Modern vetenskap har ett relativt stort lager av kunskap om jordens atmosfär och mångfalden av processer som sker i den. Det verkar som om allt detta borde undersökas väl och noggrant modelleras i laboratorier som gynnas av forskare. Det visar sig dock att det hittills inte finns någon tydlig, entydig bild av ett sådant fenomen som atmosfärisk elektricitet. Tvärtom, det finns flera modeller, som var och en har sina för- och nackdelar.
Lite historia
Personen som stod i början av studien och vetenskapligt bekräftade, faktiskt, existensen av detta fenomen, är den världsberömde ideologen för bildandet av USA - Benjamin Franklin. Faktum är att atmosfärisk elektricitet som ett fysiskt fenomen var före honom i stadium av hypotetiska beräkningar. En av Amerikas grundare var den första att visa sin närvaro i luften och förklarade också orsakernaförekomsten av blixtar. Det mest intressanta med den här historien är det faktum att Franklin använde en drake med en speciell spetsig tråd på för att bevisa det.
Genom att samla in elektricitet på detta sätt fick han en gnisturladdning som öppnade nyckeln i den enklaste jordningskretsen. Ett enkelt sätt att bevisa närvaron av laddade partiklar i atmosfären förtar dock inte på något sätt fördelarna hos denna stora politiker, såväl som vetenskapsmannen, i upptäckten av det naturfenomen som betraktas här. Därefter började fysiker runt om i världen bekräfta sina resultat med sina egna experiment av det här slaget.
Vad är atmosfärisk elektricitet?
Detta är en kombination av olika processer som orsakas av närvaron av laddade partiklar i luften som omger jorden. Forskare undersöker sådana fenomen som atmosfärens elektriska fält, dess intensitet, de strömmar som finns i samband med detta, rymdladdningar och många andra punkter. Till exempel meteorologiska faktorer, miljöfaktorer, påverkan på olika grenar av mänsklig antropologisk aktivitet: flyg, industri, jordbruk, etc.
Bekväm fysisk analogi
Vår planet i en mycket grov uppskattning är en enorm sfärisk kondensator. Detta är den enklaste enheten som kan lagra elektrisk energi. Jonosfären och själva jordytan kan betraktas som plattorna i en gigantisk kondensator. I detta fall fungerar luft som en isolator, vilket under normala förhållanden harmycket låg elektrisk ledningsförmåga. Jordens yta är negativt laddad, medan jonosfären är positivt laddad.
Som mellan plattorna på en konventionell kondensator bildas här ett elektriskt fält som har helt unika egenskaper. Till exempel är dess intensitet maximal nära jordens yta, och minskar exponentiellt med ökande höjd. Förresten, redan vid 10 kilometer över havet är dess värde 30 gånger lägre. Detta fält utgör i princip hela mångfalden av fenomen, förenade under det allmänna namnet "atmosfärisk elektricitet".
Detta är en av de vanligaste modellerna i den moderna vetenskapliga världen. Det kallas Wilsons teori. Det finns också en hypotes som lagts fram av den sovjetiske vetenskapsmannen Frenkel, enligt vilken jonosfären inte spelar någon betydande roll för att skapa det elektriska fältet. Han trodde att det bildas främst på grund av samspelet mellan jordens yta och moln, samt deras polarisering.
Natural Generator
Men om vi återgår till kondensatormodellen, som inte bara ger en bra analogi, utan också teoretiska möjligheter att skapa källor för praktiskt taget fri energi, så manifesterar atmosfärisk elektricitet sig i bara några få grundläggande processer. Tänk på det viktigaste.
Först och främst är det de så kallade läckströmmarna. När det gäller en konventionell kondensator är dessa parasitfenomen som minskar dess effektivitet vid lagring av laddning. När det gäller atmosfären är det konvektiva strömmar som bildas till exempel iområden med orkaner och åskväder. Deras styrka når tiotusentals ampere, och trots detta upplever inte potentialskillnaden mellan jordens yta och jonosfären några betydande förändringar, vilket naturligtvis bevarar fältstyrkan. I en elektrisk krets som innehåller en kondensator är detta endast möjligt med en extra generator.
Följande logiken är det värt att anta närvaron av något liknande i fallet med jordens atmosfär. Det finns faktiskt en sådan energikälla. Detta är magnetfältet på vår planet, som, roterande med det i en ström av solstrålning, skapar en kraftfull generator. Förresten, det finns en idé att använda sin energi, bara använda atmosfärisk elektricitet. Fri energi är en otroligt kraftfull stimulans för utvecklingen av vetenskapligt tänkande inom alla områden av mänsklig aktivitet. Denna trend har inte gått förbi atmosfärens fenomens fysik. Men mer om det senare.
Åskväder
Nästa intressanta och viktiga process i atmosfären är gnistgasutsläppen som åtföljer åskväder. Liksom konvektiva strömmar är detta ett parasitfenomen ur kondensatormodellen av det elektriska fältet som skapas mellan jordens yta och jonosfären. Och detta är tyvärr långt ifrån begränsat till de negativa effekterna av utsläppsfenomen i atmosfären. Här bör det noteras risken för blixtnedslag för marklevande föremål av antropogen aktivitet, inklusive de destruktiva effekterna av chock och termiska överbelastningar som åtföljer detta formidabla fenomen.
