Меню

Электроемкость земли в фарадах

Scisne ?

Электричество Земного шара

Электрическая ёмкость Земного шара как уединённого проводника составляет примерно
0,7 Ф (фарад). Если рассматривать Земной шар и его ионосферу как сферический электрический конденсатор, то электроёмкость такой системы около 87 Ф. Разность потенциалов между Землёй и ионосферой порядка 300 кВ = 300000 В (вольт). Потенциал ионосферы положителен относительно Земли. Считается, что источником потенциала ионосферы является атмосферная грозовая деятельность. Имеются некоторые доказательства этого утверждения. Электрический заряд, накопленный в ионосфере примерно равен
26,1 миллионов кулон = 26100000 К (кулон). Это соответствует накопленной энергии
3915 ГДж (гигаджоулей) = 3915000000000 Дж (джоулей).

По абсолютной величине это большие значения, но в масштабах космоса это не очень много. Если разделить эти цифры на площадь Земного шара, то на 1 кв.метр поверхности будет приходиться примерно 0,0000005 кулон электрического заряда и 0,00785 джоуля энергии.

Ионосфера Земли порождается излучениями Солнца — ультрафиолетовым и более жестким. Нижняя граница ионосферы находится примерно на высоте 50 км.

Не думаю, что воздействие на ионосферу ВЧ излучением, даже очень мощным, может существенно изменять структуру ионосферы. Излучение будет либо отражаться от ионосферы, либо проходить сквозь нее. Нагревание же ионосферы будет только увеличивать её электропроводность. Во времена воздушных испытаний ядерного оружия, по ионосфере пробовали «ударять ядерными дубинками или кувалдами» и ничего, кроме радиоактивного загрязнения атмосферы, не происходило.

На состояние ионосферы гораздо сильнее влияют химические воздействия, например, аэрозоли, которые могут подниматься с поверхности земли. Возможно, что и выхлопы ракетных двигателей, пролетающих сквозь ионосферу, тоже до некоторой степени влияют на состояние ионосферы.

167 Ом
Так как электроёмкость системы земля-ионосфера около 87 Ф, то постоянная времени разряда получается T = R C = 167 х 87 = 14529 сек или примерно 4 часа.

Читайте также:  Контрольная работа литосфера твердая оболочка земли 5 класс с ответами

Убыль электрических зарядов восполняется грозовыми процессами в атмосфере. Усреднённая мощность этих процессов приблизительно составляет
Р = 300 кВ х 1800 А = 540000 кВт (киловатт) = 540 МВт (мегаватт)
Такая мощность соответствует ежесекундным затратам энергии 540 МДж (мегаджоулей).
По данным космических наблюдений на Земном шаре ежесекундно происходит примерно 50 молниевых электрических разрядов. Тогда получается, что усреднённая энергия подпитки ионосферы одной молнией составляет 540 : 50 = 10,8 МДж. Это небольшая величина от энергии одной молнии. Прикидочные расчеты показывают, что энергия одной молнии может находиться в пределах 500 — 5000 МДж и более. Такое энергетическое соотношение свидетельствует о том, что только малая часть молний «ударяет» в землю и ионосферу.
Наибольшая активность грозовых процессов наблюдается в экваториальных и тропических широтах Земного шара.

Если бы электрическое поле между Землёй и ионосферой было бы однородным, то величина напряженности электрического поля составляла бы примерно
300 кВ / 50 км = 6 В/м (вольт на метр). Но, так как плотность и давление воздуха уменьшаются с высотой, а ионизирующая способность космического излучения увеличивается, то электрическое поле получается неравномерным. Так, вблизи поверхности земли напряженность поля составляет порядка 100 В/м, на высоте 6 км 10 В/м, на высоте 10 км меньше 5 В/м и далее к высоте 50 км постепенно уменьшается до величины близкой к нулю. То есть фактически, электрическое поле оказывается сосредоточенным в тропосфере.

Если учесть неравномерность электрического поля между Землёй и ионосферой, то электроёмкость системы земля-ионосфера получится существенно больше 87 Ф, соответственно больше будут накопленный электрический заряд и энергия. Но так как все получаемые цифры расчетные и проверить их практически затруднительно, то нет смысла акцентироваться на этих поправках.

