Η σύγχρονη επιστήμη έχει σχετικά μεγάλο απόθεμα γνώσεων σχετικά με την ατμόσφαιρα της Γης και την ποικιλία των διεργασιών που συμβαίνουν σε αυτήν. Φαίνεται ότι όλα αυτά θα πρέπει να ερευνηθούν καλά και να διαμορφωθούν σχολαστικά σε εργαστήρια που ευνοούνται από τους επιστήμονες. Ωστόσο, αποδεικνύεται ότι μέχρι τώρα δεν υπάρχει σαφής, σαφής εικόνα ενός τέτοιου φαινομένου όπως ο ατμοσφαιρικός ηλεκτρισμός. Αντίθετα, υπάρχουν αρκετά μοντέλα, καθένα από τα οποία έχει τα θετικά και τα αρνητικά του.
Λίγη ιστορία
Το άτομο που στάθηκε στις απαρχές της μελέτης και επιβεβαίωσε επιστημονικά, στην πραγματικότητα, την ύπαρξη αυτού του φαινομένου, είναι ο παγκοσμίου φήμης ιδεολόγος της συγκρότησης των Ηνωμένων Πολιτειών - Μπέντζαμιν Φράνκλιν. Πράγματι, ο ατμοσφαιρικός ηλεκτρισμός ως φυσικό φαινόμενο βρισκόταν μπροστά του στο στάδιο των υποθετικών υπολογισμών. Ένας από τους Ιδρυτές της Αμερικής ήταν ο πρώτος που έδειξε την παρουσία του στον αέρα και εξήγησε επίσης τους λόγουςεμφάνιση κεραυνού. Το πιο ενδιαφέρον πράγμα σε αυτήν την ιστορία είναι το γεγονός ότι ο Franklin χρησιμοποίησε έναν χαρταετό με ένα ειδικό μυτερό σύρμα για να το αποδείξει.
Μαζεύοντας ηλεκτρική ενέργεια με αυτόν τον τρόπο, έλαβε μια εκκένωση σπινθήρα, ανοίγοντας το κλειδί στο απλούστερο κύκλωμα γείωσης. Ένας απλός τρόπος για να αποδειχθεί η παρουσία φορτισμένων σωματιδίων στην ατμόσφαιρα, ωστόσο, δεν μειώνει σε καμία περίπτωση τα πλεονεκτήματα αυτού του μεγάλου πολιτικού, καθώς και του επιστήμονα, στην ανακάλυψη του φυσικού φαινομένου που εξετάζεται εδώ. Στη συνέχεια, φυσικοί σε όλο τον κόσμο άρχισαν να επιβεβαιώνουν τα αποτελέσματά τους με δικά τους πειράματα αυτού του είδους.
Τι είναι ο ατμοσφαιρικός ηλεκτρισμός;
Αυτός είναι ένας συνδυασμός διαφόρων διεργασιών που προκαλούνται από την παρουσία φορτισμένων σωματιδίων στον αέρα που περιβάλλει τη Γη. Οι επιστήμονες ερευνούν φαινόμενα όπως το ηλεκτρικό πεδίο της ατμόσφαιρας, η έντασή του, τα ρεύματα που υπάρχουν σε σχέση με αυτό, τα διαστημικά φορτία και πολλά άλλα σημεία. Για παράδειγμα, μετεωρολογικοί, περιβαλλοντικοί παράγοντες, οι επιπτώσεις σε διάφορους κλάδους της ανθρώπινης ανθρωπολογικής δραστηριότητας: αεροπορία, βιομηχανία, γεωργία κ.λπ.
Βολική φυσική αναλογία
Ο πλανήτης μας σε μια πολύ πρόχειρη προσέγγιση είναι ένας τεράστιος σφαιρικός πυκνωτής. Αυτή είναι η απλούστερη συσκευή που μπορεί να αποθηκεύσει ηλεκτρική ενέργεια. Η ιονόσφαιρα και η ίδια η επιφάνεια της γης μπορούν να θεωρηθούν ως οι πλάκες ενός γιγάντιου πυκνωτή. Σε αυτή την περίπτωση, ο αέρας λειτουργεί ως μονωτής, ο οποίος υπό κανονικές συνθήκες έχειπολύ χαμηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα. Η επιφάνεια της Γης είναι αρνητικά φορτισμένη, ενώ η ιονόσφαιρα είναι θετικά φορτισμένη.
