Moderní věda má poměrně velkou zásobu znalostí o zemské atmosféře a různých procesech, které v ní probíhají. Zdálo by se, že toto vše by mělo být dobře prozkoumáno a pečlivě vymodelováno v laboratořích, které mají rádi vědci. Ukazuje se však, že až dosud neexistuje jasný a jednoznačný obraz takového jevu, jako je atmosférická elektřina. Naopak existuje několik modelů, z nichž každý má své pro a proti.
Trocha historie
Osobou, která stála u zrodu studie a vědecky vlastně potvrdila existenci tohoto fenoménu, je světoznámý ideolog vzniku Spojených států – Benjamin Franklin. Atmosférická elektřina jako fyzikální jev byla skutečně před ním ve fázi hypotetických výpočtů. Jeden z otců zakladatelů Ameriky jako první ukázal svou přítomnost ve vzduchu a také vysvětlil důvodyvýskyt blesků. Nejzajímavější na tomto příběhu je skutečnost, že Franklin to dokázal pomocí draka se speciálním špičatým drátem.
Tím, že sbíral elektřinu tímto způsobem, dostal jiskrový výboj a otevřel klíč v nejjednodušším uzemňovacím obvodu. Jednoduchý způsob, jak prokázat přítomnost nabitých částic v atmosféře, však nikterak neubírá na zásluhách tohoto velkého politika, ale i vědce, na objevu zde uvažovaného přírodního jevu. Následně začali fyzici z celého světa potvrzovat své výsledky svými vlastními experimenty tohoto druhu.
Co je to atmosférická elektřina?
Jedná se o kombinaci různých procesů způsobených přítomností nabitých částic ve vzduchu obklopujícím Zemi. Vědci zkoumají takové jevy, jako je elektrické pole atmosféry, jeho intenzita, proudy, které s tím existují, vesmírné náboje a mnoho dalších bodů. Například meteorologické faktory, faktory životního prostředí, vliv na různá odvětví lidské antropologické činnosti: letectví, průmysl, zemědělství atd.
Pohodlná fyzická analogie
Naše planeta ve velmi hrubé aproximaci je obrovský kulový kondenzátor. Jedná se o nejjednodušší zařízení, které dokáže uchovávat elektrickou energii. Ionosféru a samotný zemský povrch lze považovat za desky obřího kondenzátoru. V tomto případě vzduch funguje jako izolant, který za normálních podmínek mávelmi nízká elektrická vodivost. Zemský povrch je nabitý záporně, zatímco ionosféra je nabitá kladně.
Jako mezi deskami běžného kondenzátoru se zde vytváří elektrické pole, které má zcela unikátní vlastnosti. Například jeho intenzita je maximální v blízkosti zemského povrchu, s rostoucí výškou exponenciálně klesá. Mimochodem, už v 10 kilometrech nad mořem je jeho hodnota 30x nižší. Toto pole v podstatě tvoří celou řadu jevů, sjednocených pod obecným názvem "atmosférická elektřina".
Toto je jeden z nejběžnějších modelů v moderním vědeckém světě. Říká se tomu Wilsonova teorie. Existuje také hypotéza sovětského vědce Frenkela, podle níž ionosféra nehraje žádnou významnou roli při vytváření elektrického pole. Domníval se, že vzniká hlavně díky interakci zemského povrchu a mraků a také jejich polarizaci.
Přirozený generátor
Pokud se ale vrátíme ke kondenzátorovému modelu, který poskytuje nejen dobrou analogii, ale i teoretické možnosti pro vytváření zdrojů prakticky volné energie, pak se atmosférická elektřina projevuje jen v několika základních procesech. Zvažte to nejdůležitější.
Především jsou to takzvané svodové proudy. Pokud jde o konvenční kondenzátor, jedná se o parazitní jevy, které snižují jeho účinnost při ukládání náboje. V případě atmosféry se jedná o konvektivní proudy vznikající např. voblasti hurikánů a bouřek. Jejich síla dosahuje desítek tisíc ampér, a přesto se potenciálový rozdíl mezi zemským povrchem a ionosférou nijak výrazně nemění, samozřejmě zachovává sílu pole. V elektrickém obvodu obsahujícím kondenzátor je to možné pouze s přídavným generátorem.
V souladu s logikou stojí za to předpokládat přítomnost něčeho podobného v případě zemské atmosféry. Takový zdroj energie skutečně existuje. Toto je magnetické pole naší planety, které s ní rotuje v proudu slunečního záření a vytváří silný generátor. Mimochodem, existuje myšlenka využít jeho energii, pomocí právě atmosférické elektřiny. Volná energie je neuvěřitelně silným stimulem pro rozvoj vědeckého myšlení ve všech oblastech lidské činnosti. Tento trend neobešel ani fyziku atmosférických jevů. Ale o tom později.
