ما هي الكهرباء في الغلاف الجوي؟

العلم الحديث لديه نسبيامخزون كبير من المعرفة حول الغلاف الجوي للأرض وتنوع العمليات التي تحدث فيه. يبدو أن كل هذا يجب أن يتم بحثه بدقة ونمذجة دقيقة في المختبرات التي يفضلها العلماء. ومع ذلك ، اتضح أنه لا توجد حتى الآن صورة واضحة لا لبس فيها عن ظاهرة كهذه في الغلاف الجوي. على العكس ، هناك العديد من النماذج ، كل منها له مزاياه وعيوبه.

قليلا من التاريخ

الشخص الذي وقف في أصول البحث وأكد علميا ، في الواقع ، وجود هذه الظاهرة ، هو إيديولوجي مشهور عالميا للولايات المتحدة - بنجامين فرانكلين. وبالفعل ، كانت الكهرباء الجوية كظاهرة فيزيائية معروضة عليها في مرحلة حسابات افتراضية. أظهر أحد الآباء المؤسسين لأميركا وجوده في الهواء لأول مرة ، كما شرح أسباب البرق. الشيء الأكثر إثارة للاهتمام في هذه القصة هو حقيقة أن فرانكلين تستخدم لإثبات طائرة ورقية مع سلك مدبب خاص على ذلك.

جمع الكهرباء بهذه الطريقة ، تلقىشرارة التفريغ ، وكسر المفتاح في نظام تأريض بسيط. إلا أن طريقة بسيطة لإثبات وجود جسيمات مشحونة في الغلاف الجوي ، لا تنتقص من مزايا هذا السياسي العظيم ، وكذلك الباحث في اكتشاف ظاهرة الطبيعة التي يتم النظر فيها هنا. في وقت لاحق ، بدأ الفيزيائيون في جميع أنحاء العالم بتأكيد النتائج من خلال تجاربهم الخاصة من هذا النوع.

ما هي الكهرباء في الغلاف الجوي؟

هذه مجموعة من العمليات المتنوعة ،بسبب وجود جسيمات مشحونة في الهواء المحيط بالأرض. ويتحرى العلماء في مثل هذه الظواهر مثل المجال الكهربائي للغلاف الجوي ، وتوتره ، وتياراته ، والمتصلة مع هذا ، والتكاليف الحجمية وغيرها من اللحظات الأخرى. على سبيل المثال ، العوامل الجوية ، العوامل البيئية ، التأثير على مختلف فروع النشاط الأنثروبولوجي للبشرية: الطيران ، الصناعة ، الزراعة ، إلخ.

تشبيه جسماني مريح

كوكبنا في تقدير تقريبي جدا هومكثف كروي ضخم. وهو أبسط جهاز قادر على الحفاظ على الطاقة الكهربائية. كبطانة لمكثف عملاق ، من الممكن النظر في الغلاف المتأين وسطح الأرض نفسه. في هذه الحالة ، يكون العازل هو الهواء ، والذي في ظل الظروف العادية لديه الموصلية الكهربائية منخفضة للغاية. يتم تحميل سطح الأرض بشكل سلبي ، ويكون الأيونوسفير إيجابيًا.

كما بين لوحات مكثف تقليدي ،هنا يتم تشكيل حقل كهربائي ، والذي له خصائص فريدة تماما. على سبيل المثال ، تكون شدتها القصوى قريبة من سطح الأرض ، متناقصًا باطنيًا مع زيادة الارتفاع. بالمناسبة ، بالفعل على بعد 10 كيلومترات فوق مستوى سطح البحر ، قيمته أقل بـ30 مرة. يشكل هذا المجال مجموعة متنوعة من الظواهر المتحدة تحت اسم "الكهرباء الجوية".

هذا هو واحد من الأكثر شيوعا في العصر الحديثالعالم العلمي للنماذج. يطلق عليه نظرية ويلسون. هناك أيضا فرضية تقدمت من قبل العالم السوفييتي Frenkel ، والتي بموجبها لا يلعب أيونوسفير أي دور مهم في خلق مجال كهربائي. وأعرب عن اعتقاده أنه يتشكل أساسا بسبب التفاعل بين سطح الأرض والسحب ، فضلا عن الاستقطاب.