Μεταξύ των πλακών ενός συμβατικού πυκνωτή, σχηματίζεται εδώ ένα ηλεκτρικό πεδίο, το οποίο έχει εντελώς μοναδικά χαρακτηριστικά. Για παράδειγμα, η έντασή του είναι μέγιστη κοντά στην επιφάνεια της γης, μειώνεται εκθετικά με την αύξηση του ύψους. Παρεμπιπτόντως, ήδη στα 10 χιλιόμετρα πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, η αξία του είναι 30 φορές χαμηλότερη. Αυτό το πεδίο ουσιαστικά σχηματίζει ολόκληρη την ποικιλία των φαινομένων, ενωμένα με τη γενική ονομασία "ατμοσφαιρικός ηλεκτρισμός".
Αυτό είναι ένα από τα πιο κοινά μοντέλα στον σύγχρονο επιστημονικό κόσμο. Ονομάζεται θεωρία του Wilson. Υπάρχει επίσης μια υπόθεση που προτάθηκε από τον σοβιετικό επιστήμονα Frenkel, σύμφωνα με την οποία η ιονόσφαιρα δεν παίζει κανέναν σημαντικό ρόλο στη δημιουργία του ηλεκτρικού πεδίου. Πίστευε ότι σχηματίζεται κυρίως λόγω της αλληλεπίδρασης της επιφάνειας της γης και των νεφών, καθώς και της πόλωσής τους.
Φυσική Γεννήτρια
Αλλά αν επιστρέψουμε στο μοντέλο του πυκνωτή, το οποίο παρέχει όχι μόνο μια καλή αναλογία, αλλά και θεωρητικές δυνατότητες για τη δημιουργία πηγών πρακτικά δωρεάν ενέργειας, τότε ο ατμοσφαιρικός ηλεκτρισμός εκδηλώνεται σε λίγες μόνο βασικές διαδικασίες. Σκεφτείτε το πιο σημαντικό.
Πρώτα από όλα, αυτά είναι τα λεγόμενα ρεύματα διαρροής. Όσο για έναν συμβατικό πυκνωτή, αυτά είναι παρασιτικά φαινόμενα που μειώνουν την αποτελεσματικότητά του στην αποθήκευση φορτίου. Στην περίπτωση της ατμόσφαιρας, αυτά είναι συναγωγικά ρεύματα που σχηματίζονται, για παράδειγμα, μέσαπεριοχές με τυφώνα και καταιγίδες. Η δύναμή τους φτάνει τα δεκάδες χιλιάδες αμπέρ και, παρόλα αυτά, η διαφορά δυναμικού μεταξύ της επιφάνειας της γης και της ιονόσφαιρας δεν παρουσιάζει σημαντικές αλλαγές, διατηρώντας, φυσικά, την ένταση του πεδίου. Σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα που περιέχει έναν πυκνωτή, αυτό είναι δυνατό μόνο με μια πρόσθετη γεννήτρια.
Ακολουθώντας τη λογική, αξίζει να υποθέσουμε την παρουσία κάτι αντίστοιχου στην περίπτωση της ατμόσφαιρας της Γης. Πράγματι, υπάρχει μια τέτοια πηγή ενέργειας. Αυτό είναι το μαγνητικό πεδίο του πλανήτη μας, το οποίο, περιστρέφοντας μαζί του σε ένα ρεύμα ηλιακής ακτινοβολίας, δημιουργεί μια ισχυρή γεννήτρια. Παρεμπιπτόντως, υπάρχει μια ιδέα να χρησιμοποιήσετε την ενέργειά του, χρησιμοποιώντας μόνο ατμοσφαιρικό ηλεκτρισμό. Η ελεύθερη ενέργεια είναι ένα απίστευτα ισχυρό ερέθισμα για την ανάπτυξη της επιστημονικής σκέψης σε όλους τους τομείς της ανθρώπινης δραστηριότητας. Αυτή η τάση δεν έχει παρακάμψει τη φυσική των ατμοσφαιρικών φαινομένων. Αλλά περισσότερα για αυτό αργότερα.
