Электрическое поле Земли - взгляд химика

               
                © Владимир Ерашов

        Электрическое поле Земли по сей день хранит в себе массу загадок. Наука до сих пор не знает ни настоящий источник создания этого поля, ни механизмы его поддержания, да и многое чего другого. В этой работе мы не ставим перед собой задачу ответить на большинство из данных вопросов,  распутать весь клубок хитросплетений Природы в этой области, задача работы другая, начать хотя бы распутывать данный клубок, получить, как говорится, первые метры свободной нити.  Для данной цели нам не придется лезть в непролазные дебри современной науки, обойдемся тем, что лежит на поверхности, для этого нам и читателям достаточно будет знаний физики на уровне школьного курса. Не удивляйтесь, читатель, именно школьного курса. Дело в том, что с нашей точки зрения, современная наука так запутала вопрос с электрическим полем Земли, даже элементарные вещи превратились в ребус. За доказательствами далеко ходить не придется, вот самая основа основ, количественная характеристика электрического поля Земли.
В 60-70 годы прошлого столетия, и это совсем не далекие времена, самым популярным и полным источником знаний по данному вопросу были [1] «Фейнмановские лекции по физике» (Глава 9, Электричество и магнетизм). Вот какую количественную оценку полю дает Фейнман:
Цитата 1.
§ 1. Градиент электрического потенциала в атмосфере

В обычный день над пустынной равниной или над морем электрический потенциал по мере подъема возрастает с каждым метром примерно на 100 в. В воздухе имеется вертикальное электрическое поле Е величиной 100 в/м. Знак поля отвечает отрицательному заряду земной поверхности.
Цитата 2.
Рассмотрев способы измерения электрического поля в атмосфере, продолжим теперь его описание. Измерения прежде всего показывают, что с увеличением высоты поле продолжает существовать, только становится слабее. На высоте примерно 50 км поле уже еле-еле заметно, так что большая часть изменения потенциала (интеграла от Е) приходится на малые высоты. Вся разность потенциалов между поверхностью земли и верхом атмосферы равна почти
400 000 в.
    Прошло каких-то 30 лет, какую же количественную характеристику сегодня дает физика электрическому полю Земли. Заглянем в Интернет, наберем в Google комбинацию слов. На первой странице (что косвенно соответствует самой распространенной точке зрения) находим:
Цитата
Электрическое поле Земли

Экспериментально установлено, что возле Земли имеется электрическое поле величиной около 130 В/м. Знак поля соответствует отрицательному заряду Земли. С удалением от Земли (с увеличением высоты) поле продолжает существовать, но становится слабее. На высоте около 50 км поле уже еле-еле заметно. Большая часть изменения потенциала происходит на малой высоте. Вся разность потенциалов между поверхностью Земли и верхом атмосферы составляет около 400 кВ.
Источник http://esis-kgeu.ru/ems/369-ems
      Видим, вроде ничего не изменилось, все те же цифры или почти те же, что и у Фейнмана. Смотрим дальше. В той же поисковой системе на той же первой странице находим еще один источник и цитируем:
Цитата
§ 29. Электрическое поле Земли.

 Электричество и магнетизм.  -  Электрическое поле.

 Опыт показывает, что электрометр, соединенный с зондом, дает заметное отклонение даже и в том случае, когда поблизости нет специально заряженных тел. При этом отклонение электрометра тем больше, чем выше точка над поверхностью Земли. Это значит, что между различными точками атмосферы, находящимися на разной высоте, имеется разность потенциалов, т. е. околоземной поверхности существует электрическое поле. Изменение потенциала с высотой различно в разное время года и для разных местностей и имеет в среднем вблизи земной поверхности значение около 130 В/м. По мере подъема над Землей поле это быстро ослабевает, и уже на высоте 1 км напряженность его равна только 40 В/м, а на высоте 10 км оно становится ничтожно слабым. Знак этого изменения соответствует отрицательному заряду Земли. Таким образом, мы все время живем и работаем в заметном электрическом поле (см. упражнение 29.1).

Экспериментальное исследование этого поля и соответствующие расчеты показывают, что Земля в целом обладает отрицательным зарядом, среднее значение которого оценивается в полмиллиона кулонов. Этот заряд поддерживается приблизительно неизменным благодаря ряду процессов в атмосфере Земли и вне ее (в мировом пространстве), которые еще далеко не полностью выяснены.

