Khoa học hiện đại có một kho kiến thức tương đối lớn về bầu khí quyển của Trái đất và sự đa dạng của các quá trình xảy ra trong đó. Có vẻ như tất cả những điều này nên được nghiên cứu kỹ lưỡng và mô hình hóa tỉ mỉ trong các phòng thí nghiệm được các nhà khoa học ưa thích. Tuy nhiên, hóa ra cho đến nay vẫn chưa có một bức tranh rõ ràng, rõ ràng nào về một hiện tượng như điện khí quyển. Ngược lại, có một số mô hình, mỗi mô hình đều có ưu và nhược điểm.
Một chút lịch sử
Người đứng đầu cuộc nghiên cứu và khẳng định một cách khoa học về sự tồn tại của hiện tượng này, là nhà tư tưởng học nổi tiếng thế giới về sự hình thành nước Mỹ - Benjamin Franklin. Thật vậy, điện khí quyển với tư cách là một hiện tượng vật lý đã có trước ông trong giai đoạn tính toán giả thuyết. Một trong những người cha sáng lập nước Mỹ là người đầu tiên thể hiện sự hiện diện của mình trên không trung và cũng giải thích lý dosự xuất hiện của sét. Điều thú vị nhất trong câu chuyện này là việc Franklin sử dụng một chiếc diều với một sợi dây nhọn đặc biệt trên đó để chứng minh điều đó.
Bằng cách thu điện theo cách này, anh ta nhận được một tia phóng điện, mở được chìa khóa trong mạch nối đất đơn giản nhất. Tuy nhiên, một cách đơn giản để chứng minh sự hiện diện của các hạt mang điện trong khí quyển không làm giảm đi công lao của chính trị gia vĩ đại này, cũng như nhà khoa học, trong việc phát hiện ra hiện tượng tự nhiên được xem xét ở đây. Sau đó, các nhà vật lý trên khắp thế giới bắt đầu xác nhận kết quả của họ bằng những thí nghiệm kiểu này của riêng họ.
Điện khí quyển là gì?
Đây là sự kết hợp của nhiều quá trình khác nhau gây ra bởi sự hiện diện của các hạt mang điện trong không khí xung quanh Trái đất. Các nhà khoa học nghiên cứu các hiện tượng như điện trường của khí quyển, cường độ của nó, các dòng điện tồn tại liên quan đến nó, các điện tích không gian và nhiều điểm khác. Ví dụ, các yếu tố khí tượng, môi trường, tác động đến các ngành khác nhau của hoạt động nhân chủng học của con người: hàng không, công nghiệp, nông nghiệp, v.v.
Tương tự vật lý thuận tiện
Hành tinh của chúng ta theo một cách gần đúng là một tụ điện hình cầu khổng lồ. Đây là thiết bị đơn giản nhất có thể lưu trữ năng lượng điện. Tầng điện ly và bản thân bề mặt trái đất có thể được coi là các bản của một tụ điện khổng lồ. Trong trường hợp này, không khí hoạt động như một chất cách điện, trong điều kiện bình thường cóđộ dẫn điện rất thấp. Bề mặt Trái đất tích điện âm, trong khi tầng điện ly tích điện dương.
Như giữa các bản của tụ điện thông thường, một điện trường được hình thành ở đây, có những đặc điểm hoàn toàn độc đáo. Ví dụ, cường độ của nó là cực đại gần bề mặt trái đất, giảm theo cấp số nhân khi tăng chiều cao. Nhân tiện, đã ở độ cao 10 km so với mực nước biển, giá trị của nó thấp hơn 30 lần. Trường này về cơ bản tạo thành toàn bộ các hiện tượng, được thống nhất dưới cái tên chung là "điện khí quyển".
Đây là một trong những mô hình phổ biến nhất trong thế giới khoa học hiện đại. Nó được gọi là lý thuyết của Wilson. Cũng có một giả thuyết được đưa ra bởi nhà khoa học Liên Xô Frenkel, theo đó tầng điện ly không đóng vai trò gì đáng kể trong việc tạo ra điện trường. Ông tin rằng nó được hình thành chủ yếu do sự tương tác của bề mặt trái đất và các đám mây, cũng như sự phân cực của chúng.
