Съвременната наука разполага с относително голям запас от знания за земната атмосфера и разнообразието от процеси, протичащи в нея. Изглежда, че всичко това трябва да бъде добре проучено и внимателно моделирано в лаборатории, предпочитани от учените. Оказва се обаче, че досега няма ясна, недвусмислена картина на такова явление като атмосферното електричество. Напротив, има няколко модела, всеки от които има своите плюсове и минуси.
Малко история
Лицето, което застана в началото на изследването и научно потвърди всъщност съществуването на този феномен, е световноизвестният идеолог на формирането на Съединените щати - Бенджамин Франклин. Всъщност атмосферното електричество като физическо явление беше пред него в етап на хипотетични изчисления. Един от бащите-основатели на Америка беше първият, който показа присъствието си във въздуха и също така обясни причинитепоява на мълния. Най-интересното в тази история е фактът, че Франклин използва хвърчило със специална заострена тел върху него, за да го докаже.
Събирайки електричество по този начин, той получи искров разряд, отваряйки ключа в най-простата заземителна верига. Прост начин да се докаже наличието на заредени частици в атмосферата обаче по никакъв начин не омаловажава заслугите на този велик политик, както и на учения, за откриването на разглеждания тук природен феномен. Впоследствие физици от цял свят започнаха да потвърждават резултатите си със собствени експерименти от този вид.
Какво е атмосферно електричество?
Това е комбинация от различни процеси, причинени от наличието на заредени частици във въздуха около Земята. Учените изследват такива явления като електрическото поле на атмосферата, неговата интензивност, теченията, които съществуват във връзка с това, космически заряди и много други точки. Например метеорологични фактори, фактори на околната среда, въздействие върху различни клонове на човешката антропологична дейност: авиация, индустрия, селско стопанство и др.
Удобна физическа аналогия
Нашата планета в много грубо приближение е огромен сферичен кондензатор. Това е най-простото устройство, което може да съхранява електрическа енергия. Йоносферата и самата земна повърхност могат да се разглеждат като плочи на гигантски кондензатор. В този случай въздухът действа като изолатор, който при нормални условия имамного ниска електрическа проводимост. Повърхността на Земята е отрицателно заредена, докато йоносферата е положително заредена.
Като между плочите на конвенционален кондензатор, тук се образува електрическо поле, което има напълно уникални характеристики. Например, неговата интензивност е максимална близо до земната повърхност, намалявайки експоненциално с увеличаване на височината. Между другото, вече на 10 километра над морското равнище, стойността му е 30 пъти по-ниска. Това поле в основата си формира цялото разнообразие от явления, обединени под общото име "атмосферно електричество".
Това е един от най-разпространените модели в съвременния научен свят. Нарича се теория на Уилсън. Съществува и хипотеза, изложена от съветския учен Френкел, според която йоносферата не играе съществена роля в създаването на електрическото поле. Той вярвал, че се образува главно поради взаимодействието на земната повърхност и облаците, както и тяхната поляризация.
Естествен генератор
Но ако се върнем към модела на кондензатора, който предоставя не само добра аналогия, но и теоретични възможности за създаване на източници на практически безплатна енергия, тогава атмосферното електричество се проявява само в няколко основни процеса. Помислете за най-важното.
На първо място, това са така наречените токове на утечка. Що се отнася до конвенционалния кондензатор, това са паразитни явления, които намаляват ефективността му при съхраняване на заряд. В случая на атмосферата това са конвективни течения, образувани, например, врайони с урагани и гръмотевични бури. Тяхната сила достига десетки хиляди ампера и въпреки това потенциалната разлика между земната повърхност и йоносферата не претърпява значителни промени, запазвайки, разбира се, силата на полето. В електрическа верига, съдържаща кондензатор, това е възможно само с допълнителен генератор.
Следвайки логиката, си струва да предположим наличието на нещо подобно в случая на земната атмосфера. Наистина има такъв източник на енергия. Това е магнитното поле на нашата планета, което, въртяйки се с него в поток от слънчева радиация, създава мощен генератор. Между другото, има идея да се използва неговата енергия, като се използва само атмосферно електричество. Свободната енергия е невероятно мощен стимул за развитието на научната мисъл във всички области на човешката дейност. Тази тенденция не подмина и физиката на атмосферните явления. Но повече за това по-късно.
Гръмотевични бури
Следващият интересен и важен процес в атмосферата е изхвърлянето на искрови газове, които придружават гръмотевичните бури. Подобно на конвективните течения, това е паразитно явление от гледна точка на кондензаторния модел на електрическото поле, създадено между земната повърхност и йоносферата. И това, за съжаление, далеч не се ограничава до отрицателното въздействие на явленията на изхвърляне в атмосферата. Тук трябва да се отбележи опасността от мълнии за земните обекти с антропогенна дейност, включително разрушителното въздействие на ударите и термичните претоварвания, които съпътстват това страхотно явление.
