La ciencia moderna tiene un acervo relativamente grande de conocimientos sobre la atmósfera terrestre y la variedad de procesos que ocurren en ella. Parecería que todo esto debería ser bien investigado y meticulosamente modelado en laboratorios favorecidos por científicos. Sin embargo, resulta que hasta ahora no existe una imagen clara e inequívoca de un fenómeno como la electricidad atmosférica. Al contrario, existen varios modelos, cada uno con sus pros y sus contras.
Un poco de historia
La persona que estuvo en los orígenes del estudio y confirmó científicamente, de hecho, la existencia de este fenómeno, es el mundialmente famoso ideólogo de la formación de los Estados Unidos: Benjamin Franklin. De hecho, la electricidad atmosférica como fenómeno físico estaba ante él en la etapa de cálculos hipotéticos. Uno de los Padres Fundadores de América fue el primero en mostrar su presencia en el aire, y también explicó los motivosocurrencia de rayos. Lo más interesante de esta historia es el hecho de que Franklin usó una cometa con un alambre puntiagudo especial para demostrarlo.
Al recolectar electricidad de esta manera, recibió una descarga de chispa, abriendo la llave en el circuito de puesta a tierra más simple. Una forma sencilla de demostrar la presencia de partículas cargadas en la atmósfera, sin embargo, no resta méritos a este gran político, así como al científico, en el descubrimiento del fenómeno natural aquí considerado. Posteriormente, físicos de todo el mundo comenzaron a confirmar sus resultados con sus propios experimentos de este tipo.
¿Qué es la electricidad atmosférica?
Esto es una combinación de varios procesos causados por la presencia de partículas cargadas en el aire que rodea la Tierra. Los científicos investigan fenómenos como el campo eléctrico de la atmósfera, su intensidad, las corrientes que existen en relación con esto, las cargas espaciales y muchos otros puntos. Por ejemplo, los factores meteorológicos, ambientales, el impacto en varias ramas de la actividad antropológica humana: aviación, industria, agricultura, etc.
Conveniente analogía física
Nuestro planeta en una aproximación muy aproximada es un enorme capacitor esférico. Este es el dispositivo más simple que puede almacenar energía eléctrica. La ionosfera y la propia superficie terrestre pueden considerarse como las placas de un condensador gigante. En este caso, el aire actúa como aislante, que en condiciones normales tieneconductividad eléctrica muy baja. La superficie de la Tierra tiene carga negativa, mientras que la ionosfera tiene carga positiva.
Al igual que entre las placas de un condensador convencional, aquí se forma un campo eléctrico, que tiene características completamente únicas. Por ejemplo, su intensidad es máxima cerca de la superficie terrestre, disminuyendo exponencialmente con el aumento de la altura. Por cierto, ya a 10 kilómetros sobre el nivel del mar, su valor es 30 veces menor. Este campo forma básicamente toda la variedad de fenómenos, unidos bajo el nombre general de "electricidad atmosférica".
Este es uno de los modelos más comunes en el mundo científico moderno. Se llama teoría de Wilson. También hay una hipótesis presentada por el científico soviético Frenkel, según la cual la ionosfera no juega ningún papel significativo en la creación del campo eléctrico. Él creía que se forma principalmente debido a la interacción de la superficie terrestre y las nubes, así como a su polarización.
Generador natural
Pero si volvemos al modelo del condensador, que proporciona no solo una buena analogía, sino también posibilidades teóricas para crear fuentes de energía prácticamente gratuitas, entonces la electricidad atmosférica se manifiesta en unos pocos procesos básicos. Considera lo más importante.
En primer lugar, estas son las llamadas corrientes de fuga. En cuanto a un capacitor convencional, estos son fenómenos parásitos que reducen su efectividad en el almacenamiento de carga. En el caso de la atmósfera, se trata de corrientes convectivas formadas, por ejemplo, enzonas de huracanes y tormentas eléctricas. Su fuerza alcanza decenas de miles de amperios y, a pesar de esto, la diferencia de potencial entre la superficie terrestre y la ionosfera no experimenta cambios significativos, preservando, por supuesto, la fuerza del campo. En un circuito eléctrico que contiene un condensador, esto solo es posible con un generador adicional.
Siguiendo la lógica, cabe suponer la presencia de algo similar en el caso de la atmósfera terrestre. De hecho, existe tal fuente de energía. Este es el campo magnético de nuestro planeta que, al girar con él en una corriente de radiación solar, crea un poderoso generador. Por cierto, hay una idea para usar su energía, usando solo electricidad atmosférica. La energía libre es un estímulo increíblemente poderoso para el desarrollo del pensamiento científico en todas las áreas de la actividad humana. Esta tendencia no ha pasado por alto la física de los fenómenos atmosféricos. Pero hablaremos de eso más adelante.
