يمتلك العلم الحديث مخزونًا كبيرًا نسبيًا من المعرفة حول الغلاف الجوي للأرض وتنوع العمليات التي تحدث فيه. يبدو أن كل هذا يجب أن يتم بحثه جيدًا وتصميمه بدقة في المختبرات التي يفضلها العلماء. ومع ذلك ، اتضح أنه حتى الآن لا توجد صورة واضحة لا لبس فيها لظاهرة مثل كهرباء الغلاف الجوي. على العكس من ذلك ، هناك عدة موديلات ، لكل منها مميزاته وعيوبه.
قليلا من التاريخ
الشخص الذي وقف عند أصول الدراسة وأكد علميًا ، في الواقع ، وجود هذه الظاهرة ، هو الإيديولوجي المشهور عالميًا لتشكيل الولايات المتحدة - بنجامين فرانكلين. بالفعل ، كانت كهرباء الغلاف الجوي كظاهرة فيزيائية أمامه في مرحلة الحسابات الافتراضية. كان أحد الآباء المؤسسين لأمريكا أول من أظهر وجوده في الهواء ، وشرح الأسباب أيضًاحدوث البرق. الشيء الأكثر إثارة للاهتمام في هذه القصة هو حقيقة أن فرانكلين استخدم طائرة ورقية بسلك مدبب خاص لإثبات ذلك.
بتجميع الكهرباء بهذه الطريقة ، حصل على تفريغ شرارة ، وفتح المفتاح في أبسط دائرة تأريض. طريقة بسيطة لإثبات وجود الجسيمات المشحونة في الغلاف الجوي ، ومع ذلك ، لا ينتقص بأي حال من مزايا هذا السياسي العظيم ، وكذلك العالم ، في اكتشاف الظاهرة الطبيعية التي يتم النظر فيها هنا. بعد ذلك ، بدأ الفيزيائيون حول العالم بتأكيد نتائجهم بتجاربهم الخاصة من هذا النوع.
ما هي كهرباء الغلاف الجوي؟
هذا هو مزيج من العمليات المختلفة الناتجة عن وجود جزيئات مشحونة في الهواء المحيط بالأرض. يبحث العلماء في ظواهر مثل المجال الكهربائي للغلاف الجوي ، وشدته ، والتيارات الموجودة المرتبطة بذلك ، وشحنات الفضاء ، والعديد من النقاط الأخرى. على سبيل المثال ، عوامل الأرصاد الجوية ، والعوامل البيئية ، وتأثيرها على مختلف فروع النشاط الأنثروبولوجي البشري: الطيران ، والصناعة ، والزراعة ، إلخ.
تشبيه جسدي مريح
كوكبنا في تقريب تقريبي للغاية هو مكثف كروي ضخم. هذا هو أبسط جهاز يمكنه تخزين الطاقة الكهربائية. يمكن اعتبار الأيونوسفير وسطح الأرض نفسه بصفحتين لمكثف عملاق. في هذه الحالة ، يعمل الهواء كعازل ، والذي يكون في الظروف العاديةالموصلية الكهربائية منخفضة جدا. سطح الأرض مشحون سالب بينما الأيونوسفير موجب الشحنة
كما هو الحال بين ألواح المكثف التقليدي ، يتكون هنا مجال كهربائي ، له خصائص فريدة تمامًا. على سبيل المثال ، تكون شدتها القصوى بالقرب من سطح الأرض ، وتتناقص أضعافا مضاعفة مع زيادة الارتفاع. بالمناسبة ، على ارتفاع 10 كيلومترات فوق مستوى سطح البحر ، تقل قيمتها 30 مرة. يشكل هذا المجال أساسًا مجموعة متنوعة من الظواهر ، متحدة تحت الاسم العام "كهرباء الغلاف الجوي".
هذا أحد أكثر النماذج شيوعًا في العالم العلمي الحديث. إنها تسمى نظرية ويلسون. هناك أيضًا فرضية طرحها العالم السوفيتي Frenkel ، والتي بموجبها لا يلعب الأيونوسفير أي دور مهم في تكوين المجال الكهربائي. واعتقد أنها تتكون أساسًا من تفاعل سطح الأرض مع السحب ، وكذلك بسبب استقطابها.
