Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Управління освіти і науки Херсонської облдержадміністрації

Голопристанське територіальне відділення МАН України

Секція: Фізика

Земна електрика

Роботу виконав:

Перегудов Олександр Сергійович

учень 11-А класу

Новозбур’ївської загальноосвітньої школи

I-IІІ ступенів №1

Новозбур’ївської сільської ради

Голопристанського району

Херсонської області

с. Нова Збур’ївка

Науковий керівник:

Марсак Микола Григорович

учитель вищої категорії

“Вчилель методист”

Новозбур’ївської

загальноосвітньої школи

I-IІІ ступенів №1

Нова Збур’ївка - 2013

ЗМІСТ

ВСТУП

РОЗДІЛ І Атмосферна та земна електрика……………………….…..……..4

2. Земна електрика – сукупність електричних явищ………….……..…….9

3. Атмосферна електрика – прояви і небезпека………………….…..…….15

РОЗДІЛ 2 Електричні властивості оболонок Землі …………….…….…….21

1. Електричні явища в живій природі ……………………………..…...…..27

2. Атмосферна та земна електрика на фільтрації води………….….……..33

2.3 Фізичні властивості гірських порід………………………………………37

2.4 Електричні явища при терті………………………………………………51

ВИСНОВОК……………………………………………………………………53

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ………….………………………….54

МАЛЮНКИ……………………………………………………………………55

ВСТУП

Потік заряджених сонячних частинок і магнітне поле Землі створюють електричне поле атмосфери. Воно формується між земною поверхнею і іоносферою Землі, яка розташована на висоті 50 км і далі. Людина і все живе на Землі фактично перебувають між обкладинками гігантського сферичного конденсатора, до яких прикладено велику різницю потенціалів, і виникає напруга електричного поля. Вибухи на Сонці, постійне та епізодичне забруднення атмосфери промисловими викидами і низка інших чинників зумовлюють флуктуацію нагромаджених у конденсаторі електричних зарядів. Оскільки організми живих істот (в тому числі й людини) становлять собою електромагнітні системи, то вони певним чином реагують на ці зміни. Величезна кількість електричної енергії, нагромадженої конденсатором, була і є предметом пошуків альтернативи атомній, тепловій та іншим видам екологічно-небезпечної енергетики. Ще в позаминулому столітті український учений, ректор Харківського університету Василь Каразін сформулював ідею добування електричної енергії з іоносфери, а в минулому столітті американський учений М, Тесла одержав патенти на спосіб використання енергії з іоносфери. Однак технічні можливості та великі небезпеки, які загрожують людству на цьому шляху, не дають змоги поки що це здійснити.

РОЗДІЛ І

Атмосферна та земна електрика.

Атмосферна та земна електрика - всі ці два поняття тісно взаємопов'язані між собою, і визначення їх дещо умовні. Поняття земної електрики можна схарактеризувати як сукупність електричних явищ, що відбуваються в землі і на землі (електричне поле Землі, електропровідність, струми Землі, електричні властивості живих істот і рослин, землетруси, вулканічна діяльність, електризація речовин і матеріалів тощо). Електричні властивості оболонок Землі вивчає наука геоелектрика. Найгрізнішими виявами земної електрики є землетруси і вулканічна діяльність.

Як стверджують учені, щогодини на Землі відбувається до десяти землетрусів різної потужності. Майже щорічно бувають дуже потужні землетруси з катастрофічними наслідками, від епіцентру яких у земній корі поширюється сейсмічна енергія, в тому числі й у вигляді електричних полів.

