ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ, частная форма проявления (наряду с магнитным полем) электромагнитного поля, определяющая действие на электрич. заряд силы, не зависящей от скорости его движения. Представление об Э. п. было введено в науку М. Фарадеем в 30-х гг. 19 в. Согласно Фарадею, каждый покоящийся заряд создаёт в окружающем пространстве Э. п. Поле одного заряда действует на др. заряд, и наоборот; так осуществляется взаимодействие зарядов (концепция близкодействия). Осн. количеств, характеристика Э. п.- напряжённость электрического поля Е, к-рая определяется как отношение силы F, действующей на заряд, к величине заряда q, Е = F/q. Э. п. в среде наряду с напряжённостью характеризуется вектором электрич. индукции (см. Индукция электрическая и магнитная). Распределение Э. п. в пространстве наглядно изображается с помощью силовых линий напряжённости Э. п. Силовые линии потенциального Э. п., порождаемого электрическими зарядами, начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных. Силовые линии вихревого Э. п., порождаемого переменным магнитным полем, замкнуты.

Напряжённость Э. п. удовлетворяет принципу суперпозиции, согласно к-рому в данной точке пространства напряжённость поля Е, создаваемого несколькими зарядами, равна сумме напряжённостей полей (Ei, Ei, Ез, . . .) отд. зарядов: Е = E₁ + Е₂ + Ез + ... Суперпозиция полей вытекает из линейности Максвелла г/равнений.

Лит.: Т а м м И. Е., Основы теории электричества, 9 изд., М., 1976, гл. 1, 6; К алашниковС. Г., Электричество, 4 изд., М., 1977 (Общий курс физики), гл. 2, 13.

Г. Я. Мякишев.

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ АТМОСФЕРЫ,

стационарное электрич. поле, создаваемое электрическими объёмными зарядами в атмосфере, собственным зарядом Земли и зарядами, индуцированными в атмосфере. Характеристики Э. п. а.- напряжённость поля и его потенциал - зависят также от распределения проводимости атмосферы, а следовательно, от метеорологич. факторов: туманов, облаков, осадков, метелей, за-пыления и ионизации атмосферы, вулка-нич. извержений и т. д. Поэтому Э. п. а. в разных точках атмосферы различно и испытывает значит, изменения во времени. Вблизи земной поверхности напряжённость Э. п. а. зависит от формы рельефа - она усиливается около выступающих элементов ландшафта, строений, высотных мачт и ослабевает во впадинах рельефа, на улицах городов и т. д. См. Атмосферное электричество.

Лит.: Имянитов И. М., Ч у б а р и на Е. В., Электричество свободной атмосферы, Л., 1965; Имянитов И. М., Ч у-барина Е. В., Шварц Я. М., Электрич чество облаков, Л., 1971; Ч а л м е р с Дж. А., Атмосферное электричество, пер. с англ., Л., 1974. И. М. Имянитов.

естественное электрич. поле Земли как планеты, к-рое наблюдается в твёрдом теле Земли, в морях, в атмосфере и магнитосфере. Э. п. 3. обусловлено сложным комплексом геофизич. явлений. Распределение потенциала поля несёт в себе определённую информацию о строении Земли, о процессах, протекающих в нижних слоях атмосферы, в ионосфере, магнитосфере, а также в ближнем межпланетном пространстве и на Солнце.

Методика измерения Э. п. 3. определяется той средой, в к-рой наблюдается поле. Наиболее универсальный способ - определение разности потенциалов при помощи разнесённых в пространстве электродов. Этот способ применяется при регистрации земных токов (см. Теллурические токи), при измерении с летательных аппаратов электрич. поля атмосферы, а с космич. аппаратов - магнитосферы и космич. пространства (при этом расстояние между электродами должно превышать дебаевский радиус экранирования в космич. плазме, т. е. составлять сотни метров).

Существование электрич. поля в атмосфере Земли связано в основном с процессами ионизации воздуха и пространственным разделением возникающих при ионизации положительных и отрицательных электрич. зарядов. Ионизация воздуха происходит под действием космич. лучей; ультрафиолетового излучения Солнца; излучения радиоактивных веществ, имеющихся на поверхности Земли и в воздухе; электрических разрядов в атмосфере и т. д. Многие атм. процессы: конвекция, образование облаков, осадки и другие - приводят к частичному разделению разноимённых электрич. зарядов и возникновению атм. электрич. полей (см. Атмосферное электричество). Относительно атмосферы поверхность Земли заряжена отрицательно.

Существование электрич. поля атмосферы приводит к возникновению токов, разряжающих электрич. "конденсатор" атмосфера - Земля. В обмене зарядами между поверхностью Земли и атмосферой значит, роль играют осадки. В среднем осадки приносят положит, зарядов в 1,1-1,4 раза больше, чем отрицательных. Утечка зарядов из атмосферы восполняется также за счёт токов, связанных с молниями и отеканием зарядов с остроконечных предметов (острий). Баланс электрич. зарядов, приносимых на земную поверхность площадью 1 км² за год, можно характеризовать следующими данными:

На значит, части земной поверхности - над океанами - токи с остриёв исключаются, и здесь будет положит, баланс. Существование статического отрицат. заряда на поверхности Земли (ок. 5,7 * *10⁵к) говорит о том, что эти токи в среднем сбалансированы.

