Electricitat atmosfèrica

Archiu:Lightning over Oradea Romania 3.jpg

Llampada de núvol a terra en el circuit elèctric global de l'atmòsfera. Est és un eixemple de plasma present en la superfície de la Terra. Normalment, les llampades descarreguen sobre 30.000 amperis, fins a uns 100 millons de Volts (Volts), i emeten llum, ones de radi, rajos X, i inclús rajos gamma. Les temperatures del plasma en un raig pot acostar-se als 28.000 kelvin i les densitat electróicas poden superar el 10²⁴/m³.

La electricitat atmosfèrica és la variació diürna de la ret electromagnètica de l'atmòsfera (o, més general, qualsevol sistema elèctric en l'atmòsfera d'un planeta). La superfície de la Terra, l'ionosfera, i l'atmòsfera es coneixen com el “circuit elèctric atmosfèric mundial”. L'estudi de l'electricitat atmosfèrica és un tema multidisciplinar en una llarga història, que comprén conceptes d'electrostàtica, física atmosfèrica, meteorologia i ciències de la Terra.

Sempre hi ha electricitat lliure en l'aire i en els núvols, que actuen per inducció sobre la terra i els dispositius electromagnètics. Els experiments han demostrat que sempre hi ha electricitat lliure en l'atmòsfera, la qual és unes voltes negativa i atres voltes positiva, pero la majoria de les voltes és en general positiva, i l'intensitat d'esta electricitat lliure és major a migdia que de matí o la nit i és major en hivern que en estiu. En bon temps, el potencial aumenta en l'altitut en una taxa, d'acort en alguns autors, d'al voltant de 100 volts per metro.

El mig atmosfèric, pel que estem rodejats, no solament conté electricitat combinat, com qualsevol atra forma de la matèria, sino també una cantitat considerable en estat lliure i sense combinar, a voltes d'un tipo, a voltes d'un atre; pero com a regla general és sempre de naturalea oposta a la de la terra. Diferents capes o estrats de l'atmòsfera, situades a molt curta distància uns d'uns atres, es troben freqüentment en diferent estat elèctric. El fenomen de l'electricitat atmosfèrica pot ser de tres tipos. Està el fenomen elèctric de les tormentes i el fenomen de l'electrificació contínua en l'aire, i el fenomen de la aurora polar constituïx el tercer tipo.

La majoria de les autoritats estan d'acort, no obstant, que siga com siga l'orige de l'electricitat lliure en l'atmòsfera l'electricitat d'enormes tensions que disrumpe l'aire i produïx el fenomen del raig es deu a la condensació del vapor d'aigua que forma els núvols; cada menuda gota de vapor mentres es mou per l'aire arreplega en la seua superfície una certa cantitat d'electricitat lliure. Llavors, com les gotes de vapor es fonen en gotes més grans en la corresponent disminució de la superfície total exposta, el potencial elèctric aumenta fins que se sobrepassa la resistència de l'aire. Esta observació pot ser entesa més clarament quan es considera que en una determinada càrrega elèctrica el seu potencial aumenta quan la capacitat elèctrica de l'objecte disminuïx, com és el cas que ocorre quan les diminutes gotes de vapor s'unixen en grans gotes. La similitut del raig en l'electricitat desenrollada per una màquina elèctrica va ser demostrada per Franklin en els seus memorables experiments en cometes.

Història

Artícul principal → Història de l'electromagnetisme.

La detonació de les purnes procedents de màquines elèctriques i de botelles de Leyden va sugerir als primers experimentadores, Hauksbee, Newton, Mur, Nollet, i Gray, que els rajos i trons eren deguts a descàrregues elèctriques. En 1708, el teòlec William Wall va ser un dels primers en observar que les descàrregues de purnes s'assemblaven a un raig en miniatura, despuix d'observar les purnes d'una peça d'àmbar carregada.

A mitan de el XVIII, els experiments de Benjamin Franklin varen mostrar que els fenomens elèctrics de l'atmòsfera no eren fonamentalment diferents dels produïts en el laboratori. En 1749, Franklin va observar que el raig posseïx casi totes les propietats observables en les màquines elèctriques i en juliol de 1750, va elaborar l'hipòtesis de que l'electricitat podria ser presa dels núvols a través d'una alta antena de metal en una punta esmolada. Ans que Franklin realisara el seu célebre experiment en 1752, Thomas-François d'Alibard va erigir una barra de ferro de 40 m d'alt en Marly-la-Ville, prop de París, dibuixant purnes des d'un núvol que passava. En antenes aïllades del sol, un investigador podria aportar un camí a terra en un tirador aïllat en cera prop de l'antena, i observar una descàrrega de purna des de l'antena al cable de terra. En maig de 1752, d'Alibard va afirmar que la teoria de Franklin era correcta.

