По каким причинам у Земли возникает электрическое поле?

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

РЕФЕРАТ

По дисциплине "Концепции современного естествознания"

На тему: «Электрические явления в атмосфере Земли»

Выполнил гр.№137333/0002 Чистякова Ю.Е.

Студент: (подпись) (ФИО)

Руководитель: Погарский М.А.

(подпись) (ФИО)

Санкт-Петербург

2018

Содержание

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

По каким причинам у Земли возникает электрическое поле? …................. с. 4

Что такое ионосфера? Почему она образуется вблизи поверхности Земли? .………………………...……………….........………………………..……….. с. 5

Куда направлены силовые линии электрического поля Земли? …..........… с. 6

Примеры электрических явлений в атмосфере Земли. ……....……............. с. 7

Каковы причины полярных сияний? …………….........………...………….. с. 9

Что такое молния? Как она возникает? ……………………..………..….… с. 11

Как появляется гром? Почему есть интервал между молнией и громом? с. 13

Как работает молниеотвод? .……………………………………….........….. с. 15

Зачем «заземляют» бытовые приборы? ……...………......……………….... с. 17

Как уберечься от молнии? ………………………….………………………. с. 18

Заключение. …………………………………..……………………………… с. 21

Список литературы. …....……………………………………..……………... с. 23

Введение.

Прежде чем вдаваться в разъяснение такого понятия, как «Электрические явления в атмосфере», следует дать определения каждому из его составляющих.

В толковом словаре термину атмосфера дается следующее определение: «Атмосфера — это газовая оболочка, окружающая небесное тело. Ее характеристики зависят от размера, массы, температуры, скорости вращения и химического состава данного небесного тела, а также определяются историей его формирования, начиная с момента зарождения. Атмосфера Земли образована смесью газов, называемой воздухом. Ее основные составляющие — азот и кислород в соотношении приблизительно 4:1".

Электрические явления в толковых словарях трактуются следующим образом: «Электричество в атмосфере, или, более научно — Атмосферное электричество — это совокупность электрических явлений в атмосфере, а также раздел физики атмосферы, изучающий эти явления. При исследовании атмосферного электричества изучают электрическое поле в атмосфере, её ионизацию и проводимость, электрические токи в ней, объёмные заряды, заряды облаков и осадков, грозовые разряды и многое другое. Все проявления атмосферного электричества тесно связаны между собой и на их развитие сильно влияют локальные метеорологические факторы. К области атмосферного электричества обычно относят процессы, происходящие в тропосфере и стратосфере».

Итак, изучение «Электрических явлений в атмосфере» мы начнём с самого начала, с самых азов.

По каким причинам у Земли возникает электрическое поле?

Электрическое поле Земли — это естественное электрическое поле Земли как планеты, которое наблюдается в твёрдом теле Земли, в морях, в атмосфере и магнитосфере. Электрическое поле 3емли обусловлено сложным комплексом геофизических явлений. Распределение потенциала поля несёт в себе определённую информацию о строении Земли, о процессах, протекающих в нижних слоях атмосферы, в ионосфере, магнитосфере, а также в ближнем межпланетном пространстве и на Солнце.

Существование электрического поля в атмосфере Земли связано в основном с процессами ионизации воздуха и пространственным разделением возникающих при ионизации положительных и отрицательных электрических зарядов. Ионизация воздуха происходит под действием космических лучей ультрафиолетового излучения Солнца; излучения радиоактивных веществ, имеющихся на поверхности Земли и в воздухе; электрических разрядов в атмосфере и т. д. Многие атмосферные процессы: конвекция, образование облаков, осадки и другие — приводят к частичному разделению разноимённых зарядов и возникновению атмосферных электрических полей.

Примеры электрических явлений в атмосфере Земли.

Электричество в атмосфере Земли можно наблюдать в самых разнообразных и удивительных формах, таких как:

1. Вистлеры (свистовые волны) — это почти неземные звуки, образующиеся в верхних слоях атмосферы при разрядах молний, причём их можно записать даже на простейшем радиооборудовании.

