Электрическое поле Земли — взгляд химика
Электрическое поле Земли по сей день хранит в себе массу загадок. Наука до сих пор не знает ни настоящий источник создания этого поля, ни механизмы его поддержания, да и многое чего другого. В этой работе мы не ставим перед собой задачу ответить на большинство из данных вопросов, распутать весь клубок хитросплетений Природы в этой области, задача работы другая, начать хотя бы распутывать данный клубок, получить, как говорится, первые метры свободной нити. Для данной цели нам не придется лезть в непролазные дебри современной науки, обойдемся тем, что лежит на поверхности, для этого нам и читателям достаточно будет знаний физики на уровне школьного курса. Не удивляйтесь, читатель, именно школьного курса. Дело в том, что с нашей точки зрения, современная наука так запутала вопрос с электрическим полем Земли, даже элементарные вещи превратились в ребус. За доказательствами далеко ходить не придется, вот самая основа основ, количественная характеристика электрического поля Земли.
В 60-70 годы прошлого столетия, и это совсем не далекие времена, самым популярным и полным источником знаний по данному вопросу были [1] «Фейнмановские лекции по физике» (Глава 9, Электричество и магнетизм). Вот какую количественную оценку полю дает Фейнман:
Цитата 1.
§ 1. Градиент электрического потенциала в атмосфере
В обычный день над пустынной равниной или над морем электрический потенциал по мере подъема возрастает с каждым метром примерно на 100 в. В воздухе имеется вертикальное электрическое поле Е величиной 100 в/м. Знак поля отвечает отрицательному заряду земной поверхности.
Цитата 2.
Рассмотрев способы измерения электрического поля в атмосфере, продолжим теперь его описание. Измерения прежде всего показывают, что с увеличением высоты поле продолжает существовать, только становится слабее. На высоте примерно 50 км поле уже еле-еле заметно, так что большая часть изменения потенциала (интеграла от Е) приходится на малые высоты. Вся разность потенциалов между поверхностью земли и верхом атмосферы равна почти
400 000 в.
Прошло каких-то 30 лет, какую же количественную характеристику сегодня дает физика электрическому полю Земли. Заглянем в Интернет, наберем в Google комбинацию слов. На первой странице (что косвенно соответствует самой распространенной точке зрения) находим:
Цитата
Электрическое поле Земли
Экспериментально установлено, что возле Земли имеется электрическое поле величиной около 130 В/м. Знак поля соответствует отрицательному заряду Земли. С удалением от Земли (с увеличением высоты) поле продолжает существовать, но становится слабее. На высоте около 50 км поле уже еле-еле заметно. Большая часть изменения потенциала происходит на малой высоте. Вся разность потенциалов между поверхностью Земли и верхом атмосферы составляет около 400 кВ.
Источник http://esis-kgeu.ru/ems/369-ems
Видим, вроде ничего не изменилось, все те же цифры или почти те же, что и у Фейнмана. Смотрим дальше. В той же поисковой системе на той же первой странице находим еще один источник и цитируем:
Цитата
§ 29. Электрическое поле Земли.
Электричество и магнетизм. — Электрическое поле.
Опыт показывает, что электрометр, соединенный с зондом, дает заметное отклонение даже и в том случае, когда поблизости нет специально заряженных тел. При этом отклонение электрометра тем больше, чем выше точка над поверхностью Земли. Это значит, что между различными точками атмосферы, находящимися на разной высоте, имеется разность потенциалов, т. е. околоземной поверхности существует электрическое поле. Изменение потенциала с высотой различно в разное время года и для разных местностей и имеет в среднем вблизи земной поверхности значение около 130 В/м. По мере подъема над Землей поле это быстро ослабевает, и уже на высоте 1 км напряженность его равна только 40 В/м, а на высоте 10 км оно становится ничтожно слабым. Знак этого изменения соответствует отрицательному заряду Земли. Таким образом, мы все время живем и работаем в заметном электрическом поле (см. упражнение 29.1).
Экспериментальное исследование этого поля и соответствующие расчеты показывают, что Земля в целом обладает отрицательным зарядом, среднее значение которого оценивается в полмиллиона кулонов. Этот заряд поддерживается приблизительно неизменным благодаря ряду процессов в атмосфере Земли и вне ее (в мировом пространстве), которые еще далеко не полностью выяснены.