Natural Generator
Nhưng nếu chúng ta quay trở lại mô hình tụ điện, mô hình không chỉ cung cấp sự tương tự tốt mà còn có khả năng lý thuyết để tạo ra các nguồn năng lượng tự do thực tế, thì điện khí quyển tự thể hiện chỉ trong một vài quá trình cơ bản. Hãy xem xét điều quan trọng nhất.
Trước hết, đây là những cái gọi là dòng điện rò rỉ. Còn đối với tụ điện thông thường, đây là những hiện tượng ký sinh làm giảm hiệu quả tích trữ điện tích của nó. Trong trường hợp của khí quyển, đây là những dòng đối lưu được hình thành, ví dụ, trongvùng có bão và dông. Sức mạnh của chúng lên tới hàng chục nghìn ampe, và mặc dù vậy, sự chênh lệch tiềm năng giữa bề mặt trái đất và tầng điện ly không có bất kỳ thay đổi đáng kể nào, tất nhiên vẫn bảo toàn cường độ trường. Trong mạch điện có chứa tụ điện, điều này chỉ có thể thực hiện được với một máy phát điện bổ sung.
Theo logic, cần giả sử sự hiện diện của một thứ tương tự trong trường hợp bầu khí quyển của Trái đất. Thật vậy, có một nguồn năng lượng như vậy. Đây là từ trường của hành tinh chúng ta, từ trường quay với nó theo dòng bức xạ mặt trời, tạo ra một máy phát điện mạnh mẽ. Nhân tiện, có một ý tưởng sử dụng năng lượng của nó, chỉ sử dụng điện khí quyển. Năng lượng tự do là một kích thích vô cùng mạnh mẽ cho sự phát triển của tư tưởng khoa học trong mọi lĩnh vực hoạt động của con người. Xu hướng này đã không bỏ qua vật lý của các hiện tượng khí quyển. Nhưng nhiều hơn về điều đó sau.
Sấm sét
Quá trình thú vị và quan trọng tiếp theo trong khí quyển là sự phóng tia lửa điện đi kèm với giông bão. Giống như dòng đối lưu, đây là một hiện tượng ký sinh theo quan điểm của mô hình tụ điện của điện trường được tạo ra giữa bề mặt Trái đất và tầng điện ly. Và điều này, thật không may, còn lâu mới hạn chế được tác động tiêu cực của hiện tượng phóng điện trong khí quyển. Ở đây, cần lưu ý sự nguy hiểm của sét đối với các vật thể trên cạn do hoạt động của con người, bao gồm tác động hủy diệt của sốc và quá tải nhiệt đi kèm với hiện tượng ghê gớm này.
Dây kéo
Bằng chứng về bản chất điện của sét, được chứng minh một cách trang nhãFranklin, hình thành một câu hỏi hợp lý. Rất có thể, ông đã khiến cả những người cùng thời với người cha sáng lập lo lắng. Vậy, điện trong khí quyển là điện áp cao hay thấp?
Theo mô hình tụ điện đã được đề cập, sự chênh lệch điện thế giữa các bản cực trên quy mô hành tinh sẽ tạo thành điện trường. Thật vậy, một mặt tích điện âm của Trái đất và tầng điện ly tích điện dương tạo thành một trường có cường độ cao. Hiện tượng điện trong các đám mây tạo ra các điện tích không gian khổng lồ ngay phần dưới của khí quyển. Do đó, cường độ trường ở bề mặt trái đất lớn hơn nhiều, ví dụ, ở độ cao 10 km.
Rõ ràng, một điện trường có cường độ này tạo ra các dòng phóng điện cực mạnh mà một người quan sát thiếu kinh nghiệm có thể nhìn thấy trong một cơn giông bão bình thường ở vĩ độ trung bình. Do đó, điện áp trong kênh phóng điện cao.
St. Đèn của Elmo
Ngoài tia lửa, trong khí quyển còn có phóng điện hào quang, theo truyền thống lịch sử, người ta gọi đó là đám cháy của Thánh Elmo. Nó trông giống như chổi quét hoặc chùm sáng ở đầu của các vật thể cao, chẳng hạn như cột buồm tàu, tháp, … Hơn nữa, hiện tượng này chỉ có thể được quan sát trong bóng tối. Lý do cho sự xuất hiện của đèn St. Elmo là do cường độ điện trường của môi trường tăng lên, chẳng hạn như khi đến gần hoặc trong cơn giông, bão, bão tuyết, v.v.
