A ciência moderna possui um estoque relativamente grande de conhecimento sobre a atmosfera da Terra e a variedade de processos que ocorrem nela. Parece que tudo isso deve ser bem pesquisado e meticulosamente modelado em laboratórios preferidos pelos cientistas. No entanto, até agora não há uma imagem clara e inequívoca de um fenômeno como a eletricidade atmosférica. Pelo contrário, existem vários modelos, cada um com seus prós e contras.
Um pouco de história
A pessoa que esteve nas origens do estudo e confirmou cientificamente, de fato, a existência desse fenômeno, é o mundialmente famoso ideólogo da formação dos Estados Unidos - Benjamin Franklin. De fato, a eletricidade atmosférica como fenômeno físico estava diante dele no estágio de cálculos hipotéticos. Um dos fundadores da América foi o primeiro a mostrar sua presença no ar, e também explicou os motivosocorrência de raios. O mais interessante dessa história é o fato de Franklin ter usado uma pipa com um fio pontiagudo especial para provar isso.
Ao coletar eletricidade dessa maneira, ele recebeu uma descarga de faísca, abrindo a chave no circuito de aterramento mais simples. Uma forma simples de comprovar a presença de partículas carregadas na atmosfera, porém, em nada diminui os méritos deste grande político, assim como do cientista, na descoberta do fenômeno natural aqui considerado. Posteriormente, físicos de todo o mundo começaram a confirmar seus resultados com seus próprios experimentos desse tipo.
O que é eletricidade atmosférica?
Esta é uma combinação de vários processos causados pela presença de partículas carregadas no ar ao redor da Terra. Os cientistas investigam fenômenos como o campo elétrico da atmosfera, sua intensidade, as correntes que existem em relação a isso, as cargas espaciais e muitos outros pontos. Por exemplo, fatores meteorológicos, ambientais, o impacto em vários ramos da atividade antropológica humana: aviação, indústria, agricultura, etc.
Analogia física conveniente
Nosso planeta em uma aproximação muito grosseira é um enorme capacitor esférico. Este é o dispositivo mais simples que pode armazenar energia elétrica. A ionosfera e a própria superfície da Terra podem ser consideradas as placas de um capacitor gigante. Neste caso, o ar atua como isolante, que em condições normais temcondutividade elétrica muito baixa. A superfície da Terra é carregada negativamente, enquanto a ionosfera é carregada positivamente.
Como entre as placas de um capacitor convencional, forma-se aqui um campo elétrico, que possui características completamente únicas. Por exemplo, sua intensidade é máxima perto da superfície da Terra, diminuindo exponencialmente com o aumento da altura. Aliás, já a 10 quilômetros acima do nível do mar, seu valor é 30 vezes menor. Este campo forma basicamente toda a variedade de fenômenos, reunidos sob o nome geral de "eletricidade atmosférica".
Este é um dos modelos mais comuns no mundo científico moderno. É a chamada teoria de Wilson. Há também uma hipótese apresentada pelo cientista soviético Frenkel, segundo a qual a ionosfera não desempenha nenhum papel significativo na criação do campo elétrico. Ele acreditava que ela é formada principalmente devido à interação da superfície da Terra e nuvens, bem como sua polarização.
Gerador Natural
Mas se voltarmos ao modelo do capacitor, que fornece não apenas uma boa analogia, mas também possibilidades teóricas para a criação de fontes de energia praticamente livres, então a eletricidade atmosférica se manifesta em apenas alguns processos básicos. Considere o mais importante.
Em primeiro lugar, estas são as chamadas correntes de fuga. Quanto a um capacitor convencional, são fenômenos parasitas que reduzem sua eficácia no armazenamento de carga. No caso da atmosfera, trata-se de correntes convectivas formadas, por exemplo, emáreas de furacões e trovoadas. Sua força atinge dezenas de milhares de amperes e, apesar disso, a diferença de potencial entre a superfície da Terra e a ionosfera não sofre alterações significativas, preservando, é claro, a força do campo. Em um circuito elétrico contendo um capacitor, isso só é possível com um gerador adicional.
Seguindo a lógica, vale supor a presença de algo semelhante no caso da atmosfera terrestre. De fato, existe essa fonte de energia. Este é o campo magnético do nosso planeta, que, girando com ele em um fluxo de radiação solar, cria um poderoso gerador. A propósito, há uma ideia de usar sua energia, usando apenas a eletricidade atmosférica. A energia livre é um estímulo incrivelmente poderoso para o desenvolvimento do pensamento científico em todas as áreas da atividade humana. Essa tendência não ultrapassou a física dos fenômenos atmosféricos. Mas mais sobre isso depois.
