Atmosfærisk elektrisitet

Atmosfærisk elektrisitet eller luftelektrisitet er daglege variasjonar i det elektromagnetiske nettverket i jordatmosfæren (eller elektriske system i gasslaga til alle planetar). Jordoverflata, ionosfæren og atmosfæren er kjend som den globale atmosfæriske straumkretsen.

Det er alltid fri elektrisitet i lufta og i skyer, som via induksjon verkar på jorda og elektromagnetiske apparat. Det atmosfæriske mediumet, som ligg omkring oss, inneheld ikkje berre elektrisitet, som alle slags stoff, men òg store mengder straum i fri tilstand, stundom ladd, stundom uladd, men men som ein generell regel er han alltid motsett ladd i forhold til jorda.

Forskjellige lag, ofte med kort avstand til kvarandre, er ofte i forskjellige elektriske tilstandar. Det finst tre former for atmosfærisk elektrisitet, torevêr, den kontinuerlege elektrifiseringa i lufta (som ein best ser når vêret er fint) og i form av polarlys.

Lyn frå sky til bakke i den globale atmosfæriske straumkretsen. Dette er eit døme på at ein kan få plasma ved jordoverflata. Eit typisk lyn gjev frå seg 30 000 ampere, opp til 100 millionar volt og stråler ut lys, radiobølgjer, røntgenstråling og til og med gammastråling. Temperaturen i plasmaen i lynet kan nå 28 000 kelvin og elektrontettleiken kan gå over 10²⁴/m³.

Historie

Tidlege eksperiment som synte gneistar frå elektriske maskinar og Leyden-krukker indikerte for tidlege forskarar som Hauksbee, Newton, Wall, Nollet og Gray, at lyn og torevêr kom av elektriske utladningar. I 1708 var Dr. William Wall ein av dei første som observerte at gneistar frå eit ladd stykke rav såg ut som små lyn.

På midten av 1700-talet eksperimenterte Benjamin Franklin med elektriske fenomen i atmosfæren og synte at dei ikkje var fundamentalt annleis enn fenomena som kom fram i laboratoria. I 1749 hadde Benjamin Franklin observert at lyn inneheldt nesten alle eigenskapane ein kan sjå i elektriske maskinar. Året etter la Franklin fram ein hypotese om at ein kunne ta straum frå skyer via ei høg og spiss metallmast. Før Franklin fekk utført eksperimentet sitt, reiste Thomas-François Dalibard i 1752 ei 40 meter høg jernstang ved Marly-la-Ville, nær Paris, og trekte ut gneistar frå ei forbipasserande sky. Med jorda antenner kunne forskarane føre ein jorda leidning med eit isolert handtak nær antenna, og observere gneistar mellom dei. I mai 1752 stadfesta Thomas François d'Alibard at teorien til Franklin var korrekt.

Rundt juni 1752 utførte Franklin det kjende drake-eksperimentet sitt. Drakeeksperimentet vart utført på ny av Romas, som fekk 3 meter lange gnitar ut av metallstrengen, og av Cavallo, som gjorde mange viktige observasjonar kring atmosfærisk elektrisitet. L. G. Lemonnier (1752) gjorde òg Franklin-eksperimentet med ei antenne, men byta ut den jorda leidningen med støvpartiklar. Han dokumenterte seinare elektrifiseringa av atmosfæren i finvêr, og den døgnlege variasjonen av den atmosfæriske elektrisiteten. G. Beccaria (1775) synte òg den døgnlege variasjonen og avgjorde at ladinga til atmosfæren var positiv i fint vêr. H. B. Saussure (1779) registrerte data ved å måle den induserte ladinga til ein straumførande leiar i atmosfæren. Instrumentet til Saussure bestod av to små kuler med to tynne leidningar og var ein forgjengar til elektrometeret. Saussure fann ut at elektrisiteten i finvêr varierte gjennom året og med høgda. I 1785 oppdaga C. A. Coulomb konduktiviteten til lufta. Oppdaginga hans motbeviste den tidlegare oppfatninga om at dei atmosfæriske gassane var isolatorar (som dei til ein viss grad er fordi dei ikkje har god straumførande eigenskapar når dei ikkje er ioniserte). Forskinga hans vart uheldigvis totalt ignorert. P. Erman (1804) la fram ein teori om at Jorda var negativt ladd. J. C. A. Peltier (1842) testa og stadfesta teorien til Erman. Lord Kelvin (1860-åra) føreslo at dei positive ladningane i atmosfæren forklarte finvêrsladinga og beviste seinare at det eksisterte elektriske felt i atmosfæren.