Tormentas eléctricas
El siguiente proceso interesante e importante en la atmósfera son las descargas de chispas de gas que acompañan a las tormentas eléctricas. Al igual que las corrientes convectivas, este es un fenómeno parásito desde el punto de vista del modelo de condensador del campo eléctrico creado entre la superficie de la Tierra y la ionosfera. Y esto, lamentablemente, está lejos de limitarse al impacto negativo de los fenómenos de descarga en la atmósfera. Aquí cabe señalar el peligro de los rayos para los objetos terrestres de actividad antrópica, incluido el impacto destructivo de los choques y las sobrecargas térmicas que acompañan a este formidable fenómeno.
Cremalleras
Evidencia de la naturaleza eléctrica de los rayos, tan elegantemente probadaFranklin, forma una pregunta lógica. Lo más probable es que preocupara incluso a los contemporáneos del padre fundador. Entonces, ¿la electricidad atmosférica es de alto o bajo voltaje?
Según el modelo de condensador ya mencionado, la diferencia de potencial entre las placas en una escala planetaria debería formar un campo eléctrico. De hecho, la superficie de la Tierra cargada negativamente por un lado y la ionosfera cargada positivamente forman un campo de alta intensidad. Los fenómenos eléctricos en las nubes crean enormes cargas espaciales justo en la parte inferior de la atmósfera. Por lo tanto, la intensidad del campo en la superficie terrestre es mucho mayor que, por ejemplo, a una altura de 10 km.
Obviamente, un campo eléctrico de esta intensidad genera poderosas corrientes de descarga que un observador inexperto puede ver durante una tormenta ordinaria en latitudes medias. Por lo tanto, el voltaje en el canal de descarga es alto.
Luces de San Telmo
Además de la chispa, hay una descarga de corona en la atmósfera, que, por tradición histórica, se llama los fuegos de San Telmo. Parece cepillos o rayos luminosos en los extremos de objetos altos, como mástiles de barcos, torres, etc. Además, este fenómeno solo se puede observar en la oscuridad. El motivo de la aparición de las luces de San Telmo es un aumento de la intensidad del campo eléctrico del entorno, por ejemplo, al acercarse o durante una tormenta, tormenta, tormenta de nieve, etc.
Tal descarga puede serbastante fácil de conseguir en casa. De hecho, la electricidad atmosférica de bricolaje es un asunto muy simple. Por ejemplo, puedes quitarte un suéter sintético y comenzar a ponerle una aguja. Desde cierta distancia, aparecerá una descarga en su punta, que se puede observar claramente en completa oscuridad.
Bola de fuego
Otra manifestación de tormenta es una descarga de gas, que suele tener forma esférica. Estamos hablando de rayos en bola, que es un fenómeno natural único y muy raro. Los científicos aún no pueden ponerse de acuerdo sobre una justificación teórica adecuada para la existencia de este fenómeno. Y hasta 2012, no había evidencia documental de la realidad de los rayos en bola. Sea como fuere, este es otro misterio de la atmósfera terrestre con el que los científicos todavía están luchando.
Factor ambiental
Ya se ha dicho anteriormente sobre el impacto de los rayos en varios tipos de actividades humanas. La electricidad atmosférica como factor ambiental es un punto muy importante, que también debe ser discutido. Desde el punto de vista del desarrollo humano de los diversos recursos que le proporciona el planeta Tierra, el medio ambiente aéreo le brinda la oportunidad de mantener la existencia como especie.
La presencia de un campo eléctrico en la atmósfera tiene muchas consecuencias desagradables para las actividades humanas. Algunos de ellos son bastante inofensivos, pero muchas manifestaciones obligan a las mejores mentes de ingeniería a encontrar formas efectivas de pacificar fuerzas formidables.naturaleza.
Seguridad humana
La electricidad atmosférica y su protección es el tema más importante que debe discutirse en el contexto de la ecología. Naturalmente, las más peligrosas son las descargas de chispas más poderosas, como un rayo. Y esto se aplica no solo a sus variedades terrestres. Los relámpagos intranubes representan una cierta amenaza para la aviación civil y militar. De una forma u otra, todos los fenómenos atmosféricos de descarga están sujetos a una estrecha observación y prevención de posibles daños. Esto lo realizan servicios especiales de ingeniería en la misma aviación, construcción naval o protección contra rayos de edificios, centrales eléctricas, etc.
Energía libre
Por último, volvamos al tema de la energía prácticamente gratuita que puede proporcionar la electricidad atmosférica. Tesla, el famoso maestro de los rayos, investigó mucho para poner en práctica este fenómeno natural. Su labor no fue en vano. Los ingenieros modernos patentan varios métodos de producción de energía debido al hecho de que existe un poderoso campo eléctrico cerca de la superficie terrestre.
Un ejemplo llamativo es un circuito con un conductor puesto a tierra instalado verticalmente, entre cuyos extremos superior e inferior aparece una diferencia de potencial debido a la misma presencia del campo. Esta energía creada por él se puede extraer formando una descarga de corona controlada en el extremo superior del conductor. Como resultado, se puede mantener la corriente en el conductor, lo que significa que es seguro conectarle un consumidor.
Así, la electricidad atmosférica, a pesar de las amenazas existentes a la actividad antropogénica normal, también abre grandes perspectivas para dotar a toda la humanidad de energía prácticamente gratuita.
