в полярных странах. По мнению Лемстрема, существует непрерывная циркуляция электричества в атмосфере от экватора к полюсам; здесь она вызывает полярные сияния (см.). Теория Лемстрема уже не ограничивается статическим исследованием электрического поля Земли, но вводит понятие и о динамической циркуляции. В конце восьмидесятых годов истекшего столетия было открыто и изучено (главным образом Эльстером [Elster] и Гейтелем [Geitel]) явление электроактиничности. Это явление состоит в том, что под влиянием ультрафиолетовых лучей проводник, заряженный отрицательным электричеством, быстро теряет свой заряд. В природе это явление проявляется в том, что действие ультрафиолетовых лучей, заключающихся в солнечном спектре, способствует переходу отрицательного заряда Земли в атмосферу. Исследования показали, что актиническая радиация имеет годовой и суточный ход, обратный ходу потенциала, как это и нужно было ожидать. До очень недавнего времени атмосферный воздух считался абсолютным непроводником электричества, и лишь работы новейшего времени показали, что воздух при некоторых особых условиях становится проводящим (при нагревании, при разреживании, под действием Рентгеновских и Беккерелевых лучей и т. д.). В 1887 г. Линсс (Linss) нашел, что при обычных условиях воздух не является абсолютным диэлектриком, но слабо проводит электричество. В 1899 г. этим вопросом занялись Эльстер и Гейтель, которые для объяснения проводимости воздуха применили теорию ионизации, развитую уже ранее в приложении к вопросам сначала о проводимости жидкостей, а затем и газов. Согласно этой теории в воздухе могут образовываться при некоторых условиях ионы, т. е. особые материальные носители заряда того или другого знака. Отрицательные ионы отличаются меньшей величиной и большей скоростью поступательного движения. Приходя в соприкосновение с поверхностью заряженного тела, ионы отнимают у него равное своему заряду количество электричества и таким образом нейтрализуются. Благодаря этому процессу заряженное тело теряет свой заряд, а между двумя разноименно заряженными телами наблюдается ток, как будто через обычный проводник.

Для изучения ионизации атмосферного воздуха Эльстер и Гейтель построили особый прибор, дающий возможность определить относительное количество ионов того или другого знака, заключающихся в атмосфере. Прибор этот состоит из зачерненного металлического цилиндра, соединенного с электроскопом системы Экснера. Заряжая до некоторого потенциала цилиндр электричеством того или другого знака, наблюдают уменьшение потенциала за некоторый промежуток времени и таким образом вычисляют скорость потери заряда, как величину, характерную для суждения о степени ионизации атмосферного воздуха. Эберт (Ebert), заставляя протекать около заряженного тела определенное количество воздуха, дал возможность при помощи своего прибора определять абсолютное содержание ионов в единице объема воздуха. Произведенные до настоящего времени наблюдения показали, что 1) как и надо было ожидать, ход потенциала и ионизации противоположны друг другу; 2) степень ионизации зависит от ясности и прозрачности воздуха, от влажности и, по-видимому, и от других метеорологических факторов; 3) она значительнее в странах полярных, чем в средних широтах; на берегу моря больше, чем в глубине континентов; 4) в свободной атмосфере степень ионизации возрастает по мере поднятия вверх и т. д. Замечено также, что количество ионов того или другого знака, присутствующих в атмосфере, бывает неодинаково в зависимости от различных причин. Это явление носит название униполярности. Отрицательная униполярность, т. е. большая скорость потери отрицательного заряда, наблюдается на вершинах гор; положительная - у водопадов, на прибое волн, во время дождя, вообще там, где замечается падение воды каплями. Первое явление объясняется тем, что вершины гор, как острия, заряжены до более высокого отрицательного потенциала, чем долины, почему сюда стекаются в большем количестве положительные ионы, нейтрализующие отрицательный заряд. Второе явление ставится в связь с явлением Ленарда, который показал, что при падении через воздух капли воды электризуются отрицательно, почему происходит усиленная нейтрализация положительных ионов и отрицательные остаются в избытке. Вопрос о причинах образования свободных ионов в атмосфере до сих пор остается невыясненным: одни считают причиной действие ультрафиолетовых лучей солнца (Эберт), другие - истечение особой (радиоактивной) материи из почвы (Эльстер и Гейтель), третьи - воздействие паров воды (Томсон). Вероятнее всего, что все эти причины участвуют в природе одновременно. На основании коротко изложенных здесь фактов в настоящее время созидается новая теория атмосферного Э.: теория ионизации атмосферы. Эта теория оставляет в стороне вопрос о статическом состоянии электрического поля Земли и переходит к исследованию динамических явлений, обусловленных проводимостью атмосферы вследствие присутствия в ней свободных ионов. Было бы преждевременно излагать ее здесь подробно, так как она далеко еще не вылилась в определенную систему. Биркеланд (Birkeland), однако, применяет ее с успехом для объяснения причин полярных сияний и связи их с магнитными бурями; вообще же эта теория успешно объясняет все явления, которые до сих пор оставались загадочными.

Ни на русском, ни на иностранных языках нельзя указать специального курса по атмосферному Э. Обыкновенно этот вопрос трактуется, как составная часть физики и метеорологии, почему ему и отводятся отдельные главы в большей части учебников и руководств по физике, геофизике и метеорологии. Из более новых по времени появления в свет и более полных руководств можно указать: S. Arrhenius, "Lehrbuch der Kosmischen Physik" (II ч., cтp. 881-899); S. G ü nther, "Handbuch der Geophysik" (2-е изд., II т., стр. 135-160; здесь же имеется подробный литературный указатель); J. Hann, "Lehrbuch der Meteorologies" (V кн., стр. 711-718); Д. А. Лачинов, "Основы метеорологии и климатологии" (2 изд., стр. 422-478). Текущая литература в виде отдельных статей, обзоров и заметок рассеяна во всех журналах, посвященных физике и метеорологии ("Annalen der Physik", "Physikalische Zeitschrift", "Journal de Physique", "Meteorologische Zeitschrift", "Метеорологический вестник", "Журнал Русского физико-химического общества" и т. д.), а с 1898 г. и в специальном журнале "Terrestrial Magnetism and Athmospherical Electricity", издаваемом в Америке.

Читайте также: