Қазіргі ғылым Жер атмосферасы және онда болып жатқан процестердің алуан түрлілігі туралы салыстырмалы түрде үлкен білім қорына ие. Мұның бәрін ғалымдар ұнатқан зертханаларда мұқият зерттеп, үлгілеу керек сияқты. Дегенмен, осы уақытқа дейін атмосфералық электр тогы сияқты құбылыстың анық, бір мәнді суреті болмағаны белгілі болды. Керісінше, бірнеше модель бар, олардың әрқайсысының жақсы және жаман жақтары бар.
Біраз тарих
Зерттеудің бастауында тұрған және шын мәнінде бұл құбылыстың бар екенін ғылыми түрде растаған адам АҚШ-тың қалыптасуының әлемге әйгілі идеологы - Бенджамин Франклин болып табылады. Шынында да, физикалық құбылыс ретінде атмосфералық электр оның алдында гипотетикалық есептеулер сатысында болды. Американың негізін қалаушылардың бірі әуеде өзінің қатысуын бірінші болып көрсетті, сонымен қатар себептерін түсіндірді.найзағайдың пайда болуы. Бұл оқиғаның ең қызығы – Франклиннің дәлелдеу үшін арнайы үшкір сымы бар батпырауық пайдаланғаны.
Осылайша электр қуатын жинау арқылы ол қарапайым жерге қосу тізбегіндегі кілтті ашып, ұшқын разрядын алды. Атмосферада зарядталған бөлшектердің болуын дәлелдеудің қарапайым тәсілі, алайда, бұл ұлы саясаткердің, сондай-ақ ғалымның мұнда қарастырылған табиғи құбылысты ашудағы сіңірген еңбегін ешбір жағдайда кемітпейді. Кейіннен бүкіл әлемдегі физиктер өз нәтижелерін осындай тәжірибелермен растай бастады.
Атмосфералық электр дегеніміз не?
Бұл Жерді қоршаған ауада зарядталған бөлшектердің болуынан туындайтын әртүрлі процестердің жиынтығы. Ғалымдар атмосфераның электр өрісі, оның қарқындылығы, осыған байланысты токтар, ғарыштық зарядтар және басқа да көптеген нүктелер сияқты құбылыстарды зерттейді. Мысалы, метеорологиялық, экологиялық факторлар, адамның антропологиялық қызметінің әртүрлі салаларына әсері: авиация, өнеркәсіп, ауыл шаруашылығы және т.б.
Ыңғайлы физикалық ұқсастық
Біздің планетамыз өте дөрекі жуықтауда үлкен сфералық конденсатор болып табылады. Бұл электр энергиясын сақтай алатын ең қарапайым құрылғы. Ионосфера мен жер бетінің өзін алып конденсатордың пластиналары ретінде қарастыруға болады. Бұл жағдайда ауа қалыпты жағдайда болатын оқшаулағыш ретінде әрекет етедіөте төмен электр өткізгіштігі. Жер беті теріс зарядталған, ал ионосфера оң зарядталған.
Кәдімгі конденсатордың пластиналарының арасындағы сияқты, мұнда мүлдем бірегей сипаттамалары бар электр өрісі пайда болады. Мысалы, оның қарқындылығы жер бетіне жақын жерде максимум болады, биіктік өскен сайын экспоненциалды түрде азаяды. Айтпақшы, қазірдің өзінде теңіз деңгейінен 10 шақырым биіктікте оның құны 30 есе төмен. Бұл өріс негізінен "атмосфералық электр" деген жалпы атаумен біріктірілген құбылыстардың барлық алуан түрін құрайды.
Бұл қазіргі ғылыми әлемдегі ең көп таралған үлгілердің бірі. Ол Вильсон теориясы деп аталады. Сондай-ақ кеңес ғалымы Френкель ұсынған гипотеза бар, ол бойынша ионосфера электр өрісін құруда маңызды рөл атқармайды. Ол негізінен жер беті мен бұлттардың өзара әрекеттесуінен, сондай-ақ олардың поляризациясынан пайда болады деп есептеді.
Табиғи генератор
Бірақ жақсы ұқсастықты ғана емес, сонымен қатар іс жүзінде бос энергия көздерін құрудың теориялық мүмкіндіктерін беретін конденсатор моделіне қайта оралсақ, онда атмосфералық электр энергиясы бірнеше негізгі процестерде ғана көрінеді. Ең маңыздысын қарастырыңыз.
Біріншіден, бұл ағып кету токтары деп аталады. Кәдімгі конденсаторға келетін болсақ, бұл оның зарядты сақтаудағы тиімділігін төмендететін паразиттік құбылыстар. Атмосфера жағдайында бұл конвективті ағымдар, мысалы, жылыдауыл мен найзағайлы аймақтар. Олардың күші ондаған мың амперге жетеді және осыған қарамастан, жер беті мен ионосфера арасындағы потенциалдар айырмашылығы, әрине, өрістің күшін сақтай отырып, айтарлықтай өзгерістерге ұшырамайды. Конденсаторы бар электр тізбегінде бұл тек қосымша генератор арқылы мүмкін болады.
Логикаға сүйене отырып, Жер атмосферасы жағдайында ұқсас нәрсе бар деп болжауға болады. Расында, мұндай энергия көзі бар. Бұл біздің планетамыздың магнит өрісі, ол онымен күн радиациясының ағынында айнала отырып, қуатты генератор жасайды. Айтпақшы, оның энергиясын тек атмосфералық электр энергиясын пайдалана отырып пайдалану идеясы бар. Бос энергия адам қызметінің барлық салаларында ғылыми ойды дамыту үшін керемет қуатты ынталандыру болып табылады. Бұл үрдіс атмосфералық құбылыстардың физикасын да айналып өткен жоқ. Бірақ бұл туралы кейінірек.
Найзағай
Атмосферадағы келесі қызықты және маңызды процесс – найзағаймен бірге жүретін ұшқын газының разрядтары. Конвективтік токтар сияқты, бұл жер беті мен ионосфера арасында пайда болған электр өрісінің конденсаторлық моделі тұрғысынан паразиттік құбылыс. Бұл, өкінішке орай, атмосферадағы разрядтық құбылыстардың теріс әсерімен шектелмейді. Бұл жерде антропогендік әрекеттің жерүсті объектілері үшін найзағайдың қауіптілігін, соның ішінде осы қорқынышты құбылыспен бірге жүретін соққының және термиялық шамадан тыс жүктемелердің жойқын әсерін атап өткен жөн.
Сыдырмалар
Найзағайдың электрлік табиғатының дәлелі, соншалықты талғампаз түрде дәлелденгенФранклин, бір логикалық сұрақты құрайды. Сірә, ол негізін қалаушы әкенің замандастарын да алаңдатты. Сонымен, атмосфералық электр тогы жоғары немесе төмен кернеу ме?
Айтылған конденсатор үлгісіне сәйкес планеталық шкаладағы пластиналар арасындағы потенциалдар айырымы электр өрісін құруы керек. Шынында да, бір жағынан Жердің теріс зарядталған беті және оң зарядталған ионосфера жоғары қарқынды өрісті құрайды. Бұлттағы электрлік құбылыстар атмосфераның дәл төменгі бөлігінде үлкен ғарыштық зарядтарды тудырады. Демек, жер бетіндегі өріс күші, мысалы, 10 км биіктіктен әлдеқайда жоғары.
Осындай қарқындылықтағы электр өрісі орташа ендіктердегі кәдімгі найзағай кезінде тәжірибесіз бақылаушы көре алатын қуатты разрядтық токтарды тудыратыны анық. Сондықтан разряд арнасындағы кернеу жоғары.
Әулие Эльмо шамдары
Атмосферада ұшқыннан басқа тәж разряды бар, ол тарихи дәстүрге байланысты Әулие Эльмо оттары деп аталады. Бұл кеме діңгектері, мұнаралар және т.б. сияқты биік заттардың ұштарында щеткалар немесе жарық сәулелері сияқты көрінеді. Оның үстіне бұл құбылысты тек қараңғыда ғана байқауға болады. Әулие Эльмо шамдарының пайда болуының себебі - қоршаған ортаның электр өрісінің кернеулігінің артуы, мысалы, найзағай, боран, қарлы боран және т.б. жақындағанда немесе кезінде.
