La scienza moderna ha un bagaglio di conoscenze relativamente ampio sull'atmosfera terrestre e sulla varietà di processi che si verificano in essa. Sembrerebbe che tutto questo dovrebbe essere ben studiato e meticolosamente modellato nei laboratori preferiti dagli scienziati. Tuttavia, si scopre che fino ad ora non esiste un'immagine chiara e inequivocabile di un fenomeno come l'elettricità atmosferica. Al contrario, ci sono diversi modelli, ognuno dei quali ha i suoi pro e contro.
Un po' di storia
La persona che si è posta all'origine dello studio e ha confermato scientificamente, infatti, l'esistenza di questo fenomeno, è l'ideologo di fama mondiale della formazione degli Stati Uniti - Benjamin Franklin. In effetti, l'elettricità atmosferica come fenomeno fisico era davanti a lui nella fase di calcoli ipotetici. Uno dei Padri Fondatori dell'America è stato il primo a mostrare la sua presenza nell'aria e ne ha anche spiegato le ragioniverificarsi di fulmini. La cosa più interessante di questa storia è il fatto che Franklin ha usato un aquilone con uno speciale filo appuntito per dimostrarlo.
Raccogliendo elettricità in questo modo, ricevette una scarica di scintille, aprendo la chiave nel circuito di messa a terra più semplice. Un modo semplice per provare la presenza di particelle cariche nell'atmosfera, tuttavia, non toglie in alcun modo i meriti di questo grande politico, oltre che dello scienziato, nella scoperta del fenomeno naturale qui considerato. Successivamente, i fisici di tutto il mondo hanno iniziato a confermare i loro risultati con i propri esperimenti di questo tipo.
Cos'è l'elettricità atmosferica?
Questa è una combinazione di vari processi causati dalla presenza di particelle cariche nell'aria che circonda la Terra. Gli scienziati studiano fenomeni come il campo elettrico dell'atmosfera, la sua intensità, le correnti che esistono in relazione a questo, le cariche spaziali e molti altri punti. Ad esempio, fattori meteorologici, ambientali, l'impatto sui vari rami dell'attività antropologica umana: aviazione, industria, agricoltura, ecc.
Comodo analogia fisica
Il nostro pianeta in un'approssimazione molto approssimativa è un enorme condensatore sferico. Questo è il dispositivo più semplice in grado di immagazzinare energia elettrica. La ionosfera e la stessa superficie terrestre possono essere considerate come le piastre di un gigantesco condensatore. In questo caso, l'aria funge da isolante, che in condizioni normali haconducibilità elettrica molto bassa. La superficie terrestre è carica negativamente, mentre la ionosfera è caricata positivamente.
Come tra le piastre di un condensatore convenzionale, qui si forma un campo elettrico, che ha caratteristiche completamente uniche. Ad esempio, la sua intensità è massima vicino alla superficie terrestre, diminuendo esponenzialmente con l'aumentare dell' altezza. A proposito, già a 10 chilometri sul livello del mare, il suo valore è 30 volte inferiore. Questo campo costituisce fondamentalmente l'intera varietà dei fenomeni, uniti sotto il nome generale di "elettricità atmosferica".
Questo è uno dei modelli più comuni nel mondo scientifico moderno. Si chiama teoria di Wilson. C'è anche un'ipotesi avanzata dallo scienziato sovietico Frenkel, secondo cui la ionosfera non gioca un ruolo significativo nella creazione del campo elettrico. Credeva che si formasse principalmente a causa dell'interazione della superficie terrestre e delle nuvole, nonché della loro polarizzazione.
Generatore naturale
Ma se torniamo al modello del condensatore, che fornisce non solo una buona analogia, ma anche possibilità teoriche per creare fonti di energia praticamente gratuite, allora l'elettricità atmosferica si manifesta in pochi processi di base. Considera il più importante.
Prima di tutto, queste sono le cosiddette correnti di dispersione. Come per un condensatore convenzionale, si tratta di fenomeni parassiti che ne riducono l'efficacia nell'immagazzinare la carica. Nel caso dell'atmosfera, si tratta di correnti convettive formate, ad esempio, inzone di uragani e temporali. La loro forza raggiunge decine di migliaia di ampere e, nonostante ciò, la differenza di potenziale tra la superficie terrestre e la ionosfera non subisce cambiamenti significativi, preservando, ovviamente, l'intensità del campo. In un circuito elettrico contenente un condensatore, questo è possibile solo con un generatore aggiuntivo.
Seguendo la logica, vale la pena ipotizzare la presenza di qualcosa di simile nel caso dell'atmosfera terrestre. In effetti, esiste una tale fonte di energia. Questo è il campo magnetico del nostro pianeta, che, ruotando con esso in un flusso di radiazione solare, crea un potente generatore. A proposito, c'è un'idea per usarne l'energia, usando solo l'elettricità atmosferica. L'energia libera è uno stimolo incredibilmente potente per lo sviluppo del pensiero scientifico in tutti i settori dell'attività umana. Questa tendenza non ha aggirato la fisica dei fenomeni atmosferici. Ma ne parleremo più avanti.
