Die moderne Wissenschaft verfügt über einen relativ großen Wissensvorrat über die Erdatmosphäre und die Vielf alt der darin ablaufenden Prozesse. Es scheint, dass all dies in von Wissenschaftlern bevorzugten Labors gut erforscht und akribisch modelliert werden sollte. Es stellt sich jedoch heraus, dass es bis jetzt kein klares, eindeutiges Bild eines solchen Phänomens wie der atmosphärischen Elektrizität gibt. Im Gegenteil, es gibt mehrere Modelle, von denen jedes seine Vor- und Nachteile hat.
Ein bisschen Geschichte
Die Person, die an den Ursprüngen der Studie stand und die Existenz dieses Phänomens tatsächlich wissenschaftlich bestätigte, ist der weltberühmte Ideologe der Gründung der Vereinigten Staaten - Benjamin Franklin. Tatsächlich stand die atmosphärische Elektrizität als physikalisches Phänomen im Stadium hypothetischer Berechnungen vor ihm. Einer der Gründerväter Amerikas war der erste, der seine Präsenz in der Luft zeigte und auch die Gründe dafür erklärteAuftreten von Blitzen. Das Interessanteste an dieser Geschichte ist die Tatsache, dass Franklin einen Drachen mit einem speziellen spitzen Draht darauf benutzte, um es zu beweisen.
Indem er auf diese Weise Strom sammelte, erhielt er eine Funkenentladung, die den Schlüssel im einfachsten Erdungskreis öffnete. Ein einfacher Weg, das Vorhandensein geladener Teilchen in der Atmosphäre nachzuweisen, schmälert jedoch in keiner Weise die Verdienste dieses großen Politikers und Wissenschaftlers um die Entdeckung des hier betrachteten Naturphänomens. In der Folge begannen Physiker auf der ganzen Welt, ihre Ergebnisse mit eigenen Experimenten dieser Art zu bestätigen.
Was ist atmosphärische Elektrizität?
Dies ist eine Kombination verschiedener Prozesse, die durch das Vorhandensein geladener Teilchen in der die Erde umgebenden Luft verursacht werden. Wissenschaftler untersuchen Phänomene wie das elektrische Feld der Atmosphäre, seine Intensität, die damit verbundenen Ströme, Raumladungen und viele andere Punkte. Zum Beispiel meteorologische Faktoren, Umweltfaktoren, die Auswirkungen auf verschiedene Bereiche der anthropologischen Tätigkeit: Luftfahrt, Industrie, Landwirtschaft usw.
Praktische physikalische Analogie
Unser Planet ist in sehr grober Annäherung ein riesiger Kugelkondensator. Dies ist das einfachste Gerät, das elektrische Energie speichern kann. Die Ionosphäre und die Erdoberfläche selbst können als Platten eines riesigen Kondensators betrachtet werden. In diesem Fall wirkt Luft als Isolator, was unter normalen Bedingungen der Fall istsehr geringe elektrische Leitfähigkeit. Die Erdoberfläche ist negativ geladen, während die Ionosphäre positiv geladen ist.
Wie zwischen den Platten eines herkömmlichen Kondensators entsteht hier ein elektrisches Feld, das völlig einzigartige Eigenschaften hat. Beispielsweise ist seine Intensität in der Nähe der Erdoberfläche maximal und nimmt mit zunehmender Höhe exponentiell ab. Übrigens ist sein Wert bereits 10 Kilometer über dem Meeresspiegel 30-mal niedriger. Dieses Feld bildet im Grunde die ganze Vielf alt der Phänomene, vereint unter dem allgemeinen Namen "atmosphärische Elektrizität".
Dies ist eines der gängigsten Modelle in der modernen wissenschaftlichen Welt. Sie wird Wilsons Theorie genannt. Es gibt auch eine Hypothese des sowjetischen Wissenschaftlers Frenkel, wonach die Ionosphäre keine wesentliche Rolle bei der Erzeugung des elektrischen Feldes spielt. Er glaubte, dass es hauptsächlich aufgrund der Wechselwirkung von Erdoberfläche und Wolken sowie deren Polarisierung entsteht.
