Kas ir atmosfēras elektrība?

Mūsdienu zinātnei ir samērā liels zināšanu līmenis par Zemes atmosfēru un tajā notiekošo procesu daudzveidību. Šķiet, ka viss tas būtu labi jāizpēta un rūpīgi jāsaskaņo zinātnieku atbalstītajās laboratorijās. Tomēr izrādās, ka līdz šim nav skaidra, nepārprotama priekšstata par tādu parādību kā atmosfēras elektrība. Gluži pretēji, pastāv vairāki modeļi, no kuriem katram ir plusi un mīnusi.

Nedaudz vēstures

Cilvēks, kurš stāvēja pētījumu sākumā un zinātniski apstiprināja faktu, ka šī parādība pastāv, ir pasaules slavenais ASV ideoloģists Benjamin Franklin. Patiesi, atmosfēras elektrība kā fiziska parādība bija pirms tam hipotētisko aprēķinu stadijā. Viens no Amerikas dibinātājiem vispirms parādīja savu klātbūtni gaisā, kā arī paskaidroja zibens cēloņus. Visbiežāk interesanti šajā stāstā ir fakts, ka Franklins to pierāda ar izskatu ar īpašu vērstu vadu uz to.

Šādi savācot elektroenerģiju, viņš saņēma dzirksteļaizdedzes dzirksteļu, izlaužot atslēgu vienkāršā zemējuma sistēmā. Vienkāršs veids, kā pierādīt lādētu daļiņu klātbūtni atmosfērā, tomēr nenovērš šī lieliskā politiķa, kā arī zinātnieka atziņas par šeit aplūkotajā dabas parādību, priekšrocības. Vēlāk fiziķi visā pasaulē sāka apstiprināt rezultātus ar saviem šāda veida eksperimentiem.

Kas ir atmosfēras elektrība?

Tas ir virkne dažādu procesu, ko izraisa uzlādētu daļiņu klātbūtne apkārtējā Zemes gaisā. Zinātnieki izskata tādas parādības kā atmosfēras elektriskais lauks, tā intensitāte, strāvas, kas pastāv saistībā ar šo, tilpuma maksu un daudzus citus mirkļus. Piemēram, meteoroloģiskie, ekoloģiskie faktori, ietekme uz dažādām cilvēces antropoloģiskās aktivitātes jomām: aviācija, rūpniecība, lauksaimniecība utt.

Ērta fiziska analoģija

Mūsu planēta ļoti aptuvenā tuvumā ir milzīgs sfērisks kondensators. Šī ir vienkārša ierīce, kas spēj uzglabāt elektroenerģiju. Kā milzu kondensatora oderi mēs varam ionosfēru un zemes virsmu paši uzskatīt. Izolators ir gaiss, kas parastajos apstākļos ir ļoti zems elektrovadītspēja. Zemes virsma ir negatīvi uzlādēta, un jonosphere ir pozitīva.

Starp tradicionālā kondensatora plāksnēm šeit veidojas elektriskie lauki, kuriem ir pilnīgi unikālas īpašības. Piemēram, tā intensitāte ir maksimāla pie zemes virsmas, eksponenciāli samazinot ar paaugstinātu augstumu. Starp citu, jau 10 kilometrus virs jūras līmeņa tā vērtība ir 30 reizes mazāka. Šis lauks būtībā veido visu parādību dažādību, kas apvienota ar vispārējo nosaukumu "atmosfēras elektrība".

Tas ir viens no visizplatītākajiem modeļiem mūsdienu zinātnes pasaulē. To sauc par Vilsona teoriju. Pastāv arī hipotēze, ko izstrādājis padomju zinātnieks Frenkels, saskaņā ar kuru jonosphere nav nozīmīgas lomas elektriskā lauka izveidē. Viņš uzskatīja, ka tas veidojas galvenokārt pateicoties zemes virsmas un mākoņu mijiedarbībai, kā arī to polarizācijai.

