大氣漏電電流

大氣漏電電流是一種物理天氣現象,一般取天地之間的總電流為1800安培。

基本介紹

  • 中文名:大氣漏電電流
  • 電場強度  :120伏特/米
  • 總電量:   -5×105庫侖
  • 電荷密度  : —3×10-2靜電單位/米3
簡介,參考參數,

簡介

我們已經知道,大氣是帶電,全球各處都有大氣電場,由於這個大氣電場的存在,使高空大氣相對於地面具有3×105伏特的正電壓。這就是說,在上層大氣和下層大氣之間,強加了一個高達3×105伏特的電壓,而空氣並非良好的絕緣體,大氣中必然有電流流過。
Kraakevik(1958)在污染較小的格陵蘭上空進行觀測,得到了晴天大氣的傳導電流為3.7×10-16安培/厘米2的結果,它幾乎不隨高度而變。Gobb(1968)研究了1961年夏威夷某一區域上空3.4公里的高度上和信風逆溫層上面的晴空中所作的觀測,得到了電流的平均傳導值為5.4×10-16安培/厘米2。通過測量不同高度電導率,再根據它們的變化情況就可以計算出單位氣柱的電阻。Gish和Sherman(1936)利用他們的氣球測量結果,推導出大氣氣柱的電阻為1021歐姆/厘米2,而地球的總面積約為5×1018平方厘米,這意味著整個大氣的電阻為200歐姆。Kraakevik在格陵蘭測得的氣柱電阻為8×1020歐姆/厘米2,由此推出整個大氣的電阻為160歐姆。
如果大氣的電阻為160歐姆,那么,根據歐姆定律,就可以算出天與地之間的總電流,約為
I=V/R=(3×105)/160)=1875(安培)
全球大氣的實際電阻要比160歐姆略大,所以一般取天地之間的總電流為1800安培。

參考參數

晴天時大氣電場幾個參量的平均值
序號 參量 平均值
1 地面電場強度 120伏特/米
2 地表面電荷密度 -3×10-4靜電單位/厘米2
3 地面總電量 -5×105庫侖
4 空間電荷密度 —3×10-2靜電單位/米3
5 天-地電流密度 2—4×10-16安培/厘米2
6 天-地總電流強度 1800安培
7 大氣總電阻 160歐姆
8 地面與高空之間的電位差 3×105伏特
如果地球表面所帶電荷Q=-5×105庫侖,而這些電荷以I=1800安培的電流強度流走且得不到任何補充的話,那么這些電荷可以在地面保持的時間為
t=∣Q∣/I=5×105庫侖/1800安培≈278秒≈4.6分
這就是說,在晴天時,我們可以把地球表面與高空導電的大氣層(即電離層)看成是一個攜帶有電荷量為-5×105庫侖的球形電容器,在這個球形電容器(即高層大氣與地面)之間存在一個強度為1800安培的漏電電流。由於有這個漏電電流,如果地球表面的電荷不增加,那么大約4分半鐘之後,地球表面的電荷將會消失殆盡。然而,觀測表明,地球表面的電荷從來就沒有消失過,且保持著相對穩定。這說明地球存在著補充電子的再生機制。

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