Што такое атмасферны электрычнасць?

Сучасная навука размяшчае адносна вялікім запасам ведаў аб атмасферы Зямлі і разнастайнасці якія адбываюцца ў ёй працэсаў. Здавалася б, усё гэта павінна быць добра даследавана і скурпулёзна змадэлявана ў упадабаных навукоўцамі лабараторыях. Аднак на самай справе аказваецца, што да цяперашняга моманту няма выразнай, адназначнай карціны такой з'явы, як атмасферны электрычнасць. Наадварот, ёсць некалькі мадэляў, кожная з якіх мае свае плюсы і мінусы.

трохі гісторыі

Чалавекам, які стаяў ля вытокаў даследаванні і навукова якія пацвердзілі, уласна, існаванне дадзенага з'явы, з'яўляецца сусветна знакаміты ідэолаг станаўлення Злучаных Штатаў - Бенджамін Франклін. Сапраўды, атмасферны электрычнасць як фізічная з'ява знаходзілася да яго ў стадыі гіпатэтычных выкладак. Адзін з бацькоў-заснавальнікаў Амерыкі першым паказаў яго прысутнасць у паветры, а таксама патлумачыў прычыны ўзнікнення маланак. Самае займальнае ў дадзенай гісторыі - той факт, што Франклін выкарыстаў для доказу папяровага змея са спецыяльнай завостранай дротам на ім.

Збіраючы такім чынам электрычнасць, ён атрымліваў іскравыя разрад, размыкая ключ у найпростай схеме зазямлення. Няхітры спосаб доказы наяўнасці ў атмасферы зараджаных часціц, аднак, ані не прымяншае заслуг гэтага вялікага палітыка, а таксама вучонага ў адкрыцці разгляданага тут з'явы прыроды. У далейшым фізікі па ўсім свеце сталі пацвярджаць атрыманыя вынікі ўласнымі эксперыментамі падобнага роду.

Што такое атмасферны электрычнасць?

Гэта сукупнасць разнастайных працэсаў, выкліканых наяўнасцю зараджаных часціц у паветры, навакольным Зямлю. Навукоўцы даследуюць такія з'явы, як электрычнае поле атмасферы, яго напружанасць, токі, якія існуюць у сувязі з гэтым, аб'ёмныя зарады і многія іншыя моманты. Напрыклад, метэаралагічныя, экалагічныя фактары, уплыў на розныя галіны антрапалагічнай актыўнасці чалавецтва: авіяцыю, прамысловасць, сельскую гаспадарку і т. Д.

Зручная фізічная аналогія

Наша планета ў вельмі грубым набліжэньні з'яўляецца вялізным сферычным кандэнсатарам. Гэта найпросты прыбор, здольны захоўваць электрычную энергію. У якасці абкладак гіганцкага кандэнсатара можна разглядаць іёнасферы і саму зямную паверхню. Пры гэтым ізалятарам выступае паветра, які ў звычайных умовах валодае вельмі нізкай электрычнай праводнасцю. Паверхню Зямлі зараджана адмоўна, а Іонасфера - станоўча.

Як і паміж абкладкамі звычайнага кандэнсатара, тут фарміруецца электрычнае поле, якое валодае зусім унікальнымі характарыстыкамі. Напрыклад, яго напружанасць максімальная ў зямной паверхні, экспанентна памяншаючыся з павелічэннем вышыні. Дарэчы, ужо ў 10 кіламетрах над узроўнем мора яе значэнне ў 30 разоў ніжэй. Дадзенае поле ў асноўным і фармуе ўсе разнастайнасць з'яў, аб'яднаных пад агульнай назвай «атмасферны электрычнасць».

Гэта адна з распаўсюджаных у сучасным навуковым свеце мадэляў. Яна называецца тэорыяй Вільсана. Таксама маецца гіпотэза, высунутая савецкім навукоўцам Фрэнкель, згодна з якой Іонасфера не гуляе колькі-небудзь істотнай ролі ў стварэнні электрычнага поля. Ён лічыў, што яно фармуецца большай часткай за кошт узаемадзеяння зямной паверхні і аблокаў, а таксама іх палярызацыі.

