למדע המודרני יש מלאי גדול יחסית של ידע על האטמוספירה של כדור הארץ ומגוון התהליכים המתרחשים בה. נראה שכל זה צריך להיחקר היטב ולעצב בקפידה במעבדות המועדפות על ידי מדענים. עם זאת, מסתבר שעד כה אין תמונה ברורה וחד משמעית של תופעה כמו חשמל אטמוספרי. להיפך, ישנם מספר דגמים שלכל אחד מהם יש את היתרונות והחסרונות שלו.
קצת היסטוריה
מי שעמד במקורות המחקר ואישר מדעית, למעשה, את קיומה של תופעה זו, הוא האידיאולוג המפורסם בעולם של התהוות ארצות הברית - בנג'מין פרנקלין. ואכן, חשמל אטמוספרי כתופעה פיזיקלית היה לפניו בשלב החישובים ההיפותטיים. אחד מהאבות המייסדים של אמריקה היה הראשון שהראה את נוכחותו באוויר, וגם הסביר את הסיבותהתרחשות של ברק. הדבר המעניין ביותר בסיפור הזה הוא העובדה שפרנקלין השתמש בעפיפון עם חוט מחודד מיוחד עליו כדי להוכיח זאת.
באיסוף חשמל בדרך זו, הוא קיבל פריקת ניצוץ, ופתח את המפתח במעגל ההארקה הפשוט ביותר. דרך פשוטה להוכיח את נוכחותם של חלקיקים טעונים באטמוספירה, לעומת זאת, אינה פוגעת בשום אופן מיתרונותיו של הפוליטיקאי הגדול הזה, כמו גם המדען, בגילוי תופעת הטבע הנחשבת כאן. לאחר מכן, פיזיקאים ברחבי העולם החלו לאשר את תוצאותיהם באמצעות ניסויים משלהם מהסוג הזה.
מהו חשמל אטמוספרי?
זהו שילוב של תהליכים שונים הנגרמים מנוכחות של חלקיקים טעונים באוויר המקיף את כדור הארץ. מדענים חוקרים תופעות כמו השדה החשמלי של האטמוספירה, עוצמתה, הזרמים הקיימים בקשר לכך, מטענים בחלל ועוד נקודות רבות. למשל, גורמים מטאורולוגיים, סביבתיים, ההשפעה על ענפים שונים בפעילות האנתרופולוגית האנושית: תעופה, תעשייה, חקלאות וכו'.
אנלוגיה פיזית נוחה
כוכב הלכת שלנו בקירוב גס מאוד הוא קבל כדורי ענק. זהו המכשיר הפשוט ביותר שיכול לאגור אנרגיה חשמלית. היונוספרה ומשטח כדור הארץ עצמו יכולים להיחשב כלוחות של קבל ענק. במקרה זה, האוויר פועל כמבודד, אשר בתנאים רגילים ישמוליכות חשמלית נמוכה מאוד. פני השטח של כדור הארץ טעונים שלילי, ואילו היונוספירה טעון חיובי.
כמו בין הלוחות של קבל רגיל, נוצר כאן שדה חשמלי, בעל מאפיינים ייחודיים לחלוטין. לדוגמה, עוצמתו היא מקסימלית בקרבת פני כדור הארץ, ויורדת באופן אקספוננציאלי עם הגדלת הגובה. אגב, כבר ב-10 קילומטרים מעל פני הים, ערכו נמוך פי 30. תחום זה יוצר בעצם את כל מגוון התופעות, המאוחדות תחת השם הכללי "חשמל אטמוספרי".
זהו אחד הדגמים הנפוצים ביותר בעולם המדעי המודרני. זה נקרא התיאוריה של ווילסון. ישנה גם השערה שהעלה המדען הסובייטי פרנקל, לפיה ליונוספרה אין שום תפקיד משמעותי ביצירת השדה החשמלי. הוא האמין שהוא נוצר בעיקר בגלל האינטראקציה של פני כדור הארץ והעננים, כמו גם הקיטוב שלהם.