Мұндай разряд болуы мүмкінүйге жету өте оңай. Шынында да, атмосфералық электр тогы - бұл өте қарапайым мәселе. Мысалы, синтетикалық жемпірді шешіп, оған инені әкеле бастай аласыз. Белгілі бір қашықтықтан оның ұшында разряд пайда болады, оны толық қараңғыда анық байқауға болады.
Fireball
Найзағайдың тағы бір көрінісі – әдетте сфералық пішіні бар газ разряды. Біз ерекше және өте сирек кездесетін табиғи құбылыс болып табылатын шар найзағайы туралы айтып отырмыз. Ғалымдар әлі күнге дейін бұл құбылыстың бар болуының барабар теориялық негіздемесі бойынша келісе алмайды. Ал 2012 жылға дейін шардың найзағайының шынайылығының құжаттық дәлелі мүлде болған жоқ. Қалай болғанда да, бұл ғалымдар әлі де күресіп жатқан Жер атмосферасының тағы бір құпиясы.
Қоршаған орта факторы
Найзағайдың адам әрекетінің әртүрлі түрлеріне әсері туралы жоғарыда айтылған болатын. Атмосфералық электр энергиясы экологиялық фактор ретінде өте маңызды мәселе болып табылады, ол да талқылануы керек. Адамның Жер планетасы беретін әртүрлі ресурстарды дамыту тұрғысынан алғанда, ауа ортасы оған түр ретінде өмір сүруін сақтауға мүмкіндік береді.
Атмосферада электр өрісінің болуы адамның іс-әрекеті үшін көптеген жағымсыз салдарларға әкеледі. Олардың кейбіреулері мүлдем зиянсыз, бірақ көптеген көріністер ең жақсы инженерлік ақыл-ойды күшті күштерді тыныштандырудың тиімді жолдарын табуға мәжбүр етеді.табиғат.
Өмір қауіпсіздігі
Атмосфералық электр тогы және одан қорғау – экология контекстінде талқыланатын ең маңызды мәселе. Әрине, ең қауіптісі - найзағай сияқты ең күшті ұшқын разрядтары. Және бұл олардың жердегі сорттарына ғана қатысты емес. Бұлт ішіндегі найзағай азаматтық және әскери авиацияға белгілі бір қауіп төндіреді. Қалай болғанда да, барлық разрядтық атмосфералық құбылыстар мұқият бақылауға және ықтимал зақымдардың алдын алуға жатады. Мұны сол авиациядағы, кеме жасаудағы немесе ғимараттарды, электр станцияларын найзағайдан қорғау және т.б. арнайы инженерлік қызметтер жасайды.
Бос энергия
Соңында, атмосфералық электр энергиясы бере алатын іс жүзінде бос энергия мәселесіне оралайық. Атақты найзағай шебері Тесла бұл табиғи құбылысты іс жүзінде қолдану үшін үлкен көлемдегі зерттеулер жүргізді. Еңбегі бекер болған жоқ. Заманауи инженерлер жер бетіне жақын жерде қуатты электр өрісінің болуына байланысты энергия өндірудің әртүрлі әдістерін патенттейді.
Жарқын мысал - тігінен орнатылған жерге тұйықталған өткізгіші бар тізбек, оның жоғарғы және төменгі ұштары арасында өрістің бірдей болуына байланысты потенциалдар айырмашылығы пайда болады. Ол жасаған бұл энергия өткізгіштің жоғарғы жағында бақыланатын тәж разрядын қалыптастыру арқылы алынуы мүмкін. Нәтижесінде ток өткізгіште сақталуы мүмкін, яғни оған тұтынушыны қосу қауіпсіз.
Осылайша, атмосфералық электр энергиясы қалыпты антропогендік әрекетке қауіп төніп тұрғанына қарамастан, сонымен бірге бүкіл адамзатты іс жүзінде бос энергиямен қамтамасыз ету үшін үлкен перспективалар ашады.
