Forschungswebsite von Vyacheslav Gorchilin
2019-06-29
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Die Verteilung der Ladung und Kapazität im Mantel der Erde. Erfahrung
In diesem Artikel betrachtet wird die mögliche Verteilung der Ladung und Kapazität im Mantel der Erde auf der Grundlage der Erfahrung.
Die Sache ist die, dass der berühmte klassische Modell thermoelektrische Kraft der Erde ist nicht stichhaltig. Nach diesem Modell wird die Ladung unseres Planeten beträgt 500 tausend Anhänger (\(q_E=5\cdot 10^5\)), und der Planet selbst gesehen, wie gleichmäßig geladene Kugel. Dabei nie als das Potential auf Ihrer поверности, die nach diesem Modell muss sich so: \[\varphi_E = {q_E \over 4\pi \varepsilon_0 R} \qquad (1)\] wobei: \(R=6.37\cdot 10^6\) — mittlerer Radius der Erde in m [1], \(\varepsilon_0 = 8.85\cdot 10^{-12}\) — absolute Dielektrizitätskonstante [2]. Zählen wir feststellen, dass das Potential auf der Oberfläche unseres Planeten sollte ... 705 Millionen Volt, fast eine Milliarde! In diesem Fall, alle neutral aufgeladenen Meteoriten, der Einstieg in unsere Atmosphäre, müssten Leuchten und funkeln, und in die Berechnung der Anziehung zwischen den Planeten würde auf jeden reihte sich кулоновская Komponente [3]. Außerdem, wenn alle Elektronen gesammelt würden in der bodennahen Schicht, dann gäbe es eine starke Anziehung zwischen Ihnen und den positiv geladenen Ionen des Gases in der Atmosphäre, und damit würden wir beobachteten Konstanten Luftstrom von oben nach unten — und die Konzentration dieser Ionen direkt in der Nähe der Oberfläche der Erde. Auf den Gipfeln der Berge, wie auf jedem Speerspitze gebildet würden hohe Konzentrationen von Ladungen was würde die Feldstärke dort einfach оромной, bis zu den ständigen atmosphärischen Entladungen. Aber wir wissen, dass selbst auf den höchsten Gipfeln, die Spannungen электричиского Feld in der Atmosphäre in nur 2,5-3 mal höher als normal.
Auf ähnliche Argumentation Autor hat die Erfahrung, über die wir weiter sprechen werden (siehe Abbildung 1). Für seine Durchführung wurde задейстована Bohrung, die mit Hilfe einer Pumpe (in der Abbildung ist der Einfachheit halber nicht gezeigt), in einem isolierten Rohr, hebt das Wasser an die Oberfläche.
Abb.1. Die Messung der Potentialdifferenz zwischen der Oberfläche der Erde und die wässrige Schicht
Zur Messung des Potentials auf der Oberfläche der Erde geschehen war üblich, relativ flach, Erdung: Stift 0.8 m, senkrecht in den Boden eingeschlagen. Potentialdifferenz gemessen zwischen diesem oberflächlichen Masse und водоносным Schicht. Bei der Tiefe der Bohrung in 27 Meter, die Potentialdifferenz Betrug etwa 0.36-0.43 Volt, wobei das negative Potenzial wurde auf der Oberfläche (einer oberflächlichen Erdung).
Auch gemessen und der Strom, der war sehr klein und lag bei nur 5 µa. Da der Strom hängt von der Fläche der Elektroden, die im Prinzip allen, was hier nicht betrachtet wird. In dieser Arbeit untersuchen wir die Verteilung des elektrischen Potentials.
Das vorgeschlagene Modell
Nach der oben beschriebenen Logik, das Potential auf поверности Erde sollte null sein, und alle Coulomb-Kräfte, in beliebiger Entfernung von Ihr, muss скомпенсированы. Dann ein Teil des Mantels des Planeten muss negative Ladungen und Teil — positive (unter Ihnen verstehen wir Z. B. die ionisierten Teilchen). Auch wir wissen, dass die oberste Schicht der Erde ist negativ geladen, von wo aus Sie legen die folgende Verteilung der Raumladung entlang des Radius \(r\): \[\rho (r) = \rho_0 \left(1 - \frac43 \frac{r}{R} \right) \qquad (2)\] wobei gilt: \(\rho_0\) — eine mittlere Schüttdichte der Ladung [4] und \(r\) von Grund auf ändert (Mittelpunkt der Erde) bis \(R\) — Ihre Oberfläche. Sofort ist es sichtbar, dass auf der Oberfläche des Planeten, und bis zu 3/4 der gesamten Radius, eine negative Ladung, an dem Punkt 3/4 er fehlen wird, und bei der Bewegung weiter in die Mitte — positiv (Abb. 2). Unmittelbar bemerken wir, dass die Idee so nicht machen darf und muss einzeln betrachtet werden negativ und positiv geladene Teil des Balles, aber der Leser kann überprüfen, das Ergebnis ist dasselbe, wie bei der kombinierten Ansatz zur Aufgabe. Warum in (2) ausgewählt sind genau solche Verhältnisse, — wird es offensichtlich in den folgenden Auslegungen.
