Как найти электрический заряд земли

Как найти электрический заряд земли

Земля имеет электрический заряд, который может изменяться в зависимости от ее положения и природных условий. Если вы хотите узнать текущий электрический заряд земли, то эту статью для вас. Мы расскажем о разных способах измерения электрического заряда земли и дадим рекомендации, как лучше всего использовать эти данные.

Способ первый: измерение магнитной наклонности

Один из способов измерения электрического заряда земли заключается в определении ее магнитной наклонности. Магнитная наклонность является углом между горизонтальным компонентом магнитного поля земли и ее локальной вертикальной плоскостью.

Чтобы измерить магнитную наклонность, вам потребуется магнитный компас. По данным ОЭСР, для определения магнитной наклонности необходимо измерить магнитное поле с помощью 0.1% точного магнитного компаса. В Западной Европе, например, магнитная наклонность обычно находится в пределах 60-70 градусов.

Способ второй: измерение электрической проводимости

Другой способ измерения электрического заряда земли заключается в определении ее электрической проводимости. Это можно сделать с помощью устройств, измеряющих электрический ток, который излучает земля.

Для более точной оценки электрического заряда земли, вы можете использовать специальные приборы, называемые «рефлектометры». Рефлектометр измеряет коэффициент отражения электромагнитных волн от земли, который является прямым индикатором проводимости земли.

Способ третий: измерение электростатического поля

Третий способ измерения электрического заряда земли заключается в измерении ее электростатического поля. Электростатическое поле создается зарядами на поверхности земли. Чем больше зарядов, тем больше электростатическое поле на поверхности земли.

Для определения электрического заряда земли с помощью электростатического поля необходимо использовать инструмент, называемый «электростатический метр». Это устройство, которое измеряет электрическое поле в своей окружающей среде. Чем больше электрическое поле на поверхности земли, тем больше электростатический заряд ее поверхности.

Как использовать данные

После того, как вы измерили электрический заряд земли, вы можете использовать эти данные в различных приложениях, включая моделирование распространения землетрясений, прогнозирование нештатных ситуаций на подстанциях электроэнергии и определение оптимальной местности для земледелия.

Важно помнить, что электрический заряд земли может изменяться в разное время суток и в различных условиях окружающей среды. Вы должны учитывать эти факторы при проведении измерений и использовании данных в своих приложениях.

Измерение электрического заряда земли может помочь вам в решении ряда практических задач и проблем. Эти данные могут помочь вам выбрать подходящее место для сада или фермы, определить стратегию для защиты от землетрясений и прогнозирования нештатных ситуаций на подстанциях электроэнергии.

• Измерение магнитной наклонности;
• Измерение электрической проводимости;
• Измерение электростатического поля.

Вы можете использовать любой из этих методов для измерения электрического заряда земли. Но помните, что данные могут быть разными, в зависимости от метода измерения и конкретных условий на местности. Лучше всего использовать несколько методов для получения наиболее точных результатов.

Также обратите внимание, что электрический заряд земли может изменяться со временем и в разных условиях окружающей среды. Используйте полученные данные с осторожностью и учитывайте нюансы приложения ваших результатов.

Как найти электрический заряд земли

Земля — это огромный электрод, который обладает электрическим зарядом. Однако, этот заряд не является постоянным, и его величина может меняться в зависимости от многих факторов. Если вы заинтересованы в том, чтобы знать, как найти электрический заряд земли, то эта статья предоставит вам необходимую информацию.

Что такое электрический заряд земли?

Электрический заряд земли — это разность потенциалов между поверхностью земли и точкой, находящейся выше Земли. Эта разность потенциалов возникает из-за наличия электрического поля, которое влияет на заряды в атмосфере и на поверхности Земли.

Электрический заряд земли может быть выражен в различных единицах измерения, в том числе вольт на метр или нанокулонах на квадратный метр. Обычно его значение составляет несколько сотен вольт на метр на поверхности Земли.

Как измерить электрический заряд земли

Существует несколько способов измерения электрического заряда земли, которые могут использоваться в зависимости от конкретных условий.

1. Использование электростатических вольтметров

Электростатический вольтметр — это устройство, которое используется для измерения разности потенциалов между двумя точками. Измерения проводятся с помощью специальных электродов, которые помещают на поверхность Земли и за ее пределами. Результаты могут быть записаны на бумагу или переданы в компьютер для дальнейшего анализа.