Zippers
Bevis på blixtens elektriska natur, så elegant bevisatFranklin, utgör en logisk fråga. Troligtvis oroade han till och med grundfaderns samtida. Så, är atmosfärisk elektricitet hög eller låg spänning?
Enligt den redan nämnda kondensatormodellen bör potentialskillnaden mellan plattorna på en planetarisk skala bilda ett elektriskt fält. Faktum är att den negativt laddade ytan på jorden å ena sidan och den positivt laddade jonosfären bildar ett fält med hög intensitet. Elektriska fenomen i molnen skapar enorma rymdladdningar precis i den nedre delen av atmosfären. Därför är fältstyrkan vid jordytan mycket större än till exempel på en höjd av 10 km.
Självklart genererar ett elektriskt fält av denna intensitet kraftfulla urladdningsströmmar som en oerfaren observatör kan se under ett vanligt åskväder på mellanbreddgrader. Därför är spänningen i urladdningskanalen hög.
St. Elmo's Lights
Förutom gnistan finns det en koronaurladdning i atmosfären, som på grund av historisk tradition kallas St. Elmos bränder. Det ser ut som penslar eller lysande strålar i ändarna av höga föremål, såsom fartygsmaster, torn, etc. Dessutom kan detta fenomen bara observeras i mörker. Anledningen till att St. Elmo's lampor dyker upp är en ökning av den elektriska fältstyrkan i omgivningen, till exempel när man närmar sig eller under åskväder, storm, snöstorm, etc.
En sådan flytning kan varaganska lätt att få hem. Gör-det-själv atmosfärisk elektricitet är faktiskt en mycket enkel sak. Du kan till exempel ta av dig en syntettröja och börja ta med en nål till den. Från ett visst avstånd kommer en urladdning att dyka upp vid dess spets, som tydligt kan observeras i tot alt mörker.
Fireball
En annan manifestation av åskväder är en gasurladdning, som vanligtvis har en sfärisk form. Vi pratar om bollblixtar, som är ett unikt och mycket sällsynt naturfenomen. Forskare kan fortfarande inte komma överens om en adekvat teoretisk motivering för förekomsten av detta fenomen. Och fram till 2012 fanns det inga dokumentära bevis på verkligheten av bollblixtar alls. Hur det än må vara så är detta ännu ett mysterium med jordens atmosfär som forskarna fortfarande kämpar med.
Miljöfaktor
Det har redan sagts ovan om blixtens inverkan på olika typer av mänskliga aktiviteter. Atmosfärisk elektricitet som miljöfaktor är en mycket viktig punkt, som också bör diskuteras. Med tanke på mänsklig utveckling av de olika resurser som planeten jorden ger honom, ger luftmiljön honom möjligheten att upprätthålla sin existens som art.
Närvaron av ett elektriskt fält i atmosfären har många obehagliga konsekvenser för mänskliga aktiviteter. Vissa av dem är ganska ofarliga, men många manifestationer tvingar de bästa ingenjörshjärnorna att komma på effektiva sätt att lugna formidable krafter.natur.
Livssäkerhet
Atmosfärisk elektricitet och skydd mot den är den viktigaste frågan som bör diskuteras i ekologisammanhang. Naturligtvis är de farligaste de mest kraftfulla gnisturladdningarna, som blixtar. Och detta gäller inte bara deras terrestra sorter. Blixtar inom molnet utgör ett visst hot mot civil och militär luftfart. På ett eller annat sätt är alla atmosfäriska utsläppsfenomen föremål för noggrann observation och förebyggande av eventuell skada. Detta görs av speciella ingenjörstjänster inom samma luftfart, skeppsbyggnad eller åskskydd av byggnader, kraftverk etc.
Gratis energi
Låt oss slutligen återgå till frågan om praktiskt taget gratis energi som atmosfärisk elektricitet kan ge. Tesla, den berömda blixtens mästare, gjorde en enorm mängd forskning för att omsätta detta naturfenomen i praktiken. Hans arbete var inte förgäves. Moderna ingenjörer patenterar olika metoder för energiproduktion på grund av att det finns ett kraftfullt elektriskt fält nära jordens yta.
Ett slående exempel är en krets med en vertik alt installerad jordad ledare, mellan den övre och nedre änden av vilken en potentialskillnad uppstår på grund av samma närvaro av fältet. Denna energi som skapas av den kan utvinnas genom att bilda en kontrollerad koronaurladdning i den övre änden av ledaren. Som ett resultat kan ström upprätthållas i ledaren, vilket gör att det är säkert att ansluta en konsument till den.
Därmed öppnar atmosfärisk elektricitet, trots de befintliga hoten mot normal antropogen aktivitet, också stora möjligheter att förse hela mänskligheten med praktiskt taget gratis energi.