Источник
36. Электрическое поле Земли
Наша Земля и другие планеты имеют как магнитное поля, так и электрическое. О том что Земля имеет электрическое поле, было известно лет 150 тому назад. Электрический заряд планет в солнечной системе создается Солнцем благодаря эффектам электростатической индукции и ионизации вещества планет. Магнитное поле образуется за счет осевого вращения заряженных планет. Среднее магнитное поле Земли и планет зависит от средней поверхностной плотности отрицательного электрического заряда, угловой скорости осевого вращения и радиуса планеты. Поэтому Землю (и другие планеты), по аналогии с прохождением света через линзу, следует рассматривать как электрическую линзу, а не источник электрического поля.
Значит, Земля связана с Солнцем с помощью электрической силы, само Солнце связано с центром Галактики с помощью магнитной силы, а центр Галактики связан с центральным сгущением галактик посредством электрической силы.
Наша планета в электрическом отношении представляет собой подобие сферического конденсатора, заряженного примерно до 300 000 вольт. Внутренняя сфера — поверхность Земли — заряжена отрицательно, внешняя сфера — ионосфера — положительно. Изолятором служит атмосфера Земли.
Через атмосферу постоянно протекают ионные и конвективные токи утечки конденсатора, которые достигают многих тысяч ампер. Но, несмотря на это разность потенциалов между обкладками конденсатора не уменьшается.
Это означает, что в природе существует генератор (G), который постоянно восполняет утечку зарядов с обкладок конденсатора. Таким генератором является магнитное поле Земли, которое вращается вместе с нашей планетой в потоке солнечного ветра.
Как и в любом заряженном конденсаторе, в земном конденсаторе существует электрическое поле. Напряженность этого поля распределяется очень неравномерно по высоте: она максимальна у поверхности Земли и составляет примерно 150 В/м. С высотой она уменьшается приблизительно по закону экспоненты и на высоте 10 км составляет около 3% от значения у поверхности Земли.
Таким образом, почти всё электрическое поле сосредоточено в нижнем слое атмосферы, у поверхности Земли. Вектор напряженности электрического поля Земли E направлен в общем случае вниз. Электрическое поле Земли, как и любое электрическое поле, действует на заряды с определенной силой F, которая толкает положительные заряды вниз, к земле, а отрицательные — вверх, в облака.
Все это можно увидеть в природных явлениях. На Земле постоянно бушуют ураганы, тропические шторма и множество циклонов. Например, подъем воздуха во время урагана происходит в основном за счет разности плотности воздуха на периферии урагана и в его центре — тепловой башне, но не только. Часть подъемной силы (примерно одну треть) обеспечивает электрическое поле Земли, согласно закону Кулона.
Океан во время шторма представляет собой огромное поле, усыпанное остриями и ребрами, на которых концентрируются отрицательные заряды и напряженность электрического поля Земли. Испаряющиеся молекулы воды в таких условиях легко захватывают отрицательные заряды и уносят их с собой. А электрическое поле Земли в полном соответствии с законом Кулона двигает эти заряды вверх, добавляя воздуху подъемную силу.
Таким образом, глобальный электрический генератор Земли расходует часть своей мощности на усиление атмосферных вихрей на планете — ураганов, штормов, циклонов и пр. Кроме того, такой расход мощности никак не сказывается на величине электрического поля Земли.
Электрическое поле Земли подвержено колебаниям: зимой оно сильнее, чем летом, ежедневно оно достигает максимума в 19 часов по Гринвичу, также зависит от состояния погоды. Но эти колебания не превышают 30% от его среднего значения. В некоторых редких случаях при определенных погодных условиях напряженность этого поля может увеличиться в несколько раз.
Во время грозы электрическое поле изменяется в больших пределах и может изменить направление на противоположное, но это происходит на небольшой площади, непосредственно под грозовой ячейкой и в течение короткого времени.
Источник
2.0 Солнце — мощнейший генератор электронов
Заряд Солнца, корональные дыры,
не солнечное происхождение солнечного ветра.
Теорию о том, что солнечная короны разогрета звуковыми волнами, считаю великой около научной глупостью. В [1] приводится объяснение: «звуковые волны трансформируются в ударные, ударные волны эффективно поглощаются веществом короны и разогревают её до температуры (1 – 3)·10 6 К». Ещё со школьной физики помню пример, что если люди заполнят Красную площадь и станут кричать, то мощности звука не хватит для доведения чайника воды до кипения. Т.е. КПД передачи энергии через звук столь ничтожно, что рассуждать на эту тему даже неприлично.