Naturgenerator
Aber wenn wir zum Kondensatormodell zurückkehren, das nicht nur eine gute Analogie, sondern auch theoretische Möglichkeiten zur Schaffung praktisch kostenloser Energiequellen bietet, dann manifestiert sich atmosphärische Elektrizität in nur wenigen grundlegenden Prozessen. Betrachten Sie die wichtigsten.
Das sind zunächst einmal die sogenannten Leckströme. Wie bei einem herkömmlichen Kondensator handelt es sich um parasitäre Phänomene, die seine Wirksamkeit beim Speichern von Ladung verringern. Im Falle der Atmosphäre sind dies zum Beispiel gebildete Konvektionsströme inOrkan- und Gewittergebiete. Ihre Stärke erreicht Zehntausende von Ampere, und trotzdem erfährt die Potentialdifferenz zwischen der Erdoberfläche und der Ionosphäre keine signifikanten Änderungen, wobei natürlich die Feldstärke erh alten bleibt. In einem Stromkreis mit Kondensator ist dies nur mit einem zusätzlichen Generator möglich.
Der Logik folgend, lohnt es sich, im Fall der Erdatmosphäre etwas Ähnliches anzunehmen. Tatsächlich gibt es eine solche Energiequelle. Dies ist das Magnetfeld unseres Planeten, das, wenn es sich in einem Strom von Sonnenstrahlung mit ihm dreht, einen leistungsstarken Generator erzeugt. Übrigens gibt es eine Idee, seine Energie zu nutzen, indem man nur atmosphärische Elektrizität verwendet. Freie Energie ist ein unglaublich starker Stimulus für die Entwicklung wissenschaftlichen Denkens in allen Bereichen menschlicher Aktivität. Dieser Trend hat die Physik atmosphärischer Phänomene nicht umgangen. Aber dazu später mehr.
Gewitter
Der nächste interessante und wichtige Prozess in der Atmosphäre sind die Funkengasentladungen, die Gewitter begleiten. Wie Konvektionsströme ist dies aus Sicht des Kondensatormodells ein parasitäres Phänomen des zwischen der Erdoberfläche und der Ionosphäre erzeugten elektrischen Feldes. Und das beschränkt sich leider bei weitem nicht auf die negativen Auswirkungen von Entladungsphänomenen in der Atmosphäre. Hier sollte auf die Blitzgefahr für terrestrische Objekte anthropogener Aktivität hingewiesen werden, einschließlich der zerstörerischen Auswirkungen von Schock und thermischer Überlastung, die dieses gew altige Phänomen begleiten.
Reißverschlüsse
Beweis für die elektrische Natur des Blitzes, so elegant bewiesenFranklin, bildet eine logische Frage. Höchstwahrscheinlich beunruhigte er sogar die Zeitgenossen des Gründervaters. Also, ist atmosphärische Elektrizität Hoch- oder Niederspannung?
Nach dem bereits erwähnten Kondensatormodell sollte die Potentialdifferenz zwischen den Platten auf planetarer Ebene ein elektrisches Feld bilden. Tatsächlich bilden einerseits die negativ geladene Erdoberfläche und die positiv geladene Ionosphäre ein Feld hoher Intensität. Elektrische Phänomene in den Wolken erzeugen gerade im unteren Teil der Atmosphäre riesige Raumladungen. Daher ist die Feldstärke an der Erdoberfläche viel größer als beispielsweise in 10 km Höhe.
Offensichtlich erzeugt ein elektrisches Feld dieser Intensität starke Entladungsströme, die ein unerfahrener Beobachter während eines gewöhnlichen Gewitters in mittleren Breiten sehen kann. Daher ist die Spannung im Entladungskanal hoch.
St. Elmos Lichter
Zusätzlich zum Funken gibt es eine Koronaentladung in der Atmosphäre, die aufgrund historischer Überlieferung die Feuer von St. Elmo genannt wird. Es sieht aus wie Bürsten oder leuchtende Balken an den Enden von hohen Objekten, wie Schiffsmasten, Türmen usw. Außerdem kann dieses Phänomen nur im Dunkeln beobachtet werden. Der Grund für das Erscheinen von St. Elmo's Lights ist eine Erhöhung der elektrischen Feldstärke der Umgebung, beispielsweise beim Herannahen oder während eines Gewitters, Sturms, Schneesturms usw.
