Заманбап илим Жердин атмосферасы жана анда болуп жаткан процесстердин ар түрдүүлүгү жөнүндө салыштырмалуу чоң билимге ээ. Мунун баарын илимпоздор жактырган лабораторияларда жакшылап изилдеп, кылдаттык менен моделдөө керек окшойт. Бирок, ушул убакка чейин атмосфералык электр энергиясы сыяктуу кубулуштун так, ачык-айкын картинасы жок экен. Тескерисинче, бир нече моделдер бар, алардын ар биринин жакшы жана жаман жактары бар.
Бир аз тарых
Изилдөөнүн башында турган жана чындыгында бул кубулуштун бар экенин илимий жактан тастыктаган адам – Америка Кошмо Штаттарынын түзүлүшүнүн дүйнөгө белгилүү идеологу – Бенджамин Франклин. Чынында эле, физикалык кубулуш катары атмосфералык электр анын алдында гипотетикалык эсептөөлөр баскычында болгон. Американын Негиздөөчү аталарынын бири өзүнүн абада болушун биринчилерден болуп көрсөтүп, ошондой эле себептерин түшүндүрдү.чагылгандын пайда болушу. Бул окуянын эң кызыктуусу - Франклин аны далилдөө үчүн атайын учтуу зым менен батперек колдонгону.
Ушундай жол менен электр энергиясын чогултуу менен ал учкун разрядын алды, эң жөнөкөй жерге туташтыргычтын ачкычын ачты. Атмосферада заряддуу бөлүкчөлөрдүн бар экендигин далилдөөнүн жөнөкөй жолу, бирок бул улуу саясатчынын, ошондой эле илимпоздун бул жерде каралып жаткан табият кубулушун ачуудагы эмгегин эч кандай кемитпейт. Кийинчерээк дүйнө жүзүндөгү физиктер өз натыйжаларын ушундай түрдөгү эксперименттери менен тастыктай башташты.
Атмосфералык электр энергиясы деген эмне?
Бул Жерди курчап турган абада заряддуу бөлүкчөлөрдүн болушу менен шартталган ар кандай процесстердин жыйындысы. Окумуштуулар атмосферанын электр талаасы, анын интенсивдүүлүгү, ушуга байланыштуу болгон агымдар, космостук заряддар жана башка көптөгөн жагдайларды изилдешет. Мисалы, метеорологиялык, экологиялык факторлор, адамдын антропологиялык ишмердүүлүгүнүн түрдүү тармактарына тийгизген таасири: авиация, өнөр жай, айыл чарба ж.б.
Ыңгайлуу физикалык аналогия
Биздин планета абдан болжолдуу түрдө чоң сфералык конденсатор. Бул электр энергиясын сактай турган эң жөнөкөй түзүлүш. Ионосфераны жана жердин өзүн гиганттык конденсатордун плиталары катары кароого болот. Бул учурда, аба нормалдуу шарттарда ээ болгон изолятор катары иштейтөтө төмөн электр өткөрүмдүүлүк. Жердин бети терс заряддуу, ал эми ионосфера оң заряддуу.
Кадимки конденсатордун пластинкаларынын ортосунда, бул жерде толугу менен уникалдуу мүнөздөмөлөргө ээ болгон электр талаасы пайда болот. Мисалы, анын интенсивдүүлүгү жер бетине жакын жерде максимум болуп, бийиктиктин өсүшү менен экспоненциалдуу түрдө азаят. Айтмакчы, буга чейин деңиз деңгээлинен 10 километр бийиктикте анын баасы 30 эсе төмөн. Бул талаа негизинен "атмосфералык электр" деген жалпы ат менен бириккен кубулуштардын ар түрдүүлүгүн түзөт.
Бул заманбап илимий дүйнөдөгү эң кеңири таралган моделдердин бири. Бул Вильсондун теориясы деп аталат. Советтик илимпоз Френкель алдыга койгон гипотеза да бар, ага ылайык ионосфера электр талаасын пайда кылууда олуттуу роль ойнобойт. Ал негизинен жер бетинин жана булуттардын өз ара аракеттешүүсүнөн, ошондой эле алардын поляризациясынан улам пайда болот деп эсептеген.