Из всех известных физических процессов разогреть солнечную атмосферу на тысячи градусов, а солнечную корону на миллионы градусов, может только электрический ток. Важно, что кроме разогрева атмосферы электрическими взаимодействиями объясняются практически все процессы протекающие на Солнце.
На Земле вулканы (естественная твердоствольная пушка) выбрасывают продукты извержения максимум до нижних слоёв стратосферы.
На Солнце ускорение свободного падения 27,96 земных, а вторая космическая скорость составляет 55,2 земных. Выброс огромных масс плазмы, которые с поверхности Солнца с ускорением уходят в космос из разуплотнённых тёмных пятен, с точки зрения термодинамики – парадокс.
Предполагается, что, якобы, магнитное поле способствует выбросу плазмы в космос. Например, что такая («открытая») магнитная конфигурация позволяет частицам беспрепятственно покидать Солнце [2]. Имеются ввиду магнитные петли над тёмными пятнами. Такое утверждение не обосновывается никакими законами физики. Магнитное поле направляет плазму, а что же её выталкивает, и куда делась гравитация? Магнитное поле изменяет направление движения ионов, и по спиралевидной траектории всегда направляет в сторону ослабления магнитного поля, но магнитное поле не может ускорять ионы, ускоряет ионы только электрическое поле. Более подробно это проанализировано в § 8.2. Ионосфера. Кроме того, Солнце – сплошной диамагнетик. Магнитное поле в диамагнетике не может быть «вмороженным». Откуда взяться магнитному пузырю из тёмных пятен, изображённому на рис. 2.0.1 из [3], если собственное стационарное магнитное поле Солнца в тысячи раз слабее? [4].
Вне ферромагнетиков магнитное поле является продуктом электрического тока. Нет электрического тока – нет магнитного поля. А электрический ток порождается электрическим полем. Поле – результат воздействия электрического заряда. Т.е. все электромагнитные процессы – результат взаимодействия электрических зарядов. Следовательно, для понимания электромагнитных процессов на Земле, на Солнце, на других планетах необходимо выяснить природу возникновения зарядов, образующих электрические поля. К сожалению, эту задачу обходят стороной, и поэтому в этой области родилось много лжетеорий, например: механизм существования ионосферы; механизм образования мощных радиационных поясов у планет; теория гидромагнитного динамо; разогрев короны Солнца звуком или магнитными вихрями… и т.п.
Электрический Заряд Солнца можно оценить по его взаимодействию с зарядом Земли. Полярность его отрицательная [5]. Поверхностный заряд Земли составляет -5,7•10 5 Кл, но в ионосфере сосредоточено
-8•10 12 Кл, на семь порядков больше поверхностного, значит, полный заряд Земли составляет
-8•10 12 Кл. Предположительно, точка равнодействия между солнечным и земным зарядами находится в зоне магнитной паузы (рис. 2.0.2), отстоящей от Земли на расстоянии десяти земных радиусов. Расчёт относительно этой точки даёт величину заряда Солнца
-4•10 19 Кл. Возможна ошибка в выборе точки равнодействия, уточнение её положения может изменить величину заряда лишь в разы, но порядок величины останется.
Масса Солнца вычислена по гравитационному взаимодействию с Землёй. При пересчёте с учётом кулоновского взаимодействия масса Солнца может быть увеличена почти на 5%. Возможно именно электрическим взаимодействием объясняется «пролётная аномалия», когда при гравитационном манёвре приборы спутника обнаруживают влияние какой-то не учтённой массы.
Часть энергии глобального электронного потока в околосолнечном пространстве идёт на разогрев атмосферы и короны. Под воздействием электрического поля заряд стекает в космос, поднимая за собой дуги магнитных полей. Чем выше поднимаются электроны, тем большую энергию они приобретают за счёт того, что с разряжением атмосферы увеличивается длина свободного пробега, и тем сильнее разогревают хромосферу, с 4000 до 20000 К. Выше в короне электроны сталкиваются с притягиваемыми из космоса протонами, встречное столкновение даёт короне нагрев до 2000000 К. Только электрический ток может разогреть плазму короны до миллионов градусов.
Другая часть энергии электронного потока преобразовывается в магнитную энергию магнитных полюсов, с намного меньшей напряжённостью, по сравнению с корональными петлями, но глобальными по размерам, распространяющих своё действие до окраин солнечной системы. В результате этого Солнце имеет шесть магнитных полюсов: два переменных полярных и четыре экваториальных стационарных.