2. Молнии Кататумбо являются самым длительным грозовым явлением на Земле. Зафиксированы в устье реки Кататумбо (Венесуэла). Пары метана из местных болот в сочетании с ветром со стороны Анд поднимаются в атмосферу и фактически провоцируют непрерывные удары молний. Интенсивный гром с молниями начинается сразу после наступления сумерек и продолжается около 10 часов. Сами молнии красно-оранжевого цвета можно увидеть в ясные ночи из многих стран Карибского бассейна. Это явление настолько уникально, что его собираются включить в список Всемирного наследия ЮНЕСКО.

3. Грязные грозы — это мощное электрическое грозовое явление, формирующееся в шлейфе вулканического извержения. Учёные предполагают, что частицы льда и пыли трутся друг о друга и вырабатывают статическое электричество, что и вызывает эти удивительные молнии необычного цвета. Температура и плотность фонтанов пепла без присутствия воды, которая могла бы объяснить формирование молнии, по-прежнему делает это явление неразгаданной природной тайной.

4. Спрайты — это мощные, яркие вспышки обычно красного цвета, возникающие в атмосфере на высоте от 80 км. В диаметре они могут быть от 50 км и более. Ранее считалось, что спрайты — это разновидность молнии, но впоследствии было установлено, что это скорее определённый тип плазмы. Спрайты напоминают большую красную медузу с длинными синими щупальцами. Их сложно сфотографировать с земли, но есть много снимков, сделанных с самолетов.

5. Шаровая молния. Трещащие, шипящие, яркие шары возникают во время грозы, в некоторых случаях они могут спонтанно и громко взрываться. Шары различаются по размерам: от горошины до небольшого автобуса. Одна из самых странных тайн шаровой молнии – это её «разумное» поведение. Она влетает в здания через дверные проёмы или окна и путешествует по комнатам, огибая столы, стулья и прочие предметы. Происхождение шаровых молний до сих пор тщательно изучается, однако к единому мнению учёные ещё не пришли.

6. Огни святого Эльма. Ярко-синее или фиолетовое свечение вокруг корабля. Свечение напоминает мерцающие на ветру языки пламени вокруг мачт. Внезапное появление Огней святого Эльма считалось добрым предзнаменованием, поскольку странный пучкообразный свет возникал перед окончанием мощных штормов. Наука имеет своё объяснение этому странному свечению. Разница в напряжении между воздушной атмосферой и морем вызывает ионизацию газов, которые начинают светиться. Кстати, Огни святого Эльма были также замечены на церковных шпилях, крыльях самолетов и даже рогах крупного скота.

7. Полярные (северные) сияния – это изумительные световые явления, возникающие в ночном небе. Они выглядят как волнистая, светящаяся завеса зелёного цвета, хотя были также зафиксированы сияния красного, розового, жёлтого и изредка синего цветов.

Как работает молниеотвод?

Молниеотвод представляет собой возвышающееся над защищаемым объектом устройство, через которое ток молнии, минуя защищаемый объект, отводится в землю. Молниеотвод состоит из молниеприёмника, непосредственно принимающего на себя удар молнии, токоотвода и заземлителя.

Молниеприёмник необходим для приёма разряда молнии. Располагается он как можно выше над защищаемым сооружением. Может представлять собой металлический штырь, сеть из проводящего материала или металлический трос, натянутый над защищаемым объектом.

Токоотвод служит проводником для электрического заряда молнии от молниеприёмника до заземлителя. Обычно представляет собой провод достаточно большого сечения.

Заземлитель — проводник или несколько соединённых между собой проводников, находящихся в соприкосновении с грунтом; обычно представляет собой металлическую плиту, заглублённую в землю.

