De moderne wetenschap heeft relatief veel kennis over de atmosfeer van de aarde en de verscheidenheid aan processen die daarin plaatsvinden. Het lijkt erop dat dit alles goed moet worden onderzocht en nauwkeurig moet worden gemodelleerd in laboratoria die de voorkeur hebben van wetenschappers. Het blijkt echter dat er tot nu toe geen duidelijk, eenduidig beeld is van een fenomeen als atmosferische elektriciteit. Integendeel, er zijn verschillende modellen, die elk hun voor- en nadelen hebben.
Een beetje geschiedenis
De persoon die aan de basis stond van de studie en wetenschappelijk het bestaan van dit fenomeen bevestigde, is de wereldberoemde ideoloog van de vorming van de Verenigde Staten - Benjamin Franklin. Inderdaad, atmosferische elektriciteit als een fysiek fenomeen bevond zich voor hem in het stadium van hypothetische berekeningen. Een van de Founding Fathers van Amerika was de eerste die zijn aanwezigheid in de lucht liet zien en legde ook de redenen uitoptreden van bliksem. Het meest interessante aan dit verhaal is het feit dat Franklin een vlieger gebruikte met een speciale puntige draad erop om het te bewijzen.
Door op deze manier elektriciteit op te vangen, kreeg hij een vonkontlading, waardoor de sleutel in het eenvoudigste aardingscircuit werd geopend. Een eenvoudige manier om de aanwezigheid van geladen deeltjes in de atmosfeer te bewijzen, doet echter op geen enkele manier afbreuk aan de verdiensten van deze grote politicus, evenals de wetenschapper, bij de ontdekking van het natuurlijke fenomeen dat hier wordt beschouwd. Vervolgens begonnen natuurkundigen over de hele wereld hun resultaten te bevestigen met hun eigen experimenten van dit soort.
Wat is atmosferische elektriciteit?
Dit is een combinatie van verschillende processen die worden veroorzaakt door de aanwezigheid van geladen deeltjes in de lucht rondom de aarde. Wetenschappers onderzoeken fenomenen als het elektrische veld van de atmosfeer, de intensiteit ervan, de stromen die hiermee samenhangen, ruimteladingen en vele andere punten. Bijvoorbeeld meteorologische, omgevingsfactoren, de impact op verschillende takken van menselijke antropologische activiteit: luchtvaart, industrie, landbouw, enz.
Handige fysieke analogie
Onze planeet is in een zeer ruwe benadering een enorme bolvormige condensator. Dit is het eenvoudigste apparaat dat elektrische energie kan opslaan. De ionosfeer en het aardoppervlak zelf kunnen worden beschouwd als de platen van een gigantische condensator. In dit geval werkt lucht als een isolator, die onder normale omstandighedenzeer lage elektrische geleidbaarheid. Het aardoppervlak is negatief geladen, terwijl de ionosfeer positief geladen is.
Zoals tussen de platen van een conventionele condensator, wordt hier een elektrisch veld gevormd, dat volledig unieke eigenschappen heeft. De intensiteit is bijvoorbeeld maximaal nabij het aardoppervlak en neemt exponentieel af met toenemende hoogte. Trouwens, al op 10 kilometer boven zeeniveau is de waarde ervan 30 keer lager. Dit veld vormt in feite de hele verscheidenheid aan verschijnselen, verenigd onder de algemene naam "atmosferische elektriciteit".
Dit is een van de meest voorkomende modellen in de moderne wetenschappelijke wereld. Het wordt de theorie van Wilson genoemd. Er is ook een hypothese van de Sovjetwetenschapper Frenkel, volgens welke de ionosfeer geen significante rol speelt bij het creëren van het elektrische veld. Hij geloofde dat het voornamelijk wordt gevormd door de interactie van het aardoppervlak en de wolken, evenals hun polarisatie.