So eine Entladung kann seinziemlich einfach zu Hause zu bekommen. Atmosphärische Elektrizität zum Selbermachen ist in der Tat eine sehr einfache Sache. Sie können zum Beispiel einen synthetischen Pullover ausziehen und anfangen, eine Nadel darauf zu bringen. An seiner Spitze tritt ab einer gewissen Entfernung eine Entladung auf, die in völliger Dunkelheit gut zu beobachten ist.
Feuerball
Eine weitere Manifestation eines Gewitters ist eine Gasentladung, die normalerweise eine Kugelform hat. Die Rede ist von Kugelblitzen, einem einzigartigen und sehr seltenen Naturphänomen. Wissenschaftler können sich immer noch nicht auf eine angemessene theoretische Begründung für die Existenz dieses Phänomens einigen. Und bis 2012 gab es überhaupt keine dokumentarischen Beweise für die Realität von Kugelblitzen. Wie dem auch sei, dies ist ein weiteres Rätsel der Erdatmosphäre, mit dem Wissenschaftler immer noch zu kämpfen haben.
Umweltfaktor
Es wurde bereits oben über die Auswirkungen von Blitzen auf verschiedene Arten menschlicher Aktivitäten gesprochen. Atmosphärischer Strom als Umweltfaktor ist ein sehr wichtiger Punkt, der ebenfalls diskutiert werden sollte. Aus Sicht der menschlichen Entwicklung der verschiedenen Ressourcen, die ihm der Planet Erde zur Verfügung stellt, gibt ihm die Luftumgebung die Möglichkeit, als Spezies zu existieren.
Das Vorhandensein eines elektrischen Feldes in der Atmosphäre hat viele unangenehme Folgen für menschliche Aktivitäten. Einige von ihnen sind ziemlich harmlos, aber viele Manifestationen zwingen die besten Ingenieure dazu, effektive Wege zu finden, um gew altige Kräfte zu beruhigen. Natur.
Lebenssicherheit
Atmosphärische Elektrizität und der Schutz davor ist das wichtigste Thema, das im Kontext der Ökologie diskutiert werden sollte. Am gefährlichsten sind natürlich die stärksten Funkenentladungen wie Blitze. Und das gilt nicht nur für ihre terrestrischen Varianten. Wolkenblitze stellen eine gewisse Bedrohung für die zivile und militärische Luftfahrt dar. Auf die eine oder andere Weise müssen alle atmosphärischen Entladungsphänomene genau beobachtet und möglichen Schäden vorgebeugt werden. Dies erfolgt durch spezielle Ingenieurleistungen in der Luftfahrt, im Schiffbau oder im Blitzschutz von Gebäuden, Kraftwerken etc.
Freie Energie
Kehren wir zum Schluss noch einmal auf die praktisch kostenlose Energie zurück, die atmosphärische Elektrizität liefern kann. Tesla, der berühmte Meister des Blitzes, hat viel geforscht, um dieses Naturphänomen in die Praxis umzusetzen. Seine Mühen waren nicht umsonst. Moderne Ingenieure patentieren verschiedene Methoden der Energieerzeugung aufgrund der Tatsache, dass es nahe der Erdoberfläche ein starkes elektrisches Feld gibt.
Ein markantes Beispiel ist ein Stromkreis mit senkrecht verlegtem Schutzleiter, zwischen dessen oberem und unterem Ende aufgrund gleicher Feldbeschaffenheit eine Potentialdifferenz auftritt. Diese von ihm erzeugte Energie kann durch Bildung einer kontrollierten Koronaentladung am oberen Ende des Leiters abgeführt werden. Dadurch kann der Strom im Leiter geh alten werden, wodurch ein unbedenklicher Anschluss eines Verbrauchers möglich ist.
Daher eröffnet die atmosphärische Elektrizität trotz der bestehenden Bedrohungen der normalen anthropogenen Aktivität auch große Aussichten, die gesamte Menschheit mit praktisch kostenloser Energie zu versorgen.
