Физика заземления: анализ текущего понимания вопроса

Физика заземления: анализ текущего понимания вопросаЗемля — наиболее отрицательно заряженный объект в ближайшем окружении человека. Когда вы поднимаетесь над ее поверхностью и набираете высоту, электрический потенциал нарастает с каждым метром подъема примерно на 200 вольт (200 В/м). Это не слишком широко известный, но достоверно установленный научный факт. На высоте нескольких километров рост потенциала вертикального электрического поля начинает замедляться.

По мере подъема этот рост сокращается до 150, а потом и до 100 В/м. На высоте около 100 км он прекращается. В хорошую погоду при ясном небе и почти полном отсутствии облаков разница электрических потенциалов между верхней частью атмосферы (называемой ионосферой в силу ее ионизации и проводимости) и земной поверхностью составляет от 250 000 до 500 000 вольт.

Представьте себе эту систему как два проводника, один с потенциалом 0 вольт (земля), а другой с потенциалом 250 000-500 000 вольт (на высоте около 100 км). В ясную погоду атмосфера — не слишком хороший проводник (в особенности поблизости от земли), но при этом и не идеальная изолирующая среда.

В ней существует очень незначительный ток электронов, отрывающихся от земли с плотностью примерно 1 микроампер на квадратный километр поверхности (приблизительно равный затуханию по мощности в 1 микроватт на квадратный метр).

Он называется «яснопогодным током»; это одна из составляющих исполинского природного феномена, известного как «глобальный электрический контур». Глобальный контур подзаряжается главным образом за счет грозовых облаков.

Во время активной грозы скопление облаков генерирует ток силой в среднем в 1 ампер, направленный к поверхности Земли. В любой момент времени на Земле происходит от 1000 до 2000 гроз, и совместными усилиями они производят до 5000 ударов молний в минуту.

Таким образом, электрический ток силой в 1000-2000 ампер постоянно переносит отрицательный заряд к поверхности Земли, а равный ему положительный заряд — в верхние слои атмосферы. Электрический заряд, непрерывно перетекающий в ионосферу от грозовых облаков, поддерживает яснопогодный ток, текущий к поверхности.

Предположим, частица пыли парит в атмосфере на высоте около 2 м над землей (т. е. на уровне роста высокого человека). Электрический потенциал на этом уровне составляет 400 вольт.

Пылинка приобретет положительный электрический заряд (от столкновений с окружающими ее атмосферными частицами) и будет сохранять свой электрический потенциал на уровне 400 вольт. Если пылинка поднимется на 4 м, она приобретет электрический заряд, поддерживающий электрический потенциал в 800 вольт.

Какова бы ни была высота, электрический заряд пылинки приобретает потенциал, существующий в данном атмосферном слое.

Представьте себя на месте этого высокого человека. У вас на ногах кроссовки.

Ваши ступни будут находиться всего в паре сантиметров над землей, а голова — на уровне атмосферного слоя с потенциалом примерно в 400 вольт.

Поскольку тело является проводником, ваш электрический потенциал составит среднее арифметическое между электрическими потенциалами на уровне почвы и на уровне 2 метров от нее — т. е. около 200 вольт (поскольку ток непрерывно движется по поверхности вашего тела с головы до ног). Если вы живете на втором этаже многоэтажного дома, на высоте примерно 4 м над землей, то даже если вы снимете кроссовки, но останетесь на деревянном полу, ваши ступни будут находиться на уровне слоя атмосферы с электрическим потенциалом в 800 вольт, а ваша голова — в слое с потенциалом в 1200 вольт, то есть средний электрический потенциал на вашем теле будет составлять 1000 вольт!

Это совсем немало. Чем выше от земли расположено ваше жилище, тем выше ваш электрический потенциал по сравнению с уровнем почвы.

Читайте так же:

Комментарии запрещены.