Ce este electricitatea atmosferică?

Știința modernă are un stoc relativ mare de cunoștințe despre atmosfera Pământului și despre diversitatea proceselor care apar în el. Se pare că toate acestea ar trebui să fie bine cercetate și modelate meticulos în laboratoarele favorizate de oamenii de știință. Cu toate acestea, se pare că până acum nu există o imagine clară și lipsită de ambiguitate a unui astfel de fenomen ca electricitatea atmosferică. Dimpotrivă, există mai multe modele, fiecare dintre ele având avantajele și dezavantajele sale.

Un pic de istorie

Omul care a stat la originea cercetărilor și a confirmat științific, de fapt, existența acestui fenomen, este ideologul faimos al lumii din Statele Unite - Benjamin Franklin. Într-adevăr, electricitatea atmosferică ca a fizic era în fața lui în stadiul calculelor ipotetice. Unul dintre tații fondatori ai Americii a arătat pentru prima dată prezența sa în aer și, de asemenea, a explicat cauzele fulgerului. Cel mai interesant lucru din această poveste este faptul că Franklin obișnuia să dovedească un zmeu cu o sârmă specială pe el.

Prin colectarea electricității în acest fel, el a primit o descărcare de scânteie, rupând cheia într-o schemă simplă de împământare. O modalitate simplă de a dovedi prezența particulelor încărcate în atmosferă, totuși, nu distrează meritele acestui mare politician, precum și omul de știință în descoperirea fenomenului naturii considerat aici. Ulterior, fizicienii din întreaga lume au început să confirme rezultatele cu propriile lor experimente.

Ce este electricitatea atmosferică?

Acesta este un set de procese diverse cauzate de prezența particulelor încărcate în aerul din jurul Pământului. Oamenii de știință investighează fenomene cum ar fi câmpul electric al atmosferei, tensiunea, curenții existenți în legătură cu acesta, taxele volumetrice și multe alte momente. De exemplu, factorii meteorologici, ecologici, influența asupra diferitelor ramuri ale activității antropologice a omenirii: aviație, industrie, agricultură etc.

O analogie fizică convenabilă

Planeta noastră într-o aproximație foarte dificilă este un mare condensator sferic. Este cel mai simplu dispozitiv capabil de conservare energie electrică. Ca căptușeală a unui condensator gigant, este posibil să se ia în considerare ionosfera și suprafața pământului în sine. În acest caz, izolatorul este aerul, care în condiții obișnuite are o conductivitate electrică foarte scăzută. Suprafața Pământului este încărcată negativ, iar ionosfera este pozitivă.

Între plăcile unui condensator convențional se formează aici un câmp electric care are caracteristici complet unice. De exemplu, intensitatea sa este maximă în apropierea suprafeței pământului, scăzând exponențial cu altitudine în creștere. Apropo, deja la 10 kilometri deasupra nivelului mării, valoarea sa este de 30 de ori mai mică. Acest câmp formează în mod fundamental întreaga varietate de fenomene unite sub denumirea generală "electricitate atmosferică".

Acesta este unul dintre cele mai comune modele din lumea științifică modernă. Se numește teoria lui Wilson. Există, de asemenea, o ipoteză avansată de omul de știință sovietic Frenkel, conform căreia ionosfera nu joacă un rol semnificativ în crearea unui câmp electric. El credea că se formează în principal datorită interacțiunii suprafeței și a norii pământului, precum și polarizării lor.

Generator natural

Dar dacă ne întoarcem la modelul condensatorului, care oferă nu numai o bună analogie, ci și posibilități teoretice de a crea surse de energie aproape liberă, electricitatea atmosferică se manifestă doar în câteva procese de bază. Luați în considerare cele mai importante.

În primul rând, acestea sunt așa-numitele curenți de scurgere. În ceea ce privește condensatorul convențional, acestea sunt fenomene parazite care reduc eficiența sa în conservarea încărcăturii. În cazul atmosferei, acești curenți convectivi se formează, de exemplu, în zonele cu uragan și furtună. Puterea lor ajunge la zeci de mii de amperi și, în ciuda acestui fapt, diferența potențială dintre suprafața pământului și ionosferă nu are nici o schimbare semnificativă, păstrând, firește, forța câmpului. Într-un circuit electric care conține un condensator, acest lucru este posibil numai cu un generator suplimentar.

În urma logicii, este necesar să presupunem prezența a ceva similar în cazul atmosferei Pământului. Într-adevăr, o astfel de sursă de energie este disponibilă. Acesta este câmpul magnetic al planetei noastre, care, rotindu-se cu ea în curentul de radiație solară, creează un generator puternic. Apropo, există o idee de a-și folosi energia, folosind doar atmosfericul electricitate. gratuit energia este un stimulent incredibil de puternic pentru dezvoltarea gândirii științifice în toate domeniile activității umane. Această tendință nu a fost ignorată de fizica fenomenelor atmosferice. Dar despre asta - puțin mai târziu.

furtuni

Următorul proces interesant și important care are loc în atmosferă este descărcările de gaz scânteie care însoțesc furtunile. Ca și curenții convectivi, acesta este un fenomen parazitar din punctul de vedere al modelului de condensator al câmpului electric creat între suprafața Pământului și ionosferă. Și acest lucru, din păcate, nu limitează efectul negativ al fenomenelor de descărcare în atmosferă. Aici ar trebui să remarcăm pericolul fulgerului pentru obiectele de bază de activitate antropică, inclusiv impactul distructiv al șocurilor și suprasarcinilor termice care însoțesc acest fenomen formidabil.

fulger

Evidența naturii electrice a trăsnetului, dovedită atât de elegant de Franklin, formează o întrebare logică. Cel mai probabil, el a îngrijorat încă contemporanii fondatorului tatălui. Deci, electricitatea atmosferică este o tensiune ridicată sau joasă?