Temporali
Il prossimo processo interessante e importante nell'atmosfera sono le scariche di gas scintillanti che accompagnano i temporali. Come le correnti convettive, questo è un fenomeno parassitario dal punto di vista del modello del condensatore del campo elettrico creato tra la superficie terrestre e la ionosfera. E questo, purtroppo, è tutt' altro che limitato all'impatto negativo dei fenomeni di scarica in atmosfera. Qui va notato il pericolo di fulmini per gli oggetti terrestri di attività antropica, compreso l'impatto distruttivo di shock e sovraccarichi termici che accompagnano questo formidabile fenomeno.
Chiusure lampo
Evidenza della natura elettrica dei fulmini, così elegantemente provataFranklin, forma una domanda logica. Molto probabilmente, ha preoccupato anche i contemporanei del padre fondatore. Quindi, l'elettricità atmosferica è alta o bassa tensione?
Secondo il già citato modello di condensatore, la differenza di potenziale tra le piastre su scala planetaria dovrebbe formare un campo elettrico. Infatti, la superficie della Terra a carica negativa da un lato e la ionosfera a carica positiva formano un campo di alta intensità. I fenomeni elettrici nelle nuvole creano enormi cariche spaziali proprio nella parte inferiore dell'atmosfera. Pertanto, l'intensità del campo sulla superficie terrestre è molto maggiore rispetto, ad esempio, a un' altezza di 10 km.
Ovviamente, un campo elettrico di questa intensità genera potenti correnti di scarica che un osservatore inesperto può vedere durante un normale temporale alle medie latitudini. Pertanto, la tensione nel canale di scarica è alta.
Luci di Sant'Elmo
Oltre alla scintilla, c'è una scarica corona nell'atmosfera, che, per tradizione storica, è chiamata fuochi di Sant'Elmo. Sembrano pennelli o raggi luminosi alle estremità di oggetti alti, come alberi di navi, torri, ecc. Inoltre, questo fenomeno può essere osservato solo al buio. Il motivo della comparsa delle luci di Sant'Elmo è un aumento dell'intensità del campo elettrico dell'ambiente, ad esempio, quando ci si avvicina o durante un temporale, un temporale, una tempesta di neve, ecc.
Un tale scarico può essereabbastanza facile da ottenere a casa. In effetti, l'elettricità atmosferica fai-da-te è una questione molto semplice. Ad esempio, puoi toglierti un maglione sintetico e iniziare a portarci un ago. Da una certa distanza, sulla sua punta apparirà una scarica, che può essere chiaramente osservata nella completa oscurità.
Fireball
Un' altra manifestazione temporalesca è una scarica di gas, di solito di forma sferica. Stiamo parlando del fulmine globulare, che è un fenomeno naturale unico e molto raro. Gli scienziati non sono ancora d'accordo su un'adeguata giustificazione teorica per l'esistenza di questo fenomeno. E fino al 2012 non c'erano prove documentali della re altà dei fulmini globulari. Comunque sia, questo è un altro mistero dell'atmosfera terrestre con cui gli scienziati stanno ancora lottando.
Fattore ambientale
Si è già detto sopra dell'impatto dei fulmini su vari tipi di attività umane. L'elettricità atmosferica come fattore ambientale è un punto molto importante, che dovrebbe anche essere discusso. Dal punto di vista dello sviluppo umano delle varie risorse fornitegli dal pianeta Terra, l'ambiente aereo gli dà l'opportunità di mantenere l'esistenza come specie.
La presenza di un campo elettrico nell'atmosfera ha molte spiacevoli conseguenze per le attività umane. Alcuni di loro sono abbastanza innocui, ma molte manifestazioni costringono le migliori menti ingegneristiche a trovare modi efficaci per pacificare forze formidabili.natura.
Sicurezza per la vita
L'elettricità atmosferica e la protezione da essa è la questione più importante che dovrebbe essere discussa nel contesto dell'ecologia. Naturalmente, le più pericolose sono le scariche di scintille più potenti, come i fulmini. E questo vale non solo per le loro varietà terrestri. I fulmini tra le nuvole rappresentano una certa minaccia per l'aviazione civile e militare. In un modo o nell' altro, tutti i fenomeni atmosferici di scarica sono soggetti a un'attenta osservazione e alla prevenzione di possibili danni. Questo viene fatto da servizi di ingegneria speciali nella stessa aviazione, costruzione navale o protezione contro i fulmini di edifici, centrali elettriche, ecc.
Energia gratuita
Infine, torniamo alla questione dell'energia praticamente gratuita che l'elettricità atmosferica può fornire. Tesla, il famoso maestro dei fulmini, ha svolto un'enorme quantità di ricerche per mettere in pratica questo fenomeno naturale. Le sue fatiche non furono vane. Gli ingegneri moderni brevettano vari metodi di produzione di energia a causa del fatto che c'è un potente campo elettrico vicino alla superficie terrestre.
Un esempio lampante è un circuito con un conduttore di terra installato verticalmente, tra le estremità superiore e inferiore del quale appare una differenza di potenziale dovuta alla stessa presenza del campo. Questa energia da esso creata può essere estratta formando una scarica corona controllata all'estremità superiore del conduttore. Di conseguenza, la corrente può essere mantenuta nel conduttore, il che significa che è sicuro collegare un consumatore ad esso.
Quindi, l'elettricità atmosferica, nonostante le minacce esistenti alla normale attività antropogenica, apre anche grandi prospettive per fornire a tutta l'umanità energia praticamente gratuita.
