مفاهیم پایه
آزمایش نشان می‌دهد که هرگاه
الکترومتری رابه
کاوه الکتریکی وصل کنیم، در برگه‌ها انحراف قابل ملاحظه‌ای مشاهده می‌شود. حتی اگر اجسام باردار در نزدیکی نباشد، هر چه نقطه بالاتر از سطح زمین باشد، انحراف برگه‌ها بیشتر است. این گفته به این معناست که بین نقاطی از
جو که دارای ارتفاع متفاوتی هستند،
اختلاف پتاسیل الکتریکی موجود است. یعنی پیرامون سطح زمین
میدان الکتریکی وجود دارد. تغییر پتاسیل با ارتفاع در فصول مختلف سال و نیز در نواحی مختلف زمین از نظر
طول جغرافیایی و
عرض جغرافیایی متفاوت است.
مقادیر کمی میدان الکتریکی زمین
در نزدیکی سطح زمین مقدار میدان الکتریکی زمین حدود V/m 130 است. با بالا رفتن از سطح زمین این میدان به سرعت ضعیف می‌شود و در ارتفاع 1Km شدت آن فقط 40 V/m است. در حالیکه در ارتفاع 10 Km آنقدر ضعیف است، که از آن می‌توان چشم پوشید. علامت این تغییر (میزان کاهش میدان با ارتفاع) پیشنهاد می‌کند که
زمین دارای بار الکتریکی منفی است، بنابراین ما همواره در
میدان الکتریکی قابل ملاحظه‌ای زندگی و کار می‌کنیم.
چرا زمین دارای بار الکتریکی منفی است
پژوهشهای تجربی و محاسبات در خور نشان می‌دهند، که زمین در کل دارای بار الکتریکی منفی است، که مقدار میانگین آن 0.5 میلیون
کولن برآورده شده است. این بار به سبب بعضی فرآیندها در
جو زمین و فراسوی آن در فضا عملا بدون تغییر می‌ماند و تا کنون بطور کامل مطالعه نشده است. در چنین شرایطی این سؤالات مطرح می‌شود که:
- اگر روی سطح زمین بار منفی ثابت وجود دارد، پس بار مثبت متناظر با آن کجاست؟
- خطوط میدان الکتریکی که به سطح زمین ختم می‌شوند از کجا شروع شده‌اند؟
منشأ وجودی بار منفی زمین
می‌توان به آسانی دریافت که این بارهای مثبت نمی‌توانند خیلی دور از زمین مثلا روی
ماه ،
ستارگان یا
سیارات باشند. در غیر این صورت شکل میدان در نزدیکی سطح زمین باید مانند
میدان الکتریکی کره منفردی باشد، که به فرم شعاعی بوده ، یعنی خطوط میدان از مرکز به بیرون خارج می‌شد و شدت این میدان متناسب با عکس مجذور فاصله از زمین (نه فاصله از سطح زمین) کاهش می‌یافت.
چون
شعاع زمین حدود Km 6400 است. بنابراین تغییر فاصله‌ای در حدود چند کیلومتر یا دهها کیلومتر از مرکز زمین فقط می‌توانست به مقدار قابل اغماض شدت میدان الکتریکی را تغییر دهد. اما چنانکه اشاره کردیم آزمایش نشان می‌دهد، که با فاصله گرفتن از زمین شدت میدان الکتریکی آن بطور سریع کاهش می‌یابد.
این امر به این دلیل صورت می گیرد که بار مثبت مربوط به بار منفی زمین در ارتفاع خیلی بالایی از سطح آن قرار ندارد. در واقع ، لایه‌ای از مولکولهای باردار (یونیزه) از نوع مثبت در چند ده کیلومتری بالای سطح زمین مشاهده شده است. توده بار مثبت این "ابر" بار منفی زمین را خنثی می‌کند. خطوط میدان الکتریکی زمین از این لایه تا سطح زمین کشیده می‌شوند.
مباحث مرتبط با عنوان
