Cos'è l'elettricità atmosferica?

La scienza moderna ha relativamenteun ampio bagaglio di conoscenze sull'atmosfera terrestre e sulla diversità dei processi che si verificano in esso. Sembrerebbe che tutto questo dovrebbe essere ben studiato e modellato meticolosamente nei laboratori preferiti dagli scienziati. Tuttavia, risulta che fino ad ora non esiste un'immagine chiara e inequivocabile di un fenomeno come l'elettricità atmosferica. Al contrario, ci sono diversi modelli, ognuno dei quali ha i suoi pro e contro.

Un po 'di storia

La persona che è stata all'origine della ricerca escientificamente confermato, infatti, l'esistenza di questo fenomeno, è l'ideologo di fama mondiale degli Stati Uniti - Benjamin Franklin. Infatti, l'elettricità atmosferica come fenomeno fisico era prima di essa nella fase di calcoli ipotetici. Uno dei padri fondatori dell'America ha mostrato per la prima volta la sua presenza nell'aria e ha anche spiegato le cause del fulmine. La cosa più interessante di questa storia è il fatto che Franklin provasse un aquilone con uno speciale filo a punta.

Raccogliere elettricità in questo modo, ha ricevutoscarica di scintilla, rompendo la chiave in un semplice schema di messa a terra. Un modo semplice per dimostrare la presenza di particelle cariche nell'atmosfera, tuttavia, non toglie nulla ai meriti di questo grande politico, così come lo scienziato nella scoperta del fenomeno della natura qui considerato. Più tardi, i fisici di tutto il mondo hanno iniziato a confermare i risultati con i propri esperimenti di questo tipo.

Cos'è l'elettricità atmosferica?

Questo è un insieme di processi diversi,causato dalla presenza di particelle cariche nell'aria che circonda la Terra. Gli scienziati studiano tali fenomeni come il campo elettrico dell'atmosfera, la sua tensione, le correnti, esistenti in relazione a questo, le cariche volumetriche e molti altri momenti. Ad esempio, fattori meteorologici, ecologici, influenza su vari rami dell'attività antropologica dell'umanità: aviazione, industria, agricoltura, ecc.

Una comoda analogia fisica

Il nostro pianeta in un'approssimazione molto approssimativa èun enorme condensatore sferico. È il dispositivo più semplice in grado di preservare l'energia elettrica. Come rivestimento di un condensatore gigante, è possibile considerare la ionosfera e la superficie terrestre stessa. In questo caso, l'isolatore è l'aria, che in condizioni normali ha una conduttività elettrica molto bassa. La superficie della Terra è caricata negativamente e la ionosfera è positiva.

Come tra le piastre di un condensatore convenzionale,Qui si forma un campo elettrico, che ha caratteristiche completamente uniche. Ad esempio, la sua intensità è massima vicino alla superficie terrestre, diminuendo in modo esponenziale con l'aumentare dell'altitudine. A proposito, già a 10 chilometri sopra il livello del mare, il suo valore è 30 volte inferiore. Questo campo costituisce fondamentalmente l'intera varietà di fenomeni uniti sotto il nome generico di "elettricità atmosferica".

Questo è uno dei più comuni nel modernomondo scientifico di modelli. Si chiama teoria di Wilson. C'è anche un'ipotesi avanzata dallo scienziato sovietico Frenkel, secondo la quale la ionosfera non ha alcun ruolo significativo nella creazione di un campo elettrico. Egli credeva che si sia formato principalmente a causa dell'interazione tra la superficie della terra e le nuvole, così come la loro polarizzazione.

Generatore naturale

Ma se torniamo al modello del condensatore,che fornisce non solo una buona analogia, ma anche possibilità teoriche per creare fonti di energia quasi libera, quindi l'elettricità atmosferica si manifesta solo in alcuni processi di base. Consideri il più importante

Prima di tutto, queste sono le cosiddette correnti di dispersione. Per quanto riguarda il condensatore convenzionale, questi sono fenomeni parassiti che riducono la sua efficienza nel preservare la carica. Nel caso dell'atmosfera, queste correnti convettive si formano, ad esempio, in aree di uragani e temporali. La loro forza raggiunge decine di migliaia di ampere, e nonostante ciò, la differenza di potenziale tra la superficie terrestre e la ionosfera non subisce alcun cambiamento significativo, preservando, naturalmente, la forza del campo. In un circuito elettrico contenente un condensatore, questo è possibile solo con un generatore aggiuntivo.

Seguendo la logica, è necessario assumere la presenza di qualcosasimile nel caso dell'atmosfera terrestre. In effetti, una tale fonte di energia è disponibile. Questo è il campo magnetico del nostro pianeta, che, ruotando con esso nel flusso della radiazione solare, crea un potente generatore. A proposito, c'è un'idea di usare la sua energia, usando solo l'elettricità atmosferica. L'energia libera è uno stimolo incredibilmente potente per lo sviluppo del pensiero scientifico in tutte le aree dell'attività umana. Questa tendenza non è stata ignorata dalla fisica dei fenomeni atmosferici. Ma su questo - un po 'più tardi.

temporali

Il prossimo processo interessante e importante,che si verificano nell'atmosfera, sono scariche di scintille che accompagnano i temporali. Come le correnti convettive, questo è un fenomeno parassitario dal punto di vista del modello di condensatore del campo elettrico creato tra la superficie terrestre e la ionosfera. E questo, purtroppo, non limita l'effetto negativo dei fenomeni di scarica nell'atmosfera. Qui dovremmo notare il pericolo del fulmine per gli oggetti di attività antropogenica a terra, incluso l'impatto distruttivo dello shock e dei sovraccarichi termici che accompagnano questo fenomeno formidabile.

fulmine

Prova della natura elettrica del fulmine, entrambielegantemente provato da Franklin, forma una domanda logica. Molto probabilmente, si preoccupò ancora dei contemporanei del padre fondatore. Quindi, l'elettricità atmosferica è alta o bassa tensione?