مولد طبيعي
لكن إذا عدنا إلى نموذج المكثف ، الذي لا يوفر تشبيهًا جيدًا فحسب ، بل يوفر أيضًا إمكانيات نظرية لإنشاء مصادر للطاقة المجانية عمليًا ، فإن كهرباء الغلاف الجوي تظهر نفسها في عدد قليل من العمليات الأساسية. اعتبر الأهم
بادئ ذي بدء ، هذه هي التيارات المسماة بتيارات التسرب. بالنسبة للمكثف التقليدي ، فهذه ظواهر طفيلية تقلل من فعاليته في تخزين الشحنة. في حالة الغلاف الجوي ، هذه هي التيارات الحملية التي تشكلت ، على سبيل المثال ، فيمناطق الأعاصير والعواصف الرعدية. تصل قوتها إلى عشرات الآلاف من الأمبيرات ، وعلى الرغم من ذلك ، فإن فرق الجهد بين سطح الأرض والأيونوسفير لا يشهد أي تغييرات كبيرة ، مما يحافظ بالطبع على شدة المجال. في دائرة كهربائية تحتوي على مكثف ، هذا ممكن فقط مع مولد إضافي.
باتباع المنطق ، يجدر افتراض وجود شيء مشابه في حالة الغلاف الجوي للأرض. في الواقع ، يوجد مثل هذا المصدر للطاقة. هذا هو المجال المغناطيسي لكوكبنا ، والذي يدور معه في تيار من الإشعاع الشمسي ، ويخلق مولدًا قويًا. بالمناسبة ، هناك فكرة لاستخدام طاقتها ، باستخدام كهرباء الغلاف الجوي فقط. الطاقة الحرة هي حافز قوي بشكل لا يصدق لتطوير الفكر العلمي في جميع مجالات النشاط البشري. هذا الاتجاه لم يتجاوز فيزياء ظواهر الغلاف الجوي. لكن المزيد عن ذلك لاحقًا.
عواصف رعدية
العملية التالية الشيقة والمهمة في الغلاف الجوي هي تصريف الغازات الشرارة المصاحبة للعواصف الرعدية. مثل التيارات الحملية ، هذه ظاهرة طفيلية من وجهة نظر نموذج المكثف للحقل الكهربائي الذي تم إنشاؤه بين سطح الأرض والأيونوسفير. وهذا ، للأسف ، لا يقتصر على التأثير السلبي لظاهرة التصريف في الغلاف الجوي. وتجدر الإشارة هنا إلى خطر الصواعق على الأجسام الأرضية ذات النشاط البشري ، بما في ذلك التأثير المدمر للصدمات والحمل الحراري الزائد الذي يصاحب هذه الظاهرة الهائلة.
سحابات
دليل على الطبيعة الكهربائية للبرق ، مثبت بأناقةفرانكلين ، يشكل سؤالا منطقيا واحدا. على الأرجح ، كان قلقًا حتى معاصري الأب المؤسس. إذن ، هل كهرباء الغلاف الجوي عالية أم منخفضة الجهد؟
وفقًا لنموذج المكثف المذكور بالفعل ، يجب أن يشكل فرق الجهد بين الألواح على مقياس كوكبي مجالًا كهربائيًا. في الواقع ، يشكل سطح الأرض سالب الشحنة من ناحية والأيونوسفير الموجب الشحنة مجالًا عالي الكثافة. تولد الظواهر الكهربائية في السحب شحنات فضائية ضخمة في الجزء السفلي من الغلاف الجوي. لذلك ، فإن شدة المجال على سطح الأرض أكبر بكثير ، على سبيل المثال ، عند ارتفاع 10 كم.
من الواضح أن المجال الكهربائي بهذه الكثافة يولد تيارات تفريغ قوية يمكن للمراقب عديم الخبرة رؤيتها أثناء عاصفة رعدية عادية في خطوط العرض الوسطى. لذلك ، الجهد في قناة التفريغ مرتفع.
أضواء سانت إلمو
بالإضافة إلى الشرارة ، يوجد تفريغ إكليلي في الغلاف الجوي ، والذي ، بسبب التقاليد التاريخية ، يسمى حرائق سانت إلمو. تبدو مثل الفرشاة أو الحزم المضيئة في نهايات الأجسام الطويلة ، مثل صواري السفن والأبراج وما إلى ذلك. علاوة على ذلك ، لا يمكن ملاحظة هذه الظاهرة إلا في الظلام. سبب ظهور أضواء سانت إلمو هو زيادة شدة المجال الكهربائي للبيئة ، على سبيل المثال ، عند الاقتراب أو أثناء عاصفة رعدية أو عاصفة أو عاصفة ثلجية ، إلخ.
