Электрический заряд у поверхности земли

Многочисленные публикации по этой теме посвящены процессу протекания разряда и догадкам об отдельных сторонах его природы. Объясним возникающий феномен в рамках закона сохранения и превращения энергии определенного вида. Электрический разряд представляет собой упорядоченное и направленное движение массы электрически заряженных частиц в некотором объеме V. Между тем любое движение тяжелой массы связано с преодолением силы тяжести. Для основного состояния газа характерно хаотическое неупорядоченное движение — тепловое движение образующих его частиц в пределах свободного пробега. Такое состояние относительной неподвижности частиц газа сложилось в результате силы тяготения. Соответствующая энергия Wo1 записывается нами в знакомом по предыдущим примерам виде:

, (14)

где m — масса газа, заключенного в объеме V с характерным линейным размером l и плотностью r ; g — ускорение свободного падения. Возмущение основного состояния газа возникает в результате воздействия на него электромагнитного поля. Собственная энергия возмущения газа определяется нами как энергия электрического поля свободных зарядов в объеме V:

W* = V,

где Е, e — напряженность электрического поля и абсолютная диэлектрическая проницаемость газа соответственно.

Объединяя энергии W*, Wо1 в энергетическом пороговом соотношении, получаем необходимое и достаточное условие существования газа как диэлектрической среды:

E/Ep £ 1, E £ Ep, Ep = , e = e ¢ e 0, e 0 = 8,85 ´ 10-12 Ф/м, (15)

где Ер — напряженность при разряде — разрядная напряженность; e ¢ — относительная диэлектрическая проницаемость. Нарушение соотношения (15) приводит к распаду единой целостной среды, каковой являлся до этого газ. Возникает упорядоченное внешним силовым полем и направленное движение электронов — электрический разряд. Соотношение (15) находится в согласии с экспериментальными данными, известными в [11], в частности зависимость разрядной мощности Рр от давления р (атм):

Рр ~ р, Рр ~ Ер2.

Если учесть, что плотность связана с Р, атм, и температурой T, K, известным выражением

,

то получим из (15) искомую зависимость. Зависимость Ер(l ), где l — длина волны, приведенную в литературе, можно объяснить исходя из зависимости коэффициента преломления n = n(l )= . Легко усмотреть родственность электрического разряда и трещины в геофизической среде (§ 2.3). Действительно, одинаковые правые части Wо1 в выражениях (8), (14) предопределяют одинаковый исход: среда, некогда единая и целостная, разбивается на части. Различие левых частей W* в соответствующих соотношениях приводит к отличным языкам (механизмам) описания (протекания) такого исхода в каждом из рассматриваемых случаев. Можно сказать, что разряд — это электрическая трещина, возникающая в газовой среде. Следующее основное состояние, на которое переключается газ, и соответствующая энергия характеризуют принадлежность данной массы газа определенному эквипотенциальному уровню:

W02 = mgl,

соотношение между W* и Wо2

E £ Ep

однозначно определяет вытекающие из этого основного состояния события. Нарушение этого энергетического порогового соотношения приводит к перемещению разряда в пространстве по мере увеличения энергии W*. Газ усваивает возрастающую энергию W* посредством перемещения разряда в область все более высокого эквипотенциального уровня в поле электрической силы, т.е. к источнику электрической энергии. Аналогично предыдущим случаям соотношение вида (15) выполняет роль коэффициента подобия для различных сценариев электрического разряда в газовой среде.