Franklin va llistar les següents similituts entre l'electricitat i la llampada:

• produïxen de llum d'un color similar;
• moviment ràpit;
• són conduïts pels metals, l'aigua i el gèl;
• fonen metals i encenen substàncies inflamables;
• olor "sulfuroso" (que ara se sap que és pel ozon);
• magnetizan agulles;
• la similitut entre el fòc de Sant Telmo i la resplandor de la descàrrega.

Al voltant de juny de 1752, Franklin va informar del seu famós experiment realisat en la cometa. L'experiment de la cometa va ser repetit per Romas, que va senyalar purnes procedents d'una cadena metàlica de 2,7 m de llarc, i per Cavallo, qui va fer moltes observacions importants sobre l'electricitat atmosfèrica. L.G. Lemonnier (1752) també va reproduir l'experiment de Franklin en una antena, pero va substituir el cable de terra en algunes partícules de pols (atracció testic). Va continuar el document de l'electrificació de l'atmòsfera en un dia clar i la variació diürna de l'electricitat de l'atmòsfera. G. Beccaria (1775) va confirmar les senyes de variació diürna de Lemonnier i va determinar que la polaridad de la càrrega de l'atmòsfera era positiva en bon temps. H.B. Saussure (1779) va registrar senyes relatives a la càrrega induïda en un conductor en l'atmòsfera. L'instrument de Saussure (que contenia dos menudes esferes suspeses en paralel en dos cables fins), va anar un precursor del electrómetro. Saussure va trobar que la condició de bon temps tenia una variació anual. Saussure també va trobar que hi havia una variació en l'altura. En 1785, C.A. Coulomb va descobrir la conductivitat de l'aire. El seu descobriment era contrari a l'idea que prevalia en eixe moment de que els gasos atmosfèrics eren aïllants (que ho són en certa mida, o a lo manco no molt bons conductors quan no estan ionizados). Per desgràcia, la seua investigació va ser completament ignorada. P. Erman (1804) teorizó que la Terra estava carregat negativament. J.C.A. Peltier (1842) va provar i va confirmar l'idea de Erman. Lord Kelvin (1860) va propondre que les càrregues positives de l'atmòsfera explicaven la “condició de bon tempsi, més vesprada, va reconéixer l'existència de camps elèctrics atmosfèrics.

En el curs del següent sigle, utilisant les idees d'Alessandro Volta i Francis Ronald, varis investigadors varen contribuir al creixent cos de coneiximents sobre els fenomens atmosfèrics elèctrics. En l'invenció de l'electrómetro portàtil es va introduir un major nivell de precisió en els resultats observacionals. Cap al final de el XIX va aplegar el descobriment per W. Linss (1887) de que inclús els conductors més perfectament aïllats perdien la seua càrrega, com Coulomb abans que ell ya havia trobat, i que esta pèrdua depenia de les condicions atmosfèriques. H. H. Hoffert (1888) va identificar rajos individuals que caïen cap a avall usant la cambra ràpida i va informar d'això en "Llampades intermitents". J. Elster i H.F. Geitel, qui també va treballar en emissió termoiònica, va propondre una teoria per a explicar l'estructura de les tormentes elèctriques (1885) i, més vesprada, va descobrir la radiactivitat atmosfèrica (1899). Per a llavors ya havia quedat clar que els ions positius i negatius lliurement carregats estan sempre presents en l'atmòsfera, i que les emanació radiants podrien ser arreplegats. F. Pockels (1897) va estimar l'intensitat de la corrent dels rajos per mig de l'anàlisis de les llampades en el basalt i estudiant els restants dels camps magnètics (el basalt, que és un mineral ferromagnético, queda penetrat magnéticamente quan s'expon a un camp extern intens com els generats en un raig).