2. Использование электронных вольтметров

Электронный вольтметр — это устройство, которое использует электронный датчик для измерения электрического напряжения. Этот способ является более точным, чем использование электростатических вольтметров, но требует более высокой квалификации пользователя и может быть значительно более дорогим.

3. Использование геоэлектрических методов

Геоэлектрическая методика измерения электрического заряда земли использует токовые и электромагнитные поля, генерируемые земной корой, для определения электрических свойств подземных горных пород. Эта методика находит широкое применение в геологии, разведке рудных месторождений и других областях.

Что влияет на величину электрического заряда земли?

Как уже было сказано, электрический заряд земли может меняться в зависимости от различных условий. Вот некоторые факторы, которые могут повлиять на его величину:

• Погода: например, при грозе может происходить зарядка земли.
• Время суток: в ночное время электрический заряд земли может быть выше, чем в дневное.
• Географическое расположение: на высоких горных плато, вблизи морей и океанов, электрический заряд земли может быть сильнее.
• Плотность населения: в городах, где много электрооборудования и генераторы электроэнергии, электрический заряд земли может быть выше.

Заключение

Как можно видеть, электрический заряд земли — это важный параметр, который может изменяться в зависимости от различных факторов. Его измерение может быть полезным для различных областей науки, включая геологию, геофизику, метеорологию и электротехнику. Надеемся, что эта статья поможет вам лучше понять, как найти электрический заряд земли и как его измерять.

Как найти электрический заряд земли

Электрический заряд земли можно определить с помощью нескольких методов, каждый из которых обладает своими преимуществами и недостатками. В статье мы рассмотрим эти методы и попытаемся ответить на вопрос, как найти электрический заряд земли.

Методы определения электрического заряда земли

1. Метод магнитных приливов

Метод магнитных приливов – один из самых распространенных методов определения электрического заряда земли. Он основан на том, что магнитные поля частиц Солнечного ветра приливают к Земле и вызывают возрастание магнитных сил на поверхности нашей планеты. Эти изменения магнитных сил можно замерить с помощью магнитных датчиков, которые нанимаются на разных точках Земли и собирают данные о магнитном поле Земли. С полученной информацией можно вычислить электрический заряд земли.

2. Метод вольтметрии

Метод вольтметрии – еще один распространенный способ измерения электрического заряда земли. Он основан на измерении разности потенциалов между землей и зондом, который проводит воздух. Для этого устанавливают пару зондов на разных отдаленностях друг от друга и измеряют разницу потенциалов на них. Полученная информация позволяет вычислить электрический заряд земли.

3. Метод измерения электрического поля



Метод измерения электрического поля – еще один метод определения электрического заряда земли. Этот метод основан на измерении разности потенциалов между землей и небом в разных точках. Для этого нужно установить пару электродов на разных высотах и измерять разность потенциалов на них. Из полученной информации можно вычислить электрический заряд земли.

Преимущества и недостатки методов определения электрического заряда земли

Как мы видим, каждый из методов имеет свои преимущества и недостатки. Метод магнитных приливов позволяет быстро получить информацию о электрическом заряде земли, но его точность может занижаться из-за магнитных вихрей в атмосфере и других наводящих факторов. Метод вольтметрии более точный, но он может быть неприменим при небольшой разности потенциалов между землей и зондом, а также при несоответствии частоты волны датчика и частоты передачи данных. Метод измерения электрического поля очень точный, но он может быть затруднен из-за атмосферных условий или из-за факторов, которые могут повлиять на измерение этого поля.

Общий итог

Чтобы найти электрический заряд земли, необходимо использовать один из перечисленных методов. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, и выбор метода зависит от конкретных условий и задачи, которая стоит перед исследователем. В любом случае, изучение электрического заряда земли является важной задачей для науки и технологии и может помочь в развитии более точных прогнозов погоды, а также в поиске новых методов выработки и использования энергии.

Электрическое поле Земли:

Измерения электрометром показывают, что у поверхности Земли существует электрическое поле, даже если вблизи нет заряженных тел. Это означает, что наша планета обладает некоторым электрическим зарядом, т. е. представляет собой заряженный шар большого радиуса.

Исследование электрического поля Земли показало, что в среднем модуль его напряженности

Электризация грозовых облаков осуществляется совместным действием различных механизмов. Во-первых, дроблением дождевых капель потоками воздуха. В результате дробления падающие более крупные капли заряжаются положительно, а остающиеся в верхней части облака более мелкие — отрицательно. Во-вторых, электрические заряды разделяются электрическим полем Земли, имеющей отрицательный заряд. В-третьих, электризация возникает как результат избирательного накопления ионов находящимися в атмосфере капельками разных размеров. Основным из механизмов является падение достаточно крупных частиц, электризуемых трением об атмосферный воздух.