Tempestades
O próximo processo interessante e importante na atmosfera são as descargas de gás de faísca que acompanham as tempestades. Como as correntes convectivas, este é um fenômeno parasitário do ponto de vista do modelo de capacitor do campo elétrico criado entre a superfície da Terra e a ionosfera. E isso, infelizmente, está longe de se limitar ao impacto negativo dos fenômenos de descarga na atmosfera. Aqui deve-se notar o perigo de raios para objetos terrestres de atividade antropogênica, incluindo o impacto destrutivo de choques e sobrecargas térmicas que acompanham este fenômeno formidável.
Zíperes
Evidência da natureza elétrica do relâmpago, tão elegantemente comprovadaFranklin, forma uma questão lógica. Muito provavelmente, ele preocupou até os contemporâneos do pai fundador. Então, a eletricidade atmosférica é de alta ou baixa tensão?
De acordo com o modelo de capacitor já mencionado, a diferença de potencial entre as placas em escala planetária deve formar um campo elétrico. De fato, a superfície da Terra carregada negativamente, por um lado, e a ionosfera carregada positivamente, formam um campo de alta intensidade. Fenômenos elétricos nas nuvens criam enormes cargas espaciais apenas na parte inferior da atmosfera. Portanto, a intensidade do campo na superfície da Terra é muito maior do que, por exemplo, a uma altura de 10 km.
Obviamente, um campo elétrico dessa intensidade gera poderosas correntes de descarga que um observador inexperiente pode ver durante uma tempestade comum em latitudes médias. Portanto, a tensão no canal de descarga é alta.
Luzes de São Elmo
Além da faísca, há uma descarga corona na atmosfera, que, por tradição histórica, é chamada de fogos de São Elmo. Parecem escovas ou feixes luminosos nas extremidades de objetos altos, como mastros de navios, torres, etc. Além disso, esse fenômeno só pode ser observado no escuro. A razão para o aparecimento das luzes de St. Elmo é um aumento na força do campo elétrico do ambiente, por exemplo, ao se aproximar ou durante uma tempestade, tempestade, nevasca, etc.
Tal descarga pode sermuito fácil de chegar em casa. De fato, a eletricidade atmosférica faça você mesmo é uma questão muito simples. Por exemplo, você pode tirar um suéter sintético e começar a trazer uma agulha para ele. De uma certa distância, uma descarga aparecerá em sua ponta, que pode ser observada claramente na escuridão completa.
Bola de Fogo
Outra manifestação de trovoada é uma descarga de gás, geralmente de forma esférica. Estamos falando do raio esférico, que é um fenômeno natural único e muito raro. Os cientistas ainda não conseguem concordar com uma justificativa teórica adequada para a existência desse fenômeno. E até 2012, não havia nenhuma evidência documental da realidade dos raios esféricos. Seja como for, este é outro mistério da atmosfera da Terra com o qual os cientistas ainda estão lutando.
Fator Ambiental
Já foi dito acima sobre o impacto dos raios em vários tipos de atividades humanas. A eletricidade atmosférica como fator ambiental é um ponto muito importante, que também deve ser discutido. Do ponto de vista do desenvolvimento humano dos diversos recursos que lhe são fornecidos pelo planeta Terra, o ambiente aéreo lhe dá a oportunidade de manter a existência como espécie.
A presença de um campo elétrico na atmosfera tem muitas consequências desagradáveis para as atividades humanas. Alguns deles são bastante inofensivos, mas muitas manifestações forçam as melhores mentes de engenharia a encontrar maneiras eficazes de pacificar forças formidáveis.natureza.
Segurança de vida
A eletricidade atmosférica e sua proteção é a questão mais importante que deve ser discutida no contexto da ecologia. Naturalmente, as mais perigosas são as descargas de faísca mais poderosas, como os relâmpagos. E isso se aplica não apenas às suas variedades terrestres. Os raios intranuvens representam uma certa ameaça à aviação civil e militar. De uma forma ou de outra, todos os fenômenos atmosféricos de descarga estão sujeitos a observação atenta e prevenção de possíveis danos. Isso é feito por serviços especiais de engenharia na mesma aviação, construção naval ou proteção contra raios de edifícios, centrais elétricas, etc.
Energia livre
Finalmente, voltemos à questão da energia praticamente gratuita que a eletricidade atmosférica pode fornecer. Tesla, o famoso mestre do relâmpago, fez uma grande quantidade de pesquisas para colocar em prática esse fenômeno natural. Seu trabalho não foi em vão. Engenheiros modernos patenteam vários métodos de produção de energia devido ao fato de haver um poderoso campo elétrico próximo à superfície da Terra.
Um exemplo marcante é um circuito com um condutor aterrado instalado verticalmente, entre as extremidades superior e inferior do qual aparece uma diferença de potencial devido à mesma presença do campo. Essa energia criada por ele pode ser extraída formando uma descarga corona controlada na extremidade superior do condutor. Como resultado, a corrente pode ser mantida no condutor, o que significa que é seguro conectar um consumidor a ele.
Assim, a eletricidade atmosférica, apesar das ameaças existentes à atividade antropogênica normal, também abre grandes perspectivas para fornecer a toda a humanidade energia praticamente gratuita.