Usant un “electrómetro Peltier”, Luigi Palmieri va investigar l'electricitat atmosfèrica. Nikola Tesla i Hermann Plauson varen investigar la producció d'energia i potència a través de l'electricitat atmosfèrica. Tesla també va propondre utilisar el circuit elèctric de l'atmòsfera per a transmetre energia de forma inalàmbrica a grans distàncies (vejau la seua torre Wardenclyffe i la seua transmissor amplificador). L'estació polar polaca, Hornsund ha investigat la magnitut del camp elèctric de la Terra i registrat el seu component vertical. Els descobriments sobre l'electrificació de l'atmòsfera a través d'instruments elèctrics sensibles i les idees sobre cóm es manté la càrrega negativa de la Terra s'han desenrollat principalment en el XX. Mentres que una certa cantitat de treball observacional s'ha realisat en les branques de l'electricitat atmosfèrica, la ciència no s'ha desenrollat en una mida considerable. Es pensa que qualsevol aparat que puga utilisar-se per a extraure energia útil a partir de l'electricitat atmosfèrica seria prohibitivamente costós de construir i de mantindre, lo que és provablement el motiu pel que este camp no haja atret molt interés.

Descripció

L'electricitat atmosfèrica abunda en el mig ambient, i alguns indicis d'això es troben a menys d'un metro de la superfície de la Terra, pero en aumentar l'altura es fan més evident. L'idea principal és que l'aire sobre la superfície de la terra està per lo general, durant el bon temps, electrificado positivament, o a lo manco és positiu sobre la superfície terrestre (la superfície de la Terra és relativament negativa). Ademés, la presència de les accions elèctriques en l'atmòsfera, per l'acumulació d'enormes càrregues estàtiques de corrent generada provablement per la fricció de l'aire sobre sí mateixa, pot donar conte dels diversos fenomens del raig i de les tormenta s. Atres causes que produïxen electricitat en l'atmòsfera són, l'evaporament 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'atmòsfera i de la humitat continguda en ell.

Segons M. Peltier, el globo terrestre és completament negatiu, i l'espai interplanetario positiu; l'atmòsfera per sí mateixa no té electricitat, i està solament en un estat passiu, de modo que els efectes observats es deuen a l'influència relativa d'estos dos grans almagasens d'electricitat. Els investigadors estan disposts a assumir que el globo terrestre posseïx, a lo manco en la seua part sòlida, un excés d'electricitat negativa, i que és lo mateix en els cossos colocats en la seua superfície, pero sembla deduir-se d'això, a partir de les diferents observacions formulades, que l'ambient en sí està electrificado positivament. Esta electricitat positiva, evidentment, sorgix de la mateixa font que la negativa del globo. És provable que siga, essencialment, en els vapors acuosos en els que l'atmòsfera està sempre més o menys plena, a on residix, en lloc d'en les partícules de l'aire de sí mateixa.

Les medicions de l'electricitat atmosfèrica pot ser vistes com a medicions de la diferència de potencial entre un punt de la superfície de la Terra, i un punt en alguna part en l'aire damunt d'ella. S'ha trobat que l'atmòsfera en diferents regions té a sovint diferents potencials locals, que diferixen del potencial de la terra a voltes inclús fins a en 100 volts per cada metro d'altura. El camp electrostàtic i la diferència de potencial del camp terrestre d'acort en les investigacions, és en estiu de 60 a 100 volts, i en hivern de 300 a 500 volts per metro de diferència en altura, un simple càlcul dona el resultat de que, quan un colector es dispon, per eixemple, en el sol, i un segon colector està montat verticalment sobre ella a una distància de 2000 metros i abdós estan conectats per un cable de conducció, hi ha una diferència de potencial en l'estiu d'al voltant de 2.000.000 volts i en hivern inclús de 6.000.000 volts i més. Palés de EE. UU. 1.540.998,La conversió d'Electricitat Atmosfèrica.

En les regions superiors de l'atmòsfera, l'aire està altament enrarit, i conduïx com els gasos rarificados en els tubos de Geissler. L'aire de la capa inferior és, quan està sec, no conductor. l'estrat superior es creu que està carregada d'electricitat positiva, mentres que la superfície de la Terra està carregada negativament; l'estrat d'aire més dens entre elles actua com el vidre de la botella de Leyden, mantenint les càrregues opostes separades. La teoria de l'electricitat atmosfèrica, explica també molts atres fenomens; l'electricitat lliure, que es manifesta durant les tormentes, sent la causa dels trons, i l'electricitat de baixa tensió, que es manifesta durant una visió de la aurora boreal, i causant este últim fenomen.

L'atmòsfera elèctrica és la causa més freqüent que deté o impedix les transmissions elèctriques. Durant les tormentas, s'ha observat que alguns aparats funcionen de forma irregular, interrompent el pas de les corrents fortes de forma instantànea i, a sovint es produïx sobre els aparats en les oficines, entre les puntes metàliques, purnes lluentes; en els sistemes telegràfics les armadures dels electroimanes són atretes en gran força, i els cables i atres substàncies metàliques dels instruments fosos. S'observen també, encara que més rarament, corrents, que continuen durant més o menys temps, que impedixen el funcionament dels sistemes de comunicació.