Natuurlijke generator
Maar als we terugkeren naar het condensatormodel, dat niet alleen een goede analogie biedt, maar ook theoretische mogelijkheden biedt om bronnen van praktisch vrije energie te creëren, dan manifesteert atmosferische elektriciteit zich in slechts een paar basisprocessen. Overweeg het belangrijkste.
Allereerst zijn dit de zogenaamde lekstromen. Wat betreft een conventionele condensator, dit zijn parasitaire verschijnselen die de effectiviteit ervan bij het opslaan van lading verminderen. In het geval van de atmosfeer zijn dit convectieve stromen die bijvoorbeeld worden gevormd inorkaan- en onweersgebieden. Hun kracht bereikt tienduizenden ampères, en desondanks ondergaat het potentiaalverschil tussen het aardoppervlak en de ionosfeer geen significante veranderingen, waarbij natuurlijk de veldsterkte behouden blijft. In een elektrisch circuit met een condensator is dit alleen mogelijk met een extra generator.
Volgens de logica is het de moeite waard om de aanwezigheid van iets soortgelijks aan te nemen in het geval van de atmosfeer van de aarde. Er is inderdaad zo'n energiebron. Dit is het magnetische veld van onze planeet, dat, meedraaiend in een stroom zonnestraling, een krachtige generator creëert. Trouwens, er is een idee om zijn energie te gebruiken, met alleen atmosferische elektriciteit. Vrije energie is een ongelooflijk krachtige stimulans voor de ontwikkeling van wetenschappelijk denken op alle gebieden van menselijke activiteit. Deze trend is niet voorbijgegaan aan de fysica van atmosferische verschijnselen. Maar daarover later meer.
Onweer
Het volgende interessante en belangrijke proces in de atmosfeer zijn de vonkgasontladingen die gepaard gaan met onweersbuien. Net als convectieve stromen is dit een parasitair fenomeen vanuit het oogpunt van het condensatormodel van het elektrische veld dat wordt gecreëerd tussen het aardoppervlak en de ionosfeer. En dit is helaas verre van beperkt tot de negatieve impact van ontladingsverschijnselen in de atmosfeer. Hier moet worden gewezen op het gevaar van bliksem voor aardse objecten van antropogene activiteit, inclusief de destructieve impact van schokken en thermische overbelastingen die gepaard gaan met dit formidabele fenomeen.
Ritsen
Bewijs van de elektrische aard van bliksem, zo elegant bewezenFranklin, vormt een logische vraag. Hoogstwaarschijnlijk maakte hij zich zelfs zorgen over de tijdgenoten van de grondlegger. Dus, is atmosferische elektriciteit hoog- of laagspanning?
Volgens het reeds genoemde condensatormodel zou het potentiaalverschil tussen de platen op planetaire schaal een elektrisch veld moeten vormen. Het negatief geladen aardoppervlak enerzijds en de positief geladen ionosfeer vormen namelijk een veld van hoge intensiteit. Elektrische verschijnselen in de wolken veroorzaken enorme ruimteladingen juist in het onderste deel van de atmosfeer. Daardoor is de veldsterkte aan het aardoppervlak veel groter dan bijvoorbeeld op 10 km hoogte.
Het is duidelijk dat een elektrisch veld van deze intensiteit krachtige ontladingsstromen genereert die een onervaren waarnemer kan zien tijdens een gewone onweersbui op gemiddelde breedtegraden. Daarom is de spanning in het ontladingskanaal hoog.
St. Elmo's Lights
Naast de vonk is er een corona-ontlading in de atmosfeer, die vanwege de historische traditie de branden van St. Elmo wordt genoemd. Het ziet eruit als borstels of lichtstralen aan de uiteinden van hoge objecten, zoals scheepsmasten, torens, enz. Bovendien kan dit fenomeen alleen in het donker worden waargenomen. De reden voor het verschijnen van St. Elmo's lichten is een toename van de elektrische veldsterkte van de omgeving, bijvoorbeeld bij het naderen van of tijdens een onweersbui, storm, sneeuwstorm, enz.
