Атмосферна електрика
Атмосфе́рна еле́ктрика — сукупність електричних явищ і процесів в атмосфері, а також розділ фізики, присвячений їх дослідженню.
До таких явищ, що відбуваються в земній тропосфері і стратосфері, належать йонізація повітря, електричне поле атмосфери, електричні заряди хмар та атмосферних опадів, електричні струми та електричні розряди в атмосфері, блискавка, полярні сяйва, вогні Ельма тощо. Блискавки спостерігали також на планетах Венері, Юпітері, Сатурні, Урані та Нептуні. Блискавки на Юпітері й Сатурні мають енерговиділення в 1 000 разів більше, ніж на Землі.
Історична довідка
Спроби захищатися від блискавки були відомі до початку н. е. Це довели археологічні розкопки в Стародавньому Єгипті, де написи на стінах зруйнованих храмів свідчили, що встановлені навколо храму щогли служили «для захисту від небесного вогню». Пліній Старший повідомляв у «Природничій історії» (1 ст.), що жерці (див. Жрецтво) під час обрядів переводили блискавку в землю за допомогою металевих жердин.
Експерименти Б. Франкліна показали, що електричні явища атмосфери принципово не відрізняються від тих, що спостерігаються в електричних машинах. 1750 Франклін висунув таку гіпотезу: електричну енергію можна брати з хмар за допомогою високої металічної антени. 1752 фізик Т.-Ф. Далібар (1709–1778; Франція) спорудив 12-метрову залізну антену в м. Марліле-Руа поблизу м. Парижа і отримав іскри з хмари. Франклін 1752 запропонував проект блискавковідводу. У 18 ст. у працях Ш. О. де Кулона (визначив електропровідність повітря), природознавця Л. Г. Лемоньє (1717–1799; Франція) та фізика Дж. Б. Беккаріа (1716–1781; Італія) відображено залежність електричних властивостей атмосфери від погодних умов та їхню варіативність упродовж доби. Геолог, ботанік, винахідник О. Б. де Соссюр (1740–1799; Швейцарія) за допомогою створеного ним електрометра встановив, що електричні властивості атмосфери змінюються з висотою. Дослідник Ф. Роландс (1788–1873; Велика Британія) бл. 1810 організував спостереження за повітряно-земними течіями, включно з безперервними автоматизованими записами, у 1840-х на посаді почесного директора Королівської обсерваторії створив перший системний набір електричних та пов’язаних із ними метеорологічних параметрів. Атмосферну електрику вивчав у середині 18 ст. М. Ломоносов, який висунув гіпотезу, що пояснювала електризацію грозових хмар.
У 20 ст. за допомогою чутливих електричних інструментів було відкрито і досліджено електризацію атмосфери та розроблено теорію формування негативного заряду Землі. Важливу роль у цьому відіграв фізик Ч. Т. Р. Вільсон.
Сучасні дослідження атмосферної електрики зосереджені здебільшого на вивченні блискавки (особливо її високоенергетичних частинок), а також на ролі електричних процесів у формуванні погоди і клімату.
Явища атмосферної електрики
Явища атимосферної електрики взаємопов’язані та зазнають значного впливу метеорологічних чинників (хмар, опадів, хуртовин тощо).
Під час грози, заметілі й опадів напруженість електричного поля здатна різко міняти напрямок і значення, сягаючи 1 000 В/м. Атмосфера безперервно йонізується, утворення заряджених частинок (йонів) в атмосферному повітрі відбувається переважно під дією космічних променів, випромінювання радіоактивних речовин у земній корі та атмосфері, ультрафіолетового і корпускулярного випромінювання Сонця.
Електропровідність атмосфери зумовлена наявністю в ній позитивних і негативних зарядів — йонів. Йонізатори атмосфери — космічні промені, радіоактивне випромінювання гірських порід, ультрафіолетове та ін. випромінювання Сонця, блискавки тощо. Електропровідність атмосфери змінюється з висотою і в часі: вона максимальна влітку, мінімальна взимку; протягом доби — найбільша вранці, найменша — близько полудня. Електричний стан хмар та опадів зумовлений зарядами хмарних елементів і крапель; верхня частина хмари зазвичай заряджена додатно, а нижня — від’ємно. В атмосфері виникають електричні струми, зумовлені рухом йонів та електронів під дією електричного поля (струми провідності), перенесенням об’ємних зарядів (конвекційні струми), швидкою зміною електричного поля (струми зміщення, струми під час розрядів).
Блискавка — електричний розряд між хмарами, її різними частинами або між хмарою й земною поверхнею, що виникає за напруженості електричного поля до 25–50 кВ/м, сила струму розряду — десятки тисяч ампер. Блискавки поділяють на лінійні, пласкі, кулясті й точкові. Лінійні спостерігають часто, кулясті й точкові — дуже рідко. Найчастіше трапляється лінійна блискавка — розряд іскровий 2–3 км завдовжки (іноді до 20 км і більше), діаметром у кілька десятків сантиметрів, тривалістю десяті частки секунди, який складається з імпульсів, що послідовно наростають. Грози й блискавки вважають небезпечними метеорологічними явищами.
Полярне сяйво — мерехтливе світіння окремих ділянок нічного неба, яке спостерігається поблизу магнітних полюсів Землі на широтах 20–35° і може тривати від кількох хвилин до кількох діб. Виникає під дією сонячного вітру на висотах 60–100 км і більше та являє собою світіння розріджених шарів атмосфери.
Вогні Ельма — тривалий електричний розряд, який проявляється у вигляді сяйливих пучків зеленого, блакитного або фіолетового кольору й супроводжується потріскуванням. Виникають на гострих кінцях високих предметів за великого напруження електричного поля в атмосфері. За фізичною природою — особлива форма коронного розряду.
Література
- Wait J. Some Basic Electromagnetic Aspects of ULF Field Variations in the Atmosphere // Pure and Applied Geophysics. 1976. Vol. 114. № 1. #Iribarne J. V., Cho H. R. Atmospheric Physics. Dordrecht, 1980.
- The Earth’s Electrical Environment. Washington, 1986.
- Fantz U. Blitze zum Anfassen: Plasmaphysik // Physik in unserer Zeit. 2002. № 33 (1).
- Метеорологія і кліматологія / Уклад. С. П. Мельничук. Львів, 2018.
Автор ВУЕ
Покликання на цю статтю: Білецький В. С. Атмосферна електрика // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Атмосферна електрика (дата звернення: 29.04.2024).
Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено: 31.07.2022
Важливо!
Ворог не зупиняється у гібридній війні і постійно атакує наш інформаційний простір фейками.
Ми закликаємо послуговуватися інформацією лише з офіційних сторінок органів влади.
Збережіть собі офіційні сторінки Національної поліції України та обласних управлінь поліції, аби оперативно отримувати правдиву інформацію.
Отримуйте інформацію тільки з офіційних сайтів
Офіс Президента України
Верховна Рада України
Кабінет Міністрів України
Служба безпеки України
Міністерство оборони України
Міністерство внутрішніх справ України