Variacions

Hi ha hagut vàries conjectura especulatives sobre l'orige d'estos periodos meteorològics semi-diürns, pero han segut generalment de caràcter secundari. Una causa principal, evidentment, deu atribuir-se als molts processos complexos que es deuen a la termodinàmica de la radiació. Es creu que en l'experiència suficient les fòrmules que s'han deduït ací, i va ilustrar, es poden utilisar per a obtindre atres valioses senyes sobre les activitats atòmiques i subatòmiques implicades en les variacions dels térmens fonamentals i els seus molt numerosos derivats.

Les variacions diürnes trobats per les indicacions diàries (durant el bon temps) varen mostrar dos màxims que es produïxen en estiu en aproximadament dotze hores de separació i dos mínims, que en estiu varen ser aproximadament en nou hores de diferència. Els màxims es corresponen prou be en les hores dels canvis de temperatura, els mínims en els de temperatura constant. L'electricitat atmosfèrica, considerada de manera general, alcança el seu màxim en giner, i després disminuïx progressivament fins al més de juny, en que presenta un mínim d'intensitat; aumenta durant els mesos següents fins a final de l'any. La diferència entre el màxim i el mínim és molt més sensible per a un bon clima en que durant el temps nuvolat. Durant els diferents mesos, l'electricitat de l'aire és més fort quan el cel està seré que quan està nuvolat, llevat cap als mesos de juny i juliol, quan l'electricitat alcança un màxim, el valor del qual és aproximadament el mateix, qualsevol que siga ser l'estat del cel.

L'intensitat elèctrica observada durant les boires, té una mija, de casi exactament el mateix valor que l'observat durant les nevades. Este valor és molt alt, i correspon a la mida màxima observada per als primers i els últims mesos de l'any. Un fet molt notable que es desprén de l'observació recent, és que la humitat actua d'una manera totalment diferent en els mesos frets i en les calentes; aumenta l'electricitat en els mesos d'hivern, disminuint-la en els mesos d'estiu. El fet fonamental és que la humitat actua de dos maneres, els efectes de les quals tendixen a opondre's un a l'atre. Per un costat, facilita l'evacuació de l'electricitat acumulada en les regions superiors de l'atmòsfera a l'estrat en el que es fa l'observació; per una atra part, facilita l'evacuació en el terreny de l'electricitat que este estrat posseïx: Aixina, per un costat, aumenta l'intensitat de les manifestacions elèctriques de l'instrument, per un atre costat, la disminuïx.

Espai exterior i espai propenc

Archiu:Diurnal ionospheric current.jpg

Corrents elèctriques creades en l'ionosfera pel Sol.

Archiu:Aurora Borealis 22Jan2004.jpg

Aurora boreal vista sobre Canadà, a 11 000 m d'altitut.

En l'espai exterior, la magnetopausa fluïx a lo llarc de la frontera entre la regió al voltant d'un objecte astronòmic (denominada "magnetosfera") i al voltant del plasma, en la que predominen els fenomens elèctrics o organisats per este camp magnètic. La Terra està rodejada d'una magnetosfera, aixina com els planetes magnetizados Júpiter, Saturn, Urà i Neptú. Mercurio està magnetizado, pero molt débilmente per a atrapar el plasma. Mart té magnetisació superficial irregular. La magnetosfera és el lloc a on la pressió magnètica cap a l'exterior del camp magnètic de la Terra es veu compensada pel vent solar, un plasma. La majoria de les partícules solars són desviades a cada costat de la magnetopausa. No obstant, algunes partícules queden atrapades dins del camp magnètic de la Terra i formen cinturons de radiació. El cinturó de radiació de Van Allen és un bou de partícules carregades d'energia (és dir, un plasma) al voltant de la Terra, atrapades pel camp magnètic de la Terra.

En altituts superiors als núvols, l'electricitat atmosfèrica forma un continu i diferenciat element (cridat electrosfera) que rodeja la Terra. La capa de la electrosfera (de decenes de quilómetros des de la superfície de la terra a l'ionosfera) té una alta conductivitat elèctrica i està essencialment a un potencial elèctric constant. l'ionosfera és la vora interior de la magnetosfera i és la part de l'atmòsfera que està ionizada per la radiació solar. (La fotoionización és un procés físic en el que un fotó incidix sobre un àtom, ion o molècula, donant lloc a l'expulsió d'un o més electrons).