Відносно природи землетрусів вчені досі не дійшли єдиної думки. Давно помічено, що перед і під час землетрусів спостерігаються певні електричні явища. Про це повідомляли різні дослідники. Зокрема, у журналі "За рубежом» розповідалося, що італійський учений Хельмут Трибуч, відвідавши в 1976 році рідне село Сан Леопольдо в Північній Італії, сильно зруйноване недавнім землетрусом, записав свідчення деяких очевидців катаклізму. Йшлося про тривожну поведінку тварин перед землетрусом. Крім того, Трибуч звернув увагу на одне цікаве явище. За спостереженням годинникаря, ввечері перед землетрусом він не міг скласти розібраний годинник, бо деталі відштовхувалися одна від одної. Вчений висунув гіпотезу про електричну природу цього явища. Причиною відштовхування деталей годинника, які лежали на дерев'яному столі, на думку вченого, були електричні заряди. Причину вчені пояснюють по-різному. Одні висувають припущення, що під час тектонічних зсувів і деформації порід, радіаційних процесів та з інших причин електричні заряди нагромаджуються у товщі порід, унаслідок чого формується сильне електричне поле, напруженість якого може сягати 3-107 В/м. У надрах Землі концентрація електричної енергії значно більша, ніж в атмосфері. В тектонічному епіцентрі, крім появи великої напруженості електричного поля, зменшується електричний опір ділянки Землі і змінюється геомагнітне поле. Сильне електричне поле, яке тут формується, поширюється як на поверхню земної кори, так і всередину в напрямку до ядра Землі. Вчені припускають, що в надрах Землі, за певних умов виникають потужні електричні розряди. Тому однією з причин землетрусу, на нашу думку, може бути потужний електричний розряд між наелектризованими шарами і мантією Землі, який еквівалентний ядерному вибуху, В атмосфері над поверхнею Землі перед і під час землетрусу напруженість поля підвищується такою мірою, що інколи починає світитися повітря. Однак взаємодія земних і атмосферних полів не обмежується приземними шарами атмосфери, а сягає й іоносфери, збурюючи її. Деякі вчені висувають припущення, що під час тектонічних зсувів порід через тріщини в них на поверхні Землі виділяються іонізовані гази, які несуть позитивні заряди. Коли люди чи тварини вдихають разом із повітрям позитивно заряджені іони, то можливе погіршення загального стану їх. Експерименти свідчать, що позитивно заряджені іони спричиняють у піддослідних тварин посилене виділення серотоніну - нервового гормону, який, своєю чергою, впливає на центральну нервову систему, визначаючи неспокійну поведінку їх перед землетрусом. Здатність передбачати землетруси і виверження вулканів притаманна більшості звірів. Про це говорить і такий історичний факт: 8 травня 1902 року на острові Мартініка сталося виверження вулкану. За 30 секунд загинули 30 тисяч людей. Причому більшість звірів пішли з небезпечної зони заздалегідь. Подібну ситуацію зафіксовано і в 1908 році під час тунгуської катастрофи - всі звірі напередодні покинули небезпечну зону.

Як у надрах Землі, так і на її поверхні постійно відбувається перетікання електричних зарядів. Причинами цього можуть бути такі природні явища, як блискавки, полярне сяйво, іоносферні струми, механоелектричні явища в Землі та інше. Вже давно помічено, що земне ядро постійно зміщується від центру то в один бік, то в інший. Земна мантія, маючи тисячні температури, вирує, як природний реактор, створює надвисокі деформаційні тиски на земну кору. Внаслідок таких флуктуацій у глибинних надрах планети збуджуються електричні струми величезної сили. Крім того, техногенна діяльність людини теж породжує земні струми. Колосальні масштаби виробництва електроенергії сприяють тому, що через різні заземлювачі енергетичного обладнання і занулення ліній високовольтних передач, коронні розряди, електрифікований рейковий транспорт і станції катодного захисту велика кількість електричних зарядів стікає в Землю, породжуючи блукаючі електричні струми.

У 1934 році вчені відкрили так звані телуричні струми, які протікають у верхніх шарах земної кори, несталі за величиною і напрямком. Вони виникають під впливом природних і антропогенних чинників. Французькі вчені виявили подібні струми й у водоймищах, їх поява теж пов'язується з метеорологічними чинниками, зокрема, з наближенням грози. Ймовірно, що ці струми впливають на поведінку деяких риб перед грозою.