Abb.2. Die Verteilung der Ladung entlang des Radius der Erde in relativen Einheiten
Abb.3. Potentialverteilung entlang des Radius der Erde in relativen Einheiten
Zur Berechnung der Verteilung des Potentials entlang des Radius die Formel (19) aus dieser Arbeit. Nach Berechnungen und Abkürzungen erhalten wir die folgende Beziehung: \[\varphi(r) = {\rho_0 R^2 \over 3 \varepsilon_0} \left(\frac{1}{6} - \frac{\delta^2}{2} + \frac{\delta^3}{3} \right), \quad \delta=\frac{r}{R} \qquad (3)\] Wie wir sehen, wenn \(\delta=1\) (wir befinden uns auf der Oberfläche der Erde), ist das Potenzial gleich null, das, was wir brauchen. Mit klassischen Positionen, dass ein solches Ergebnis erklären, wenn wir uns daran erinnern, dass eigentlich müßten wir betrachten zwei Bälle: einer negativ geladenen, und der zweite positiv. Das Ergebnis wäre das gleiche: jeder Ball trägt das Potenzial, wodurch er sich gleich null im Punkt \(R\).
Wenn bewegen wir uns in der Mitte der Erde, das Potenzial wird so: \[\varphi(0) = {\rho_0 R^2 \over 18 \varepsilon_0} \qquad (4)\] In relativen Einheiten die Verteilung der Kapazitäten sehen in Abbildung (3).
Finden Ladung der Erde
Versuchen wir nachzurechnen echte Ladung der Erde. Auch, müssen wir daraus die Formel für die Potentialdifferenz zwischen der Oberfläche des Planeten und einer Schicht auf einer gewissen Tiefe \(h\): \[\Delta \varphi(h) = |\varphi(R) - \varphi(R-h)| \qquad (5)\] setzt man in Ihr den Ausdruck (3) erhalten wir, dass die Differenz: \[\Delta \varphi(h) = {\rho_0 h^2 \over 18 \varepsilon_0} (3 - 2 \delta) \qquad (6)\] In unserem Fall \(R \gg h\), so dass die Formel (6) noch mehr vereinfacht, und Ihre Genauigkeit bleibt die hoch genug ist: \[\Delta \varphi(h) \approx {\rho_0 h^2 \over 6 \varepsilon_0} \qquad (7)\] Wo finden wir die Durchschnittliche Dichte der Verteilung der Ladung im Erdmantel: \[\rho_0 \approx \Delta \varphi(h) {6 \varepsilon_0 \over h^2} \qquad (8)\] Laut Erfahrung wird dies: \(\rho_0 = 2.9\cdot 10^{-14}\, [C/m^3]\), d.h. jeder Kubik Meter Erde, ausgehend von der Oberfläche bis 3/4 der Tiefe liegt im Durchschnitt 181 tausend Elektronen.
Zur Berechnung der vollständigen Ladung der Erde, in jedem Teil der Welt, müssen wir das Integral von der Schüttdichte der Ladung und das Volumen an Planeten \(V\) [4]: \[q_E = \int \limits_0^{(3/4)R} \rho (r) \Bbb{d} V \qquad (9)\] setzt man ihn in die Verteilung der Ladung (2) erhalten wir: \[q_E = 4\pi \rho_0 \int \limits_0^{(3/4)R} \left(1 - \frac43 \frac{r}{R} \right) r^2 \Bbb{d} r = {9\pi \over 64} \rho_0 R^3 \qquad (10)\] Wobei das Integral und substituieren in dem resultierenden Ausdruck die Daten aus (8) erhalten wir die Ladung der Erde, die als von der Oberfläche bis zu 3/4 des Radius und beträgt: \(q_E = 3.3\cdot 10^6\,\) Anhänger. Von 3/4 des Radius und zum Zentrum befindet sich genau die gleiche Ladung, aber mit umgekehrtem Vorzeichen (Abb. 4). Übrigens, wenn das Integral (10) nehmen auf der ganzen Radius: \(0..R\), dann wird er gleich null ist, was bedeutet, dass unser Planet muss elektrisch neutral relativ zu anderen Himmelskörpern, was wir und es war notwendig, um ein Ergebnis zu bekommen.
Abb.4. Neues Modell der Verteilung der Ladung im Erdmantel
Abb.5. Die Abhängigkeit der Potentialdifferenz (Volt) relativ zur Oberfläche der Erde und einer gewissen Tiefe h (Meter)
Auf der Grafik (Abb. 5) zeigt die Abhängigkeit der Potentialdifferenz relativ zur Oberfläche der Erde und etwas wenig Tiefe \(h\). Dieser Zeitplan wurde nach der Formel (6). Es ist interessant, dass in einer Tiefe von etwa 600 Metern kann man erwarten industriellen Potentialdifferenz in 220 Volt.
Im Zusammenhang mit der ständigen Gefahr von Unfällen, verursacht durch plötzliche Explosionen von Methangas in Kohlebergwerken, bei der Tatsache, dass Elektro-Minen hat einen speziellen Schutz, die mögliche Anwesenheit von Grundstücken (прослоев) Kohle und Muttergestein mit Potenzial 100 bis 250 in einer Tiefe von 500 Metern oder mehr von der Oberfläche eindeutig kann eine der Ursachen der genannten plötzlichen Explosionen von Methan. Für den Ausschluss der genannten Faktoren wird vorgeschlagen, die Durchführung der Messungen der Potentiale bei der Autopsie der Schichten und Horizonte sowie auf die derzeit bestehenden Standorten nach der Methode des Natürlichen Feldes [5]. Dabei wird vorgeschlagen, produzieren die Messung der Sonde GIS zwischen der geerdeten Oberfläche und Felsen in einer Tiefe von 600m.
Die verwendeten Materialien
  1. Wikipedia. Erde.
  2. Wikipedia. Dielektrische Permeabilität.
  3. Wikipedia. Coulomb-Gesetz.
  4. Wikipedia. Die Dichte der Ladung.
  5. Methoden geodätische Untersuchungen von Brunnen.