Aurora polar

Artícul principal → Aurora polar.

La Terra està constantment immersa en el vent solar, un fluix enrarit de plasma calent (gas d'electrons lliures i ions positius) emés pel Sol en totes direccions, a conseqüència dels millons de graus de calor de la capa més externa del Sol, la corona solar. El vent solar per lo general aplega a la Terra en una velocitat d'uns 400 km/s, una densitat d'al voltant de 5 ions/cc i una intensitat del camp magnètic d'al voltant de 2.5 nT (nanoteslas; el camp magnètic de la superfície terrestre és típicament d'uns 30 000−50 000 nT). Estos són valors típics. Durant les tormentes magnètiques en particular, els fluix poden ser de vàries voltes més ràpits; el camp magnètic interplanetario (FMI) també pot ser molt més fort.

El FMI s'origina en el Sol, relacionada en el camp de les taques solars, i les seues llínees de camp (llínees de força) són arrastrats pel vent solar. Això per sí solament tendix a alinear-los en la direcció Sol-Terra, pero la rotació del Sol els distorsiona (en la Terra) al voltant de 45 graus, de modo que les llínees de camp que passen la Terra poden començar prop de la vora occidental (el "llim") del sol visible. Quan el vent solar es pertorba, transferix fàcilment energia i material a la magnetosfera. Els electrons i els ions en la magnetosfera que està d'esta manera energetizados es mouen a lo llarc de les llínees del camp magnètic cap a les regions polars de l'atmòsfera.

Cavitat ionosfera-Terra

Artícul principal → Resonància Schumann.

La diferència de potencial entre l'ionosfera i la de la Terra es manté per l'acció de bombeig de les descàrregues dels raigs de les tormentas. En la cavitat ionosfera-Terra, el camp elèctric i la conducció de la corrent en l'atmòsfera inferior estan controlades principalment per ions. Els ions tenen paràmetros característics tals com la movilitat, el temps de vida, i la taxa de generació que varien en l'altitut.

La resonància Schumann és un conjunt de picos espectrals en la part de ELF de l'espectre del camp electromagnètic de la Terra. La resonància Schumann es deu a que l'espai entre la superfície de la Terra i l'ionosfera conductora actua com una guia d'ones. Les reduïdes dimensions de la Terra causen que esta guia d'ones actue com una cavitat resonante per a les ones electromagnètiques. La cavitat és, naturalment, excitada per l'energia dels rajos.

Capes de l'atmòsfera

Archiu:Atmosfera.gif

Relació entre l'atmòsfera i l'ionosfera.

Vore també: Capes de l'atmòsfera

La conductivitat de l'atmòsfera aumenta exponencialment en l'altitut. Les amplitut dels components elèctrics i magnètics depenen de l'estació de l'any, de la latitut, i de l'altura sobre el nivell de la mar. En aumentar l'altitut l'electricitat atmosfèrica es fa més abundant. l'exosfera és la capa més superficial de l'atmòsfera i s'estima que ocupa de 500 a 1000 km sobre la superfície de la Terra, i el seu llímit superior en al voltant de 10 000 km. La termosfera (atmòsfera superior) és la capa de l'atmòsfera de la Terra que està directament damunt de la mesosfera i directament baix de la exosfera. Dins d'esta capa, la radiació ultravioleta causa l'ionisació. Moltes teories s'han propost per a explicar el fenomen de l'aurora polar, pero s'ha demostrat per experiments que es deu a corrents d'electricitat positiva en passar de les regions més altes de l'atmòsfera a la terra.

La mesosfera (part mija de l'atmòsfera) és la capa de l'atmòsfera de la Terra que està directament sobre l'estratosfera i directament baix de la termosfera. La mesosfera es troba a uns 50-80/85 km sobre la superfície de la Terra. l'estratosfera (part mija de l'atmòsfera) és una capa de l'atmòsfera terrestre que es estratifica per temperatures i que es troba situada entre uns 10 i 50 km d'altitut sobre la superfície a latitut moderades, mentres que en els pols escomença a uns 8 km d'altitut. L'estratosfera es troba directament sobre la troposfera i directament baix de la mesosfera. La troposfera (part inferior de l'atmòsfera) és la capa més densa de l'atmòsfera.