Табигый генератор
Бирок конденсатор моделине кайтып келе турган болсок, ал жакшы аналогияны гана эмес, ошондой эле практикалык эркин энергиянын булактарын түзүүнүн теориялык мүмкүнчүлүктөрүн да камсыздай турган болсо, анда атмосфералык электр энергиясы бир нече негизги процесстерде гана көрүнөт. Эң маанилүүсүн карап көрүңүз.
Биринчиден, бул агып чыгуучу агымдар. Кадимки конденсаторго келсек, бул зарядды сактоодо анын натыйжалуулугун төмөндөтүүчү мите көрүнүштөр. Атмосферада булар пайда болгон конвективдик агымдар, мисалы, вбороон жана күн күркүрөгөн аймактар. Алардын күчү он миңдеген амперге жетет жана буга карабастан, жер бети менен ионосферанын ортосундагы потенциалдык айырма, албетте, талаанын күчүн сактап, олуттуу өзгөрүүлөргө дуушар болбойт. Конденсатору бар электр чынжырында бул кошумча генератор менен гана мүмкүн.
Логикага таянып, Жердин атмосферасында окшош нерсенин бар экендигин болжолдоо керек. Чынында эле, энергиянын мындай булагы бар. Бул биздин планетанын магнит талаасы, ал аны менен күн радиациясынын агымында айланып, кубаттуу генераторду жаратат. Айтмакчы, жөн гана атмосфералык электр энергиясын пайдаланып, анын энергиясын пайдалануу идеясы бар. Эркин энергия адам ишмердүүлүгүнүн бардык тармактарында илимий ойдун өнүгүшү үчүн укмуштуудай күчтүү стимул болуп саналат. Бул тенденция атмосфералык кубулуштардын физикасын да кыйгап өткөн жок. Бирок бул тууралуу кийинчерээк.
Чагылган
Атмосферадагы кийинки кызыктуу жана маанилүү процесс – бул чагылган менен коштолгон учкун газдарынын разряды. Конвективдик агымдар сыяктуу эле бул жер бети менен ионосферанын ортосунда пайда болгон электр талаасынын конденсатор моделинин көз карашынан алганда мите кубулуш. Бул, тилекке каршы, атмосферадагы разряддык кубулуштардын терс таасири менен чектелбейт. Бул жерде антропогендик активдүүлүктүн жер үстүндөгү объектилери үчүн чагылгандын коркунучу, анын ичинде бул коркунучтуу кубулуш менен коштолгон шок жана термикалык ашыкча жүктөөлөрдүн кыйратуучу таасирин белгилей кетүү керек.
Сыдырмалар
Чагылгандын электрдик табиятынын далилдери, ушунчалык жарашыктуу далилденгенФранклин, бир логикалык суроону түзөт. Сыягы, ал негиздөөчү атасынын замандаштарын да тынчсыздандырган. Демек, атмосфералык электр жогорку чыңалуубу же төмөнбү?
Айтылган конденсатор моделине ылайык, планетардык масштабдагы плиталардын потенциалдуу айырмасы электр талаасын түзүшү керек. Чынында эле, бир жагынан Жердин терс заряддуу бети жана оң заряддуу ионосфера жогорку интенсивдүү талааны түзөт. Булуттардагы электрдик кубулуштар атмосферанын төмөнкү бөлүгүндө эле чоң космостук заряддарды жаратат. Демек, жер бетиндеги талаа күчү, мисалы, 10 км бийиктикке караганда бир топ жогору.
Албетте, мындай интенсивдүүлүктөгү электр талаасы күчтүү разряддык агымдарды жаратат, аны тажрыйбасыз байкоочу орто кеңдиктеги кадимки күн күркүрөгөн кезде көрө алат. Демек, разряд каналындагы чыңалуу жогору.
Сент-Эльмонун жарыктары
Учкундан тышкары атмосферада корона разряды бар, ал тарыхый салтка байланыштуу Ыйык Эльмо оттору деп аталат. Ал бийик объектилердин, мисалы, кеме мачталарынын, мунаралардын, ж. Сент-Эльмо чырактарынын пайда болушунун себеби - айлана-чөйрөнүн электр талаасынын күчөшү, мисалы, жакындаганда же күн күркүрөгөн, бороон-чапкын, кар бороону ж.б. учурунда.