גנרטור טבעי
אבל אם נחזור למודל הקבלים, המספק לא רק אנלוגיה טובה, אלא גם אפשרויות תיאורטיות ליצירת מקורות של אנרגיה חופשית כמעט, אז חשמל אטמוספרי מתבטא רק בכמה תהליכים בסיסיים. שקול את החשוב ביותר.
קודם כל, אלו הם מה שנקרא זרמי דליפה. לגבי קבל קונבנציונלי, אלו הן תופעות טפיליות שמפחיתות את יעילותו באחסון מטען. במקרה של האטמוספירה, מדובר בזרמים הסעה הנוצרים, למשל, באזורי הוריקן וסופות רעמים. כוחם מגיע לעשרות אלפי אמפר, ולמרות זאת, ההבדל הפוטנציאלי בין פני כדור הארץ ליונוספרה אינו חווה שינויים משמעותיים, מה ששומר כמובן על עוצמת השדה. במעגל חשמלי המכיל קבל, זה אפשרי רק עם גנרטור נוסף.
בעקבות ההיגיון, כדאי להניח נוכחות של משהו דומה במקרה של האטמוספירה של כדור הארץ. אכן, יש מקור כזה של אנרגיה. זהו השדה המגנטי של כוכב הלכת שלנו, אשר מסתובב איתו בזרם של קרינת שמש, יוצר מחולל רב עוצמה. אגב, יש רעיון להשתמש באנרגיה שלו, רק באמצעות חשמל אטמוספרי. אנרגיה חופשית היא גירוי חזק להפליא לפיתוח מחשבה מדעית בכל תחומי הפעילות האנושית. מגמה זו לא פסחה על הפיזיקה של תופעות אטמוספריות. אבל עוד על כך מאוחר יותר.
סופות רעמים
התהליך המעניין והחשוב הבא באטמוספירה הוא פריקות גז הניצוץ המתלוות לסופות רעמים. בדומה לזרמי הסעה, זוהי תופעה טפילית מנקודת מבטו של מודל הקבלים של השדה החשמלי שנוצר בין פני כדור הארץ ליונוספירה. וזה, למרבה הצער, רחוק מלהיות מוגבל להשפעה השלילית של תופעות פריקה באטמוספירה. כאן יש לציין את סכנת הברקים עבור עצמים יבשתיים בעלי פעילות אנתרופוגנית, כולל ההשפעה ההרסנית של הלם ועומסי יתר תרמיים המלווים את התופעה האדירה הזו.
רוכסנים
עדות לאופי החשמלי של ברק, הוכחה בצורה כה אלגנטיתפרנקלין, יוצר שאלה הגיונית אחת. סביר להניח שהוא הדאיג אפילו את בני דורו של האב המייסד. אז, האם חשמל אטמוספרי גבוה או מתח נמוך?
לפי מודל הקבלים שהוזכר כבר, הפרש הפוטנציאל בין הלוחות בקנה מידה פלנטרי אמור ליצור שדה חשמלי. ואכן, פני השטח הטעונים שלילית של כדור הארץ מצד אחד והיונוספירה הטעונה חיובית יוצרים שדה בעל עוצמה גבוהה. תופעות חשמליות בעננים יוצרות מטענים עצומים בחלל רק בחלק התחתון של האטמוספירה. לכן, עוצמת השדה על פני כדור הארץ גדולה הרבה יותר מאשר, למשל, בגובה של 10 ק מ.
כמובן ששדה חשמלי בעוצמה כזו מייצר זרמי פריקה חזקים שצופה לא מנוסה יכול לראות במהלך סופת רעמים רגילה בקווי רוחב בינוניים. לכן, המתח בערוץ הפריקה גבוה.
אורות סנט אלמו
בנוסף לניצוץ ישנה פריקת קורונה באטמוספירה, שבשל מסורת היסטורית נקראת השריפות של אלמו הקדוש. זה נראה כמו מברשות או קורות זוהרות בקצוות של עצמים גבוהים, כמו תרני ספינות, מגדלים וכו'. יתרה מכך, תופעה זו יכולה להיראות רק בחושך. הסיבה להופעת האורות של סנט אלמו היא עלייה בעוצמת השדה החשמלי של הסביבה, למשל בהתקרבות או בזמן סופת רעמים, סערה, סופת שלג וכו'.