La capa llímit planetària (CLP), també coneguda com la capa llímit atmosfèrica (CLA), és la part més baixa de l'atmòsfera i el seu comportament està directament influït pel seu contacte en la superfície planetària. També es coneix com la "capa d'intercanvi".

Hi ha un gradient de potencial a nivell del sol, que correspon a la càrrega negativa en i prop de la superfície de la Terra. Este gradient de potencial negatiu disminuïx ràpidament a mida que aumenta l'altitut. La major part d'este gradient de potencial es troba en els primers quilómetros. Pel contrari, el gradient de potencial positiu aumenta ràpidament a mida que aumenta l'altitut.

Tormentes elèctriques i rajos

Archiu:Global lightning strikes.png

Mapa mundial que mostra la freqüència dels rajos, en centelleigs/centellejos per km² per any (proyecció en àrees iguals). Els rajos cauen en major freqüència en la República Democràtica del Congo. Senyes combinades del Optical Transient Detector (1995-2003) i del Lightning Imaging Sensor (1998-2003).

Artícul principal → Tormenta elèctrica.

Si es coneix la cantitat d'aigua que es condensa i, posteriorment, precipita d'un núvol, llavors es pot calcular l'energia total d'una tormenta. Per terme mig, en una tormenta, l'energia lliberada ascendix a prop de 10.000.000 quilovats-hora (3,6 ((i | 13)) juliol), lo que és equivalent a uns 20 kilotones. Una gran tormenta elèctrica podria aplegar a tindre de 10 a 100 voltes més energia.

Com es formen inicialment els rajos seguix sent un tema de debat: Els científics han estudiat causes que van des dels destorbament atmosfèrics (vent, humitat i pressió atmosfèrica) a l'impacte del vent solar i a l'acumulació de partícules solars carregades. El gèl en l'interior d'un núvol es pensa que és un element clau en el desenroll dels rajos, i pot causar una separació forçosa de les càrregues positives i negatives dins del núvol, ajudant aixina a la formació del raig.

Una llampada mija transporta una corrent elèctrica negativa de 40 kiloamperios (ka) (encara que per a algunes llampades pot ser de fins a 120 ka), i les transferències de càrrega de 5 coulombio s i 500 MJ, o l'energia suficient per a alimentar a una pera de 100 vats durant dos mesos. La tensió depén de la llampada, en una ruptura dielèctric de l'aire de tres millons de volt s per metro, açò supon aproximadament un gigavoltio (mil millons de volts) per a una llampada de 300 m. En una corrent elèctrica de 100 ka, açò supon una potència de 100 teravatios. No obstant, el desenroll del raig principal no és una simple qüestió de ruptura dielèctrica, i els camps elèctrics de l'ambient requerits per a la propagació del raig principal pot ser alguns órdens de magnitut menor que la força de ruptura dielèctrica. Ademés, el gradient de potencial dins d'un canal de tornada ben desenrollada és de l'orde de centenars de volts per metro o menor per l'intensa ionisació del canal, resultant en una potència verdadera de l'orde de megavats per metro per a una corrent de tornada vigorosa d'uns 100 ka.

Archiu:Lightnings sequence 1.jpg

Seqüència d'un raig (duració: 0.32 segons)

Electrificació en l'aire

l'electrostàtica consistix en l'acumulació de càrrega en la superfície dels objectes pel contacte en atres superfícies. A pesar de que l'intercanvi de càrrega ocorre sempre que dos superfícies contacten i se separen, els efectes de l'intercanvi de càrrega en general solament es nota quan a lo manco una de les superfícies té una alta resistència a la corrent elèctrica. Açò es deu a les càrregues que es transferixen cap a o des de la superfície d'alta resistència, són més o menys atrapats allí durant un temps suficientment llarc per a que els seus efectes s'observen. Estes càrregues permaneixen llavors en l'objecte fins que siguen descarregades a terra o siguen ràpidament neutralisades per una descàrrega: per eixemple, el familiar fenomen de la 'purna' estàtica és causada per la neutralisació de la càrrega acumulada en el cos en contacte en superfícies no conductores.

El fòc de Sant Telmo és un fenomen elèctric en el que es crea un plasma lluminós per una descàrrega en corona procedent d'un objecte en conexió a terra. El raig en bola és a sovint erròneament identificat com un fòc de Sant Telmo. Són fenomens separats i distints. Encara que es denomina “fòc”, el fòc de Sant Telmo és, de fet, un plasma. El fòc de Sant Telmo és una atra fase de l'electricitat atmosfèrica a ser considerada en este context. És també conegut com a fòc de Sant Elías, de Santa Clara, de Sant Nicolás i d'Helena. El fenomen s'observa, per lo general durant una tormenta, en les copes dels arbres, torres, etc, o en els caps dels animals, com un raspall o estrela de llum.