Καταιγίδες
Η επόμενη ενδιαφέρουσα και σημαντική διαδικασία στην ατμόσφαιρα είναι οι εκκενώσεις αερίων σπινθήρα που συνοδεύουν τις καταιγίδες. Όπως τα συναγωγικά ρεύματα, αυτό είναι ένα παρασιτικό φαινόμενο από την άποψη του μοντέλου του πυκνωτή του ηλεκτρικού πεδίου που δημιουργείται μεταξύ της επιφάνειας της Γης και της ιονόσφαιρας. Και αυτό, δυστυχώς, απέχει πολύ από το να περιορίζεται στις αρνητικές επιπτώσεις των φαινομένων απόρριψης στην ατμόσφαιρα. Εδώ πρέπει να σημειωθεί ο κίνδυνος κεραυνών για επίγεια αντικείμενα ανθρωπογενούς δραστηριότητας, συμπεριλαμβανομένης της καταστροφικής επίδρασης των κρουσμάτων και των θερμικών υπερφορτώσεων που συνοδεύουν αυτό το τρομερό φαινόμενο.
Φερμουάρ
Απόδειξη της ηλεκτρικής φύσης του κεραυνού, τόσο κομψά αποδεδειγμένηFranklin, σχηματίζει μια λογική ερώτηση. Πιθανότατα, ανησύχησε ακόμη και τους συγχρόνους του ιδρυτή. Λοιπόν, είναι ο ατμοσφαιρικός ηλεκτρισμός υψηλής ή χαμηλής τάσης;
Σύμφωνα με το ήδη αναφερθέν μοντέλο πυκνωτή, η διαφορά δυναμικού μεταξύ των πλακών σε πλανητική κλίμακα θα πρέπει να σχηματίζει ένα ηλεκτρικό πεδίο. Πράγματι, η αρνητικά φορτισμένη επιφάνεια της Γης από τη μία και η θετικά φορτισμένη ιονόσφαιρα σχηματίζουν ένα πεδίο υψηλής έντασης. Τα ηλεκτρικά φαινόμενα στα σύννεφα δημιουργούν τεράστια διαστημικά φορτία ακριβώς στο κάτω μέρος της ατμόσφαιρας. Επομένως, η ένταση πεδίου στην επιφάνεια της γης είναι πολύ μεγαλύτερη από ό,τι, για παράδειγμα, σε ύψος 10 km.
Προφανώς, ένα ηλεκτρικό πεδίο αυτής της έντασης δημιουργεί ισχυρά ρεύματα εκκένωσης που ένας άπειρος παρατηρητής μπορεί να δει κατά τη διάρκεια μιας συνηθισμένης καταιγίδας σε μεσαία γεωγραφικά πλάτη. Επομένως, η τάση στο κανάλι εκφόρτισης είναι υψηλή.
St. Elmo's Lights
Εκτός από τη σπίθα, υπάρχει μια εκκένωση κορώνας στην ατμόσφαιρα, η οποία, λόγω ιστορικής παράδοσης, ονομάζεται πυρκαγιές του Αγίου Έλμου. Μοιάζει με βούρτσες ή φωτεινές δοκούς στα άκρα ψηλών αντικειμένων, όπως κατάρτια πλοίων, πύργους κ.λπ. Επιπλέον, αυτό το φαινόμενο μπορεί να παρατηρηθεί μόνο στο σκοτάδι. Ο λόγος για την εμφάνιση των φώτων του St. Elmo είναι η αύξηση της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου του περιβάλλοντος, για παράδειγμα, όταν πλησιάζει ή κατά τη διάρκεια καταιγίδας, καταιγίδας, χιονοθύελλας κ.λπ.
Μια τέτοια εκκένωση μπορεί να είναιπολύ εύκολο να φτάσετε στο σπίτι. Πράγματι, ο ατμοσφαιρικός ηλεκτρισμός «φτιάξ' το μόνος σου» είναι μια πολύ απλή υπόθεση. Για παράδειγμα, μπορείτε να βγάλετε ένα συνθετικό πουλόβερ και να αρχίσετε να του φέρνετε μια βελόνα. Από μια ορισμένη απόσταση, θα εμφανιστεί μια εκκένωση στην άκρη της, η οποία μπορεί να παρατηρηθεί καθαρά στο απόλυτο σκοτάδι.
Fireball
Μια άλλη εκδήλωση καταιγίδας είναι μια εκκένωση αερίου, που συνήθως έχει σφαιρικό σχήμα. Μιλάμε για τον κεραυνό μπάλας, που είναι ένα μοναδικό και πολύ σπάνιο φυσικό φαινόμενο. Οι επιστήμονες δεν μπορούν ακόμη να συμφωνήσουν σε μια επαρκή θεωρητική αιτιολόγηση για την ύπαρξη αυτού του φαινομένου. Και μέχρι το 2012, δεν υπήρχε καθόλου τεκμηριωμένη απόδειξη της πραγματικότητας του κεραυνού μπάλας. Όπως και να έχει, αυτό είναι ένα ακόμη μυστήριο της γήινης ατμόσφαιρας με το οποίο οι επιστήμονες εξακολουθούν να παλεύουν.