Xả như vậy có thểkhá dễ dàng để có được tại nhà. Thật vậy, điện khí quyển tự chế là một vấn đề rất đơn giản. Ví dụ, bạn có thể cởi một chiếc áo len tổng hợp và bắt đầu xỏ kim vào nó. Từ một khoảng cách nhất định, một tia phóng điện sẽ xuất hiện ở đầu của nó, có thể quan sát rõ ràng trong bóng tối hoàn toàn.
Quả cầu lửa
Một biểu hiện khác của giông bão là hiện tượng phóng điện, thường có dạng hình cầu. Chúng ta đang nói về sét quả cầu, là một hiện tượng tự nhiên độc đáo và rất hiếm gặp. Các nhà khoa học vẫn chưa thể thống nhất về một lý thuyết lý thuyết đầy đủ cho sự tồn tại của hiện tượng này. Và cho đến năm 2012, không có bằng chứng tài liệu nào về thực tế của bóng sét. Có thể như vậy, đây là một bí ẩn khác về bầu khí quyển của Trái đất mà các nhà khoa học vẫn đang đấu tranh.
Yếu tố môi trường
Người ta đã nói ở trên về tác động của sét đối với các loại hoạt động khác nhau của con người. Điện khí quyển như một yếu tố môi trường là một điểm rất quan trọng, điều này cũng cần được thảo luận. Từ quan điểm của con người về sự phát triển của các nguồn tài nguyên khác nhau mà hành tinh Trái đất cung cấp cho anh ta, môi trường không khí cho anh ta cơ hội để duy trì sự tồn tại như một loài.
Sự hiện diện của điện trường trong khí quyển gây ra nhiều hậu quả khó chịu cho các hoạt động của con người. Một số trong số chúng khá vô hại, nhưng nhiều biểu hiện buộc những bộ óc kỹ thuật tốt nhất phải đưa ra những cách hiệu quả để bình định những lực lượng đáng gờm.bản chất.
An toàn tính mạng
Điện khí quyển và bảo vệ khỏi nó là vấn đề quan trọng nhất cần được thảo luận trong bối cảnh sinh thái học. Đương nhiên, nguy hiểm nhất là những tia lửa phóng điện mạnh nhất, giống như tia sét. Và điều này không chỉ áp dụng cho các giống trên cạn của chúng. Sét trong đám mây gây ra mối đe dọa nhất định đối với hàng không dân dụng và quân sự. Bằng cách này hay cách khác, tất cả các hiện tượng khí quyển phóng điện đều phải theo dõi chặt chẽ và ngăn ngừa các thiệt hại có thể xảy ra. Điều này được thực hiện bởi các dịch vụ kỹ thuật đặc biệt trong cùng ngành hàng không, đóng tàu hoặc chống sét cho các tòa nhà, trạm điện, v.v.
Năng lượng miễn phí
Cuối cùng, hãy quay lại vấn đề về năng lượng thực tế miễn phí mà điện khí quyển có thể cung cấp. Tesla, bậc thầy nổi tiếng về sét, đã thực hiện rất nhiều nghiên cứu để đưa hiện tượng tự nhiên này vào thực tế. Công lao của ông không phải là vô ích. Các kỹ sư hiện đại đã cấp bằng sáng chế cho các phương pháp sản xuất năng lượng khác nhau do thực tế là có một điện trường mạnh gần bề mặt trái đất.
Một ví dụ nổi bật là một mạch điện có dây dẫn nối đất được lắp đặt theo chiều dọc, giữa đầu trên và đầu dưới của chúng xuất hiện sự chênh lệch điện thế do sự hiện diện giống nhau của trường. Năng lượng do nó tạo ra có thể được chiết xuất bằng cách hình thành phóng điện hào quang có kiểm soát ở đầu trên của dây dẫn. Do đó, dòng điện có thể được duy trì trong dây dẫn, có nghĩa là có thể an toàn khi kết nối người tiêu dùng với nó.
Vì vậy, điện khí quyển, bất chấp những mối đe dọa hiện có đối với hoạt động bình thường của con người, cũng mở ra triển vọng to lớn trong việc cung cấp năng lượng thực tế miễn phí cho toàn nhân loại.