Вчені встановили, що напруженість поля телуричних струмів не перевищує 1 мкВ/м. Під час магнітних бур напруженість поля телуричних струмів сягає сотень мікровольт на метр. Струми, які стікають у землю внаслідок неконтрольованої техногенної діяльності людини, небезпечні ініціацією природних катастроф через зміни електрофізичних властивостей великих ділянок земної кори. Земні струми інколи в десятки разів підвищують корозійний вплив ґрунтів на металеві конструкції, роз'їдають корпуси, гвинти кораблів і човнів тощо.

Існування всього сущого на Землі тісно пов'язано з електрикою. Вчені давно дійшли висновку, що електрика є однією з основ діяльності і функціонування людини, її окремих внутрішніх органів і систем і, передусім, такої складної системи людського організму, як нервова. Для діяльності мозку людини потрібно приблизно 0,1 В. Кількість електрики, потрібну для функціонування організму, генерує сам живий організм, зокрема людина. Майкл Фарадей назвав її біоелектрикою. Причину її появи вивчали багато вчених. Ще в 1791 році А. Гальвані передбачав, що кожне мускульне волокно становить собою своєрідну лейденську банку, заряджену електрикою. У "Трактаті про сили електрики під час мускульних рухів" він стверджував, що електрика міститься якщо не в усіх, то принаймні в дуже багатьох частинах живого організму. На сьогодні думки дослідників зійшлися на тому, що основними генераторами біоелектрики є мембрани клітин за рахунок їхньої здатності розділяти позитивні і негативні іони як усередині клітини, так і зовні, залежно від її фізичного стану, а точніше - від ступеня подразнення. Мертві клітини не здатні генерувати електрику. Психофізіологічний стан людини впливає на інтенсивність генерації електричних зарядів організму. Бувають випадки, коли організм людини інтенсивно генерує електричні заряди, за яких електричний потенціал тіла людини досягає великих значень, що інколи зумовлює появу іскрових розрядів підчас рукостискання.

Встановлено також явище випромінювання радіохвиль внаслідок мускульних напружень. У 1923 році учений-біолог А.Г. Гуревич довів, що всі організми, починаючи від мікробів і закінчуючи людиною, здатні випромінювати слабке, але видиме оком ультрафіолетове світло. Про людей, які володіли високим потенціалом, так званих електричних людей, відомо ще з початку 18-го століття. Це явище вивчали багато дослідників. Французька академія наук навіть створила спеціальну групу, до складу якої входив відомий фізик Франсуа Арго. В лютому 1846 року в журналі «Журналь де деба» було опубліковано звіт комісії про результати розслідування явища «електричної дівчини» Анжеліни Котен з Ля Перр'єра (Франція), яка десять тижнів перебувала в стані наелектризованості. Предмети, до яких наближалася дівчина, відскакували від неї. Ця властивість посилювалася надвечір. Через розряди електрики дівчина інколи тіпалася в конвульсіях. У звіті комісії підтверджено електромагнітну природу цього явища. До такого ж висновку дійшли й представники медичної асоціації Онтаріо влітку 1874 року після вивчення подібного випадку в Америці.

Природа не тільки людини, а й інших живих істот, зокрема риб, пов'язана з електрикою. У природі існує понад 500 видів «електричних риб». Для багатьох із них електрика служить потужною зброєю, за допомогою якої вони глушать або вбивають жертву. Інші риби використовують електричне поле для орієнтації у водних просторах. Одним із найбільших представників електричних риб є річковий вугор, який досягає в довжину до 2,5 м. Потужність його розряду така, що її вистачило б для живлення 12 ламп розжарювання по 40 В кожна (звичайно, на короткий час). За повідомленнями радіо, вчені Японії в одному з океанаріумів освітлювали новорічну ялинку за рахунок струму від електричного вугра.