Dabiskais ģenerators

Bet, ja mēs atgriežam kondensatora modeli, kas nodrošina ne tikai labu analoģiju, bet arī teorētiskās iespējas radīt gandrīz brīvas enerģijas avotus, atmosfēras elektroenerģija parādās tikai dažos pamatprocesos. Apsveriet vissvarīgāko.

Pirmkārt, tie ir tā sauktās noplūdes strāvas. Attiecībā uz parasto kondensatoru, tie ir parazitāras parādības, kas samazina tās efektivitāti, saglabājot maksu. Atmosfēras gadījumā šīs konvekcijas plūsmas veido, piemēram, viesuļvētras un pērkona negaiss. Viņu spēks sasniedz desmitiem tūkstošu ampēros, un neskatoties uz to, iespējamā atšķirība starp zemes virsmu un jonosfēru būtiski nemainās, un, protams, saglabājas arī lauka intensitāte. Elektriskā ķēdē, kurā ir kondensators, tas ir iespējams tikai ar papildu ģeneratoru.

Pēc loģikas, Zemes atmosfēras gadījumā ir jāuzņemas kaut kas līdzīgs. Patiešām, šāds enerģijas avots ir pieejams. Tas ir mūsu planētas magnētiskais lauks, kas, rotējot ar to saules starojuma plūsmā, rada jaudīgu ģeneratoru. Starp citu, ir ideja izmantot savu enerģiju, izmantojot tikai atmosfēras elektrību. Brīvā enerģija ir neticami spēcīgs stimuls zinātnes domāšanas attīstībai visās cilvēka darbības jomās. Šo atmosfēras parādību fizika nav ignorējusi šo tendenci. Bet par to - nedaudz vēlāk.

Pērkona negaiss

Nākamais interesants un svarīgs process, kas notiek atmosfērā, ir aizdedzes gāzu izplūde, kas pavada pērkona negaisu. Tāpat kā konvektīvā plūsma, tas ir parazītisks fenomens attiecībā uz elektriskā lauka kondensatora modeli, kas izveidots starp Zemes virsmu un jonosfēru. Un, diemžēl, izplūdes fenomenu negatīvā ietekme atmosfērā nav daudz ierobežota. Šeit jāuzsver zibens draudi antropogēnas darbības objektiem uz zemes, ieskaitot šokējošo fenomenu papildinošu šoku un termiskās pārslodzes postošo ietekmi.

Zibens

Zibens elektriskā daba, kuru eleganti pierādījis Franklins, acīmredzami veido vienu loģisku jautājumu. Visticamāk viņš satraukts par dibinātāja vecākiem. Tātad, atmosfēras elektrība ir augsts vai zems spriegums?

Saskaņā ar jau minētā kondensatora modeli, potenciāla atšķirībai starp planetārajām plāksnēm jābūt elektriskā laukā. Patiešām, negatīvi uzlādētā Zemes virsma, no vienas puses, un pozitīvi uzlādētā jonosphere veido liela spriedzes lauku. Elektriskās parādības mākoņos rada milzīgus tilpuma maksu tikai atmosfēras apakšējā daļā. Tāpēc lauka intensitāte zemes virsmā ir daudz lielāka nekā, piemēram, 10 km augstumā.

Acīmredzot šīs intensitātes elektriskais lauks veido spēcīgas izlādes strāvas, ko nepieredzējušais novērotājs var redzēt parastā pērkona negaisa vidus platuma grādos. Tāpēc spriegums izplūdes kanālā ir augsts.

Sv. Elmas gaismas

Papildus dzirksteļojumam atmosfērā ir koronu izlāde, kas vēsturiskās tradīcijas dēļ tiek saukta par St Elm gaismu. Tas izskatās kā sukas vai kvēlojošas sijas galu augsto objektiem, piemēram, kuģu masti, torņi uc Un šo parādību var redzēt tikai tumsā. St Elm gaismas izskata cēlonis ir vides elektriskā lauka intensitātes palielināšanās, piemēram, tuvojoties negaidītajam vai laikā, vētrām, zemenēm utt.