Мындай разряд болушу мүмкүнүйдө алуу абдан жеңил. Чынында эле, атмосфералык электр энергиясы - бул өтө жөнөкөй маселе. Мисалы, синтетикалык свитерди чечип, ага ийне алып келе баштасаңыз болот. Белгилүү бир аралыктан анын учунда разряд пайда болот, аны толук караңгылыкта даана байкоого болот.
Fireball
Чагылгандын дагы бир көрүнүшү – көбүнчө сфералык формага ээ болгон газдын разряды. Сөз уникалдуу жана өтө сейрек кездешүүчү табият кубулушу болгон шар чагылган жөнүндө болуп жатат. Окумуштуулар дагы эле бул кубулуштун бар үчүн адекваттуу теориялык негиздөө боюнча бир пикирге келе алышпайт. Ал эми 2012-жылга чейин шар чагылгандын чындыгынын эч кандай документалдуу далили болгон эмес. Кандай болбосун, бул илимпоздор дагы эле күрөшүп жаткан Жер атмосферасынын дагы бир сыры.
Экологиялык фактор
Чагылгандын адам ишинин ар кандай түрлөрүнө тийгизген таасири жөнүндө жогоруда айтылган. Атмосфералык электр энергиясы экологиялык фактор катары өтө маанилүү жагдай болуп саналат, аны да талкуулоо керек. Жер планетасы тарабынан ага берилген ар кандай ресурстардын адамдын өнүгүшүнүн көз карашынан алганда, аба чөйрөсү ага түр катары жашоону сактап калууга мүмкүнчүлүк берет.
Атмосферада электр талаасынын болушу адамдын ишмердүүлүгү үчүн көптөгөн жагымсыз кесепеттерге алып келет. Алардын кээ бирлери эч кандай зыяны жок, бирок көптөгөн көрүнүштөр эң мыкты инженердик акылды күчтүү күчтөрдү тынчтандыруунун натыйжалуу жолдорун ойлоп табууга мажбурлайт.жаратылыш.
Жашоо коопсуздугу
Атмосфералык электр энергиясы жана андан коргоо экологиянын контекстинде талкууланууга тийиш болгон эң маанилүү маселе. Албетте, эң коркунучтуулары чагылган сыяктуу эң күчтүү учкун разряддары. Бул алардын жер үстүндөгү сортторуна гана тиешелүү эмес. Булут ичиндеги чагылган жарандык жана аскердик авиацияга белгилүү бир коркунуч туудурат. Тигил же бул жол менен бардык разряддык атмосфералык кубулуштар кылдат байкоого жана мүмкүн болуучу зыяндын алдын алууга тийиш. Бул ошол эле авиацияда, кеме курууда же имараттарды, электр станцияларын жана башкаларды чагылгандан коргоо боюнча атайын инженердик кызматтар тарабынан ишке ашырылат.
Бош энергия
Акыры, атмосфералык электр энергиясы бере турган иш жүзүндө бекер энергия маселесине кайрылып көрөлү. Чагылгандын атактуу устаты Тесла бул табигый кубулушту иш жүзүндө колдонуу үчүн чоң көлөмдөгү изилдөөлөрдү жүргүзгөн. Анын эмгектери текке кеткен жок. Заманбап инженерлер жер бетине жакын жерде кубаттуу электр талаасы бар экенине байланыштуу энергия өндүрүүнүн ар кандай ыкмаларын патенттешти.
Эң сонун мисал – бул вертикалдуу орнотулган жерге туташтырылган өткөргүчтүү схема, анын үстүнкү жана төмөнкү учтарынын ортосунда талаанын бирдей болушуна байланыштуу потенциалдуу айырма пайда болот. Ал тарабынан түзүлгөн бул энергия өткөргүчтүн жогорку учунда башкарылуучу корона разрядын түзүү аркылуу алынышы мүмкүн. Натыйжада өткөргүчтө токту кармап турууга болот, демек, керектөөчүнү ага туташтыруу коопсуз.
Ошентип, атмосфералык электр энергиясы нормалдуу антропогендик активдүүлүккө болгон коркунучтарга карабастан, ошондой эле бүткүл адамзатты иш жүзүндө бекер энергия менен камсыз кылуу үчүн чоң перспективаларды ачат.