Електрика відіграє значну роль у житті комах, наприклад бджіл. Дослідники виявили, що бджола, яка залітає у вулик, несе на собі електричний заряд. Потенціал зарядів наелектризованої бджоли досягає 1,5 В. На думку дослідників, це допомагає бджолі ефективніше утримувати пилок під час збирання нектару і пилку. Поки що не з'ясовано причини виникнення електричних зарядів на тілі бджоли. Однією з версій механізму виникнення їх може бути тертя крилець бджоли об повітря. Як стверджує американський ентомолог Еріксон, наелектризованість бджоли і зміна знаку заряду залежать від двох чинників: відстані, яку пролітає бджола, та активності сонячного випромінювання. Можливо, силові лінії електричного поля Землі бджоли використовують для орієнтації в просторі. Атмосферні збурення, вибухи на Сонці й космічне випромінювання, впливаючи на розподіл силових ліній поля Землі, погіршують навігаційні умови для бджіл, впливають на їхній фізіологічний стан і навіть можуть призвести до загибелі.

Вчені виявили, що не тільки живі істоти генерують і використовують електричні заряди, а й рослини. Встановлено, що деякі рослини за ясної теплої погоди мають потенціал негативного знаку, який досягає максимуму в полудень. Вчені провели такий дослід: половину зеленого листочка рослини затемнили, а потім до затемненої і освітленої ділянок листочка приклали електроди, і між ними побіг струм. Що більша була освітленість, то більша різниця потенціалів між електродами. Середня напруга між електродами дорівнювала приблизно 0,1 В. Було встановлено, що головний будівельний матеріал зеленого листочка виявляє яскраво виражені напівпровідникові властивості. Завдяки ним зелений листочок, як сонячна батарея, виробляє електрику. Функцію генераторів електричних зарядів зеленого листочка виконують певні клітини чи частинки - квантосоми. Вони перетворюють сонячне світло в електроенергію, котру клітини використовують для виробництва протеїнів, конче потрібних їм для росту та здійснення обмінних процесів. Механізм обмінних процесів побудований на переміщенні заряджених частинок-іонів. Електрику, яку виробляють рослини, можна було б назвати фотоелектрикою. Вчені звернули увагу на те, що для здійснення обмінних життєвих процесів рослині достатньо генерувати заряд із потенціалом, меншим за 1В. Однак відомі й «електричні рослини», які за певних умов генерують заряди, створюючи потенціал у кілька тисяч вольт!. У лісах Індії зустрічається електрична рослина Philotecea electrica. Кожний, хто зриває листочок або ламає її гілку, відчуває болісний електричний розряд. Ця рослина діє і на магнітну стрілку, причому на відстані понад 5 м. Електрогенерувальні властивості рослини досягають максимуму приблизно опівдні, а вночі й під час дощу зникають. Це наштовхує на думку, що джерелом генерації зарядів рослиною можуть бути квантосоми, про які ми згадували вище. Птахи і звірі обминають такі дерева.

До земної електрики слід зарахувати також генерацію електростатичних зарядів під час електризації різних речовин і матеріалів за різних агрегатних станів. До найпоширеніших механізмів електризації належать процес розділення контактуючих поверхонь, подрібнення, розмелювання та інше. Традиційно вважають, що електризація властива тільки діелектричним матеріалам. Однак вчені встановили, що метали під час розділення поверхонь теж електризуються.

За рахунок електризації речовин і матеріалів утворюються електростатичні поля і струми, які можуть негативно впливати на стан здоров'я людей, створюючи вибухопожежонебезпечні ситуації у виробничих і побутових умовах. Нині загальновизнано, що електричне поле Землі, фізичні процеси, що відбуваються у космосі і атмосфері, техногенна діяльність взаємопов'язані і справляють значний вплив на здоров'я та безпеку людини. Оскільки люди неспроможні впливати на процеси планетарного масштабу, то слід навчитися за характером виявів їх, зокрема електричних, прогнозувати можливі наслідки та навчитися регулювати і обмежувати техногенний вплив на електричне поле Землі.