Electricitat atmosfèrica

Llamps.^[1]Les temperatures del plasma en un llamp poden acostar-se als 28.000 kelvin i les densitats electròniques poden superar el 10^24/m^3.

L'electricitat atmosfèrica és la variació diürna de la xarxa electromagnètica de l'atmosfera terrestre (o, més general, qualsevol sistema elèctric en l'atmosfera d'un planeta). La superfície de la Terra, la ionosfera, i l'atmosfera es coneixen com el “circuit elèctric atmosfèric mundial”. L'electricitat atmosfèrica és un tema multidisciplinar.

Sempre hi ha electricitat lliure a l'aire i als núvols, que actuen per inducció sobre la terra i els dispositius electromagnètics.^[2] Els experiments han demostrat que sempre hi ha electricitat lliure en l'atmosfera, la qual és unes vegades negativa i altres vegades positiva, però la majoria de les vegades és en general positiva, i la intensitat d'aquesta electricitat lliure és més gran al migdia que al matí o la nit i és més gran a l'hivern que a l'estiu. Amb bon temps, el potencial augmenta amb l'altitud en una taxa, d'acord amb alguns autors, del voltant de 100 volts per metre.^[3]

El medi atmosfèric, pel qual estem envoltats, no només conté electricitat combinat, com qualsevol altra forma de la matèria, sinó també una quantitat considerable en estat lliure i sense combinar, de vegades d'un tipus, de vegades d'un altre; però com a regla general és sempre de naturalesa oposada a la de la terra. Diferents capes o estrats de l'atmosfera, situades a molt curta distància uns dels altres, es troben freqüentment en diferent estat elèctric. ^[4] El fenomen de l'electricitat atmosfèrica pot ser de tres tipus. Hi ha el fenomen elèctric de les tempestes i el fenomen de l'electrificació contínua en l'aire, i el fenomen de l'aurora polar constitueix el tercer tipus. ^[5]

La majoria de les autoritats estan d'acord, però, que sigui quin sigui l'origen de l'electricitat lliure en l'atmosfera l'electricitat d'enormes tensions que disromp l'aire i produeix el fenomen del llamp es deu a la condensació del vapor d'aigua que forma els núvols; cada petita gota de vapor mentre es mou per l'aire recull en la seva superfície una certa quantitat d'electricitat lliure. Llavors, com les gotes de vapor es fonen en gotes més grans amb la corresponent disminució de la superfície total exposada, el potencial elèctric augmenta fins que es sobrepassa la resistència de l'aire. Aquesta observació pot ser entesa més clarament quan es considera que amb una determinada càrrega elèctrica el seu potencial augmenta quan la capacitat elèctrica de l'objecte disminueix, com és el cas que ocorre quan les diminutes gotes de vapor s'uneixen en grans gotes. La similitud del raig amb l'electricitat desenvolupada per una màquina elèctrica va ser demostrada per Franklin en els seus memorables experiments amb estels.^[3]

Descripció

L'electricitat atmosfèrica abunda en el medi ambient, i alguns indicis d'això es troben a menys d'un metre de la superfície de la Terra, però en augmentar l'alçada es fa més evident. La idea principal és que l'aire sobre la superfície de la terra està en general, durant el bon temps, electrificat positivament, o almenys és positiu pel que fa a la superfície terrestre (la superfície de la terra és relativament negativa). A més, la presència de les accions elèctriques en l'atmosfera, a causa de l'acumulació d'enormes càrregues estàtiques de corrent generat probablement per la fricció de l'aire sobre si mateix, pot donar compte dels diversos fenòmens del llamp i les tempestes.^[6] Altres causes que produeixen electricitat a l'atmosfera són, l'evaporació des de la superfície de la Terra, els canvis químics que tenen lloc sobre la superfície de la Terra, i l'expansió, la condensació, i la variació de la temperatura de l'atmosfera i de la humitat continguda en ella.^[7]

