Коллега, в разделе «Электрическое поле Земли» БСЭ (Большая Советская Энциклопедия) сказано, что электрический заряд Земли составляет 5,7*10^5 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:
µ0 = 4Пи*Mп*r0/Qп^2 кг*м/Кл^2, откуда Qп = (Mп*r0*10^7)^1/2 = Mп(G*10^7/c^2)^1/2 Кл,
где: Mп – масса всего потенциального поля, кг;
r0 = GMп/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):
Mm = 5,478*10^33 кг.
Следовательно, максимально возможный электрический заряд поля:
Qm = Mm(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), 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).
Рисунок приведен здесь: http://fizika97.narod.ru/Ris/Beseda/ris_31.png
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 эпсилон раз потому, что из поля полного заряда вычитается поле поляризационных (связанных) зарядов.
То есть, свободный электрический заряд: Q = Qп – q = Qп(1 – Qп/Qm),
а поляризационный заряд: q = – Qп(1 – 1/эпсилон) = – Qп^2/Qm Кл,
где эпсилон = Qп/Q = Qm/(Qm – Qп) – диэлектрическая проницаемость поля (среды).
Итак, векторы напряжённости поля связанных зарядов параллельны векторам напряжённости поля полного электрического заряда, но направлены противоположно.
Проверка: Масса Земли (и вся масса её потенциального поля) Mз = 5,976*10^24 кг.
Следовательно, Qз = 5,149*10^14 Кл, а поляризационный (связанный) электрический заряд, который мы наблюдаем на поверхности Земли:
q = 5,617*10^5 Кл.
Это расчётное значение всего на 1,46% отличается от указанного в БСЭ.