Šādu izlādi var viegli iegūt mājās. Patiešām, atmosfēras elektrība ar savām rokām - tas ir pavisam vienkārši. Piemēram, jūs varat pacelt sintētisko džemperi un sākt uz tā vērst adatu. No noteikta attāluma uz tās gala parādās noplūde, ko var novērot arī kopējā tumsā.

Ball zibens

Vēl viens pārspīlēta izpausme ir gāzes izplūde, parasti sfēriska forma. Šī ir bumba zibens, kas ir unikāla un ļoti reta dabas parādība. Zinātnieki joprojām nevar vienoties par atbilstošu teorētisko pamatu šai parādībai. Un līdz 2012.gadam nebija dokumentāru pierādījumu par ugunsmūri. Kā tas ir iespējams, tas ir vēl viens zemes atmosfēras noslēpums, par kuru zinātnieki joprojām cīnās.

Ekoloģiskais faktors

Mēs jau esam runājuši par zibens ietekmi uz dažādiem cilvēka darbības veidiem. Atmosfēras elektrība kā vides aspekts ir ļoti svarīgs jautājums, kas arī būtu jārisina. Ņemot vērā to, ka cilvēks apgūst dažādus resursus, ko viņam nodrošina planēta Zeme, gaisa vide ļauj viņam saglabāt eksistenci kā sugu.

Elektriskā lauka klātbūtne atmosfērā rada daudz neērtīgu ietekmi uz antropogēnu darbību. Daži no tiem ir diezgan nekaitīgi, bet daudzas izpausmes padara labākās inženierijas prātus veidot efektīvus veidus, kā nomierināt milzīgos dabas spēkus.

Vitalizācijas drošība

Atmosfēras elektroenerģija un aizsardzība no tās - vissvarīgākais jautājums, kas būtu jāapspriež vides kontekstā. Protams, visbīstamākās - visspēcīgākās dzirksteļaizdedzes, piemēram, zibens. Un tas attiecas ne tikai uz viņu zemes šķirni. In-mākoņu zibens rada zināmu apdraudējumu civilai un militārai aviācijai. Jebkurā gadījumā visas atmosfēras parādības tiek pakļautas rūpīgai uzraudzībai un iespējamo bojājumu novēršanai. Tas tiek veikts ar īpašiem inženierijas pakalpojumiem tajā pašā aviācijā, ēku, spēkstaciju utt. Kuģu būvei vai ēku zibens aizsardzībai.

Brīva enerģija

Visbeidzot ļaujiet mums atgriezties pie jautājuma par gandrīz brīvo enerģiju, ko var nodrošināt atmosfēras elektroenerģija. Tesla, slavenais zibens valdnieks, veica milzīgu pētījumu apjomu, lai praktiski izmantotu šo dabas parādību. Viņa darbi nebija izšķiesti. Mūsdienu inženieri patentē dažādus enerģijas ieguves veidus saistībā ar spēcīga elektriskā lauka klātbūtni pie zemes virsmas.

Spilgts piemērs ir ķēde ar vertikāli instalētu zemējuma vadītāju, starp augšējo un apakšējo galu, kas rodas potenciālajām atšķirībām, pateicoties tam pašam lauka pieejamībai. Šo ģenerēto enerģiju var iegūt, veidojot kontrolējamu koronu izlādi vadītāja augšējā galā. Tā rezultātā ir iespējams uzturēt strāvu vadītājā, kas nozīmē, ka ir droši savienot patērētāju ar to.

Tādējādi atmosfēras elektroenerģija, neskatoties uz draudiem normālai antropogēnai aktivitātei, arī paver lielas iespējas nodrošināt visu cilvēci ar gandrīz brīvu enerģiju.