Περιβαλλοντικός παράγοντας
Έχει ήδη ειπωθεί παραπάνω για την επίδραση του κεραυνού σε διάφορους τύπους ανθρώπινων δραστηριοτήτων. Ο ατμοσφαιρικός ηλεκτρισμός ως περιβαλλοντικός παράγοντας είναι ένα πολύ σημαντικό σημείο, το οποίο πρέπει επίσης να συζητηθεί. Από την άποψη της ανθρώπινης ανάπτυξης των διαφόρων πόρων που του παρέχει ο πλανήτης Γη, το ατμοσφαιρικό περιβάλλον του δίνει την ευκαιρία να διατηρήσει την ύπαρξη ως είδος.
Η παρουσία ηλεκτρικού πεδίου στην ατμόσφαιρα έχει πολλές δυσάρεστες συνέπειες για τις ανθρώπινες δραστηριότητες. Μερικά από αυτά είναι αρκετά ακίνδυνα, αλλά πολλές εκδηλώσεις αναγκάζουν τα καλύτερα μυαλά της μηχανικής να βρουν αποτελεσματικούς τρόπους για να ειρηνεύσουν τρομερές δυνάμεις.φύση.
Ασφάλεια ζωής
Ο ατμοσφαιρικός ηλεκτρισμός και η προστασία από αυτόν είναι το σημαντικότερο θέμα που πρέπει να συζητηθεί στο πλαίσιο της οικολογίας. Φυσικά, οι πιο επικίνδυνες είναι οι πιο ισχυρές εκκενώσεις σπινθήρα, όπως ο κεραυνός. Και αυτό δεν ισχύει μόνο για τις χερσαίες ποικιλίες τους. Οι κεραυνοί εντός του νέφους αποτελούν μια ορισμένη απειλή για την πολιτική και στρατιωτική αεροπορία. Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, όλα τα ατμοσφαιρικά φαινόμενα εκκένωσης υπόκεινται σε στενή παρατήρηση και πρόληψη πιθανών ζημιών. Αυτό γίνεται από ειδικές υπηρεσίες μηχανικής στην ίδια αεροπορία, ναυπηγική ή αντικεραυνική προστασία κτιρίων, σταθμών παραγωγής ενέργειας κ.λπ.
Δωρεάν ενέργεια
Τέλος, ας επιστρέψουμε στο θέμα της πρακτικά δωρεάν ενέργειας που μπορεί να προσφέρει ο ατμοσφαιρικός ηλεκτρισμός. Ο Τέσλα, ο διάσημος δάσκαλος του κεραυνού, έκανε τεράστια έρευνα για να κάνει πράξη αυτό το φυσικό φαινόμενο. Οι κόποι του δεν ήταν μάταιοι. Οι σύγχρονοι μηχανικοί κατοχυρώνουν με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας διάφορες μεθόδους παραγωγής ενέργειας λόγω του γεγονότος ότι υπάρχει ένα ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο κοντά στην επιφάνεια της γης.
Ένα εντυπωσιακό παράδειγμα είναι ένα κύκλωμα με έναν κατακόρυφα εγκατεστημένο γειωμένο αγωγό, μεταξύ του άνω και του κάτω άκρου του οποίου εμφανίζεται μια διαφορά δυναμικού λόγω της ίδιας παρουσίας του πεδίου. Αυτή η ενέργεια που δημιουργείται από αυτό μπορεί να εξαχθεί σχηματίζοντας μια ελεγχόμενη εκκένωση κορώνας στο άνω άκρο του αγωγού. Ως αποτέλεσμα, το ρεύμα μπορεί να διατηρηθεί στον αγωγό, πράγμα που σημαίνει ότι είναι ασφαλές να συνδέσετε έναν καταναλωτή σε αυτόν.
Έτσι, ο ατμοσφαιρικός ηλεκτρισμός, παρά τις υπάρχουσες απειλές για την κανονική ανθρωπογενή δραστηριότητα, ανοίγει επίσης μεγάλες προοπτικές για την παροχή σε όλη την ανθρωπότητα πρακτικά δωρεάν ενέργειας.
