Savremena nauka ima relativno veliku zalihu znanja o Zemljinoj atmosferi i raznovrsnosti procesa koji se u njoj odvijaju. Čini se da bi sve ovo trebalo dobro istražiti i pomno modelirati u laboratorijama koje favoriziraju naučnici. Međutim, pokazalo se da do sada ne postoji jasna, nedvosmislena slika takvog fenomena kao što je atmosferski elektricitet. Naprotiv, postoji nekoliko modela, od kojih svaki ima svoje prednosti i nedostatke.
Malo istorije
Osoba koja je stajala na početku studije i naučno potvrdila, zapravo, postojanje ovog fenomena, je svjetski poznati ideolog formiranja Sjedinjenih Država - Benjamin Franklin. Zaista, atmosferski elektricitet kao fizički fenomen bio je pred njim u fazi hipotetičkih proračuna. Jedan od osnivača Amerike prvi je pokazao svoje prisustvo u vazduhu, a takođe je objasnio i razlogepojava munje. Najzanimljivija stvar u ovoj priči je činjenica da je Franklin koristio zmaja sa posebnom šiljatom žicom da to dokaže.
Prikupljajući električnu energiju na ovaj način, dobio je iskri, otvarajući ključ u najjednostavnijem krugu uzemljenja. Jednostavan način da se dokaže prisustvo naelektrisanih čestica u atmosferi, međutim, ni na koji način ne umanjuje zasluge ovog velikog političara, ali i naučnika, u otkriću prirodnog fenomena koji se ovde razmatra. Nakon toga, fizičari širom svijeta počeli su potvrđivati svoje rezultate vlastitim eksperimentima ove vrste.
Šta je atmosferski elektricitet?
Ovo je kombinacija različitih procesa uzrokovanih prisustvom nabijenih čestica u zraku koji okružuje Zemlju. Naučnici istražuju takve fenomene kao što su električno polje atmosfere, njegov intenzitet, struje koje postoje u vezi s tim, svemirski naboji i mnoge druge točke. Na primjer, meteorološki, okolišni faktori, utjecaj na različite grane ljudske antropološke aktivnosti: avijaciju, industriju, poljoprivredu, itd.
Pogodna fizička analogija
Naša planeta u vrlo gruboj aproksimaciji je ogroman sferni kondenzator. Ovo je najjednostavniji uređaj koji može pohraniti električnu energiju. Ionosfera i sama površina Zemlje mogu se smatrati pločama džinovskog kondenzatora. U ovom slučaju zrak djeluje kao izolator, koji u normalnim uvjetima imavrlo niska električna provodljivost. Zemljina površina je negativno nabijena, dok je jonosfera pozitivno nabijena.
Kao između ploča konvencionalnog kondenzatora, ovdje se formira električno polje koje ima potpuno jedinstvene karakteristike. Na primjer, njegov intenzitet je maksimalan blizu površine zemlje, opadajući eksponencijalno s povećanjem visine. Inače, već na 10 kilometara nadmorske visine njegova vrijednost je 30 puta manja. Ovo polje u osnovi čini čitav niz fenomena, ujedinjenih pod opštim nazivom "atmosferski elektricitet".
Ovo je jedan od najčešćih modela u modernom naučnom svijetu. Zove se Wilsonova teorija. Postoji i hipoteza koju je iznio sovjetski naučnik Frenkel, prema kojoj jonosfera ne igra značajnu ulogu u stvaranju električnog polja. Vjerovao je da nastaje uglavnom zbog interakcije zemljine površine i oblaka, kao i njihove polarizacije.
Prirodni generator
Ali ako se vratimo modelu kondenzatora, koji pruža ne samo dobru analogiju, već i teorijske mogućnosti za stvaranje izvora praktično besplatne energije, onda se atmosferski elektricitet manifestuje u samo nekoliko osnovnih procesa. Uzmite u obzir najvažnije.
Pre svega, to su takozvane struje curenja. Što se tiče konvencionalnog kondenzatora, to su parazitske pojave koje smanjuju njegovu efikasnost u skladištenju naboja. U slučaju atmosfere, to su konvektivne struje nastale, na primjer, upodručja uragana i grmljavine. Njihova snaga doseže desetine hiljada ampera, i, uprkos tome, razlika potencijala između zemljine površine i jonosfere ne doživljava nikakve značajne promjene, čuvajući, naravno, jačinu polja. U električnom kolu koje sadrži kondenzator, to je moguće samo s dodatnim generatorom.
Slijedeći logiku, vrijedi pretpostaviti prisustvo nečeg sličnog u slučaju Zemljine atmosfere. Zaista, postoji takav izvor energije. Ovo je magnetsko polje naše planete, koje, rotirajući s njim u struji sunčevog zračenja, stvara snažan generator. Inače, postoji ideja da se njegova energija koristi, koristeći samo atmosferski elektricitet. Slobodna energija je nevjerovatno snažan poticaj za razvoj naučne misli u svim oblastima ljudskog djelovanja. Ovaj trend nije zaobišao ni fiziku atmosferskih pojava. Ali više o tome kasnije.