прыродны генератар

Але калі вяртацца да кандэнсатарнай мадэлі, якая дае не толькі добрую аналогію, але і тэарэтычныя магчымасці для стварэння крыніц практычна дароў энергіі, то атмасферны электрычнасць выяўляецца ўсяго толькі ў некалькіх асноўных працэсах. Разгледзім важнейшыя.

У першую чаргу гэта так званыя токі ўцечкі. Што тычыцца звычайнага кандэнсатара, гэта паразітныя з'явы, якія зніжаюць яго эфектыўнасць ў захаванні зарада. У выпадку з атмасферай гэта Канвектыўныя токі, якія ўтвараюцца, напрыклад, у ураганных і навальнічных абласцях. Іх сіла дасягае дзясяткаў тысяч ампер, і, нягледзячы на гэта, рознасць патэнцыялаў паміж зямной паверхняй і іёнасферай не адчувае якіх-небудзь значных змен, захоўваючы, натуральна, і напружанасць поля. У электрычнай ланцугу, якая змяшчае кандэнсатар, такое магчыма толькі пры наяўнасці дадатковага генератара.

Вынікаючы логіцы, варта выказаць здагадку наяўнасць чагосьці падобнага і ў выпадку з атмасферай Зямлі. І сапраўды, такі крыніца энергіі маецца. Гэта магнітнае поле нашай планеты, якое, круцячыся разам з ёй у патоку сонечнага выпраменьвання, стварае наймагутны генератар. Дарэчы, маецца ідэя выкарыстання яго энергіі, задзейнічаючы як раз атмасферны электрычнасць. Бясплатная энергія - гэта неверагодна магутны стымул развіцця навуковай думкі ва ўсіх абласцях чалавечай дзейнасці. Не абыйшла гэтая тэндэнцыя і фізіку атмасферных з'яў. Але пра гэта - крыху пазней.

навальніцы

Наступны цікавы і важны працэс, які адбываецца ў атмасферы, - гэта іскравыя газавыя разрады, якія суправаджаюць навальніцы. Як і Канвектыўныя токі, гэта паразітныя з'ява з пункту гледжання кандэнсатарнай мадэлі электрычнага поля, стваранага паміж паверхняй Зямлі і іёнасферай. І гэтым, на жаль, далёка не абмяжоўваецца негатыўны ўплыў разрадных з'яў у атмасферы. Тут варта адзначыць небяспека маланак для наземных аб'ектаў антрапагеннай дзейнасці, уключаючы разбуральнае ўздзеянне ўдарных і цеплавых перагрузак, якія суправаджаюць гэты грозны феномен.

маланкі

Відавочнасць электрычнай прыроды маланак, так хупава даказаная Франклінам, фармуе адзін заканамернае пытанне. Хутчэй за ўсё, ён хваляваў яшчэ сучаснікаў бацькі-заснавальніка. Такім чынам, атмасферны электрычнасць - гэта высокае або нізкае напружанне?

Згодна з ужо згаданай кандэнсатарнай мадэлі, рознасць патэнцыялаў паміж абкладкамі планетарнага маштабу павінна фарміраваць электрычнае поле. Сапраўды, адмоўна зараджаных паверхню Зямлі з аднаго боку і станоўча зараджаная Іонасфера фармуюць поле вялікай напружанасці. Электрычныя з'явы ў аблоках ствараюць вялізныя аб'ёмныя зарады як раз у ніжняй частцы атмасферы. Таму напружанасць поля ў зямной паверхні нашмат больш, чым, да прыкладу, на вышыні 10 км.

Відавочна, электрычнае поле такой інтэнсіўнасці фармуе магутныя разрадныя токі, якія неспрактыкаваны назіральнік можа бачыць падчас звычайнай навальніцы ў сярэдніх шыротах. Таму напружанне ў канале разраду высокае.

Агні Святога Эльма

Акрамя іскравыя, у атмасферы назіраецца каронны разрад, які, у сілу гістарычнай традыцыі, называецца агнямі Святога Эльма. Выглядае гэта як пэндзля або свецяцца пучкі на канцах высокіх прадметаў, накшталт мачтаў караблёў, вежаў і т. П. Прычым назіраць гэтую з'яву можна толькі ў цемры. Прычынай з'яўлення агнёў Святога Эльма з'яўляецца павышэнне напружанасці электрычнага поля навакольнага асяроддзя, напрыклад, пры набліжэнні або падчас навальніцы, шторму, завеі і т. Д.