Атмосферное электричество данного района зависит от глобальных и локальных факторов. Районы, где преобладает действие глобальных факторов, рассматриваются как зоны «хорошей», или ненарушенной, погоды, а где преобладает! действие локальных факторов — как зоны нарушенной погоды (районы гроз, осадков, пылевых бурь и др.).

Измерения показывают, что разность потенциалов между поверхностью Земли и верхним краем атмосферы равна примерно 400 кВ.

Где же начинаются силовые линии поля, заканчивающиеся на Земле? Иными словами, где те положительные заряды, которые компенсируют отрицательный заряд Земли?

Исследования атмосферы показали, что на высоте нескольких десятков километров над Землей существует слой положительно заряженных (ионизованных) молекул, называемых ионосферой. Именно заряд ионосферы компенсирует заряд Земли, т. е. фактически силовые линии земного электричества идут от ионосферы к поверхности Земли, как в сферическом конденсаторе, обкладками которого являются концентрические сферы.

Под действием электрического поля в атмосфере к Земле идет ток проводимости. Через каждый квадратный метр атмосферы перпендикулярно к земной поверхности в среднем проходит ток силой На всю поверхность Земли приходится ток силой примерно 1,8 кА. При такой силе тока отрицательный заряд Земли должен был бы исчезнуть в течение нескольких минут, однако этого не происходит. Благодаря процессам, идущим в земной атмосфере и вне ее, заряд Земли остается в среднем неизменным.

Следовательно, существует механизм непрерывной электризации нашей планеты, приводящий к появлению у нее отрицательного заряда. Что же является такими атмосферными «генераторами», заряжающими Землю? Это дожди, метели, песчаные бури, торнадо, извержение вулканов, разбрызгивание воды водопадами и прибоем, пар и дым промышленных объектов и т. д. Но наибольший вклад в электризацию атмосферы вносят облака и осадки. Как правило, облака в верхней части заряжены положительно, а в нижней части — отрицательно.

Тщательные исследования показали, что сила тока в атмосфере Земли максимальна в и минимальна в по Гринвичу.

Долгое время считалось, что около 1800 гроз, одновременно происходящих на Земле, дают ток силой ~ 2кА, который компенсирует потери отрицательного заряда Земли за счет токов проводимости в зонах «хорошей» погоды. Однако оказалось, что ток гроз значительно меньше указанного и необходимо учитывать процессы конвекции по всей поверхности Земли.

В зонах, где напряженность поля и плотность объемных зарядов наибольшие, могут зарождаться молнии. Разряду предшествует возникновение значительной разности электрических потенциалов между облаком и Землей или между соседними облаками. Возникшая таким образом разность потенциалов может достигать миллиарда вольт, а последующий разряд накопленной электрической энергии через атмосферу может создавать кратковременные токи силой от 3 кА до 200 кА.

Выделяют два класса линейных молний: наземные (ударяющие в Землю) и внутри-облачные. Средняя длина молниевых разрядов обычно составляет несколько километров, но иногда внутриоблачные молнии достигают 50— 150 км.

Процесс развития наземной молнии состоит из нескольких стадий. На первой стадии в зоне, где электрическое поле достигает критического значения, начинается ударная ионизация, создаваемая свободными электронами, имеющимися в небольшом количестве. Под действием электрического поля электроны приобретают значительные скорости по направлению к Земле и, сталкиваясь с молекулами, составляющими воздух, ионизируют их. Таким образом возникают электронные лавины, переходящие в нити электрических разрядов — стримеры, представляющие собой хороню проводящие каналы, которые, сливаясь, дают начало яркому термоионизованному каналу с высокой проводимостью — ступенчатому лидеру молнии. По мере продвижения лидера к Земле напряженность поля на его конце усиливается и под его действием из выступающих на поверхности Земли предметов выбрасывается ответный стример, соединяющийся с лидером. Если не дать возникнуть стримеру (рис. 126), то удар молнии будет предотвращен. Эта особенность молнии используется для создания молниеотвода (рис. 127).

Обычное явление — многоканальные молнии. Они могут насчитывать до 40 разрядов с интервалами от 500 мкс до 0,5 с, а полная продолжительность многократного разряда может достигать 1 с. Он обычно глубоко проникает внутрь облака, образуя множество разветвленных каналов (рис. 128).

