كهرباء الغلاف الجوي الوصف
وتقع طبقة ميزوسفير (الغلاف الجوي الأوسط) فوق طبقة الستراتوسفير وأسفل الثيرموسفير مباشرة. وارتفاع غلاف تلك الطبقة 50 - 80/85 كيلومترا فوق سطح الأرض. وطبقة الستراتوسفير (الغلاف الجوي الأوسط) هي طبقة من الغلاف الجوي للأرض التي تتدرج فيها درجة الحرارة، ويقع على ارتفاع بين 10 و 50 كيلومترا فوق سطح الأرض في خطوط العرض الوسطى بينما يبدأ في القطبين على الارتفاع 8 كم. طبقة الستراتوسفير تقع فوق طبقة التروبوسفير وتحت ميزوسفير. وتعتبر طبقة التروبوسفير (الغلاف الجوي السفلي) أكثف طبقة من طبقات الغلاف الجوي.
الطبقة المتاخمة للغلاف الجوي أو الأرض (atmospheric boundary layer) هو أدنى جزء للغلاف الجوي وبسبب اتصالها المباشر مع الكرة الأرضية فإن سلوكها سريع التأثر بها.
هناك تدرج في الجهد[الإنجليزية] عند السطح وهذا يتوافق مع الشحنة السالبة الموجودة في أو بالقرب من سطح الأرض. ويتلاشى تدرج الجهد السلبي بسرعة كلما ارتفعنا عن الأرض. ويكون معظم تدرج الجهد في الكيلومترات الأولى. بالمقابل يرتفع تدرج الجهد الموجب بسرعة كلما ارتفعنا عن الأرض.
إذا عرفت كمية المياه التي تتكثف ومن ثم تتساقط من الغيوم، فإنه يمكن حساب اجمالي طاقة العواصف الرعدية. ويكون معدل كمية الطاقة المنبعثة للعاصفة الرعدية نحو 10,000,000 كيلوواط / ساعة (3.6×1310 جول)، وهو ما يعادل رأس نووي قوته 20 كيلوطن. لربما عاصفة رعدية قوية وضخمة يكون نشاطها أكبر من ذلك ب 10 إلى 100 مرة.
لا تزال بداية تكوين البرق موضع جدال بين العلماء: فقد درسوا الأسباب الجذرية لتكونه ابتداء من اضطرابات الغلاف الجوي (كالرياح والرطوبة والضغط الجوي) وحتى تأثير الرياح الشمسية وتراكم الجزيئات الشمسية المشحونة بطاقة الشمس. ويعتقد بأن الجليد المتراكم داخل الغيوم قد يكون هو العنصر الرئيسي في تطور البرق، ويمكن أن يتسبب بالفصل القسري بين الشحنات الموجبة والسالبة في السحابة مما يساعد على تكوين البرق.
تحمل صاعقة البرق شحنة كهربائية سالبة تعادل 40 كيلو أمبير (يمكن أن تصل شحنة بعض الصواعق إلى 120 كيلو أمبير) وتنقل شحنة خمسة كولوم و 500 ميغا جول، وهو ما يكفي من الطاقة لإنارة مصباح 100 وات لأقل من شهرين. ويعتمد الجهد الكهربي على طول الصاعقة، عند انهيار العزل الكهربي للهواء يعطي ثلاثة ملايين فولت للمتر الواحد وهو مايعطي واحد جيجا فولت (أي مليار فولت) حتى نحصل على صاعقة طولها 1,000 قدم (300 م). فوجود 100 كيلو أمبير من التيار الكهربائي يعطي قوة 100 تيرا واط. ومع ذلك فنشوء البرق الإرشادي لا يعني انهيار العزل الكهربائي بتلك البساطة، فربما تكون الحقول الكهربائية المحيطة اللازمة لانتشار البرق أقل من حجم قوة انهيار العزل الكهربائي بعدة قيم أسية. إضافة إلى ذلك فقد يكون تدرج الجهد الكهربائي داخل قناة الشوط العائد عدة مئات من الفولتات في المتر بسبب تأين القناة القوي مما يسبب بقوة خارجية حقيقية تعادل بضعا من الميغاوات لكل متر لتيار يساوي 100 ك أمبير من الشوط العائد.
تساهم الكهروستاتيكا في تراكم الشحنات على أسطح الأجسام عند اتصالها مع الأسطح الأخرى. فعندما يتلامس سطحين ثم ينفصلان فإن الشحنات تتبادل بينهما. إلا أن ملاحظة تأثير تبادل الشحنة لا يبدأ إلا عندما يكون أحد الأسطح لديه مقاومة عالية للدفق الكهربائي، وسبب ذلك أن الشحنات المنقولة من أو إلى الأسطح عالية المقاومة تكون محاصرة هناك لفترة تكفي بملاحظة آثارها، وتبقى تلك الشحنات على الجسم حتى يتم تصريفها ببطئ إلى الأرض أو تحّيد بسرعة عن طريق التفريغ: فعلى سبيل المثال، الظاهرة المألوفة للصدمة الستاتيكية سببها هو تفريغ شحنة متراكمة بجسم ما عند التماسها مع أسطح غير موصلة.
ظاهرة نار سانت إلمو هي ظاهرة كهربائية تكونت من بلازما مضيئة من إفرازات إكليلية منشؤها جسم مؤرض. غالبا ماتعّرف كرة البرق بالخطأ بأنها نار سانت إلمو، ولكنهما ظاهرتان منفصلتان عن بعضهما البعض ومتمايزتان، ومع أنه يطلق عليها ب«نار» إلا أنها مجرد بلازما، وتعتبر مظهر من مظاهر كهرباء الغلاف الجوي عند النظر إلى هذا السياق. وعادة تظهر عند حدوث عاصفة رعدية وعلى قمم الأشجار والأبراج وغيرها، وأحيانا على رؤوس الحيوانات كفرشاة أو نجمة مضيئة
يسبب المجال الكهربائي لجسم ما بتأين جزيئات الهواء المحيطة به، فينتج توهج خافت[الإنجليزية] يمكن رؤيته في الإضاءة المنخفضة. ولكي ننتج نار سنت إلمو فإنه يجب أن يكون هناك من 1,000 إلى 30,000 فولت لكل سنتيمتر، ولكن هذا الرقم يعتمد اعتمادا كبيرا على الشكل الهندسي للجسم. فالأجسام الحادة تحتاج إلى كمية فولتات أقل لإعطاء النتيجة نفسها، وذلك لأن المجالات الكهربائية تتركز في مناطق الانحناء الشديدة بالتالي فإن التفريغ يكون أكثر كثافة في نهايات المدببة لتلك الأجسام. تظهر كلا من نار سنت إلمو مع الشرر العادي عندما يؤثر الجهد الكهربائي العالي على الغاز. ويمكن رؤية تلك النار في العواصف الرعدية عندما تشحن الأرض أسفل العاصفة بالكهرباء، حيث يصبح فرق جهد عال في الهواء الموجود بين السحابة والأرض. فيمزق هذا الجهد جزيئات الهواء ويبدأ الغاز بالتوهج. ويسبب نيتروجين وأكسجين الغلاف الجوي بتوهج نار سانت إلمو باللونين الأزرق أو البنفسجي، وهي مشابهة للآلية التي تسبب بوهج إضاءة النيون