Коллега, в разделе «Электрическое поле Земли» БСЭ (Большая Советская Энциклопедия) сказано, что электрический заряд Земли составляет 5,7*105 Кл. Подтверждают ли это значение Ваши расчёты?
Хороший вопрос, мой друг. И ответ на него начну с того, что указанное Вами значение определяет связанный (поляризационный) электрический заряд Земли. Полный же заряд Земли значительно больше, ибо он является суммой свободного и связанного электрических зарядов. Значение второго поддаётся измерению, а значение первого можно только вычислить.
Коллега, что значит «полный электрический заряд»?
В беседе 10 «
Полевая модель всего» мы с Вами, мой друг, рассматривали весьма приближённую, но близкую по аналогии модель силового поля. Представьте растянутую в разные стороны резиновую плёнку огромных размеров. Продавливаем эту плёнку в её центре и получаем впадину. Самая большая глубина этой впадины (соответственно и сил упругой деформации) находится в месте надавливания, то есть – в центре плёнки и нисходит на «нет» у её краёв.
Так же, от периферии к центру нарастает и напряжённость поля. Только потенциальное поле не плоскость (как резиновая плёнка), а сфера, в центре которой действительно напряжённость поля максимальна, а объёмная плотность энергии (проще – давление) имеет минимальное значение.
В беседе 16 «
Природа электрического заряда» мы выяснили, что объёмная плотность энергии (давление) в замкнутом пространстве относительно окружающего пространства определяет величину электрического заряда. Повышенная плотность энергии определяет отрицательный заряд (так уж принято), а пониженная – положительный заряд.
Значит, в центре поля должен быть максимально возможный положительный заряд. Это и есть полный электрический заряд
QП возникшего в результате флуктуаций энергии потенциального поля. Его значение мы можем определить из всем известного уравнения для магнитной постоянной:
µ
0 = 4π*M
П*r
0/Q
П2 кг*м/Кл
2, откуда Q
П = (M
П*r
0*10
7)
1/2 = M
П(G*10
7/c
2)
1/2 Кл,
где: M
П – масса всего потенциального поля, кг;
r
0 = GM
П/с
2 – гравитационный радиус поля, м.
Значит, коллега, можно сделать вывод, что полный электрический заряд зависит только от массы всего потенциального поля. Но остался вопрос: что означает «связанный электрический заряд»?
Связанные электрические заряды возникают на границе раздела между веществом и полем. Ранее (см. п. 2 в Дополнении к беседе 29 «
Минимально возможная масса кванта») мы определили максимально возможную массу поля звезды (и такую же массу самой звезды):
M
m = 5,478*10
33 кг.
Следовательно, максимально возможный электрический заряд поля:
Q
m = M
m(G*10
7/c
2)
1/2 = 4,720*10
23 Кл
Однако, масса реального поля (звёзд и, тем более, планет) значительно меньше. В центре такого поля формируется вещество (см. беседу 6 «
Природа гравитации») и этот процесс заканчивается устойчивым состоянием, когда масса вещества
MВ станет равной массе поля
MП.
Теперь рассмотрим рисунок, на котором условно изображён заряженный Земной шар (проводник) с полным электрическим зарядом
QП, окружённый потенциальным полем (диэлектрик). В выделенном нами промежутке на поверхности проводника (Земли) выступают положительные заряды, которые поляризуют отрицательные заряды
q на примыкающей к шару поверхности диэлектрика (поля).
Ясно, что теперь напряжённость поля Земли за пределами её поверхности будут создавать две противоположно заряженные сферы – поверхность шара, заряженная положительно, и примыкающая к ней отрицательно заряженная поверхность самого поля. Таким образом, поле в диэлектрике ослабляется в ε раз потому, что из поля полного заряда вычитается поле поляризационных (связанных) зарядов.