Segons Jean Charles Athanase Peltier, el globus terrestre és completament negatiu, i l'espai interplanetari positiu; l'atmosfera per si mateixa no té electricitat, i està només en un estat passiu, de manera que els efectes observats es deuen a la influència relativa d'aquests dos grans magatzems d'electricitat. Els investigadors estan disposats a assumir que el globus terrestre posseeix, almenys en la seva part sòlida, un excés d'electricitat negativa, i que és el mateix amb els cossos col·locats en la seva superfície, però sembla deduir-se d'això, a partir de les diferents observacions formulades, que l'ambient en si està electrificat positivament. Aquesta electricitat positiva, evidentment, sorgeix de la mateixa font que la negativa del globus. És probable que sigui, essencialment, en els vapors aquosos amb els que l'atmosfera està sempre més o menys plena, on resideix, en lloc de a les partícules de l'aire de si mateix.^[8]

Els mesuraments de l'electricitat atmosfèrica poden ser vistes com a mesuraments de la diferència de potencial entre un punt de la superfície de la Terra, i un punt en algun lloc en l'aire sobre d'ella. S'ha trobat que l'atmosfera en diferents regions té sovint diferents potencials locals, que difereixen del potencial de la terra de vegades fins i tot fins a 100 volts per cada metre d'alçada. ^[9] El camp electroestàtic i la diferència de potencial del camp terrestre d'acord amb les investigacions, és a l'estiu de 60 a 100 volts, i a l'hivern de 300 a 500 volts per metre de diferència en alçada, un simple càlcul dona el resultat que, quan un col·lector es disposa, per exemple, a terra, i un segon col·lector està muntat verticalment sobre ella a una distància de 2000 metres i tots dos estan connectats per un cable de conducció, hi ha una diferència de potencial a l'estiu d'al voltant de 2.000.000 volts i a l'hivern fins i tot de 6.000.000 volts i més.^[10]

A les regions superiors de l'atmosfera, l'aire està altament enrarit, i condueix com els gasos rarificats en els tubs de Geissler. L'aire de la capa inferior és, quan està sec, no conductor. L' estrat superior es creu que està carregat d'electricitat positiva, mentre que la superfície de la Terra està carregada negativament; l'estrat d'aire més dens entre elles actua com el vidre de la ampolla de Leyden, mantenint les càrregues oposades separades.^[5] La teoria de l'electricitat atmosfèrica, explica també molts altres fenòmens; l'electricitat lliure, que es manifesta durant les tempestes, sent la causa dels trons, i l'electricitat de baixa tensió, que es manifesta durant una visió de l'aurora boreal, i causant aquest últim fenomen.^[8]

L'atmosfera elèctrica és la causa més freqüent que deté o impedeix les transmissions elèctriques. Durant les tempesta s, s'ha observat que alguns aparells funcionen de forma irregular, interrompent el pas dels corrents forts de forma instantània i, sovint es produeix sobre els aparells en les oficines, entre les puntes metál·liques.

Referències

1. Vegeu Flashes in the Sky: Earth's Gamma-Ray Bursts Triggered by Lightning
2. Richard Spelman Culley, A Handbook of Practical Telegraphy. Longmans 1885. Page 104
3. The Encyclopedia Americana; A library of universal knowledge. (1918). New York: Encyclopedia Americana Corp. Pag. 181.
4. Golding Bird, Elements of Natural Philosophy , / books? id = TEwJAAAAIAAJ & pg = PA204 Atmospheric electricity. Llegiu and Blanchard 1848. Pàgina 204
5. Silvanus Phillips Thompson, id = hLk3AAAAMAAJ Elementary Lessons in Electricity and Magnetism.1915.
6. Victor Lougheed, Vehicles of the Air: A Popular Exposition of Modern Aeronautics with Working . The Reilly and Britton Co 1909
7. David Ames Wells, Wells 's Natural Philosophy' ', Atmospheric electricity. Ivison, Blakeman, Taylor & co. 1876. Pàgina 392
8. George Bartlett Prescott, History, Theory, and Practice of the Electric Telegraph. Ticknor and Fields, 1860.
9. Alfred Daniell, A Text Book of the Principles of Physics, Atmospheric electricity. Macmillan and co. 1884.
10. US patent 1.540.998, Conversion of Atmospheric Electricity