I løpet av det neste hundreåret medverka mange forskarar til å auke kunnskapen om atmosfærisk elektrisitet ved hjelp av ideane til Alessandro Volta og Francis Ronald. Då ein fann opp eit berbart elektrometer og kelvingeneratoren, fekk ein langt meir nøyaktige observasjonsdata. Mot slutten av 1800-talet fann W. Linss (1887) ut at sjølv dei mest isolerte leiarane mistar ladningen sin, som Coulomb hadde funne ut før han, og at dette tapet var avhengig av dei atmosfæriske tilhøva. H. H. Hoffert (1888) identifiserte individuelle lynnedslag ved å nytte tidlege kamera. J. Elster og H. F. Geitel, som òg arbeidde med termionemisjon, la fram ein teori som forklarte den elektriske strukturen til torevêr i 1885, og oppdaga seinare atmosfærisk radioaktivitet (1899). På den tida hadde det vorte klart at frie ladde positive og negative ion alltid fanst i atmosfæren, og at ein kunne samle inn utstråling. F. Pockels (1897) estimerte straumintensiteten i lyn ved å analysere lynglimt i basalt og studere det magnetiske feltet som var att (basalt, er eit ferromagnetisk mineral, som vert magnetisk polarisert når det vert utsett for store eksterne felt som dei ein har i lynnedslag).

Luigi Palmieri forska på atmosfærisk elektrisitet ved hjelp av eit peltierelektrometer. Nikola Tesla og Hermann Plauson forska på straum- og kraftproduksjon via atmosfærisk elektrisitet. Tesla foreslo òg å nytte atmosfæriske straumkretsar til å sende energi trådlaust over store avstandar. Den polske forskingsstasjonen Hornsund på Spitsbergen har forska på storleiken til det elektriske feltet til jorda og rekna ut den vertikale komponenten. På 1900-talet vart det gjort oppdaginga av korleis den negative ladinga til jorda vert opprettheldt. Det har vore gjort ein del forsking på atmosfærisk elektrisitet, men vitskapen har aldri vorte fullt ut utvikla. Ein meiner at det ville vorte uforsvarleg dyrt å konstruere eit apparat som kunne trekke ut straum frå atmosfæren, og at dette er ei av årsakene til at fagfeltet ikkje får så stor interesse.

Skildring

Det er mykje atmosfærisk elektrisitet rundt oss. Ein finn spor av det alt ein meter frå jordoverflata, men det vert meir tydeleg når ein flyttar seg lenger bort frå overflata. Lufta over jordoverflata er stortsett, særleg i fint vêr, positivt ladd, i det minste i forhold til jordoverflata. I tillegg finst elektriske fenomen i atmosfæren, på grunn av dei enorme mengdene statisk elektrisitet som samlar seg opp ved friksjon i sjølve luftstraumane i lufta. Dette kan skape lyn og torevêr. Andre kjelder til elektrisitet i atmosfæren er fordamping frå jordoverflata, kjemiske endringar ved jordoverflata, kondensasjon og temperatur- og fuktvariasjonar i atmosfæren.

Ifølgje M. Peltier er jorda fullstendig negativ, og verdsrommet positivt, medan atmosfæren i seg sjølv ikkje har noko elektrisitet, og berre er i ein passiv tilstand. Effektane ein observerer er dermed effektar som oppstod relativt til desse to enorme straumlagra. Forskarar tenkjer seg som regel at jorda, i det minste den faste delen av jorda, har eit overskot av negativ elektrisitet, men det ser samstundes ut frå observasjonane at atmosfæren i seg sjølv er positivt ladd. Denne positive elektrisiteten ser tilsynelatande ut til å oppstå frå same stad som den negative på jorda. Det er truleg at det i hovudsak er i vassdropane, som alltid finst i atmosfæren, at ladinga finst, og ikkje i sjølve luftpartiklane.

Målingar av atmosfærisk elektrisitet er i hovudsak målingar av potensialskilnadar mellom eit punkt på jordoverflata og eit punkt i lufta over. Atmosfæren har i forskjellige område forskjellig lokalt potensial, som kan variere med potensialet på jorda med så mykje som 3000 volt innanfor 30 meter.

Kjelder

• Denne artikkelen bygger på «Atmospheric electricity» frå Wikipedia på engelsk, den 18. mai 2009.
  • Wikipedia på engelsk oppgav desse kjeldene: