Ionosféra a náboj

@michal-kodnar Ahoj Michal, po pravde aj som rád, že si otázku rozviedol. Aspoň som si istý jej formuláciou a už rozumiem lepšie na čo sa pýtaš.

Publikoval: @michal-kodnar

↑

Celkové množstvo nábojov však zostáva zachované, pretože náboje sa nemôžu vytvárať ani zanikať. 

Trochu poupravím najskôr toto. Vyvážený alebo neutrálny náboj síce môže byť, no to neznamená, že nie je separovaný. Naopak - je.

Elektrický náboj je kvantizovaná interná veličina, ktorá podobne ako hybnosť nemôže byť zničená ani Le tak, vytvorená. To však neznamená, že nemôže byť transformovaná. Môže.

Stačí ak si vezmeš elektróny, ktorý má záporný elektrický náboj. Proton má pozitívny Elektrický náboj. Vieš čo ešte ma pozitívny Elektrický náboj? Napríklad pozitron. No a keď elektrón s pozitronom aninhaluje, ich elektrický náboj "zmizne", pretože sa transformuje do 2 Fotónov, ktore z interakcie vzniknú. Elektrický náboj fotónu je totiž nulový.

Čo ešte má nulový, respektíve neutrálny Elektrický náboj, čo už poznáš? Neutrón. To však neznamená, že Neutrón nemôže svoje kvantizované vlastnosti využiť transformáciu elektrického náboja

Keď je neutron v jadre atómu, je stabilný. Keď je však mimo, nie je. Neutron sa do par minút rozpadá a hádaj čo vznikne. Elektrón, protón a neutríno. Všetky jeho kvantizované vlastnosti ako hmotnosť, náboj aj ohybnosť sú tak zachované.

Môžeš teda vidieť, že aj keď je neutron neutrálny a vznikne z neho elektrón a proton, ich náboj si nijako nevytvoril. Bol však transformovaný a kedykoľvek môže byť transformovaný naspäť. Kým sa tak však nestane, elektrón a proton môžu byť separovaný produkovať okolo elektrické aj magnetické pole, ktoré už neutrálne nie je.

Toto je však subatomárna úroveň a preto to prinesiem späť tam, kde sa verím orientuješ lepšie. Aspoň na atómovú úroveň. Vezmime si teda vodík. Základný chemický prvok vo vesmíre a aj na Zemi.

Než budem pokračovať, použijem pekný príklad/analógiu. Rád Vám veci vysvetľujem na príkladoch aby ste si to vedeli vytualizovat tak aj teraz. Príde mi totiž trochu, že máme "nejasnosti" v elektrickom náboji a elektrickom poli. Elektrický náboj je niečo "interné", zatiaľ čo pole je niečo, čo je výtvorom daného náboja.

Predstav si farbu. Napríklad temperovú farbu niekde v miske. Povedzme červenú. Toto je jej interná vlastnosť - Farba. Čiže akože elektrický náboj častice. Sama o sebe farba len tak leží na stolíku. Keď však s farbou začneš hýbať, napríklad vďaka štetcu, dokážeš vytvoriť obraz (elektrické aj magnetické pole). Čiže dáš vzniknúť niečomu, čo tu predtým nebolo. To neznamená, že si to vytvoril z ničoho. Len si pridal premennú. Pohyb náboja (farby) v priestore (po plátne).

Tiež si vieš takto predstaviť transformáciu náboja. Náboj nemožno zničiť aji vytvoriť, no transformovať áno. Rovnako tá červená farba. Je proste červená. Avšak ak ju povedzme zmiešame so žltou vznikne oranžová. To teda neznamená, že ťa oranžová vznikla z ničoho, ani že tá červená len tak zanikla. Nastala iba ich transformácia, vďaka ich interným vlastnostiam (farba/náboj). Rozumieš?

Verím, že áno a pokračujem.

Vodík je sám o sebe neutrálny atóm. Obsahuje protón a elektrón. Jeden kladný a druhý záporný, no keď sú spolu, náboj vodíka je neutrálny. To však neznamená, že náboje nemôžu byť separované. Presne toto je ionizácia.

Teraz vysvetlenie ešte k tomu videu, ktoré ste robili ohľadom grounding s Veronikou, pretože súvisí aj s týmto. Slnko v našom systéme v podstate slúži ako katodovy lúč. Zem je anóda. Keď na Zem svieti slnečné svetlo na Zemi sa preto uvoľňujú elektróny, zatiaľ čo protóny sú "odparené" do atmosféry. Niečo podobné je v ionosfere, z ktorej slnečný vietor separuje elektróny.

Nezabúdaj, že atmosféra, teda náš vzduch, obsahuje cca 71% dusíka, 21% kyslíka a zvyšné stopové prvky. Dusík aj kyslík majú elektrón na viac (alebo oň aj prišli) a vždy akceptujú protón. Medzi všetkým, čo je v atmosfére je teda aj protón. Takýmto spôsobom sa protóny dostávajú do atmosféry, zo z povrchu Zeme a zem ostáva voči atmosfére naň ňou negatívne nabitá. Tvoje chodidlá sú následne ďalšia anóda, ktorá je v porovnaní so zemou malička a preto prúdia elektróny z nej do nás.

Takýmto spôsobom je počas dňa v priemere cca meter nad zmenou elektrické pole rovné cca 100 Volt na meter. Aj vďaka tomuto napríklad rôzne kvetinky vedia tento potenciál rapídne navýšiť, vďaka čomu ho následne elektromagneticky vidia rôzne druhy hmyzu ako včielky, či čmeliaci, ale aj pavúky, ktoré vedia, na aký kvietok/strom/list ísť.

Čím ideme vyššie do atmosféry, až Ionosféry, tým je náboj odlišný. Ionosfera je horná časť, ktorá ako ja z názvu vidíš je "ionizovaná". To znamená, že je tvorená z plynu (Plazmy), ktorá je neustále deformovaná (stláčaná) vďaka solárnemu vetru, a tiež obsahuje elektricky nabité ióny, ktoré prišli o elektróny. Aj preto je v niektorej časti pozitívna, no tiež obsahuje vodivé pásmo, vďaka voľným elektrónom.

Pretoto je naša ionosfera kladné nabitá v porovnaní s povrchom Zeme. Jej chápanie a správanie, podobne ako je to pri mrakoch, je však komplikovanejšie.

@michal-kodnar

Z riadkov vyššie teda chápeš, že náboj v hornej časti atmosféry (v ionosfere) je ľahšie pohybovateľný ako ten bližšie pri zemi. Náboj blízko zemi sa hýbe pomaly, vlastne vďaka pohybu iónov.

Prúd nad našou zemou, tam kde je napríklad naša hlava keď stojíš na zemi, je okolo 10 mikroampérov a prechádza každým štvorcovým metrom rovnobežne so zemou.

Vodivosť vzduchu v dôsledku unášania iónov sa následne rýchlo zvyšuje s nadmorskou výškou.

A hoci hustota elektrického prúdu vo vzduchu je len niekoľko mikroampérov na meter štvorcový, na zemskom povrchu je veľmi veľa metrov štvorcových.

Celkový elektrický prúd, ktorý kedykoľvek dosiahne zemský povrch, je teda takmer konštantný na úrovni 1800 ampérov. To už je obrovské číslo. Tento prúd je „pozitívny“ – pretože prenáša plusové náboje. Takže máme zdroj napätia 400 000 voltov s prúdom 1 800 ampérov, čo dáva výkon 700 megawattov!

Avšak je tu aj negatívny a toto už súvisí s tým, čo sa deje aj v mrakoch, pretože ich náboj je premenlivý. Nie konštantný.

Búrky prinášajú na zem záporný náboj, čo vieme, no otázka je ako a tiež ako sa v mrakoch ocitne, ak je atmosféra pozitívne nabitá vďaka iónom. A odpoveď by mala byť intuitívna. Aj vďaka úžasným, vlastnostiam vody.

Po prvé, vezmime si mrak. Ten sa skladá z niekoľkých „buniek“ pomerne blízko seba, ale takmer nezávislých od seba. Rovnako ako tvoje telo alebo bunka. Jej celkový náboj môže byť zvonku a z makro pohľadu neutrálny, no skladá sa z rôznych častí a nábojov, ktoré sú elektricky nabité a opačné.

No a tu prichádza trochu jednoduchej fyziky a mechaniky, ktorej ty pochopíš.

Vzduch sám o sebe totiž nie je stabilný, podobne ako obsah mraku. Môže sa hýbať a to iba vďaka zmene teploty, tlaku, či hustoty. Napríklad taká hladina vody, keď ráno svieti slnko a odparuje sa. Keď teplý, vlhký vzduch pri dne stúpa, smerom hore sa ochladzuje a vodná para v ňom postupne kondenzuje. Toto je aj v mraku.

Otazka ešte možno že prečo vzduch takto stúpa. Odpoveď je logicky, keď stúpame do nadmorskej výšky, vzduch je chladnejší. Zem je ohrievaná slnkom a spätné vyžarovanie tepla na oblohu pochádza z vodnej pary vysoko v atmosfére; takže vo vysokých nadmorských výškach je vzduch studený – veľmi studený – kým nižšie je teplejší.

Tiež vieme, že teplý vzduch je ľahší ako studený. Vďaka tomuto prežijú rybky pod hladinou mora, keďže sa chladna a husta voda plná kyslíka a elektrónov dostáva pod hladinu, vďaka čomu indikuje flow vody, a tiež vďaka tomu cirkuluje vzduch v atmosfére aj v mraku. Preto je táto kombinácia teplého a chladného vzduchu mechanicky nestabilná a teplý vzduch stúpa nahor.

Nezabúdaj, že cez deň vždy svieti slnko a teda máme externý zdroj ktorý proces poháňa. Problémom teda skutočne nie je termodynamická rovnováha, ale mechanická rovnováha. Horúci vzduch, ktorý je menej hustý, teda normálne stúpa hore, zatiaľ čo hore sa zasa ochladzuje, vďaka čomu sa stane hustejšim a ťažším, následne klesne dole, kde sa ohreje a zasa stúpa.

Keď sa vodná para vznáša a bo výške kondenzuje, vytvára malé vodné kvapky, ktoré sa rýchlo ochladzujú na teplotu pod nula stupňov. Mali by v skutočnosti zamrznúť, ale nezmrazia sa okamžite – sú tzv. „podchladené“.

A tu sa opäť dostávame k zaujímavým vlastnostiam Vody a toho co dokáže. Kľudne si zopakuje článok kvantová Biológia #14.

https://jaroslavlachky.sk/kb-14-rozpolenie-vody-supravodivost-a-podchladenie/

Voda z reverznej osmozy napriklad nezamrzne pri 0 stupňov. A dôvod prečo je absolútna čistota = zbavenie kryštálov soli v nej.

Voda a iné kvapaliny sú totiž schopné sa pred kryštalizáciou ochladiť hlboko pod bod mrazu, ak nie sú prítomné žiadne „jadrá“ na spustenie procesu kryštalizácie. To znamená, že len ak je prítomný nejaký malý kúsok materiálu, ako malý kryštál napr. soli alias NaCl, kvapka vody zamrzne na malý kúsok ľadu.

Môže byť aj toto dôvod, prečo sú niektoré časti nášho tela plné soli, zatiaľ čo iné, napríklad taký matrix mitochondrie, prechádza dokonalou filtráciou, ktorá sa podobá na reverznú osmozu?

A môže to byť tiež dôvod prečo keď pôjdeš na nejaký ostrov, tak tam budeš mať odlišnú šancu zrážok, pretože sa z morskej hladiny odparuje viac soli, ktoré dodávajú jadra do vody a menia schopnosť podchladenia vodnej pari v mrakoch nad ostrovom a teda zvyšujú riziko (pravdepodobnosť) dažďa?

A tiež je to dôvod, prečo je spodná časť mraku odlišne elektricky nabitá ako jeho horná časť hoci aj tieto väčšie samostatné regióny môžu obsahovať menšie regióny s opačným nábojom.

A kľudne sa pýtaj ďalej. Chcem aby ste tomu porozumeli ak niečo nie je jasné a na to potrebujem spätnú väzbu 😉

Super, ďakujem za podrobnú odpoveď 🙂

To že nemôže byť náboj v rámci celku "separovaný" mi je jasné, akurát som potreboval podrobnejšie vysvetliť základné veci ohľadom interakcie medzi zemou a ionosférou (väčšia pohyblivosť náboja v oblasti bližšie k zemi + zvyšujúca sa vodivosť vzduchu s nadmorskou výškou) a myslím že už tomu rozumiem. Čo som pozeral Feynamnna, tak ionosféra má pozitív. náboj cca vo výške 50 km (teda najspodnejšia vrstva).

Každopádne ešte raz ďakujem 🙂

Inak to čo popisuješ s hustotou + teplotou vzduchu sa dá podľa mňa pekne a jednoducho vizualizovať na atómovom výbuchu

@michal-kodnar súhlasím. Veľa ľudí si to vie predstaviť rôzne.

Mne napríklad od mala utkvelo v hlave to, ako keď spíme na poschodovej posteli, že vyššie je teplejšie. Vždy nám otec ako chalanom hovoril, že teplo sa drží vyššie a keď brat spával hore na posteli, vždy sa "machroval" že mu je tam najlepšie 

Publikoval: @michal-kodnar

↑

Čo som pozeral Feynamnna, tak ionosféra má pozitív. náboj cca vo výške 50 km (teda najspodnejšia vrstva).

Každopádne ešte raz ďakujem

Nie je začo. A áno Feynman je aj v tomto borec. Práve o tomto ma tiež lekcie a myslím, že aj ty si ich isto čítal. Ta vrstva nižšie je práve preto viac pozitívna, keďže horná čelí neustálym kozmickým žiareniam, ktoré ju ľahšie ionizuju (oberajú o elektróny) ako tú spodnejšiu.

Publikoval: @jaroslav-lachky

↑

No a keď elektrón s pozitronom aninhaluje, ich elektrický náboj "zmizne", pretože sa transformuje do 2 Fotónov, ktore z interakcie vzniknú. Elektrický náboj fotónu je totiž nulový. 

Jaro myslel si tento pojem? 

Anihilácia (v angličtine "annihilation") znamená úplné zničenie, zrušenie alebo odstránenie niečoho. V kontexte fyziky môže byť anihilácia proces, kde častice a antičastice sa stretávajú a navzájom sa "zničia" a premenia sa na iné častice alebo energiu. V iných kontextoch sa môže používať ako metafora pre úplné zničenie alebo odstránenie niečoho.

@empigo-osobny-trener-kosice ako Miro, presne ten. Vo fyzike je to bežný pojem - "zániku" častice.

Je to jeden z dôvodov, prečo zo slnka neunikne mnoho pozitronov, podľa teórie jadrovej fúzie v slnku.

Prvým krokom je tam fúzia dvoch protónov do deuterónu. Keď sa protóny spájajú, jeden z nich podlieha beta plus rozpadu, pričom sa mení na neutrón emitovaním pozitrónu a elektrónového neutrína (hoci malé množstvo jadier deutéria vzniká reakciou „proton-proton-fuzia“

Pozitron bude automaticky anihilovať s elektrónom do dvoch gama lúčov. 

Publikoval: @jaroslav-lachky

↑

ako Miro, presne ten. Vo fyzike je to bežný pojem - "zániku" častice.

Je to jeden z dôvodov, prečo zo slnka neunikne mnoho pozitronov, podľa teórie jadrovej fúzie v slnku.

Prvým krokom je tam fúzia dvoch protónov do deuterónu. Keď sa protóny spájajú, jeden z nich podlieha beta plus rozpadu, pričom sa mení na neutrón emitovaním pozitrónu a elektrónového neutrína (hoci malé množstvo jadier deutéria vzniká reakciou „proton-proton-fuzia“

Pozitron bude automaticky anihilovať s elektrónom do dvoch gama lúčov

✅😉

@empigo-osobny-trener-kosice S tebou by sa myslím Miro dalo aj k tejto téme viac! Snáď postupne príde aj na to 😉

Publikoval: @jaroslav-lachky

↑

S tebou by sa myslím Miro dalo aj k tejto téme viac! Snáď postupne príde aj na to

V budúcnosti určite🙂.

