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Un circuito eléctrico atmosférico global es el movimiento continuo de portadores de carga atmosféricos, como iones, entre una capa conductora superior (a menudo una ionosfera ) y la superficie. El concepto de circuito global está estrechamente relacionado con la electricidad atmosférica , pero no todas las atmósferas tienen necesariamente un circuito eléctrico global. [2] El concepto básico de un circuito global es que a través del equilibrio de tormentas eléctricas y buen tiempo , la atmósfera está sujeta a una corriente eléctrica continua y sustancial .
Básicamente, las tormentas eléctricas en todo el mundo llevan cargas negativas a la tierra, que luego se descargan gradualmente a través del aire lejos de las tormentas, en condiciones que se conocen como "buen tiempo". [1]
Este circuito atmosférico es fundamental para el estudio de la física atmosférica y la meteorología . [3] El circuito eléctrico global también es relevante para el estudio de la salud humana y la contaminación del aire , debido a la interacción de iones y aerosoles . Los efectos del cambio climático y la sensibilidad a la temperatura del circuito eléctrico de la Tierra son actualmente desconocidos. [4]
Historia
La historia del circuito eléctrico atmosférico global está entrelazada con la historia de la electricidad atmosférica . Por ejemplo, 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 , algunos de los primeros estudios de carga en una "atmósfera sin nubes" (es decir, con buen tiempo) fueron realizados por Giambatista Beccaria , John Canton , Louis-Guillaume Le Monnier y John Read . [5]
Las mediciones de buen tiempo realizadas a partir de finales del siglo XVIII solían mostrar variaciones diurnas constantes. Durante el siglo XIX se realizaron varias series largas de observaciones. Las mediciones cerca de las ciudades estaban (y siguen estando) muy influidas por la contaminación por humo. A principios del siglo XX, los ascensos en globo proporcionaron información sobre el campo eléctrico muy por encima de la superficie. El buque de investigación Carnegie realizó un trabajo importante , ya que produjo mediciones estandarizadas en los océanos del mundo (donde el aire es relativamente limpio).
CTR Wilson fue el primero en presentar el concepto de circuito global en 1920. [6]
Mecanismo
Iluminación
Cada día se producen unas 40.000 tormentas eléctricas, que generan unos 100 rayos por segundo [1] , lo que puede considerarse como una batería que carga la Tierra. Las tormentas eléctricas generan una diferencia de potencial eléctrico entre la superficie terrestre y la ionosfera, principalmente por medio de la corriente que devuelven los rayos a tierra. Debido a esto, la ionosfera está cargada positivamente con respecto a la Tierra. En consecuencia, siempre hay una pequeña corriente de aproximadamente 2 pA por metro cuadrado que transporta partículas cargadas en forma de iones atmosféricos entre la ionosfera y la superficie.
Buen tiempo
Esta corriente es transportada por iones presentes en la atmósfera (generados principalmente por rayos cósmicos en la troposfera libre y por encima de ella, y por radiactividad en el kilómetro más bajo aproximadamente). Los iones hacen que el aire sea débilmente conductor; diferentes lugares y condiciones meteorológicas tienen diferente conductividad eléctrica . El buen tiempo describe la atmósfera alejada de las tormentas eléctricas, donde fluye esta débil corriente eléctrica entre la ionosfera y la tierra. [7]
Medición
Los voltajes que intervienen en el circuito de la Tierra son significativos. A nivel del mar , el gradiente de potencial típico con buen tiempo es de 120 V/m. No obstante, como la conductividad del aire es limitada, las corrientes asociadas también lo son. Un valor típico es de 1800 A en todo el planeta. Cuando no llueve ni hay tormenta, la cantidad de electricidad en la atmósfera [ aclaración necesaria ] suele estar entre 1000 y 1800 amperios. Con buen tiempo, hay alrededor de 3,5 microamperios por kilómetro cuadrado (9 microamperios por milla cuadrada). [8]
Curva de Carnegie
La corriente eléctrica de la Tierra varía según un patrón diario llamado curva de Carnegie, causado por las variaciones diarias regulares en la electrificación atmosférica asociadas con las regiones tormentosas de la Tierra. [9] El patrón también muestra variación estacional, vinculada a los solsticios y equinoccios de la Tierra. Debe su nombre a la Institución Carnegie para la Ciencia .
Véase también
- Electricidad atmosférica
- 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. 233 y siguientes. 1752.
- Sven Israelsson, Sobre la concepción del buen tiempo en la electricidad atmosférica. 1977.
- Ogawa, T., "Electricidad en condiciones meteorológicas favorables". J. Geophys. Res., 90, 5951–5960, 1985.