مولد طبيعي

ولكن إذا عدنا إلى نموذج المكثف ،التي لا توفر فقط تشابهًا جيدًا ، ولكن أيضًا إمكانيات نظرية لتوليد مصادر للطاقة الخالية تقريبًا ، ثم تتجلى الكهرباء في الغلاف الجوي في بضع عمليات أساسية فقط. النظر في الأهم.

بادئ ذي بدء ، هذه هي التي تسمى تيارات التسرب. أما بالنسبة للمكثف التقليدي ، فهذه ظواهر طفيلية تقلل من فعاليتها في الحفاظ على الشحنة. في حالة الغلاف الجوي ، تتشكل هذه التيارات الحملية ، على سبيل المثال ، في مناطق الأعاصير والعواصف الرعدية. تصل قوتها إلى عشرات الآلاف من الأمبيرات ، وعلى الرغم من ذلك ، فإن الاختلاف المحتمل بين سطح الأرض والأيونوسفير لا يعاني من أي تغيرات مهمة ، مما يحافظ بالطبع على قوة المجال. في دائرة كهربائية تحتوي على مكثف ، هذا ممكن فقط مع مولد إضافي.

بعد المنطق ، من الضروري افتراض وجود شيء مامماثل في حالة الغلاف الجوي للأرض. في الواقع ، مثل هذا مصدر الطاقة متاح. هذا هو المجال المغناطيسي لكوكبنا ، الذي ، بالتناوب معه في تيار الإشعاع الشمسي ، يخلق مولد قوي. بالمناسبة ، هناك فكرة لاستخدام طاقته ، وذلك باستخدام الكهرباء في الغلاف الجوي فقط. الطاقة الحرة هي حافز قوي بشكل لا يصدق لتطوير الفكر العلمي في جميع مجالات النشاط البشري. لم يتم تجاهل هذا الاتجاه من خلال فيزياء الظواهر الجوية. ولكن حول هذا - في وقت لاحق قليلا.

عواصف رعدية

العملية التالية الهامة والمهمة ،تحدث في الغلاف الجوي ، وتصريف الغازات الغازية التي تصاحب العواصف الرعدية. مثل التيارات الحرارية ، هذه ظاهرة طفيلية من وجهة نظر نموذج المكثف للحقل الكهربائي الذي تم إنشاؤه بين سطح الأرض والأيونوسفير. وهذا ، للأسف ، لا يحد من التأثير السلبي لظواهر التفريغ في الغلاف الجوي. هنا يجب أن نلاحظ خطر البرق للأجسام الأرضية للنشاط البشري المنشأ ، بما في ذلك التأثير المدمر للصدمة والحمل الزائد الحراري المصاحب لهذه الظاهرة الهائلة.

صاعقة

دليل على الطبيعة الكهربائية للبرق ، على حد سواءالتي أثبتها فرانكلين بأناقة ، تشكل سؤالًا منطقيًا واحدًا. على الأرجح ، كان يقلق معاصريه من الأب المؤسس. إذن ، إن الكهرباء الجوية عالية أو منخفضة الجهد؟

وفقا لنموذج مكثف ذكرت بالفعل ،يجب أن يشكل الاختلاف المحتمل بين الصفائح على مستوى الكواكب مجالًا كهربائيًا. في الواقع ، فإن سطح الأرض المشحون سلبًا من ناحية والأيونوسفير المشحون بإيجابية يشكلان حقلًا عالي التوتر. تخلق الظواهر الكهربائية في السحب رسومًا ضخمة الحجم فقط في الجزء السفلي من الغلاف الجوي. لذلك ، تكون شدة المجال على سطح الأرض أكبر بكثير ، على سبيل المثال ، على ارتفاع 10 كم.

من الواضح ، مجال كهربائي من هذه الشدةتشكل تيارات تصريف قوية ، والتي يمكن للمراقب عديم الخبرة أن يرى خلال عاصفة رعدية عادية في خطوط العرض المتوسطة. لذلك ، فإن الجهد في قناة التفريغ مرتفع.