В наэлектризованной грозовой туче снизу скапливаются отрицательные заряды, а сверху положительные. Отрицательные заряды индуцируют на нижележащем участке земной поверхности положительные заряды, которые способствуют пробою воздушного промежутка и сбросу отрицательных зарядов в землю. В тоже время, положительные заряды с верха тучи, посредством разновидностей искрового, коронного или тлеющего электрических разрядов, через тропосферу и стратосферу перетекают в ионосферу. Движущей силой такого процесса является высокая величина электрического потенциала, значительно превышающая потенциал ионосферы. Вид наблюдаемых надоблачных электрических разрядов «Эльфы», «Джеты», «Спрайты» и т.д., вероятно, зависит от конкретных физико-химических условий процесса. Основную роль в формировании электропроводящих каналов в атмосфере, по-видимому, играют высокоэнергетические космические частицы.

Ток утечки из ионосферы в землю порядка 1500 — 1800 ампер компенсируется «подзарядкой» молниевыми разрядами грозовых облаков. Ток 1500 ампер соответствует перетеканию электрических зарядов величиной 1500 кулон в секунду. Полагая, что в землю и ионосферу «ударяет» порядка 10 — 20 молний в секунду, получаем, что одна молния переносит в среднем от 75 до 150 кулон электрического заряда. Так как время основной части молниевого разряда находится в пределах 0,001 — 0,0001 сек, амплитуда тока разряда получается от 75 до 1500 килоампер. В реальности разряд происходит несколькими порциями, поэтому амплитуда тока может быть в несколько раз меньше.

Искра длиной 10 мм в миллион раз короче, чем молния длиной 10 км. Поэтому время основной части искрового разряда в миллион раз меньше молниевого, что составляет миллиардные доли секунды. Но послесвечение канала искры длится гораздо дольше и может составлять тысячные доли секунды.

Конденсатор ёмкостью 0,01 мкФ (микрофарад), заряженный до напряжения 20 кВ (киловольт), имеет накопленный электрический заряд 0,0002 кулон и энергию 2 Дж (джоуля). Числа небольшие, но для живых организмов это смертельно опасные величины. Если 0,0002 кулон разделить на миллиардную долю секунды, то амплитуда тока получится 200 килоампер. В реальности активное и индуктивное сопротивление проводов уменьшат эту величину в 50 — 100 раз и амплитуда тока составит несколько килоампер. Но соответственно увеличится время протекания процесса. Сопротивление тела живого организма для искры составляет порядка
1 кОм (кило-Ом). Поэтому амплитуда тока будет
20 кВ / 1 кОм = 20 ампер, а постоянная времени процесса
T = R C = 1 кОм х 0,01 мкФ = 0,01 мсек (миллисекунд) = 10 мксек (микросекунд)

2000 пФ = 0,002 мкФ, выходное напряжение до 15 кВ. Энергия искры получается около
0,3 Дж, протекший электрический заряд 0,000045 кулон.

Ещё интересный факт.
При вставлении штепсельной вилки питания компьютера в розетку происходит искрение. Наверное, из-за импульса зарядки конденсаторов в блоке питания. Сегодня, при этом из одного гнезда выскочила светящаяся искорка, желто-оранжевого цвета, диаметром не более 0,1 мм. Эта светящаяся точка пролетела горизонтально примерно 8 см по закруглённой траектории с радиусом кривизны около 2 см и «растаяла» в воздухе. Время движения составило порядка
0,5 сек. То есть скорость движения была

16 см/сек = 0,16 м/сек. Штеккера у вилки латунные, гнёзда в розетке медные. Что-то похожее было в прошлом месяце. Тоже из одного гнезда выскочил сноп искр, но пролетел веером прямолинейно, примерно 5 см за 0,1 — 0,2 сек и «растаял» в воздухе.

Эти примеры к тому, что только сегодня я утверждал, что послесвечение канала искры может составлять тысячные доли секунды. И вот те на, какие-то недоступные моему пониманию силы намекают мне, что искры могут существовать и дольше.