- Wåhlin, L., "Elementos de la electricidad en condiciones meteorológicas favorables". J. Geophys. Res., 99, 10767-10772, 1994
- RB Bent, WCA Hutchinson, Mediciones de carga eléctrica espacial y 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 climáticas favorables con conductividad atmosférica dependiente de la altitud , Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics, v.58, #5,pp. 605–611,1996
- DG Yerg, KR Johnson, Fluctuaciones de período corto en el campo eléctrico en condiciones meteorológicas favorables . J. Geophys. Res., 1974.
- T Ogawa, Variación diurna de la electricidad atmosférica . J. Geomag. Geoelect, 1960.
- R Reiter, Relaciones entre fenómenos eléctricos atmosféricos y condiciones meteorológicas simultáneas . 1960
- J. Law, La ionización de la atmósfera cerca del suelo en condiciones meteorológicas favorables . Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 1963
- T. Marshall, WD Rust, M. Stolzenburg, W. Roeder, P. Krehbim Un estudio de los campos eléctricos mejorados con buen tiempo que se producen poco después del amanecer .
- R Markson, Modulación del campo eléctrico terrestre por la radiación cósmica . Nature , 1981
- Clark, John Fulmer, El potencial eléctrico atmosférico en condiciones climáticas favorables y su gradiente .
- PA Bespalov, Yu. V. Chugunov y SS Davydenko, Generador eléctrico planetario en condiciones climáticas favorables con conductividad atmosférica dependiente de la altitud .
- AM Selva, et al., Un nuevo mecanismo para el mantenimiento del campo eléctrico en condiciones climáticas favorables y la electrificación de las nubes .
- MJ Rycroft, S. Israelssonb y C. Pricec, El circuito eléctrico atmosférico global, la actividad solar y el cambio climático .
- A. Mary Selvam, AS Ramachandra Murty, GK Manohar, SS Kandalgaonkar, Bh. V. Ramana Murty, Un nuevo mecanismo para el mantenimiento del campo eléctrico y la electrificación de las nubes en condiciones meteorológicas favorables . arXiv:physics/9910006
- Ogawa, Toshio, Electricidad en condiciones climáticas favorables . Journal of Geophysical Research, volumen 90, número D4, págs. 5951–5960.
- Un efecto auroral en el campo eléctrico del buen tiempo . Nature 278, 239–241 (15 de marzo de 1979); doi :10.1038/278239a0
- Bespalov, PA; Chugunov, Yu. V., Rotación de la plasmasfera y origen de la electricidad atmosférica . Física - Doklady, volumen 39, número 8, agosto de 1994, págs. 553–555
- Bespalov, PA; Chugunov, Yu. V.; Davydenko, SS Generador eléctrico planetario en condiciones climáticas favorables 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
Referencias
- ^ abc Electricidad en la atmósfera – Conferencias de Feynman
- ^ Aplin, KL (2022). "La carga de las esferas". Astronomía y Geofísica . 63 (4): 4.12–4.17.
- ^ Harrison, RG (1 de noviembre de 2004). "El circuito eléctrico atmosférico global y el clima". Encuestas en geofísica . 25 (5): 441–484. arXiv : physics/0506077 . doi :10.1007/s10712-004-5439-8. ISSN 1573-0956.
- ^ "Sumergidos en electricidad atmosférica | Dirección de Misiones Científicas". science.nasa.gov . Consultado el 5 de noviembre de 2017 .
- ^ Bennett, AJ; Harrison, RG (1 de octubre de 2007). "Electricidad atmosférica en diferentes condiciones meteorológicas". Weather . 62 (10): 277–283. Bibcode :2007Wthr...62..277B. doi : 10.1002/wea.97 . ISSN 1477-8696.
- ^ Aplin, KL; Harrison, RG; Rycroft, MJ (1 de junio de 2008). "Investigación de la electricidad atmosférica de la Tierra: un modelo a seguir para los estudios planetarios". Space Science Reviews . 137 (1): 11–27. doi :10.1007/s11214-008-9372-x. ISSN 1572-9672.
- ^ Harrison, RG; Nicoll, KA (1 de noviembre de 2018). "Criterios de buen tiempo para mediciones de electricidad atmosférica" (PDF) . Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics . 179 : 239–250. doi : 10.1016/j.jastp.2018.07.008 . ISSN 1364-6826.
- ^ Mathew, Terry (2006). Elert, Glenn (ed.). "Corriente eléctrica a través de la atmósfera". The Physics Factbook . Consultado el 25 de enero de 2022 .
- ^ Harrison, R. Giles (1 de marzo de 2013). "La curva de Carnegie". Surveys in Geophysics . 34 (2): 209–232. Bibcode :2013SGeo...34..209H. doi : 10.1007/s10712-012-9210-2 . ISSN 0169-3298.
Enlaces externos
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