Conform modelului de condensator deja menționat, diferența de potențial dintre plăcile scalei planetare ar trebui să formeze un câmp electric. Într-adevăr, suprafața încărcată negativ a Pământului, pe de o parte, și ionosfera încărcată pozitiv formează un câmp de înaltă tensiune. Fenomenele electrice din nori creează sarcini volumetrice enorme chiar în partea inferioară a atmosferei. prin urmare intensitatea câmpului suprafața pământului este mult mai mare decât, de exemplu, la o altitudine de 10 km.

Evident, un câmp electric de această intensitate formează curenți de descărcare puternici, pe care un observator neexperimentat îl poate vedea în timpul unei furtuni obișnuite, la latitudini medii. Prin urmare, tensiunea din canalul de descărcare este ridicată.

Lumina Sf. Elma

În plus față de scânteie, în atmosferă, corona descărcare, care, în virtutea tradiției istorice, este numită luminile Sf. Elm. Arată ca perii sau grinzi strălucitoare la capetele obiectelor înalte, cum ar fi pilonii de nave, turnuri etc. Și acest fenomen nu poate fi observat decât în ​​întuneric. Cauza apariției luminilor Sfântului Elm este o creștere a intensității câmpului electric al mediului, de exemplu, când se apropie sau în timpul unei furtuni, furtuni, viscole etc.

O astfel de evacuare poate fi ușor obținută la domiciliu. Într-adevăr, electricitatea atmosferică cu propriile mâini - este destul de simplă. De exemplu, poți scoate un pulover sintetic și începe să-i aduci un ac. De la o anumită distanță, apare o descărcare pe vârf, care poate fi observată bine în întuneric total.

Fulger cu fulgere

O altă manifestare tumultoasă este o descărcare de gaz, care are de obicei o formă sferică. Este vorba despre fulger cu fulgere, care este un fenomen natural unic și foarte rar. Oamenii de știință încă nu pot conveni asupra unei baze teoretice adecvate pentru existența acestui fenomen. Și până în 2012 nu existau dovezi documentare despre realitatea mingii de foc. Fie ca atare, acesta este un alt mister al atmosferei pământului, asupra căruia oamenii de știință încă se luptă.

Factor ecologic

Am vorbit deja despre efectul fulgerului asupra diferitelor tipuri de activități umane. Energia atmosferică ca factor de mediu este un punct foarte important, care ar trebui, de asemenea, abordat. Din punctul de vedere al stăpânirii de către om a diferitelor resurse care îi sunt oferite de planeta Pământ, mediul aerian îi permite să mențină existența ca specie.

Prezența unui câmp electric în atmosferă are multe consecințe neplăcute pentru activitatea antropogenă. Unele dintre ele sunt destul de inofensive, dar multe manifestări fac din cele mai bune minți de inginerie să găsească modalități eficiente de a pacifica forțele formidabile ale naturii.

Siguranța funcțiilor vitale

Energia electrică atmosferică și protecția împotriva acesteia sunt cel mai important aspect care trebuie discutat în contextul ecologiei. Firește, cele mai periculoase - cele mai puternice descărcări de scântei, ca fulgerul. Și aceasta nu se aplică numai soiului lor terestru. Intr-un nor fulger reprezintă o anumită amenințare la adresa aviației civile și militare. Oricum, toate fenomenele atmosferice de descărcare de gestiune sunt supuse unei monitorizări atente și prevenirea eventualelor deteriorări. Acest lucru se realizează prin servicii de inginerie specială în cadrul aceleiași aviație, construcții navale sau protecția împotriva trăsnetului a clădirilor, a centralelor electrice etc.

Energie liberă

În cele din urmă, să ne întoarcem la întrebarea despre energia aproape liberă pe care o poate furniza electricitatea atmosferică. Tesla, faimosul domn al fulgerului, a efectuat o cantitate enormă de cercetări în vederea utilizării practice a acestui fenomen natural. Lucrările lui nu au fost irosite. Inginerii moderni brevetate diferite modalități de extragere a energiei în legătură cu faptul că există un câmp electric puternic lângă suprafața pământului.

Un exemplu remarcabil este un circuit cu un conductor de împământare instalat vertical, între capetele superioare și inferioare ale căror diferențe de potențial apar datorită disponibilității aceluiași câmp. Această energie, creată de el, poate fi extrasă prin formarea unei descărcări corona controlate la capătul superior al conductorului. Ca urmare, este posibil să se mențină curentul în conductor, ceea ce înseamnă că este sigur să se conecteze consumatorul la acesta.

Astfel, energia electrică atmosferică, în ciuda amenințărilor la adresa activității antropice normale, oferă, de asemenea, mari perspective pentru a oferi întregii omeniri o energie aproape liberă.