Источник

Российские химики разработали полимерные катоды для сверхбыстрых аккумуляторов

Спрос на литий-ионные аккумуляторы постоянно растет, но сырье для их изготовления ограничено, и ученые ищут другие варианты этой технологии. Российские исследователи из Сколтеха, РХТУ и ИПХФ синтезировали новые катодные материалы на основе полимеров и испытали их в литиевых двухионных батареях. Они показали, что такие катоды могут выдерживать до 25,000 циклов работы, а также заряжаться за несколько секунд, что превосходит возможности современных литий-ионных аккумуляторов. Также с применением новых катодов могут быть созданы калиевые двухионные аккумуляторы, не использующие дорогостоящий литий. Результаты работы опубликованы в журнале Energy Technology.

Электрическая емкость

Сообщим электрический заряд некоторому проводнику.

При этом проводник приобретает электрический потенциал, что можно наблюдать, соединив этот проводник с электроскопом. При увеличении электрического заряда на проводнике увеличивается и его электрический потенциал. Это видно по тому, что листочки электроскопа отклоняются на больший угол.

Способность проводника накоплять электрические заряды, повышая при этом свой электрический потенциал, называется электрической емкостью.

Математически электрическая емкость С представляет собой коэффициент пропорциональности между электрическим зарядом проводника и его электрическим потенциалом.

При электрическом потенциале проводника, равном единице, электрический заряд на нем численно равен его электрической емкости.Таким образом, электрическая емкость проводника численно равна электрическому заряду, изменяющему электрический потенциал этого проводника на единицу измерения потенциала.

Единицей электрической емкости является фарада.

Проводник обладает емкостью в одну фараду если изменение заряда на нем на один кулон (1Кл) изменяет его потенциал на один вольт (1В).

Фарада очень крупная единица; даже такой большой проводник, как наша планета Земля имеет емкость 6,4*10 -4 фарады. В практике приходится иметь дело со значительно меньшими емкостями.

1 фарада = 10 6 микрофарад (мкФ) = 10 9 нанофарад (нФ) = 10 12 пикофарад (пФ).

1 микрофарада (мкФ) = 1000 нФ = 1000000 пФ

Рассмотрим, от каких факторов зависит емкость проводников.

1. Сообщим одинаковые по величине электрические заряды двум металлическим шарам различных размеров. При этом электрический потенциал меньшего шара будет большим по величине, а электрический потенциал большего шара будет меньшим. Применим для этого случая формулу C=q/U. Электрические заряды (т.е. числители) в обоих случаях одинаковы, а электрические потенциалы различны. Следовательно, меньший шар, электрический потенциал которого (знаменатель в формуле) больше, обладает меньшей емкостью, а больший шар — большей емкостью.

Электрическая емкость проводника зависит от его поверхности: чем больше поверхность проводника, тем больше его электрическая емкость

Электрическая емкость проводника не зависит от его массы и материала. Возьмем три шара одинаковых размеров: полый медный, сплошной медный и сплошной алюминиевый — их электрические емкости одинаковы по величине.

2. Электрическая емкость проводника зависит от диэлектрика, в котором находится проводник.

Под действием заряженного проводника в диэлектрике происходит поляризация, Поляризационные заряды, по знаку противоположные заряду проводника, притягиваются к проводнику. Эти заряды частично связывают электрические заряды на проводнике, т. е. частично нейтрализуют их действие. В результате электрический потенциал проводника уменьшается, хотя накопленный на нем электрический заряд остался без изменений. Из формулы C=q/U следует, что при этом увеличивается емкость.

Известно, что величина поляризации диэлектрика характеризуется его диэлектрической проницаемостью ε. Следовательно, емкость проводника зависит от диэлектрической проницаемости диэлектрика, в котором этот проводник находится. Пусть например, емкость проводника в вакууме (или в воздухе) равна Cвак.. Если теперь этот же проводник поместить в диэлектрик с диэлектрической проницаемостью ε, то емкость проводника будет равна: С=Свак.ε.

3. Емкость проводника зависит от наличия вблизи него других проводников.