Bouřky
Dalším zajímavým a důležitým procesem v atmosféře jsou výboje jiskrového plynu, které doprovázejí bouřky. Stejně jako konvektivní proudy jde o parazitní jev z pohledu kondenzátorového modelu elektrického pole vzniklého mezi povrchem Země a ionosférou. A to se bohužel zdaleka neomezuje pouze na negativní dopad výbojových jevů v atmosféře. Zde je třeba poznamenat nebezpečí blesku pro pozemské objekty antropogenní činnosti, včetně ničivého dopadu otřesů a tepelných přetížení, které tento hrozivý jev doprovázejí.
Zipy
Důkaz elektrické povahy blesku, tak elegantně prokázanýFrankline, tvoří jednu logickou otázku. S největší pravděpodobností znepokojoval i současníky otce zakladatele. Je tedy atmosférická elektřina vysoké nebo nízké napětí?
Podle již zmíněného modelu kondenzátoru by potenciálový rozdíl mezi deskami v planetárním měřítku měl tvořit elektrické pole. Záporně nabitý povrch Země na jedné straně a kladně nabitá ionosféra totiž tvoří pole vysoké intenzity. Elektrické jevy v oblacích vytvářejí obrovské vesmírné náboje právě ve spodní části atmosféry. Proto je síla pole na zemském povrchu mnohem větší než např. ve výšce 10 km.
Je zřejmé, že elektrické pole této intenzity generuje silné výbojové proudy, které nezkušený pozorovatel může vidět během běžné bouřky ve středních zeměpisných šířkách. Proto je napětí ve vybíjecím kanálu vysoké.
Světla svatého Elma
Kromě jiskry je v atmosféře korónový výboj, kterému se podle historické tradice říká požáry svatého Elma. Vypadá jako kartáče nebo světelné paprsky na koncích vysokých předmětů, jako jsou lodní stěžně, věže atd. Tento jev lze navíc pozorovat pouze ve tmě. Důvodem výskytu světel svatého Elma je zvýšení intenzity elektrického pole prostředí, například při přiblížení nebo během bouřky, bouřky, sněhové bouře atd.
Takový výboj může býtdocela snadné se dostat domů. Atmosférická elektřina typu „udělej si sám“je velmi jednoduchá záležitost. Můžete si například svléknout syntetický svetr a začít k němu nosit jehlu. Z určité vzdálenosti se na jeho špičce objeví výboj, který lze jasně pozorovat v úplné tmě.
Fireball
Dalším projevem bouřky je výboj plynu, který má obvykle kulovitý tvar. Řeč je o kulovém blesku, což je unikátní a velmi vzácný přírodní jev. Vědci se stále nemohou shodnout na adekvátním teoretickém zdůvodnění existence tohoto jevu. A až do roku 2012 neexistoval vůbec žádný dokumentární důkaz o realitě kulového blesku. Ať je to jak chce, je to další záhada zemské atmosféry, se kterou vědci stále bojují.
Environmentální faktor
O vlivu blesku na různé druhy lidských činností již bylo řečeno výše. Atmosférická elektřina jako faktor životního prostředí je velmi důležitým bodem, o kterém by se také mělo diskutovat. Z hlediska lidského rozvoje různých zdrojů, které mu poskytuje planeta Země, mu vzdušné prostředí dává příležitost zachovat existenci jako druh.
Přítomnost elektrického pole v atmosféře má mnoho nepříjemných důsledků pro lidské aktivity. Některé z nich jsou docela neškodné, ale mnoho projevů nutí nejlepší inženýrské mozky přijít s účinnými způsoby, jak uklidnit impozantní síly.příroda.
Bezpečnost života
Atmosférická elektřina a ochrana před ní je nejdůležitějším tématem, o kterém by se mělo diskutovat v kontextu ekologie. Přirozeně nejnebezpečnější jsou nejsilnější jiskrové výboje, jako je blesk. A to platí nejen pro jejich suchozemské odrůdy. Blesky uvnitř mraků představují určitou hrozbu pro civilní a vojenské letectví. Tak či onak, všechny výbojové atmosférické jevy podléhají bedlivému sledování a prevenci možného poškození. To provádějí speciální inženýrské služby ve stejném letectví, stavba lodí nebo ochrana budov, elektráren atd. před bleskem.
Volná energie
Nakonec se vraťme k otázce prakticky bezplatné energie, kterou může poskytnout atmosférická elektřina. Tesla, slavný mistr blesku, provedl obrovské množství výzkumů, aby tento přírodní jev uvedl do praxe. Jeho práce nebyla marná. Moderní inženýři patentují různé způsoby výroby energie díky skutečnosti, že blízko zemského povrchu je silné elektrické pole.
Pozoruhodným příkladem je obvod s vertikálně instalovaným uzemněným vodičem, mezi jehož horním a spodním koncem se objevuje rozdíl potenciálů v důsledku stejné přítomnosti pole. Tato energie, kterou vytváří, může být extrahována vytvořením řízeného koronového výboje na horním konci vodiče. V důsledku toho může být ve vodiči udržován proud, což znamená, že je bezpečné k němu připojit spotřebič.
Atmosférická elektřina, navzdory existujícím hrozbám pro normální antropogenní činnost, tedy také otevírá skvělé vyhlídky na to, že celému lidstvu poskytne energii prakticky zdarma.