El camp elèctric al voltant de l'objecte en qüestió causes l'ionisació de les molècules d'aire, produint una dèbil resplandor visible en condicions de poca llum. Es requerixen aproximadament 1.000 - 30.000 kV per centímetro per a induir St. Elmo's Fire, no obstant, este número depén molt de la geometria de l'objecte en qüestió.

La solució de l'equació de Poisson per a determinar l'intensitat del camp elèctric al voltant dels colectors nos mostra que els camps elèctrics més alts estaran al voltant dels punts aguts; quant més nítida és la punta, major és el camp elèctric. Açò fa que en dites puntes tendixen a exigir menors nivells de voltage per a produir el mateix resultat ya que els camps elèctrics estan més concentrades en les zones d'alta curvatura, per lo que les descàrregues són més intenses en l'extrem dels objectes en puntes.

Actualment s'està reprenent l'idea de Hermann H. Plauson, que ya en 1922 va propondre recolectar electricitat de l'atmòsfera per mig d'una ret de globos d'heli en la superfície metàlica recoberta en agulles d'aleacions de zinc i de radi, i estacionats a una certa altitut. Hui en dia estos globos estarien recoberts en pintures nanoconductoras (a pur de grafeno, o de nanotubos de carbono) per a incrementar la superfície de «contacte en la atmosfera» i aumentar l'efecte corona que es produïx a nivell nanométrico, aumentant de manera significativa l'intercanvi iònic de càrregues, podent-se aplegar a "recolectar" órdens de magnitut 30 mA/m² >> 2 pA/m², segons les condicions atmosfèriques de la zona.

El fòc de Sant Telmo i les purnes normals poden aparéixer quan un voltage elèctric alt afecta a un gas. El fòc de Sant Telmo s'observa durant les tormentes elèctriques, quan el sol baix de la tormenta està eléctricamente carregat, i hi ha un alt voltage en l'aire entre el núvol i el sol. Les llàgrimes de tensió aparten les molècules d'aire i el gas comença a lluir. El nitrogen i l'oxigen en l'atmòsfera terrestre fan que el fòc de Sant Telmo fluorezca en llum blava o violeta; lo que és similar al mecanisme que fa lluir les lluïxes de neó.

Investigació

Per a detectar la presència de l'electricitat lliure en l'aire, una vareta puntiaguada de metal es va alçar en l'aire varis metros i es va conectar el seu extrem inferior en un electroscopi de làmines d'or. Quan esta vareta es proyecta en l'aire uns pocs metros dels fulls divergixen. Les cometes i els globos s'han utilisat també per a detectar i, per aixina dir, descarregar l'electricitat lliure de l'aire. L'orige de l'electricitat atmosfèrica és encara desconegut. Alguns físics l'han atribuït a la fricció de l'aire en el sol, uns atres a l'oxidació gradual de la vida vegetal i animal, uns atres de nou a l'evaporament, a l'inducció del sol, i les diferències de temperatura.

Baixa altitut

Artícul principal → Electrómetro.

Per a comprovar l'estat elèctric de l'atmòsfera prop de la superfície de la terra, és suficient l'electrómetro de Volta. Un electrómetro és un instrument que servix per a indicar i medir l'electricitat. El que acabem de mencionar es compon d'un tarro de cristal, coronat per una vareta metàlica puntaguda, i en l'extrem inferior de la vareta, que entra en el tarro, estan unides débilmente dos fines làmines. La vareta puntaguda, arreplega l'electricitat de l'aire, els dos làmines queden llavors igualment electrificadas i es repelixen una d'una atra, l'amplitut de la divergència, medix l'intensitat del decorregut.

Alta altitut

Artícul principal → Globo atmosfèric.

Els experiments es realisen en les regions més altes de l'atmòsfera en l'ajuda de cometas i globos. La cadena de la cometa deu ser d'un conductor fi, a fi de transmetre l'electricitat des del cel, i també deu estar aïllat, unint l'extrem inferior, a una cordonera de seda o una columna de vidre. Menuts globos estacionarios s'ampren a voltes, les cadenes dels quals són acondicionades i tancades de la mateixa forma. Ocasionalment els meteoròlecs ascendixen en globos a fi de fer observacions.