В результате электростатической индукции под действием заряженного проводника на расположенном вблизи нейтральном проводнике происходит разделение электрических зарядов. При этом на стороне, ближайшей к заряженному проводнику, сосредотачиваются заряды, по знаку противоположные зарядам на этом проводнике. Эти заряды связывают и частично нейтрализуют заряды исследуемого проводника. В результате уменьшается его электрический потенциал при неизменном электрическом заряде на нем. Это значит, что увеличилась электрическая емкость проводника. Чем ближе от исследуемого проводника находятся другие проводники, тем больше будет связанных зарядов и сильнее их действие на исследуемый проводник, значит тем больше емкость этого проводника.

Приведем несколько примеров.

Одно проводная линия связи обладает электрической емкостью, как и всякий проводник, Величина этой емкости зависит от расстояния от провода до земли, которая является вторым проводником, Емкость такой линии невелика, так как это расстояние довольно значительно, а диэлектриком является воздух, характеризующийся малой диэлектрической проницаемостью.Значительно больше емкость двухпроводной линии связи, так как расстояние между проводами во много раз меньше, чем расстояние от каждого провода до земли. Во много раз больше емкость между жилами в электрических кабеля. Это объясняется очень малым расстоянием между жилами кабеля, а также применением между жилами изоляции с большей диэлектрической проницаемостью. Электрические емкости между проводниками в аппаратуре связи оказывают большое влияние на работу этой аппаратуры.

Комментарии могут оставлять только зарегистрированные пользователи

Источник

Основы электротехники сильных токов. Электрические и магнитные явления , страница 4

С увеличением размеров тела возрастает и его электрическая ем­кость. \

Если тело имеет форму шара, то оказывается, что сто электрическая емкость зависит только от радиуса: во сколько раз радиус од­ного шара больше радиуса второго шара, во столько же раз первого шара больше емкости второго шара.

Та Снаиример, шар, радиусом 0,5 м, обладает электрнчеекоа ем­костью в 50 см, так как радиус этбф шара равен 50 см.

Следует заметить., что «сантиметр емкости является абсолютной единицей емкости.

Существуют еще другие практические единицы для измерена электрической емкости:- 1 микрофарада ==|Ш 000 см. .

1 фарада =г 1 000 000 микрофарад.

Фарада представляет весьма большую единицу, что видно что емкость земного шара равна только 707 микрофарадам, т. в.. 0,000707 фарады. 1

Шар, обладающий ёмкость» в 1 фараду, должен был бы иметь ра­диус в 9″миллионов километров.

Подобно тому как емкость всякого сосуда указывает на то количе­ство жидкости, которое можно налить в этот сосуд, электрическая ем­кость тела указывает на его способность воспринять электрический заряд, т. е. на то количество электричества, которое можно иметь на поверхности данного тела.

Однако количество жидкости, налитой в сосуд, зависит еще от уровня, до которого жидкость налита. Подобно этому количество электричества, находящееся на заряженном теле, зависит от электрического уровня, т. е. от электрического потенциала (напряжения) тела.

Чем больше электрическая емкость тела и чем выше напряжение (потенциал) заряда, тем больше будет количество электричества на этом теле.

Бели обозначить буквами: а — количество электричества (эл. заряд), С — электрическую емкость тела, , V—электрический потенциал (напряжение), то можно написать следующую Формулу:

В этой формуле qдолжно быть выражено в кулонах, емкость С — в фарадах, а напряжение У—в вольтах. 2

Теперь становится понятным, почему такую большую единицу, как фарада, приняли, за единицу, так как отношение числа вольт к числу кулонов равно числу фарад:,

Однако в практической жизни пользуются не фарадами, а болоо удобными для применения единицами — микрофарадами.

Пример 2. Имеется шар, радиусом 1,5 м, заряженный до электрического потенциала. 10000 вольт. Определить количество электричества на этом шаре.

, См. пример 3 на следующей странице.

Веди же в формуле, связывающей количество электричества д с емкостью С и напряжением У, выразить количество электричества в абсолютных единицах, а емкость С — в сантиметрах, то не следует забывать, что в этом случае яапряжс-

ние У должно быть выражено в абсолютных единицах.

Решение. Емкость шара равна числу сантиметра* радиусу а потому,

Количествоэлектричества:

Пример3. Найти емкость земного шара.