Падобны разрад можна даволі лёгка атрымаць у хатніх умовах. Сапраўды, атмасферны электрычнасць сваімі рукамі - справа зусім нескладанае. Напрыклад, можна зняць з сябе сінтэтычны швэдар і пачаць падносіць да яго іголку. З пэўнага адлегласці на яе кончыку з'явіцца разрад, які можна добра назіраць у поўнай цемры.

шаравая маланка

Яшчэ адно навальнічнае праява - газавы разрад, звычайна які мае сферычную форму. Гаворка ідзе пра шаравой маланкі, якая ўяўляе сабой унікальны і вельмі рэдкі прыродны феномен. Навукоўцы да гэтага часу не могуць сысціся ў адэкватным тэарэтычным абгрунтаванні існавання гэтай з'явы. А аж да 2012 года наогул не было дакументальных пацверджанняў рэальнасці шаравых маланак. Як бы там ні было, гэта яшчэ адна загадка зямной атмасферы, над якой дагэтуль б'юцца навукоўцы.

экалагічны фактар

Вышэй ужо гаварылася пра ўплыў маланак на розныя віды дзейнасці чалавека. Атмасферны электрычнасць як экалагічны фактар ўяўляе сабой вельмі важны момант, на якім таксама варта спыніцца. З пункту гледжання асваення чалавекам разнастайных рэсурсаў, якія прадстаўляюцца яму планетай Зямля, паветраная серада дае яму магчымасць падтрымліваць існаванне ў якасці выгляду.

Наяўнасць электрычнага поля ў атмасферы мае мноства непрыемных наступстваў для антрапагеннай дзейнасці. Некаторыя з іх даволі бяскрыўдныя, але многія праявы прымушаюць лепшыя інжынерныя розумы прыдумляць эфектыўныя спосабы ўціхамірвання грозных сіл прыроды.

Бяспека жыццядзейнасці

Атмасферны электрычнасць і абарона ад яго - найважнейшы пытанне, які варта абмеркаваць у кантэксце экалогіі. Натуральна, самыя небяспечныя - магутнейшыя іскравыя разрады, накшталт маланкі. Прычым гэта тычыцца не толькі наземнай іх разнавіднасці. Внутриоблачные маланкі ўяўляюць пэўную пагрозу для грамадзянскай і ваеннай авіяцыі. Так ці інакш, усё разрадныя атмасферныя з'явы падлягаюць пільнай назіранні і прадухіленні магчымай шкоды. Гэтым займаюцца спецыяльныя інжынерныя службы ў той жа авіяцыі, суднабудаванні або пры молниезащите пабудоў, энергетычных станцый і т. П.

бясплатная энергія

Напрыканцы вернемся да пытання практычна бясплатнай энергіі, якую можа даць атмасферны электрычнасць. Тэсла, знакаміты валадар маланак, правёў велізарную колькасць даследаванняў з мэтай практычнага выкарыстання дадзенага прыроднай з'явы. Яго працы не зніклі дарма. Сучасныя інжынеры патэнтуюць розныя спосабы здабычы энергіі ў сувязі з фактам наяўнасці магутнага электрычнага поля паблізу зямной паверхні.

Яскравым прыкладам можа служыць схема з вертыкальна ўсталяваных заземленым правадніком, паміж верхнім і ніжнім канцамі якога з'яўляецца рознасць патэнцыялаў па прычыне усё таго ж наяўнасці поля. Гэтую энергію, створаную ім, можна здабываць, фарміруючы на верхнім канцы правадыра кантраляваны каронны разрад. У выніку ў правадыру можна падтрымліваць ток, а значыць, і адважна падключаць да яго спажыўца.

Такім чынам, атмасферны электрычнасць, нягледзячы на існуючыя пагрозы нармальнай антрапагеннай актыўнасці, таксама адкрывае і цудоўныя перспектывы для забеспячэння ўсяго чалавецтва практычна бясплатнай энергіяй.