Grmljavina
Sljedeći zanimljiv i važan proces u atmosferi je pražnjenje varničnog plina koje prati oluje. Kao i konvektivne struje, ovo je parazitski fenomen sa stanovišta kondenzatorskog modela električnog polja stvorenog između Zemljine površine i jonosfere. A to, nažalost, nije ograničeno na negativan utjecaj fenomena pražnjenja u atmosferi. Ovdje treba napomenuti opasnost od groma za kopnene objekte antropogene aktivnosti, uključujući destruktivni uticaj šoka i toplotnih preopterećenja koja prate ovu strašnu pojavu.
Zatvarači
Dokaz električne prirode munje, tako elegantno dokazanFranklin, formira jedno logično pitanje. Najvjerovatnije je zabrinuo čak i savremenike oca osnivača. Dakle, da li je atmosferski elektricitet visokog ili niskog napona?
Prema već pomenutom modelu kondenzatora, razlika potencijala između ploča na planetarnoj skali treba da formira električno polje. Zaista, negativno nabijena površina Zemlje s jedne strane i pozitivno nabijena ionosfera čine polje visokog intenziteta. Električne pojave u oblacima stvaraju ogromne svemirske naboje upravo u donjem dijelu atmosfere. Stoga je jačina polja na površini zemlje mnogo veća nego, na primjer, na visini od 10 km.
Očigledno, električno polje ovog intenziteta generiše snažne struje pražnjenja koje neiskusni posmatrač može da vidi tokom obične grmljavine u srednjim geografskim širinama. Zbog toga je napon u kanalu za pražnjenje visok.
Svjetla sv. Elma
Pored iskre, u atmosferi je i koronsko pražnjenje koje se, zbog istorijskog predanja, naziva vatrama Svetog Elma. Izgleda kao četke ili svjetleće zrake na krajevima visokih objekata, kao što su brodski jarboli, tornjevi itd. Štaviše, ovaj fenomen se može promatrati samo u mraku. Razlog za pojavu svetiljki Svetog Elma je povećanje jačine električnog polja okoline, na primjer, prilikom približavanja ili tokom grmljavine, oluje, snježne oluje, itd.
Takvo pražnjenje može bitiprilično lako dobiti kod kuće. Zaista, "uradi sam" atmosferski elektricitet je vrlo jednostavna stvar. Na primjer, možete skinuti sintetički džemper i početi unositi iglu u njega. Sa određene udaljenosti pojavit će se pražnjenje na njegovom vrhu, što se može jasno uočiti u potpunom mraku.
Fireball
Još jedna manifestacija grmljavine je gasno pražnjenje, obično sfernog oblika. Riječ je o loptastoj munji, koja je jedinstven i vrlo rijedak prirodni fenomen. Naučnici se još uvijek ne mogu složiti oko adekvatnog teorijskog opravdanja postojanja ovog fenomena. A sve do 2012. nije bilo nikakvih dokumentarnih dokaza o realnosti loptaste munje. Kako god bilo, ovo je još jedna misterija Zemljine atmosfere s kojom se naučnici još bore.
Faktor životne sredine
Gore je već rečeno o uticaju groma na različite vrste ljudskih aktivnosti. Atmosferski elektricitet kao faktor životne sredine je veoma važna tačka, o kojoj takođe treba razgovarati. Sa stanovišta ljudskog razvoja različitih resursa koje mu pruža planeta Zemlja, vazdušno okruženje mu daje mogućnost da održi postojanje kao vrsta.
Prisustvo električnog polja u atmosferi ima mnoge neugodne posljedice po ljudske aktivnosti. Neki od njih su prilično bezopasni, ali mnoge manifestacije tjeraju najbolje inženjerske umove da smisle efikasne načine za smirivanje ogromnih sila.priroda.
Sigurnost života
Atmosferski elektricitet i zaštita od nje najvažnije je pitanje o kojem treba razgovarati u kontekstu ekologije. Naravno, najopasnije su najsnažnije iskre, poput munje. I to se ne odnosi samo na njihove kopnene sorte. Munje unutar oblaka predstavljaju određenu prijetnju civilnom i vojnom zrakoplovstvu. Na ovaj ili onaj način, sve atmosferske pojave pražnjenja podliježu pažljivom promatranju i sprječavanju mogućih oštećenja. To rade posebne inžinjerske službe u istoj avijaciji, brodogradnji ili gromobranskoj zaštiti zgrada, elektrana itd.
Besplatna energija
Konačno, vratimo se pitanju praktično besplatne energije koju atmosferski elektricitet može pružiti. Tesla, čuveni majstor munje, uradio je ogromnu količinu istraživanja kako bi ovaj prirodni fenomen primenio u praksi. Njegov trud nije bio uzaludan. Moderni inženjeri patentiraju različite metode proizvodnje energije zbog činjenice da postoji snažno električno polje blizu površine zemlje.
Upečatljiv primjer je kolo sa vertikalno postavljenim uzemljenim provodnikom, između čijeg gornjeg i donjeg kraja se javlja potencijalna razlika zbog istog prisustva polja. Ova energija koju stvara može se izvući formiranjem kontroliranog koronskog pražnjenja na gornjem kraju provodnika. Kao rezultat toga, struja se može održavati u provodniku, što znači da je bezbedno priključiti potrošača na njega.
Dakle, atmosferski elektricitet, uprkos postojećim pretnjama normalnoj antropogenoj aktivnosti, takođe otvara velike izglede za snabdevanje celog čovečanstva praktično besplatnom energijom.