Bibliografia

• Transcript of hand-written article signed by Dr. Mahlon Loomis, January 7, 1872. (from Radio News, November, 1922, pages 974-978 (Loomis lecture extract))
• Chree, Charles, "Atmospheric electricity", Britannica Encyclopedia. Encyclopædia Britannica, 1926.
• "Chauncy J. Britten's Atmospheric Electrical Generator", Rex Research.
• Jeremiah Joyce, Scientific dialogues, with corrections by O. Gregory. Darton 1846.
• Dionysius Lardner, Popular Lectures on Science and Art, Atmospheric electricity. Henry W. Law 1856.
• Mr Wilson, On a Portable Gold-leaf Electrometer, etc.. Proceedings of the Cambridge Philosophical Society
• Alfred Urbanitzky, Electricity in the Service of Man. Atmospheric electricity. Cassell & Company, Limited 1886.
• Willis Isbister Milham, Meteorology, Atmospheric electricity. The Macmillan Company 1912.
• William Allen Miller, Elements of Chemistry: Theoretical and Practical, Atmospheric electricity.
• Jacques Wardlaw Redway, Handbook of Meteorology: A Manual for Cooperative Observers and Students, Atmospheric electricity.. John Wiley & Sons, inc. 1921.
• Experiments on Atmospheric Electricity. By Dr. L. Weber. (Elektrotechnische Zeitschrift, 1889, p. 521.
• Francis Rolt-Wheeler, The Science-history of the Universe, Electrostatics - Atmospheric electricity. The Current Literature Publishing Company 1909.
• John Brocklesby Elements of Meteorology, Atmospheric electricity. Sheldon and company 1869.
• Terrestrial electricity, Year Book - Carnegie Institution of Washington.
• Karl Friedrich Peschel, Ebenezer West (Tr.), Elements of Physics, Atmospheric electricity and the electrical phenomena of life. Longman, Brown, Green, and Longmans 1846.
• Richard E. Orville (ed.), "Atmospheric and Space Electricity". ("Editor's Choice" virtual journal) -- "American Geophysical Union". (AGU) Washington, DC 20009-1277 USA
• Schonland, B. F. J., "Atmospheric Electricity". Methuen and Co., Ltd., London, 1932.
• MacGorman, Donald R., W. David Rust, D. R. Macgorman, and W. D. Rust, "The Electrical Nature of Storms". Oxford University Press, March 1998. ISBN 0-19-507337-1
• Cowling, Thomas George, "On Alfven's theory of magnetic storms and of the aurora", Terrestrial Magnetism and Atmospheric Electricity, 47, 209-214, 1942.
• H. H. Hoffert, "Intermittent Lightning-Flashes". Proc. Phys. Soc. London 10 No 1 (June 1888) 176-180.
• James R. Wait, Some basic electromagnetic aspects of ULF field variations in the atmosphere. Journal Pure and Applied Geophysics, Volume 114, Number 1 / January, 1976 Pages 15–28 Birkhäuser Basel ISSN 0033-4553 (Print) 1420-9136 (Online) DOI 10.1007/BF00875488
• Charles Chree, Observations on Atmospheric Electricity at the Kew Observatory. Proceedings of the Royal Society of London, Vol. 60, 1896 - 1897 (1896 - 1897), pp. 96-132
• G. C. Simpson, C. S. Wrigh, Atmospheric Electricity over the Ocean. Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical and Physical Character, Vol. 85, No. 577 (May 10, 1911), pp. 175-199

Enllaços externs

• Do cosmic rays cause lightning? Ask the Experts - sciam.com January 24, 2008
• Orville, Dick, "Atmospheric Electricity-related terms Arxivat 2006-04-27 a Wayback Machine.". (American Meteorological Society, Glossary of Meteorology, Second Edition, 2000.)
• "RF Energy via Ionosphere Arxivat 2016-06-03 a Wayback Machine.". RF Energy Concepts Sec. 101 Rev. Nov., 2003