Zo'n ontlading kan zijnvrij gemakkelijk om thuis te komen. Inderdaad, doe-het-zelf atmosferische elektriciteit is een heel eenvoudige zaak. U kunt bijvoorbeeld een synthetische trui uittrekken en er een naald naar toe brengen. Vanaf een bepaalde afstand zal er een ontlading verschijnen aan de punt, die duidelijk kan worden waargenomen in volledige duisternis.
Vuurbal
Een andere onweersbui manifestatie is een gasontlading, meestal met een bolvorm. We hebben het over bolbliksem, een uniek en zeer zeldzaam natuurverschijnsel. Wetenschappers kunnen het nog steeds niet eens worden over een adequate theoretische rechtvaardiging voor het bestaan van dit fenomeen. En tot 2012 was er helemaal geen documentair bewijs van de realiteit van bolbliksem. Hoe het ook zij, dit is een ander mysterie van de atmosfeer van de aarde waar wetenschappers nog steeds mee worstelen.
Omgevingsfactor
Het is hierboven al gezegd over de impact van bliksem op verschillende soorten menselijke activiteiten. Atmosferische elektriciteit als omgevingsfactor is een zeer belangrijk punt, dat ook besproken moet worden. Vanuit het oogpunt van menselijke ontwikkeling van de verschillende hulpbronnen die de planeet Aarde hem verschaft, geeft de luchtomgeving hem de mogelijkheid om als soort te blijven bestaan.
De aanwezigheid van een elektrisch veld in de atmosfeer heeft veel onaangename gevolgen voor menselijke activiteiten. Sommigen van hen zijn vrij ongevaarlijk, maar veel manifestaties dwingen de beste ingenieurs om effectieve manieren te bedenken om formidabele krachten tot bedaren te brengen.natuur.
Levensveiligheid
Atmosferische elektriciteit en bescherming ertegen is het belangrijkste onderwerp dat moet worden besproken in de context van ecologie. De gevaarlijkste zijn natuurlijk de krachtigste vonkontladingen, zoals bliksem. En dit geldt niet alleen voor hun terrestrische variëteiten. Intra-cloud bliksem vormt een zekere bedreiging voor de civiele en militaire luchtvaart. Op de een of andere manier zijn alle atmosferische fenomenen van de lozing onderworpen aan nauwkeurige observatie en het voorkomen van mogelijke schade. Dit wordt gedaan door speciale ingenieursdiensten in dezelfde luchtvaart, scheepsbouw of bliksembeveiliging van gebouwen, elektriciteitscentrales, enz.
Gratis energie
Laten we tot slot terugkeren naar de kwestie van praktisch gratis energie die atmosferische elektriciteit kan leveren. Tesla, de beroemde meester van de bliksem, deed enorm veel onderzoek om dit natuurverschijnsel in de praktijk te brengen. Zijn inspanningen waren niet tevergeefs. Moderne ingenieurs patenteren verschillende methoden voor energieproductie vanwege het feit dat er een krachtig elektrisch veld is in de buurt van het aardoppervlak.
Een treffend voorbeeld is een circuit met een verticaal geïnstalleerde geaarde geleider, tussen de boven- en ondereinden waarvan een potentiaalverschil ontstaat door dezelfde aanwezigheid van het veld. Deze energie die hierdoor wordt opgewekt, kan worden geëxtraheerd door een gecontroleerde corona-ontlading aan het bovenste uiteinde van de geleider te vormen. Hierdoor kan de stroom in de geleider worden gehandhaafd, waardoor het veilig is om er een verbruiker op aan te sluiten.
Zo biedt atmosferische elektriciteit, ondanks de bestaande bedreigingen voor normale antropogene activiteit, ook geweldige vooruitzichten om de hele mensheid te voorzien van praktisch gratis energie.