Электрич. поля в ионосфере обусловлены процессами, протекающими как в верх, слоях атмосферы, так и в магнитосфере. Приливные движения возд. масс, ветры, турбулентность - всё это является источником генерации электрич. поля в ионосфере благодаря эффекту гидромагнитного динамо (см. Земной магнетизм). Примером может служить солнечно-суточная электрич. токовая система, к-рая вызывает на поверхности Земли суточные вариации магнитного поля. Величина напряжённости электрич. поля в ионосфере зависит от местоположения точки наблюдения, времени суток, общего состояния магнитосферы и ионосферы, от активности Солнца. Она колеблется от неск. единиц до десятков мв/м, а в высокоширотной ионосфере достигает ста и более мв/м. При этом сила тока доходит до сотен тысяч ампер. Из-за высокой электропроводности плазмы ионосферы и магнитосферы вдоль силовых линий магнитного поля Земли электрич. поля ионосферы переносятся в магнитосферу, а магнитосферные поля в ионосферу.

Одним из непосредственных источников электрич. поля в магнитосфере является солнечный ветер. При обтекании магнитосферы солнечным ветром возникает эдс Е = v*b₁, где b₁ - нормальная компонента магнитного поля на поверхности магнитосферы, v - ср. скорость частиц солнечного ветра.

Эта эдс вызывает электрич. токи, замыкающиеся обратными токами, текущими поперёк хвоста магнитосферы (см. Земля). Последние порождаются положительными пространственными зарядами на утренней стороне хвоста магнитосферы и отрицательными - на его вечерней стороне. Величина напряжённости электрич. поля поперёк хвоста магнитосферы достигает 1 мв/м. Разность потенциалов поперёк полярной шапки составляет 20-100 кв.

Ещё один механизм возбуждения эдс в магнитосфере связан с коллапсом противоположно направленных силовых линий магнитного поля в хвостовой части магнитосферы; освобождающаяся при этом энергия вызывает бурное перемещение магнитосферной плазмы к Земле. При этом электроны дрейфуют вокруг Земли к утренней стороне, протоны - к вечерней. Разность потенциалов между центрами эквивалентных объёмных зарядов достигает десятков киловольт. Это поле противоположно по направлению полю хвостовой части магнитосферы.

С дрейфом частиц непосредственно связано существование магнитосферного кольцевого тока вокруг Земли. В периоды магнитных бурь и полярных сияний электрич. поля и токи в магнитосфере и ионосфере испытывают значит, изменения.

Кроме указанных квазистатических электрич. полей, в магнитосфере и ионосфере существуют переменные электрич. поля, связанные с различного типа плазменными колебаниями (см. Магнитная гидродинамика).

Магнитогидродинамические волны, генерируемые в магнитосфере, распространяются по естеств. волноводным каналам вдоль силовых линий магнитного поля Земли. Попадая в ионосферу, они преобразуются в электромагнитные волны, к-рые частично доходят до поверхности Земли, а частично распространяются в ионосферном волноводе и затухают. На поверхности Земли эти волны регистрируются в зависимости от частоты колебаний либо как магнитные пульсации (10^-2-10 гц), либо как очень низкочастотные волны (колебания с частотой 10²-10⁴гц).

Переменное магнитное поле Земли, источники к-рого локализованы в ионосфере и магнитосфере, индуцирует электрич. поле в земной коре. Напряжённость электрич. поля в приповерхностном слое коры колеблется в зависимости от места и электрич. сопротивления пород в пределах от неск. единиц до неск. сотен мв/км, а во время магнитных бурь усиливается до единиц и даже десятков в/км. Взаимосвязанные переменные магнитное и электрич. поля Земли используют для электромагнитного зондирования в разведочной геофизике, а также для глубинного зондирования Земли.

Определённый вклад в Э. п. 3. вносит контактная разность потенциалов между породами различной электропроводности (термоэлектрический, электрохимический, пьезоэлектрический эффекты). Особую роль при этом могут играть вулканические и сейсмические процессы.

Электрич. поля в морях индуцируются переменным магнитным полем Земли, а также возникают при движении проводящей мор. воды (мор. волн и течений) в магнитном поле. Плотность электрич. токов в морях достигает 10^-6 а/м². Эти токи могут быть использованы как естеств. источники переменного магнитного поля для магнитовариационного зондирования на шельфе и в море.

Вопрос об электрич. заряде Земли как источнике электрич. поля в межпланетном пространстве окончательно не решён. Считается, что Земля как планета электрически нейтральна. Однако эта гипотеза требует своего экспериментального подтверждения. Первые измерения показали, что напряжённость электрич. поля в околоземном межпланетном пространстве колеблется в пределах от десятых долей до неск. десятков мв/м.

Лит.: Тихонов А. Н., Об определении электрических характеристик глубоких слоев земной коры, "Докл. АН СССР", 1950, т. 73, №2; Тверской П. Н., Курс метеорологии, Л., 1962; Акасофу С. И., Чепмен С., Солнечно-земная физика, пер. с англ., ч. 2, М., 1975. Ю.П. Сизов.

же, что вектор электрич. индукции (см. Индукция электрическая и магнитная). Термин имеет историч. происхождение (введён Дж. К. Максвеллом), в совр. физ. литературе не применяется.