Наиболее часто молния возникает в кучево-дождевых облаках, тогда они называются грозовыми; иногда молния образуется в слоисто-дождевых облаках, а также при вулканических извержениях, торнадо и пылевых бурях.
Молния с большой вероятностью повторно ударяет в ту же точку, если только объект не разрушен предыдущим ударом.

• Заказать решение задач по физике

Разряды молний сопровождаются видимым электромагнитным излучением. При нарастании силы тока в канале молнии происходит повышение температуры до  К. Изменение давления в канале молнии при изменении силы тока и прекращение разряда вызывает звуковые явления, называемые громом.

Грозы с молниями происходят практически по всей планете, за исключением ее полюсов и засушливых районов.

Таким образом, систему «Земля — атмосфера» можно считать непрерывно работающей электрофорной машиной, осуществляющей электризацию поверхности планеты и ионосферы.

Молнии издавна являлись для человека символом «небесного могущества» и источником опасности. С выяснением природы электричества человек научился защищаться от этого опасного атмосферного явления с помощью молниеотвода.

Первый в России молниеотвод был сооружен в 1856 г. над Петропавловским собором в Санкт-Петербурге после того, как молния дважды ударила в шпиль и подожгла собор.

Мы с вами живем в постоянном электрическом поле значительной напряженности (рис. 129). И, казалось бы, между макушкой и пятками человека должна существовать разность потенциалов ~ 200 В. Почему же при этом по телу не проходит электрический ток? Это объясняется тем, что тело человека является хорошим проводником, и вследствие этого некоторый заряд с поверхности Земли переходит на него. В результате поле вокруг каждого из нас изменяется (рис. 130) и наш потенциал становится равным потенциалу Земли.

Основные формулы:

• Закон Ома для однородного участка цепи: 
• Последовательное соединение резисторов:
• Параллельное соединение резисторов:
• Закон Ома для полной цепи:
•  Закон Ома для неоднородного участка цепи: 
• Коэффициент полезного действия источника тока:

Единицы основных величин электрического тока в СИ

Популярное на сайте:

Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах. 

Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте. 

Как быстро и эффективно исправить почерк?  Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.

Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью. 

Коллега, в разделе «Электрическое поле Земли» БСЭ (Большая Советская Энциклопедия) сказано, что электрический заряд Земли составляет 5,7*10⁵ Кл. Подтверждают ли это значение Ваши расчёты?

Хороший вопрос, мой друг. И ответ на него начну с того, что указанное Вами значение определяет свободный (поляризационный) электрический заряд Земли. Полный же заряд Земли значительно больше, ибо он является суммой свободного и связанного электрических зарядов. Значение первого поддаётся измерению, а значение второго можно только вычислить.

Коллега, что значит «полный электрический заряд»?

В беседе 10 «Полевая модель всего» мы с Вами, мой друг, рассматривали весьма приближённую, но близкую по аналогии модель силового поля. Представьте растянутую в разные стороны резиновую плёнку огромных размеров. Продавливаем эту плёнку в её центре и получаем впадину. Самая большая глубина этой впадины (соответственно и сил упругой деформации) находится в месте надавливания, то есть – в центре плёнки и нисходит на «нет» у её краёв.

Так же, от периферии к центру нарастает и напряжённость поля. Только потенциальное поле не плоскость (как резиновая плёнка), а сфера, в центре которой действительно напряжённость поля максимальна, а объёмная плотность энергии (проще – давление) имеет минимальное значение.

В беседе 16 «Природа электрического заряда» мы выяснили, что объёмная плотность энергии (давление) в замкнутом пространстве относительно окружающего пространства определяет величину электрического заряда. Повышенная плотность энергии определяет отрицательный заряд (так уж принято), а пониженная – положительный заряд.

Значит, в центре поля должен быть максимально возможный положительный заряд. Это и есть полный электрический заряд Q_П возникшего в результате флуктуаций энергии потенциального поля. Его значение мы можем определить из всем известного уравнения для магнитной постоянной:

µ₀ = 4π*M_П*r₀/Q_П² кг*м/Кл², откуда Q_П = (M_П*r₀*10⁷)^1/2 = M_П(G*10⁷/c²)^1/2 Кл,

где: M_П – масса всего потенциального поля, кг;
r₀ = GM_П/с² – гравитационный радиус поля, м.

Значит, коллега, можно сделать вывод, что полный электрический заряд зависит только от массы всего потенциального поля. Но остался вопрос: что означает «свободный электрический заряд»?