Raer

Un eixida de rajos consistix en un llançador d'eixides que està en comunicació en un dispositiu de detecció que medix la presència dels canvis electrostàtics i iònics en les proximitats del llançador d'eixides que també dispara l'eixida llançador. Este sistema està dissenyat per a controlar el temps i l'ubicació d'un raig.

Bibliografia

• Transcript of hand-written article signed by Dr. Mahlon Loomis, January 7, 1872. (from Ràdio News, November, 1922, pages 974-978 (Loomis lecture extract))
• "^{[enllaç trencat]}", dge.inpe.br.
• 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 Gilbert, "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. Séries A, Containing Papers of a Mathematical and Physical Character, Vol. 85, No. 577 (May 10, 1911), pp. 175-199

Publicacions científiques

Artículs

• Anderson, F. J., and G. D. Freier, "Interactions of the thunderstorm with a conducting atmosphere". J. Geophys. Res., 74, 5390-5396, 1969.
• Brook, M., "Thunderstorm electrification", Problems of Atmospheric and Space Electricity. S. C. Coroniti (Ed.), Elsevier, Ámsterdam, pp. 280-283, 1965.
• Farrell, W. M., T. L. Aggson, E. B. Rodgers, and W. B. Hanson, "Observations of ionospheric electric fields above atmospheric weather systems", J. Geophys. Res., 99, 19475-19484, 1994.
• Fernsler, R. F., and H. L. Rowland, "Models of lightning-produced sprites and elves". J. Geophys. Res., 101, 29653-29662, 1996.
• Fraser-Smith, A. C., "ULF magnetic fields generated by electrical storms and their significance to geomagnetic pulsation generation". Geophys. Res. Lett., 20, 467-470, 1993.

• Krider, E. P., and R. J. Blakeslee, "The electric currents produced by thunderclouds". J. Electrostatics, 16, 369-378, 1985.
• Lazebnyy, B. V., A. P. Nikolayenko, V. A. Rafal'skiy, and A. V. Shvets, "Detection of transverse resonances of the Earth-ionosphere cavity in the average spectrum of VLF atmospherics". Geomagn. Aeron., 28, 281-282, 1988.
• Ogawa, T., "Fair-weather electricity". J. Geophys. Res., 90, 5951-5960, 1985.
• Sentman, D. D., "Schnmann resonance spectra in a two-scale-height Earth-ionosphere cavity". J. Geophys. Res., 101, 9479-9487, 1996.
• Wåhlin, L., "Elements of fair weather electricity". J. Geophys. Res., 99, 10767-10772, 1994.

General

• Louis Agricola Bauer, John Adam Fleming, Terrestrial Magnetism and Atmospheric Electricity. University of Cincinnati 1919.

Enllaços externs

• Orville, Dick, "Atmospheric Electricity-related terms". (American Meteorological Society, Glossary of Meteorology, Second Edition, 2000.)
• "International Commission on Atmospheric Electricity". Commission of the International Association Of Meteorology And Atmospheric Physics.
• "Lightning and Atmospheric Electricity". Global Hydrology and Climate Center, NASA.
• Kieft, Sandy, "The Langmuir Laboratory for Atmospheric Research". New Mexico Institute of Mining & Technology.
• "Power from the Air". Science and invention (Formerly Electrical Experimenter), Feb. 1922, no. 10. Vol IX, Whole No. 106. New York. (nuenergy.org)
• "Power from the Air". Science and invention (Formerly Electrical Experimenter), March 1922. (nuenergy.org).
• "RF Energy via Ionosphere
• Archivat el 3 de juny de 2016 archivat en Wayback Machine.". RF Energy Concepts Sec. 101 Rev. Nov., 2003
• Peter Winkler, "Early observations of and knowledge on air electricity and magnetism at Hohenpeißenberg during the Palatina [2] archivat en Wayback Machine.". German Weather Service, Meteorological Observatory. (PDF)
• "Atmospheric Electricity". Meridian International Research.
• Do cosmic rays cause lightning? Ask the Experts - sciam.com January 24, 2008
• "The Earth's Electrical Environment". CPSMA, USA National Academies Press.
• The Global Circuit [3] archivat en Wayback Machine., phys.uh.edu
• Soaking in atmospheric electricity [4] archivat en Wayback Machine. 'Fair weather' measurements important to understanding thunderstorms. science.nasa.gov
• Atmospheric Electricity HomePage, uah.edu
• Tjt, Fair-weather atmospheric electricity. ava.fmi.fi
• ICAE - International Commission on Atmospheric Electricity Homepage