      Обратите внимание, что в первых двух первоисточниках называется высота, где напряженность электрического поля Земли ничтожно ослабевает, 50 км, а в последнем первоисточнике это уже высота всего на всего 10 км. Спрашивается, есть принципиальная разница между 50 км и 10 км?
Да хотя бы количественно эти цифру отличаются в пять раз (в пять раз!), не говоря уже о том, что если принять высоту существования положительной обкладки конденсатора электрического поля Земли 10 км (выше электрическое поле практически должно отсутствовать), то как объяснить существование высокоатмосферного электричества, всяких там джетов, спрайтов и тому подобного, которыми изобилует современная физика. Ведь, хорошо известно, любые электрические явления происходят только в электрическом поле и только в электрическом поле. Любой электрический разряд без электрического поля – это нонсенс.
   Раньше я уже пытался хоть как-то разрешить данную проблему современной физики и выдвинул гипотезу, что на высоте 10 км в атмосфере существует дополнительная отрицательная  обкладка электрического поля к уже известной отрицательно заряженной поверхности самой Земли (см. работы Владимира Ерашова «Электрическое поле Земли» и «Электрическое поле атмосферы Земли). Следует отметить, что данная гипотеза интернет-публикой, скрывающейся под никами была встречена в штыки, а видные ученые, обладающие именем и фамилией никак ее не прокомментировали. Я признаю, что в указанных работах не всегда был убедителен, я сам чувствовал, чего-то здесь не хватает, чего-то я не улавливаю. И вот настал момент, когда я могу крикнуть:
 - Эврика!
Я нашел эту недостающую деталь. Как всегда оказывается в подобных ситуациях, ответ чаще всего лежит на поверхности. Нам, дорогой читатель, не придется лезть в дебри высшей математики, да и физику будет достаточно на уровне школьного курса.  Обратимся к устройству любого элементарного электрического конденсатора с двумя пластинами (плоскими или не плоскими здесь не принципиально). Отметим другую существенную деталь, любой электрический конденсатор помимо токопроводящих обкладок содержит еще изолятор между обкладками. Без изолятора данный конденсатор вообще не может существовать, иначе при малейшем электрическом напряжении происходит пробой конденсатора, то есть электрический разряд между обкладками. Нужно отметить, что за все время своего существования электрические конденсаторы (технические) очень мало претерпели изменений, как состояли из двух пластин и изолятора (комбинации различные в расчет не берем), так и состоят. Здесь мы погрешили только одним, что изолятор между пластинами все время интенсивно развивался и современные конденсаторы чаще всего имеют этот изолятор в виде сегнетоэлектрических пластин. Что и позволило науке не меняя ничего существенного в других частях конструкции конденсатора, только за счет сегнетоэлектрического диэлектрика наращивать емкости современных конденсаторов в сотни, а порой даже в тысячи раз. Сегнетоэлектрик для конденсатора оказался той волшебной палочкой, которая изменила эту отрасль до неузнаваемости. Это когда разговор идет о техническом конденсаторе, а в натуральном конденсаторе, коим является электрическое поле Земли, все эти десятилетия царил застой. А может волшебной палочкой сегнетоэлектрика пора взмахнуть и здесь?! У земного конденсатора изолятор воздух и, причем здесь сегнетоэлектрик, воскликнет читатель. Ой, не торопитесь дорогой, ой, не торопитесь! Вот и беда науки в этой области в том, что до сих пор не нашлось человека, обладающего элементарными знаниями по химии. Хотя химия здесь понятие относительное, почти во всех и физических справочниках написано, что вода имеем диэлектрическую проницаемость 81. То есть вода – это почти что элементарный сегнетоэлектрик. Осталось только посмотреть, есть она в атмосфере Земли, или ее нет. Но это совсем уж вопрос детского сада, стоит ли на этих страницах расписывать, что Солнце в хмурые дни нам закрывает вода, да и в солнечные дни ее в атмосфере предостаточно. Как же это отражается на напряженности электрического поля Земли?
     - Да, элементарно, «Ватсон»!
    Стоит только нарисовать схему простейшего конденсатора, а между пластинами нарисовать сегнетоэлектрик в виде паров воды и кристалликов льда, только распределить этот сегнетоэлектрик не равномерно, а основную массу его разместить от высоты один-два километра до высоты примерно в десять километров, так как это есть на самом деле в атмосфере. Вот и получается между обкладками конденсатора огромный диполь, естественно ориентированный положительным зарядом в сторону отрицательной обкладки, то есть поверхности Земли, а отрицательной к звездам. Дальше что-то разжевывать будет совершенно излишне, кругом элементарные вещи. Скажу только, вот и нашелся отрицательный заряд в атмосфере Земли на высоте порядка десяти километров. Да и многое другое нашлось.
                Первоисточники
1. Фейнман, Лейтон, Сэндс  «Фейнмановские лекции по физике», Том 5, изд-во «Мир», М, 1977. http://allphysics.ru/feynman/elektrichestvo-v-atmosfere
2. § 29. Электрическое поле Земли. http://www.physel.ru/-mainmenu-29/-ainmenu-31/360-s-29--.
3. Владимир Ерашов «Электрическое поле Земли» http://www.proza.ru/2011/12/11/606
4. Владимир Ерашов «Электрическое поле атмосферы Земли» http://www.proza.ru/2012/02/01/515
5. Владимир Ерашов «Зависимость напряженности электрического поля Земли» http://www.proza.ru/2012/01/06/600
                3.04.2013г.