Potreba “ČIERNYCH LABUTÍ” je v dnešnej dobe nutná…😉🦢Ty rozumieš čo naznačujem ☘️ 

@jaroslav-lachky Tak to že je teplejší vzduch ľahší je jasné aj decku, no mne skôr pri príklade atómovky išlo o tú fluktuáciu; a teda o to že teplejší vzduch sa môže zase stúpaním ochladzovať a klesať. Trochu som do toho nazrel o niečo podrobnejšie a objavil som zaujímavý jav ktorý sa volá Brunt-Väisälä frequency - tento jav popisuje konkrétne časovú škálu, v ktorej vztlakové sily vrátia premiestnený objem kvapaliny do pôvodnej polohy (stratifikácia).

@michal-kodnar počkaj na nový článok Michal, ktorý už je nahraný týždeň, len ešte nie je zverejnený, o Rayleigh – Benardovej konvekcii. Bude k veci aj k tomu, na čo sa pýtaš 👍

Ďalší blog je zverejnený. Čo je to Rayleigh Bénardova konvekcia a ako naše telo pomocou Tepla, ktoré máme Zadarmo, udržuje neustály flow a pohyb? Aj flow vody v prírode?

ayleigh-Bénardova konvekcia je typ prirodzenej konvekcie , ktorá sa vyskytuje v rovinnej horizontálnej vrstve tekutiny ohrievanej zospodu, v ktorej tekutina vyvíja pravidelný vzor konvekčných buniek známych ako Bénardove bunky.

Bénard -Rayleighova konvekcia je vďaka svojej analytickej a experimentálnej dostupnosti jedným z najčastejšie študovaných konvekčných javov. Konvekčné vzorce sú najpresnejšie preskúmaným príkladom samoorganizujúcich sa nelineárnych systémov. [R, R]

Túto konvekciu si prvýkrát všimol francúzsky fyzik Henri Bénard v roku 1900. Po ňom je aj pomenovaná.

V laickej reči to znamená toľko, že keď máš vodorovnú vrstvu, napr. tanier, na ktorom je nejaká vrstva vody, v danej vode sa akoby „svojvoľne“ začne voda presúvať z jedného miesta na druhé a teda sa organizovať. Vznikne z toho na oko akoby perperum mobile!

Predstav si nejakú 2D vrstvu vody. Opäť raz napríklad tanier. Voda na ňom má nejakú hĺbku. No a ty už vieš, že táto voda nie je iba homogénna kvapalina. Má rôzne skupenstvá, ktoré sa neustále formujú a deformujú vďaka svojím vodíkovým väzbám. To obyčajné H2O je teda iba „klam“, pretože molekuly vody a vodík v nej sa neustále presúva.

Keď túto vodu začneš zospodu zohrievať, dodávať jej teplo = forma IČ, vrstvy vody dole sa začnú organizovať, no zároveň zhlukovať a zohrievať. Opäť raz si spomeň, ak to potrebuješ, že Teplota a Teplo sú rozdiel.

Zohriaté časti vody, tie ktorých teplota sa už zvýšila, začnú meniť svoju hustotu aj teplotu, čím sa stanú menej organizované. Menej zorganizované je synonymom vyššej pozitívnej entropie a to je zasa synonymom nižšej hustoty. Voda s nižšou hustotou je následne ľahšia a preto začne stúpať hore. Takýmto spôsobom prechádza k povrchu.

Až sa vrstva dostane viac k povrchu, ochladí sa, čím sa stane viac štrukturovanou. Takto sa zvýši jej hustota aj tlak a začne následne klesať. Takýmto spôsobom sa indukuje pohyb v kvapaline a tiež sa začnú tvoriť tzv. Bénardové bunky.

Ako teda vidíš, v podstate k tomu nepotrebuješ nič. Jediný externý zdroj, ktorý potrebuješ je niečo, čo vysiela teplo.

No a aká to náhoda, že takýmto zdrojom je napr. Slnko, ale aj sopky pod hladinou. Žeby práve preto život vznikol tam, vďaka sopečným činnostiam, ktoré separovali vodu a uvoľnili z nej elektróny aj protóny, ktoré začali „ŽIŤ“? Áno, presne tak.

Viac v novom článku:

https://jaroslavlachky.sk/voz-14-rayleigh-benardova-konvekcia-a-neustaly-pohyb-vody/

Audio verzia TU:

https://open.spotify.com/episode/3UxtNMDPSUIhFqfgF8Ax5C?si=4bb2bdf98f2a4860