Решение. Известно, что 1 метр равен одной десятимиллионной части чет­верти меридиана. Следовательно, 1 м меньше окружности земного шара (меридиана) в 40 миллионов раз; отсюда следует, что длина окружности земного шара равна 40 миллионам Метров:

откуда радиус земного шара равен:

Емкость земного шара равна числу сантиметров его радиуса, а потому: или

§ 10. Электрическая индукция.

Произведем любопытный опыт: возьмем шар А и наэлектризуем его, допустим, положительным электричеством (рис. 24)’. Возьмем еще другой шар В, который перед опытом не был заряжен; оказывается, что шар В, находясь от шара А на некотором расстоянии, сам электризуется, причем на одной стороне шара В, обращенной к заряженному шару, получается или, как говорят, индуктируется отрицательное электричество, а на противоположной стороне — положительное электричество. При этом шар А, возбуждая, или индуктируя, электричество на шаре В, сам нисколько не теряет своего собственного заряда. Следовательно, электричество на шаре В возникло под влиянием шара А; такое явление называется электрический
индукцией, или электризацией»* через
влияние.\; .

Итак, явление электрической индукции состоит в том, что под влия­нием заряженного тела на приближенном к нему другом проводящем толп одновременно индуктируются оба рода электричества: электриче­ство, разноименное с заряженным телом, притягивается на сторону, ближайшую к заряженному телу, а одноименное электричество отталкивается заряженным телом в противоположную сторону.

Если удалить шар В от шара А, то положительное электричество • на шаре В снова соединится с отрицательным; они друг друга уничтожат, и на шаре В не будет обнаруживаться никакого присутствия электрического заряда.

Другая картина получится, если мы, приблизив шар В к заряжен­ному шару А, дотронемся до него рукой или вообще соединим его с землей (рис. 25). При этом только часть электричества на теле В уйдет в землю; это электричество называется свободным электричеством. Другая же часть, называемая связанным электричеством, в землю уйти не может, так как будет притягиваться зарядом тела А. Уничто­жим теперь соединение с землей и удалим шар В от шара А; тогда шар В останется наэлектризованным отрицательным электричеством, так как ему не с чем соединиться.

Совершенно подобная картина получилась бы, если бы шар А был заряжен отрицательным электричеством; в этом случае на поверхности шара В также появилось бы два рода электричества: связано — по­ложительное и свободное — отрицательное электричество.: При соединении шара В с землей свободное отрицательное электричество уйдет в землю, а связанное положительное электричество останется на поверх­ности шара В.

Явлением электрической индукции можно объяснить причину при­тяжения наэлектризованными телами различных легких предметов. Дей­ствительно, возьмем стеклянную палочку, наэлектризованную положи­тельным электричеством (рис. 26), и приблизим к шарикам, сделан­ным из пробил. Под влиянием электрической индукции в каждом, ша­рике возникнут два рода электричества: отрицательное и положитель­ное. Отрицательный заряд будет притягиваться к палочке, а положи­тельный будет от нее отталкиваться, но притяжение окажется сильнее отталкивания, так как отрицательный заряд расположен к наэлектри­зованной палочке ближе, чем положительный.