Молниеотвод стоит и возвышается над тем, что защищает. И чем выше он возвышается, тем больший радиус защищает от попадания молний. На первый взгляд в этом и состоит его работа — «возвышаться над». Условно говоря, можно мысленно нарисовать конус с вершиной у снования принимающего стержня, и углом наклона образующей около 40°. Находясь внутри этого конуса можно обезопасить себя полностью. Так как прохождение там молнии — это событие практически невозможное. Особая удача для молнии — это воткнуться в землю. Земля не почувствует какого-либо изменения своего электрического заряда. Земля — это место где электрический потенциал всегда равен нулю. То есть можно считать что мятущийся электрический заряд попадая в землю практически исчезает.

Но на пути к земле молния может что-то поджечь. Предсказать путь прохождения молнии от точки со своим потенциалом до точки с нулевым потенциалом в условно однородном воздухе невозможно, зато можно с помощью молниеотвода по крайней мере обозначить такое место с нулевым потенциалом искусственно. Молния обрушится в это место, а там оказывается еще не земля. В этом, собственно, и весь секрет.

Другими словами, работа молниеотвода заключается в том, что на достаточной высоте он создаёт место такое же привлекательное для молнии как земля (с нулевым потенциалом), электрически соединённое с землёй, но имеющее под собой безопасное пространство.

Как уберечься от молнии?

Известно, что бояться надо не грома, а молнию. И хотя статистика говорит, что гибель от удара молнии случается крайне редко, нельзя недооценивать эту опасность.

Итак, самым опасным в этом отношении районом является сельская местность — 90% всех несчастных случаев происходят именно здесь. Очень часто жертвами молнии становятся отдельно стоящие предметы. Отсюда первое правило — никогда не прячьтесь от молнии под одиноко стоящим деревом, под высокими металлическими конструкциями, помните, молния никогда не попадает в кустарник, лучше спрячьтесь под ним.

Вторая по опасности местность — вода и берега водоемов. Не находитесь в воде во время грозы, не разбивайте палатку на открытом берегу водоема, чтобы не стать мишенью молнии. А самое безопасное место — сухие равнины, ложбины между холмами.

Несколько наблюдений:

1. ветер не даст вам представления о том, куда движется гроза, грозы, вопреки всякой логике, часто идут против ветра;

2. расстояние от грозы до места вашей дислокации можно определить по времени между вспышкой молнии и раскатом грома (1 секунда — расстояние 300−400 метров, 2 секунды — 600−800 метров, 3 секунды — 1000 м);

3. перед началом грозы обычно наблюдается либо отсутствие ветра, либо ветер меняет направление.

Определив, что гроза движется по направлению к вам, посмотрите, насколько ваше положение «безопасно»:

1. мокрая одежда и тело повышают опасность поражения молнией;

2. ваш лагерь, расположенный на выпуклых формах рельефа, имеет больше шансов стать объектом поражения, нежели лагерь, расположенный в низине;

3. ищите укрытия в лесу среди невысоких деревьев, в горах — в 3−8 метрах от высокого «пальца» 10−15 метров, на открытой местности — в сухой ямке, канаве;

4. песчаная и каменистая почва безопаснее глинистой;

5. признаки повышенной опасности: шевеление волос, жужжание металлических предметов, разряды на острых концах снаряжения.

Запрещено:

1. укрываться возле одиноких деревьев;

2. прислоняться к скалам и отвесным стенам;

3. останавливаться на опушке леса;

4. останавливаться возле водоемов;

5. прятаться под скальным навесом;

6. бегать и суетиться;

7. передвигаться плотной группой;

8. находиться в мокрой одежде;

9. находиться возле костра;

10. хранить металлические предметы в палатке;

11. использовать электроприборы в доме.

Если во время грозы на стенах вашей комнаты наблюдаются оранжевые отсветы, немедленно захлопните форточку, возможно это шаровая молния.

Шаровая молния — это шар, диаметром от 10 до 35 сантиметров (хотя встречаются и километровые экземпляры). Зачастую имеет желтый цвет, температура его от 100 до 1000 градусов, а вес 5−7 граммов. Шаровая молния предпочитает проникать в дома. Ученым пока не известно, являются ли стёкла надежной защитой от неё. Она умеет проникать в различные щели (розетки, домофоны и т. д.), но вот вылетать из них она, скорее всего, не будет. Срок жизни этого явления науке также не известен (от 30 секунд до нескольких дней). Смерть шаровой молнии сопровождается взрывом, распадением на несколько частей или постепенным угасанием.

