El circuito eléctrico atmosférico global es el curso del movimiento continuo de la electricidad atmosférica entre la ionosfera y la Tierra . A través de la radiación solar , las tormentas eléctricas y las condiciones de buen tiempo , la atmósfera está sujeta a una corriente eléctrica continua y sustancial .
Principalmente, las tormentas eléctricas en todo el mundo llevan cargas negativas a la tierra, que luego se descargan gradualmente a través del aire cuando hace buen tiempo. [1]
Este circuito atmosférico es fundamental para el estudio de la física atmosférica y la meteorología . Se utiliza en la predicción de tormentas eléctricas , [2] y fue fundamental para la comprensión de la electricidad . En el pasado se ha sugerido como fuente de energía disponible o plataforma de comunicaciones .
El circuito eléctrico global también se aplica al estudio de la salud humana y la contaminación del aire , debido a la interacción de iones negativos y aerosoles . Se desconoce el efecto del calentamiento global y la sensibilidad a la temperatura del circuito eléctrico de la Tierra. [3]
Historia
En el siglo XVIII, los científicos comenzaron a comprender el vínculo entre los rayos y la electricidad. Además de los icónicos experimentos con cometas de Benjamin Franklin y Thomas-François Dalibard , John Canton , Giambatista Beccaria y John Read realizaron algunos estudios iniciales de cargas eléctricas en una "atmósfera sin nubes" . [4]
En 1752, Louis-Guillaume Le Monnier observó la electrificación con buen tiempo. Varios otros realizaron mediciones a lo largo del siglo XVIII, y a menudo encontraron variaciones diurnas constantes. Durante el siglo XIX, se realizaron varias series largas de observaciones. Las mediciones cerca de las ciudades se vieron fuertemente influenciadas por la contaminación por humo. A principios del siglo XX, los ascensos en globos proporcionaron información sobre el campo eléctrico en la atmósfera superior . El buque de investigación Carnegie realizó un trabajo importante , que produjo mediciones estandarizadas alrededor de los océanos del mundo (donde el aire es relativamente limpio).
CTR Wilson fue el primero en presentar una teoría de un circuito global en 1920.
Mecanismo
Relámpago
Los rayos caen sobre la tierra 40.000 veces al día, [1] y se puede pensar que cargan la tierra [ aclaración necesaria ] como una batería. Las tormentas generan una diferencia de potencial eléctrico entre la superficie terrestre y la ionosfera, principalmente por medio de rayos [ ¿cómo? ] . Debido a esto, la ionosfera está cargada positivamente en relación con la Tierra. En consecuencia, siempre hay una pequeña corriente que transporta partículas cargadas entre la ionosfera y la superficie.
Buen clima
Esta corriente es transportada por una pequeña cantidad de iones presentes en la atmósfera (generados principalmente por rayos cósmicos en la atmósfera superior y por radiactividad cerca de la superficie). Diferentes ubicaciones y condiciones meteorológicas en la tierra pueden tener diferente conductividad eléctrica . La condición de buen tiempo describe el estado de la electricidad atmosférica donde el aire transporta esta corriente eléctrica entre la tierra y la ionosfera .
Medición
Los voltajes involucrados en el circuito de la Tierra son significativos. A nivel del mar , el gradiente potencial típico con buen tiempo es de 120 V / m. No obstante, dado que la conductividad del aire es limitada, las corrientes asociadas también lo son. Un valor típico es 1800 A en todo el planeta. Cuando no llueve ni hace tormentas, la cantidad de electricidad en la atmósfera [ aclaración necesaria ] suele estar entre 1000 y 1800 amperios. En condiciones de buen tiempo, hay alrededor de 3,5 microamperios por kilómetro cuadrado (9 microamperios por milla cuadrada). [5] Esto puede producir una diferencia de más de 200 voltios entre la cabeza y los pies de una persona normal.
Las turbulencias locales, los vientos y otras fluctuaciones también causan pequeñas variaciones en el campo eléctrico de buen tiempo, lo que hace que la condición de buen tiempo sea parcialmente regional. [3]
Curva de Carnegie
La corriente eléctrica de la Tierra varía de acuerdo con un patrón diario llamado curva de Carnegie, que se cree que es causada por las variaciones diarias regulares en la electrificación atmosférica asociada con las regiones climáticas de la Tierra. [6] El patrón también muestra variaciones estacionales, vinculadas a los solsticios y equinoccios de la Tierra. Lleva el nombre de la Carnegie Institution for Science .