Локальные потки электронов, стекающих с поверхности Солнца преимущественно из тёмных пятен, создают локальные подковообразные магнитные поля с высокой напряжённостью, не связанных с глобальным магнитным полем Солнца. В вершинах этих магнитных подков магнитным полем какое-то время удерживается выброшенная из тёмных пятен отрицательно заряженная плазма. Кулоновское взаимодействие внутри этого анионного облака разуплотняет плазму в сто раз, образуя корональную дыру [6]. Когда из тёмных пятен выбрасывается очень мощный заряд электронов, то анионное облако разрывает магнитное поле. С вершины магнитной подковы срывается плазменное отрицательно заряженное облако и его, за счёт электростатического взаимодействия с зарядом Солнца, с ускорением выбрасывает его в космос. Это корональные выбросы. Только электрическим полем способно Солнце, преодолев гравитацию, выстрелить огромные массы отрицательно заряженной плазмы в космос. За счёт термодинамических процессов такой выстрел из разуплотнённой области невозможен.
Плотность поверхностного отрицательного заряда столь высока, что на поверхности Солнца постоянно существует отрицательный ион водорода. Атмосфера Солнца, за счёт кулоновского взаимодействия, разуплотняется, и имеет высоту и разряжение, не укладывающиеся в гравитационные зависимости. Не существует в природе механизмов, кроме электрических, способных так разогреть и разуплотнить атмосферу вопреки законам гравитации.
В § 1.1 рассматривалась вероятная модель получения ускорения вращения Земли за счет притягивания отрицательным зарядом из космоса протонов и синтеза водорода на границе радиационных полей. У Солнца этот процесс доказывается более быстрым вращением экваториальных областей (в 1,369 разбыстрее [7]) по сравнению с полярными. Солнце вращается быстрее, чем обращается по своей орбите даже самый близкий Меркурий. Приливные воздействия планет должны замедлять вращение Солнца и под этим воздействием в первую очередь должны замедляться именно экваториальные области. Т.е. экваториальные области должны вращаться медленнее полярных. Замедление вращения экваториальных областей атмосферы наблюдается у Нептуна, под воздействием массивного спутника Тритона, имеющего ретроградное движение по сравнительно низкой орбите.
Солнце выбрасывает в космос электроны и отрицательно заряженную плазму. Из космоса Солнце притягивает положительно заряженные ионы, и в первую очередь протоны. Такой обмен с космосом подтверждается ускоренным вращением экваториальных поясов (1 оборот за 25,05 земных дней) по сравнению с полярными (1 оборот за 34,3 дня). Для пояснения этого процесса рассмотрим схему взаимодействия протона с зарядом планеты и её магнитным полем (т.е. с биполярным магнитным полем, рис. 2.0.3). Главным в этом взаимодействии является то, что ион, двигаясь в магнитном поле, всегда направляется в сторону ослабления магнитного поля.
Сила кулоновского воздействия на ионы на десятки порядков мощнее гравитационной силы и, соответственно, сил инерции. Поэтому протон, зародившийся в точке а (рис. 2.0.3) за счёт ионизационного солнечного или космического излучения и имеющий орбитальную скорость Va , в электрическом поле притягивается к планете по траектории в виде спирали Архимеда, разгоняясь до больших скоростей (от Va до Vе , рис. 2.0.3. I ). Плотность магнитного поля у полюсов выше, чем у экватора. При движении в магнитном поле ионы всегда отклоняются в сторону ослаблении магнитного поля. Поэтому, чем ближе протон подлетает к планете, тем сильнее плоскость его орбиты склоняется к плоскости магнитного экватора ( j a → j b → j c → j d → 0). В результате ионы влетают в атмосферу в области экватора (точка е ), передавая ей приобретенную кинетическую энергию и заставляя экваториальные области вращаться быстрее полярных.