Ципове
Доказателство за електрическата природа на мълнията, толкова елегантно доказаноФранклин, образува един логичен въпрос. Най-вероятно той тревожи дори съвременниците на бащата-основател. И така, високо или ниско напрежение е атмосферното електричество?
Съгласно вече споменатия модел на кондензатор, потенциалната разлика между плочите в планетарен мащаб трябва да образува електрическо поле. Наистина, отрицателно заредената повърхност на Земята, от една страна, и положително заредената йоносфера образуват поле с висок интензитет. Електрическите явления в облаците създават огромни космически заряди точно в долната част на атмосферата. Следователно силата на полето на земната повърхност е много по-голяма, отколкото например на височина от 10 km.
Очевидно, електрическо поле с тази интензивност генерира мощни разрядни токове, които неопитен наблюдател може да види по време на обикновена гръмотевична буря в средните ширини. Следователно напрежението в разрядния канал е високо.
Светлините на Св. Елмо
Освен искрата, в атмосферата има и коронен разряд, който по историческа традиция се нарича огньовете на Свети Елмо. Изглежда като четки или светещи лъчи в краищата на високи обекти, като корабни мачти, кули и т.н. Освен това това явление може да се наблюдава само в тъмното. Причината за появата на светлините на Свети Елмо е увеличаване на силата на електрическото поле на околната среда, например при наближаване или по време на гръмотевична буря, буря, снежна буря и др.
Такъв разряд може да бъдедоста лесно се получава у дома. Всъщност атмосферното електричество "направи си сам" е много проста работа. Например, можете да свалите синтетичен пуловер и да започнете да носите игла към него. От определено разстояние на върха му ще се появи разряд, който може да се наблюдава ясно в пълен мрак.
Огнено кълбо
Друга проявление на гръмотевична буря е газов разряд, обикновено със сферична форма. Говорим за кълбовидна мълния, която е уникален и много рядък природен феномен. Учените все още не могат да се споразумеят за адекватна теоретична обосновка за съществуването на този феномен. И до 2012 г. изобщо нямаше документални доказателства за реалността на кълбовидната мълния. Както и да е, това е още една мистерия на земната атмосфера, с която учените все още се борят.
Фактор на околната среда
Вече беше казано по-горе за въздействието на мълнията върху различни видове човешки дейности. Атмосферното електричество като фактор на околната среда е много важен момент, който също трябва да бъде обсъден. От гледна точка на човешкото развитие на различните ресурси, предоставени му от планетата Земя, въздушната среда му дава възможност да поддържа съществуването си като вид.
Наличието на електрическо поле в атмосферата има много неприятни последици за човешката дейност. Някои от тях са доста безобидни, но много прояви принуждават най-добрите инженерни умове да измислят ефективни начини за успокояване на страхотни сили.природа.
Безопасност на живота
Атмосферното електричество и защитата от него е най-важният въпрос, който трябва да се обсъжда в контекста на екологията. Естествено, най-опасните са най-мощните искрови разряди, като мълния. И това се отнася не само за техните сухоземни сортове. Вътреоблачната мълния представлява известна заплаха за гражданската и военната авиация. По един или друг начин всички атмосферни явления при изхвърляне подлежат на внимателно наблюдение и предотвратяване на възможни повреди. Това се прави от специални инженерни служби в същата авиация, корабостроене или мълниезащита на сгради, електроцентрали и др.
Безплатна енергия
Накрая, нека се върнем към въпроса за практически безплатната енергия, която може да осигури атмосферното електричество. Тесла, известният майстор на мълнията, направи огромно количество изследвания, за да приложи този природен феномен на практика. Трудовете му не бяха напразни. Съвременните инженери патентоват различни методи за производство на енергия поради факта, че близо до земната повърхност има мощно електрическо поле.
Ярък пример е верига с вертикално монтиран заземен проводник, между горния и долния край на който се появява потенциална разлика поради същото присъствие на полето. Тази енергия, създадена от него, може да бъде извлечена чрез образуване на контролиран коронен разряд в горния край на проводника. В резултат на това в проводника може да се поддържа ток, което означава, че е безопасно да се свърже консуматор към него.
По този начин атмосферното електричество, въпреки съществуващите заплахи за нормалната антропогенна дейност, също открива големи перспективи за осигуряване на цялото човечество с практически безплатна енергия.