Ver también
- Geofísica
- Campo magnético de la tierra
- Sprites y relámpagos
- Carga espacial
- Corrientes telúricas
Fuentes externas
Publicaciones
- Le Monnier, L.-G .: "Observations sur l'Electricité de l'Air", Histoire de l'Académie royale des sciences (1752) , págs. 233ss. 1752.
- Sven Israelsson, Sobre la concepción de las condiciones meteorológicas favorables en la electricidad atmosférica. 1977.
- Ogawa, T., "Electricidad en buen tiempo". J. Geophys. Res., 90, 5951–5960, 1985.
- Wåhlin, L., "Elementos de la electricidad en buen tiempo". J. Geophys. Res. 99, 10767-10772, 1994
- RB Bent, WCA Hutchinson, mediciones de carga espacial eléctrica y el efecto de electrodo dentro de la altura de un mástil de 21 m . J. Atmos. Terr. Phys, 196.
- Bespalov PA, Chugunov Yu. V. y Davydenko SS, Generador eléctrico planetario en condiciones de buen tiempo con conductividad atmosférica dependiente de la altitud , Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics, v.58, # 5, pp. 605–611, 1996
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- T Ogawa, Variación diurna de la electricidad atmosférica . J. Geomag. Geoelect, 1960.
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- J. Law, La ionización de la atmósfera cerca del suelo con buen tiempo . Revista trimestral de la Royal Meteorological Society, 1963
- T. Marshall, WD Rust, M. Stolzenburg, W. Roeder, P. Krehbim Un estudio de campos eléctricos mejorados en tiempo justo que ocurren poco después del amanecer .
- R Markson, Modulación del campo eléctrico de la tierra por radiación cósmica . Naturaleza , 1981
- Clark, John Fulmer, The Fair Weather Atmospheric Electric Potential and its Gradient .
- PA Bespalov, Yu. V. Chugunov y SS Davydenko, generador eléctrico planetario en condiciones de buen tiempo con conductividad atmosférica dependiente de la altitud .
- AM Selva, et al., Un nuevo mecanismo para el mantenimiento del campo eléctrico en condiciones meteorológicas favorables y la electrificación de nubes .
- MJ Rycroft, S. Israelssonb y C. Pricec, El circuito eléctrico atmosférico global, la actividad solar y el cambio climático .
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- Bespalov, PA; Chugunov, Yu. V .; Davydenko, SS Generador eléctrico planetario en condiciones de buen tiempo con conductividad atmosférica dependiente de la altitud . Revista de Física Atmosférica y Terrestre.
- AJ Bennett, RG Harrison, un instrumento eléctrico atmosférico simple para uso educativo
Patentes
- Patente estadounidense 6,974,110 Método y aparato para convertir energía potencial electrostática
- Patente de EE.UU. 4.931.739 Medidor para medir la carga eléctrica de un cuerpo. Arthur H. MacLaren
- Patente de Estados Unidos 4.130.798 Unímetro para detección e indicación de variación de carga eléctrica. Arthur H. Maclaren
- Patente de EE.UU. 3.925.726 SENSOR DE CAMPO ELÉCTRICO. Arthur A. Pocos
- Patente de Estados Unidos 3.694.754 Otto J. Baltzer.
- Patente de Estados Unidos 3.311.108
- Patente de EE. UU. 3,121,196 INSTRUMENTO DE MEDICIÓN ELÉCTRICA. Hafez W. Kasemir. (ed., asignado a los Estados Unidos de América como representado por el Secretario del Ejército de Aire)
Referencias
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- Singh, AK (2011). "Acoplamiento electrodinámico de la atmósfera y la ionosfera de la Tierra: una descripción general" . Revista Internacional de Geofísica . 2011 : 1–13. doi : 10.1155 / 2011/971302 .
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- ^ Elert, Glenn. "Corriente eléctrica a través de la atmósfera - el libro de datos de física" . hypertextbook.com . Consultado el 3 de noviembre de 2017 .
- ^ Harrison, R. Giles (1 de marzo de 2013). "La curva de Carnegie" . Encuestas en Geofísica . 34 (2): 209–232. Código bibliográfico : 2013SGeo ... 34..209H . doi : 10.1007 / s10712-012-9210-2 . ISSN 0169-3298 .
enlaces externos
- Medios relacionados con el circuito eléctrico atmosférico global en Wikimedia Commons