Тактика поведения при столкновении с шаровой молнией:

1. если в помещении шаровая молния, не хватайтесь за железные предметы;

2. не пробуйте убежать от нее;

3. не пытайтесь выгнать ее веником или книгой;

4. стойте, не двигаясь, сохраняйте спокойствие.

Заключение.

Предположив, что электрическая искра и молния – одно и то же, американский физик Б. Франклин подробно описал, как провести опыт, доказывающий это.

Франклин произвел свой опыт, доказывающий электрическое происхождение молнии в июне 1752 г. Описание этого классического опыта, чтобы избежать неточностей и искажений, приведено в цитате знаменитого французского астронома Камилла Фламмариона по его книге «Атмосфера», изданной в 1900 году.

«Франклин, действительно, возымел дерзкую мысль искать молнии в облаках, так как убедился еще предварительно, что остроконечный металлический шест, поднятый на большую высоту, привлекает электричество из грозовой тучи. Он с большим нетерпением ждал постройки высокой колокольни в Филадельфии; но, наконец, это ему надоело, и он решил попробовать другое средство, более подручное и не менее действенное. Так как дело было только в том, чтобы поднять металлическое острие на большую высоту, к самым грозовым облакам, то Франклину пришло в голову, что простой бумажный змей, которым играют дети, вполне и с выгодой может заменить собою колокольню. Взяв с собой поэтому шелковый платок, две крестообразно связанные палочки и длинную веревку, он вместе с сыном отправился за город попытать счастья. Из опасения быть осмеянным, как это всегда случается при неудачах, он хранил свое предприятие в строгой тайне. Пустили змея. Многообещавшие облака, которые в это время проходили, не произвели никакого эффекта. Все было покойно – ни искры, никаких проявлений электричества. После долговременного ожидания, однако же, волокна веревки стали то подниматься, то опускаться, как бы притягиваемые и отталкиваемые. Ободренный этим, Франклин подставил палец к концу веревки и получил искру, за которою последовали другие. Таким образом, в первый раз гений человека поймал молнию».

Данное открытие дало толчок в изучении не только молнии, но и электрических явлений атмосферы в целом. В последнее время интерес к электрическим явлениям в атмосфере также резко возрос. Прежде всего, это обусловлено пониманием атмосферного электричества как важного фактора окружающей среды, тесно взаимосвязанного с другими составляющими природного комплекса планеты и воздействующего на жизнедеятельность человека. Очевидны следующие эффекты: выведение из строя систем электронного обеспечения, воздействие на авиацию, пожароопасность и совершенствование методов контроля этих эффектов. Можно не сомневаться, что активная работа здесь не только поможет разобраться со «старыми» загадками атмосферного электричества, но и принесет множество новых открытий, как когда-то опыт Франклина.

Список литературы.

Тихонов А. Н. Об определении электрических характеристик глубоких слоев земной коры, «Докл. АН СССР», 1950, т. 73, № 2; Тверской П. Н., Курс метеорологии, Л., 1962; Акасофу С. И., Чепмен С., Солнечно-земная физика, пер. с англ., ч. 2, М., 1975.

Жилко, В.В. Физика: учеб. пособие для 11-го кл. общеобразоват. учреждений с рус. яз. обучения с 12-летнми сроком обучения (базовый и повышенный)/ В.В. Жилко, Л.Г. Маркович. — Минск: Нар. Асвета, 2008. — С. 142-145

Базелян Э.М., Райзер Ю.П. Физика молнии и молниезащиты М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. —320 с.

Научный интернет портал о физике http://www.physic-in-web.ru/

Интернет словарь и энциклопедия http://dic.academic.ru/

Научный интернет ресурс http://biofile.ru/

Образовательный сайт https://thequestion.ru/

Интернет-журнал https://flytothesky.ru/