أضواء سانت العلمة

بالإضافة إلى الشرارة ، في الغلاف الجوي هناك كوروناالتفريغ ، الذي ، بحكم التقاليد التاريخية ، يسمى أضواء سانت Elm. يبدو مثل فراشي أو عوارض متوهجة في نهايات الأشياء الطويلة ، مثل ساريات السفن ، الأبراج ، إلخ. ولا يمكن ملاحظة هذه الظاهرة إلا في الظلام. سبب ظهور أضواء سانت إيلم هو زيادة في شدة المجال الكهربي للبيئة ، على سبيل المثال ، عند الاقتراب أو أثناء العواصف الرعدية والعواصف والعواصف الثلجية ، إلخ.

يمكن الحصول على مثل هذا التفريغ بسهولة تامةظروف المنزل. في الواقع ، والكهرباء في الغلاف الجوي بأيديهم - انها بسيطة جدا. على سبيل المثال ، يمكنك خلع سترة صناعية والبدء في جلب إبرة لها. من مسافة معينة ، يظهر التفريغ على طرفه ، والذي يمكن ملاحظته جيدا في الظلام الدامس.

الكرة البرق

مظهر آخر مدوٍ هو تفريغ الغاز ،عادة ما يكون لها شكل كروي. هذا هو البرق الكرة ، وهي ظاهرة طبيعية فريدة ونادرة جدا. لا يزال العلماء لا يستطيعون الاتفاق على أساس نظري كاف لوجود هذه الظاهرة. وحتى عام 2012 لم يكن هناك أي دليل وثائقي على واقع الكرات النارية على الإطلاق. كن على هذا النحو ، هذا هو لغز آخر من الغلاف الجوي للأرض ، والتي لا يزال العلماء يجاهدون.

عامل بيئي

لقد تحدثنا بالفعل عن تأثير البرق على مختلفأنواع النشاط البشري. تعتبر الكهرباء الجوية كعامل بيئي نقطة مهمة للغاية ، والتي ينبغي معالجتها أيضًا. من وجهة نظر إتقان الإنسان للموارد المختلفة التي يقدمها له كوكب الأرض ، فإن البيئة الجوية تمكنه من الحفاظ على الوجود كأنواع.

وجود مجال كهربائي في الغلاف الجوي لهالكثير من النتائج غير السارة للنشاط البشري. البعض منها غير ضار ، لكن العديد من المظاهر تجعل العقول الهندسية الأفضل تفكر في طرق فعالة لتهدئة قوى الطبيعة الهائلة.

سلامة الوظائف الحيوية

كهرباء الغلاف الجوي والحماية منه -أهم القضايا التي ينبغي مناقشتها في سياق علم البيئة. بطبيعة الحال ، أخطر - الإفراج شرارة أقوى ، مثل البرق. وهذا لا ينطبق فقط على تنوعها الأرضي. البرق داخل السحاب يشكل تهديدًا معينًا للطيران المدني والعسكري. على أي حال ، فإن جميع ظواهر التفريغ الجوي تخضع للرصد الدقيق والوقاية من الضرر المحتمل. يتم ذلك عن طريق خدمات هندسية خاصة في نفس مجال الطيران أو بناء السفن أو الحماية من الصواعق للمباني ومحطات الطاقة ، إلخ.

الطاقة الحرة

وأخيرا نعود إلى مسألةالطاقة المجانية ، والتي يمكن أن توفر الكهرباء في الغلاف الجوي. أجرى تسلا ، رب البرق الشهير ، قدراً هائلاً من الأبحاث بهدف الاستخدام العملي لهذه الظاهرة الطبيعية. لم تضيع أعماله. يخترع المهندسون المعاصرون طرقًا مختلفة لاستخراج الطاقة فيما يتعلق بحقيقة وجود حقل كهربائي قوي بالقرب من سطح الأرض.

والمثال الصارخ هو المخطط الرأسيتثبيت موصل مؤرض ، بين النهايتين العلوية والسفلية يظهر فيه فرق محتمل بسبب وجود نفس المجال. هذه الطاقة ، التي تم إنشاؤها من قبله ، يمكن استخلاصها من خلال تشكيل إفراز هرموني مضبوط في الطرف العلوي للموصل. ونتيجة لذلك ، من الممكن الحفاظ على التيار في الموصل ، مما يعني أنه من الآمن توصيل المستهلك به.

وبالتالي ، كهرباء الغلاف الجوي ،على الرغم من التهديدات التي يتعرض لها النشاط البشري الطبيعي ، فإنه يفتح آفاقا كبيرة لتزويد البشرية بأكملها بالطاقة الحرة تقريبا.