Солнце помимо полярных магнитных полюсов имеет четыре экваториальных, поэтому схема осаждения протонов в атмосферу Солнца имеет более сложную конфигурацию (рис. 2.0.4). У планетарных биполярных магнитосфер область с наименьшей напряжённостью магнитного поля располагается в экваториальной плоскости. У Солнца эта плоскость искривлена и имеет форму спирали Паркера, вид архимедовой спирали (рис. 2.0.5, [1]), это плоскость гелиосферного токового слоя. Движение протонов по спирали Архимеда из космоса к Солнцу и встречное движение электронов в этом слое и создаёт гелиосферный ток. Полоса осаждения протонов на поверхность Солнца имеет вид синусоиды, огибающей экваториальные магнитные поля, абсцисса которой экватор. Амплитуда синусоиды в максимум солнечной активности, когда обнуляются полярные магнитные полюса, достигает 30° широты. При минимуме солнечной активности, когда полярные магнитные полюса имеют максимальную напряжённость, минимум напряжённости магнитного поля сдвигается к 5° широты, амплитуда синусоиды, соответственно, также сдвигается до 5° широты. При такой схеме наибольшая масса протонов осаждается при максимуме солнечной активности в области от 25° до 30° по широте, а при минимуме солнечной активности в области от 5° до 10° широты. Следовательно, именно эти области получают наибольшее ускорение, и, соответственно, эти области имеют наибольшее превышение скорости вращения. Такая модель объясняет причину образования тёмных пятен именно в этих широтах, а также объясняется механизм закона Шпёрера. Подробнее о природе тёмных пятен и механизме закона Шпёрера изложено в § 2.1
Спираль движения протона, изображённая на рис. 2.0.3, реально имеет более сложную структуру, и состоит из отрезков самой спирали движения протона в электрическом поле и отрезков траектории водорода в гравитационном поле, т.к. в процессе движения происходят многократные рекомбинационные преобразования протона в водород и обратно. Эта схема многократных рекомбинаций поясняется рисунком 2.0.6. Где (1) – идеализированная траектория протона в электрическом поле Солнца ( S ). Реальную траекторию рассмотрим начиная с точки (2), где под воздействием излучения или от столкновения водород потерял электрон. Путь протона ( р ) продолжается с ускорением в электрическом поле Солнца, действие которого на десятки порядков мощнее поля гравитационного. На отрезке (2-3) протон ускоряется, в точке (3) происходит рекомбинация с электроном ( е ) и рождается водород. На отрезке (3-4) уже водород, с приобретённой скоростью большей орбитальной, по более прямолинейной траектории удаляется от Солнца. В точке (4) опять под воздействием излучения или от столкновения образуется протон и на отрезке (4-5), также как и на отрезке (2-3), он получает ускорение. Далее на отрезке (5-6) летит водород, а от точки (6) протон. В области орбиты (7) Земли (8) в точке (9) мы воспринимаем этот протон как водород солнечного ветра, а в точках (10) и (11) как протон космического излучения. Чем ближе к Солнцу приближается протон, тем большую скорость он набирает, и тем чаще и с большей энергией происходят рекомбинационные превращения протон-водород, водород-протон. В области солнечной короны (12), протон приобретает максимальную энергию, соответствующую температуре в миллионы градусов, при его столкновении с электроном выделяется рентгеновское и жёсткое ультрафиолетовое излучение. Если рекомбинация происходит в верхней области солнечной короны, где траектория протона идёт по касательной к солнечной атмосфере, то энергии у образовавшегося водорода достаточно чтобы по траектории (13) улететь в космос. Такой водород составляет основную массу солнечного ветра. В области Земли мы воспринимаем его как высокоэнергетическую частицу солнечного ветра, выброшенную термодинамическими процессами, пытаясь умолчать о том, что термодинамические процессы на это неспособны.
Приведённая схема движения протона показывает, что Солнце не испускает в космос вещество в виде солнечного ветра, а наоборот, притягивает космическую положительно заряженную плазму. Такая схема подтверждается тем, что химический, а точнее элементный состав солнечного ветра не соответствует элементному составу плазмы солнечной атмосферы [1]. Солнечным веществом являются лишь корональные выбросы, в которых отрицательно заряженные массы солнечной плазмы из корональных дыр выбрасываются в космос электрическим полем Солнца.
На основании приведённой модели Солнце не теряет своей массы. Наоборот, масса Солнца растёт за счёт водорода, синтезируемого из притягиваемых из космоса протонов. Термоядерный синтез на Солнце происходит в конвекционном слое, куда синтезированный водород заносит снисходящими глобальными конвекционными потоками. Энергия, получаемая за счёт термоядерного синтеза, обеспечивается синтезируемым в атмосфере водородом. А это значит, что водород на Солнце никогда не иссякнет, и Солнце не остынет. Вероятно, что глубже конвекционных потоков водород не участвует в ядерном синтезе, и энергия там вырабатывается в результате неизвестных нам процессов, электроны в результате этого процесса являются избыточным материалом. Такое предположение основывается на несоответствии реальной мощности солнечного нейтринного потока относительно расчётной. По вырабатываемой Солнцем энергии нейтринный поток должен быть мощнее более чем в два раза [8, 9]
Источник