הפרשה כזו יכולה להיותדי קל להגיע הביתה. ואכן, חשמל אטמוספרי עשה זאת בעצמך הוא עניין פשוט מאוד. למשל, אפשר להוריד סוודר סינטטי ולהתחיל להביא אליו מחט. ממרחק מסוים תופיע הפרשה בקצהו, אותה ניתן לראות בבירור בחושך מוחלט.
Fireball
ביטוי נוסף של סופת רעמים הוא פריקת גז, בדרך כלל בעלת צורה כדורית. אנחנו מדברים על ברק כדורי, שהוא תופעת טבע ייחודית ונדירה מאוד. מדענים עדיין לא יכולים להסכים על הצדקה תיאורטית נאותה לקיומה של תופעה זו. ועד 2012, לא היו ראיות תיעודיות למציאות של ברק כדורי בכלל. כך או כך, זוהי עוד תעלומה של האטמוספירה של כדור הארץ שמדענים עדיין נאבקים בה.
גורם סביבתי
כבר נאמר לעיל על השפעת הברק על סוגים שונים של פעילויות אנושיות. חשמל אטמוספרי כגורם סביבתי הוא נקודה חשובה מאוד, שגם עליה יש לדון. מנקודת המבט של התפתחות האדם של המשאבים השונים שמספק לו כדור הארץ, סביבת האוויר מעניקה לו את האפשרות לשמור על הקיום כמין.
לנוכחות של שדה חשמלי באטמוספירה יש השלכות לא נעימות רבות על פעילות אנושית. חלקם אינם מזיקים למדי, אך ביטויים רבים מאלצים את המוחות ההנדסיים הטובים ביותר להמציא דרכים יעילות להרגעת כוחות אדירים.טבע.
בטיחות חיים
חשמל אטמוספרי והגנה מפניו הוא הנושא החשוב ביותר שצריך לדון בו בהקשר של אקולוגיה. באופן טבעי, המסוכנות ביותר הן פריקות הניצוץ החזקות ביותר, כמו ברק. וזה חל לא רק על הזנים היבשתיים שלהם. ברק תוך ענן מהווה איום מסוים על התעופה האזרחית והצבאית. כך או אחרת, כל תופעות אטמוספריות פריקה נתונות לתצפית צמודה ולמניעת נזק אפשרי. זה נעשה על ידי שירותי הנדסה מיוחדים באותה תעופה, בניית ספינות או מיגון ברקים של מבנים, תחנות כוח וכו'.
אנרגיה חינם
לבסוף, בואו נחזור לנושא של אנרגיה כמעט חופשית שחשמל אטמוספרי יכול לספק. טסלה, המאסטר המפורסם של הברקים, עשה כמות עצומה של מחקר כדי ליישם את תופעת הטבע הזו. עמלו לא היו לשווא. מהנדסים מודרניים פטנטים על שיטות שונות להפקת אנרגיה בשל העובדה שיש שדה חשמלי רב עוצמה ליד פני כדור הארץ.
דוגמה בולטת היא מעגל עם מוליך מוארק המותקן אנכית, שבין הקצוות העליונים והתחתונים שלו מופיע הפרש פוטנציאלים עקב אותה נוכחות של השדה. את האנרגיה הזו שנוצרת על ידה ניתן להפיק על ידי יצירת פריקת קורונה מבוקרת בקצה העליון של המוליך. כתוצאה מכך ניתן לשמור על זרם במוליך, מה שאומר שבטוח לחבר אליו צרכן.
לפיכך, חשמל אטמוספרי, למרות האיומים הקיימים על פעילות אנתרופוגנית רגילה, פותח גם סיכויים גדולים לספק לכל האנושות אנרגיה כמעט חופשית.