Свободные электрические заряды возникают на границе раздела между веществом и полем. Ранее (см. п. 2 в Дополнении к беседе 29 «Минимально возможная масса кванта») мы определили максимально возможную массу поля звезды (и такую же массу самой звезды):

M_m = 5,478*10³³ кг.

Следовательно, максимально возможный электрический заряд поля:

Q_m = M_m(G*10⁷/c²)^1/2 = 4,720*10²³ Кл

Однако, масса реального поля (звёзд и, тем более, планет) значительно меньше. В центре такого поля формируется вещество (см. беседу 6 «Природа гравитации») и этот процесс заканчивается устойчивым состоянием, когда масса вещества M_В станет равной массе поля M_П.

Теперь рассмотрим рисунок, на котором условно изображён заряженный Земной шар (проводник), окружённый потенциальным полем (диэлектрик). В выделенном нами промежутке на поверхности проводника (Земли) выступают положительные заряды, которые поляризуют отрицательные заряды q на примыкающей к шару поверхности диэлектрика (поля).

Ясно, что теперь напряжённость поля Земли за пределами её поверхности будут создавать две противоположно заряженные сферы – поверхность шара, заряженная положительно, и примыкающая к ней отрицательно заряженная поверхность самого поля. Таким образом, поле в диэлектрике ослабляется в ε раз потому, что из поля полного заряда вычитается поле поляризационных (свободных) зарядов.

То есть, связанный электрический заряд: Q = Q_П – q = Q_П(1 – Q_П/Q_m),

а поляризационный заряд: q = – Q_П(1 – 1/ε) = – Q_П²/Q_m Кл,

где ε = Q_П/Q = Q_m/(Q_m – Q_П) – диэлектрическая проницаемость поля (среды).

Итак, векторы напряжённости поля свободных зарядов параллельны векторам напряжённости поля полного электрического заряда, но направлены противоположно.

Проверка: Масса Земли (и вся масса её потенциального поля) M_З = 5,976*10²⁴ кг.
Следовательно, Q_З = 5,149*10¹⁴ Кл, а поляризационный (свободный) электрический заряд, который мы наблюдаем на поверхности Земли:
q = 5,617*10⁵ Кл.
Это расчётное значение всего на 1,46% отличается от указанного в БСЭ.

Земля – это огромный заряженный шар, имеющий большой отрицательный заряд (почти полмиллиона кулон). Но из космоса этот заряд не заметен, так как он компенсируется таким же по величине положительным зарядом, сосредоточенном в основном в ионосфере на высоте около 50 км от земной поверхности; избыток положительных ионов имеется также в нижних слоях атмосферы. В целом Земля со своей атмосферой имеют нулевой суммарный заряд.

Но около поверхности земли имеется электрическое поле. В ясную погоду над пустынной равниной его средняя напряжённость равно 100-130 в/м, над океанами 80-90 В/м. Почему я привёл в пример пустынную равнину? Да потому что присутствие предметов и живых существ сильно изменяет земное электрическое поле. С высотой электрическое поле Земли быстро убывает (так на высоте 1,5 км оно уже в 4 раза слабее) и исчезает на расстоянии 50-60 км от поверхности.

Заряд Земли и её поле изменяются в течении суток: они минимальны в 3-4 часа по Гринвичу и максимальны около 19 часов – на всей Земле.

Из-за избытка положительных ионов в воздухе к земле постоянно течёт слабый ток. Полный ток, достигающий поверхности Земли равен 1800 А, то есть ежесекундно отрицательный заряд Земли уменьшается на такое же количество кулон. Казалось бы из-за этого Земля должна достаточно быстро потерять свой заряд, однако этого не происходит. В чём же причина?

Разгадку подсказал тот факт, что около 19 часов по Гринвичу достигает максимума степень грозовой активности на всей Земле (в основном это тропические грозы) – тогда же когда максимально электрическое поле Земли. Именно молнии снабжают Землю отрицательным зарядом. Слабые атмосферные токи разряжают Землю, а молнии заряжают. В среднем в Землю бьёт 60-100 молний в секунду, и каждая молния приносит заряд до 20 Кл. Во время грозы электрическое поле под грозовым облаком меняет своё направление на противоположное, а его напряжённость достигает 100 тысяч В/м

Так выглядит упрощённая картина. По современным представлениям электрическое поле Земли связано со множеством процессов, происходящих в атмосфере, ионосфере и даже магнитосфере Земли, и все эти процессы объединяются общим понятием – глобальная электрическая цепь

#физика #наука #энергетика #электрика