Secondo il modello di condensatore già citato,La potenziale differenza tra le placche della scala planetaria dovrebbe formare un campo elettrico. Infatti, la superficie a carica negativa della Terra da un lato e la ionosfera a carica positiva formano un campo di alta tensione. I fenomeni elettrici nelle nuvole creano enormi cariche volumetriche nella parte inferiore dell'atmosfera. Pertanto, la forza del campo sulla superficie terrestre è molto maggiore rispetto, ad esempio, ad un'altitudine di 10 km.

Ovviamente, un campo elettrico di questa intensitàforma potenti correnti di scarica, che un osservatore inesperto può vedere durante un temporale ordinario alle medie latitudini. Pertanto, la tensione nel canale di scarico è alta.

Le luci di Sant'Elma

Oltre alla scintilla, nell'atmosfera c'è una coronascarico, che, in virtù della tradizione storica, è chiamato le luci di St. Elm. Sembra spazzole o raggi luminosi alle estremità di oggetti alti, come gli alberi di navi, torri, ecc. E questo fenomeno può essere osservato solo al buio. La causa dell'aspetto delle luci di St. Elm è un aumento dell'intensità del campo elettrico dell'ambiente, ad esempio, quando ci si avvicina o durante un temporale, tempeste, tempeste di neve, ecc.

Tale scarico può essere ottenuto abbastanza facilmente incondizioni di casa Infatti, l'elettricità atmosferica con le proprie mani - è piuttosto semplice. Ad esempio, puoi togliere un maglione sintetico e iniziare a portargli un ago. Da una certa distanza, appare una scarica sulla sua punta, che può essere osservata bene nel buio più totale.

Fulmine globulare

Un'altra manifestazione tonante è la scarica di gas,di solito ha una forma sferica. Questo è un fulmine globulare, che è un fenomeno naturale unico e molto raro. Gli scienziati non riescono ancora ad accordarsi su un'adeguata base teorica per l'esistenza di questo fenomeno. E fino al 2012 non ci sono state prove documentali della realtà delle palle di fuoco. Comunque sia, questo è un altro mistero dell'atmosfera terrestre, su cui gli scienziati stanno ancora lottando.

Fattore ecologico

Abbiamo già parlato dell'effetto dei fulmini su varitipi di attività umana. L'elettricità atmosferica come fattore ambientale è un punto molto importante, che dovrebbe anche essere affrontato. Dal punto di vista del dominio dell'uomo sulle varie risorse fornite a lui dal pianeta Terra, l'ambiente aereo gli consente di mantenere l'esistenza come specie.

La presenza di un campo elettrico nell'atmosfera haun sacco di spiacevoli conseguenze delle attività umane. Alcuni di loro sono abbastanza innocui, ma molti sintomi rendono le migliori menti di ingegneria a venire con modi efficaci per pacificare le forze formidabili della natura.

Sicurezza delle funzioni vitali

Elettricità atmosferica e protezione da esso -La questione più importante che dovrebbe essere discussa nel contesto dell'ecologia. Naturalmente, la più pericolosa - la più potente scarica di scintille, come un fulmine. E questo vale non solo per la loro varietà terrestre. I fulmini all'interno delle nuvole rappresentano una certa minaccia per l'aviazione civile e militare. In ogni caso, tutti i fenomeni atmosferici di scarico sono soggetti ad un attento monitoraggio e alla prevenzione di possibili danni. Questo viene fatto da speciali servizi di ingegneria nella stessa protezione dell'aviazione, della costruzione navale o dei fulmini di edifici, centrali elettriche, ecc.

Energia libera

Finalmente torniamo alla domanda dienergia libera, che può fornire elettricità atmosferica. Tesla, il famoso signore del fulmine, condusse un'enorme quantità di ricerche in vista dell'uso pratico di questo fenomeno naturale. Le sue opere non sono state sprecate. I moderni ingegneri brevettano vari modi di estrarre energia in connessione con il fatto della presenza di un potente campo elettrico vicino alla superficie terrestre.

Un esempio eclatante è lo schema con una verticaleconduttore installato collegato a terra, tra le estremità superiore e inferiore di cui appare una differenza di potenziale a causa della stessa disponibilità di campo. Questa energia, creata da lui, può essere estratta formando una scarica a corona controllata all'estremità superiore del conduttore. Di conseguenza, è possibile mantenere la corrente nel conduttore, il che significa che è sicuro collegare il consumatore ad esso.

Quindi, l'elettricità atmosferica,nonostante le minacce alla normale attività antropica, apre anche grandi prospettive per fornire all'intera umanità un'energia quasi libera.