  • АлтГТУ 419
  • АлтГУ 113
  • АмПГУ 296
  • АГТУ 267
  • БИТТУ 794
  • БГТУ «Военмех» 1191
  • БГМУ 172
  • БГТУ 603
  • БГУ 155
  • БГУИР 391
  • БелГУТ 4908
  • БГЭУ 963
  • БНТУ 1070
  • БТЭУ ПК 689
  • БрГУ 179
  • ВНТУ 120
  • ВГУЭС 426
  • ВлГУ 645
  • ВМедА 611
  • ВолгГТУ 235
  • ВНУ им. Даля 166
  • ВЗФЭИ 245
  • ВятГСХА 101
  • ВятГГУ 139
  • ВятГУ 559
  • ГГДСК 171
  • ГомГМК 501
  • ГГМУ 1966
  • ГГТУ им. Сухого 4467
  • ГГУ им. Скорины 1590
  • ГМА им. Макарова 299
  • ДГПУ 159
  • ДальГАУ 279
  • ДВГГУ 134
  • ДВГМУ 408
  • ДВГТУ 936
  • ДВГУПС 305
  • ДВФУ 949
  • ДонГТУ 498
  • ДИТМ МНТУ 109
  • ИвГМА 488
  • ИГХТУ 131
  • ИжГТУ 145
  • КемГППК 171
  • КемГУ 508
  • КГМТУ 270
  • КировАТ 147
  • КГКСЭП 407
  • КГТА им. Дегтярева 174
  • КнАГТУ 2910
  • КрасГАУ 345
  • КрасГМУ 629
  • КГПУ им. Астафьева 133
  • КГТУ (СФУ) 567
  • КГТЭИ (СФУ) 112
  • КПК №2 177
  • КубГТУ 138
  • КубГУ 109
  • КузГПА 182
  • КузГТУ 789
  • МГТУ им. Носова 369
  • МГЭУ им. Сахарова 232
  • МГЭК 249
  • МГПУ 165
  • МАИ 144
  • МАДИ 151
  • МГИУ 1179
  • МГОУ 121
  • МГСУ 331
  • МГУ 273
  • МГУКИ 101
  • МГУПИ 225
  • МГУПС (МИИТ) 637
  • МГУТУ 122
  • МТУСИ 179
  • ХАИ 656
  • ТПУ 455
  • НИУ МЭИ 640
  • НМСУ «Горный» 1701
  • ХПИ 1534
  • НТУУ «КПИ» 213
  • НУК им. Макарова 543
  • НВ 1001
  • НГАВТ 362
  • НГАУ 411
  • НГАСУ 817
  • НГМУ 665
  • НГПУ 214
  • НГТУ 4610
  • НГУ 1993
  • НГУЭУ 499
  • НИИ 201
  • ОмГТУ 302
  • ОмГУПС 230
  • СПбПК №4 115
  • ПГУПС 2489
  • ПГПУ им. Короленко 296
  • ПНТУ им. Кондратюка 120
  • РАНХиГС 190
  • РОАТ МИИТ 608
  • РТА 245
  • РГГМУ 117
  • РГПУ им. Герцена 123
  • РГППУ 142
  • РГСУ 162
  • «МАТИ» — РГТУ 121
  • РГУНиГ 260
  • РЭУ им. Плеханова 123
  • РГАТУ им. Соловьёва 219
  • РязГМУ 125
  • РГРТУ 666
  • СамГТУ 131
  • СПбГАСУ 315
  • ИНЖЭКОН 328
  • СПбГИПСР 136
  • СПбГЛТУ им. Кирова 227
  • СПбГМТУ 143
  • СПбГПМУ 146
  • СПбГПУ 1599
  • СПбГТИ (ТУ) 293
  • СПбГТУРП 236
  • СПбГУ 578
  • ГУАП 524
  • СПбГУНиПТ 291
  • СПбГУПТД 438
  • СПбГУСЭ 226
  • СПбГУТ 194
  • СПГУТД 151
  • СПбГУЭФ 145
  • СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 379
  • ПИМаш 247
  • НИУ ИТМО 531
  • СГТУ им. Гагарина 114
  • СахГУ 278
  • СЗТУ 484
  • СибАГС 249
  • СибГАУ 462
  • СибГИУ 1654
  • СибГТУ 946
  • СГУПС 1473
  • СибГУТИ 2083
  • СибУПК 377
  • СФУ 2424
  • СНАУ 567
  • СумГУ 768
  • ТРТУ 149
  • ТОГУ 551
  • ТГЭУ 325
  • ТГУ (Томск) 276
  • ТГПУ 181
  • ТулГУ 553
  • УкрГАЖТ 234
  • УлГТУ 536
  • УИПКПРО 123
  • УрГПУ 195
  • УГТУ-УПИ 758
  • УГНТУ 570
  • УГТУ 134
  • ХГАЭП 138
  • ХГАФК 110
  • ХНАГХ 407
  • ХНУВД 512
  • ХНУ им. Каразина 305
  • ХНУРЭ 325
  • ХНЭУ 495
  • ЦПУ 157
  • ЧитГУ 220
  • ЮУрГУ 309

Полный список ВУЗов

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

Источник

➤