يمكن أن يكون مثل هذا التفريغمن السهل جدًا الوصول إليه في المنزل. في الواقع ، تعد كهرباء الغلاف الجوي التي تعمل بنفسك أمرًا بسيطًا للغاية. على سبيل المثال ، يمكنك خلع سترة صناعية والبدء في إحضار إبرة لها. من مسافة معينة ، ستظهر إفرازات عند طرفها ، والتي يمكن ملاحظتها بوضوح في الظلام الدامس.
كرة نارية
مظهر آخر من مظاهر العواصف الرعدية هو تصريف الغاز ، وعادة ما يكون له شكل كروي. نحن نتحدث عن البرق الكروي ، وهو ظاهرة طبيعية فريدة ونادرة للغاية. لا يزال العلماء غير قادرين على الاتفاق على مبرر نظري مناسب لوجود هذه الظاهرة. وحتى عام 2012 ، لم يكن هناك دليل موثق على حقيقة البرق الكروي على الإطلاق. مهما كان الأمر ، فهذا لغز آخر من جوانب الغلاف الجوي للأرض لا يزال العلماء يكافحون من أجله.
العامل البيئي
لقد سبق أن قيل أعلاه عن تأثير البرق على أنواع مختلفة من الأنشطة البشرية. تعتبر كهرباء الغلاف الجوي كعامل بيئي نقطة مهمة للغاية يجب مناقشتها أيضًا. من وجهة نظر التنمية البشرية للموارد المختلفة التي يوفرها له كوكب الأرض ، تمنحه البيئة الجوية الفرصة للحفاظ على الوجود كنوع.
وجود مجال كهربائي في الغلاف الجوي له العديد من العواقب غير السارة على الأنشطة البشرية. بعضها غير ضار تمامًا ، لكن العديد من المظاهر تجبر أفضل العقول الهندسية على ابتكار طرق فعالة لتهدئة القوى الهائلة.الطبيعة
سلامة الحياة
تعد كهرباء الغلاف الجوي والحماية منه أهم قضية يجب مناقشتها في سياق البيئة. وبطبيعة الحال ، فإن الأخطر هو أقوى شرارات التفريغ ، مثل البرق. وهذا لا ينطبق فقط على أنواعها الأرضية. يشكل البرق داخل السحابة تهديدًا معينًا للطيران المدني والعسكري. بطريقة أو بأخرى ، تخضع جميع ظواهر التصريف الجوية للمراقبة الدقيقة والوقاية من الأضرار المحتملة. يتم ذلك عن طريق خدمات هندسية خاصة في نفس الطيران أو بناء السفن أو الحماية من الصواعق للمباني ومحطات الطاقة وما إلى ذلك.
طاقة مجانية
أخيرًا ، دعنا نعود إلى مسألة الطاقة المجانية عمليًا التي يمكن أن توفرها كهرباء الغلاف الجوي. أجرى تسلا ، سيد البرق الشهير ، قدرًا هائلاً من الأبحاث لوضع هذه الظاهرة الطبيعية موضع التنفيذ. لم تكن أعماله عبثا. قام المهندسون المعاصرون ببراءة اختراع طرق مختلفة لإنتاج الطاقة نظرًا لوجود مجال كهربائي قوي بالقرب من سطح الأرض.
المثال اللافت للنظر هو دائرة ذات موصل أرضي مثبت رأسياً ، بين الطرفين العلوي والسفلي يظهر فرق محتمل بسبب نفس وجود المجال. يمكن استخلاص هذه الطاقة الناتجة عن ذلك عن طريق تشكيل تفريغ هالة متحكم به في الطرف العلوي للموصل. نتيجة لذلك ، يمكن الحفاظ على التيار في الموصل ، مما يعني أنه من الآمن توصيل المستهلك به.
وهكذا ، فإن كهرباء الغلاف الجوي ، على الرغم من التهديدات الحالية للنشاط البشري الطبيعي ، تفتح أيضًا آفاقًا كبيرة لتزويد البشرية جمعاء بالطاقة المجانية عمليًا.
