ГЛОБАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНТУР
Земля — достаточно хороший проводник электричества. Верхний слой атмосферы — ионосфера — также хороший проводник. Нижний слой атмосферы обычно не проводит электричества, т. е. является электрическим изолятором. Изолятор, заключенный между двумя проводниками, называется диэлектриком, а в целом такая система становится электрическим конденсатором, способным накапливать электроэнергию, подобно электрическому полю. Гигантский размер позволяет назвать эту систему в целом суперконденсатором. Земельно-ионосферный суперконденсатор постоянно заряжается в одних регионах и разряжается в других, формируя систему, названную глобальным электрическим контуром. Если возможность черпать полезное электричество из атмосферы когда-либо реализуется на практике, мы получим атмосферную электростанцию.
СКОЛЬКО В АТМОСФЕРЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА?
 |
Максимальный уровень электростатического заряда (количество заряженных частиц, таких как электрон), который может нести конденсатор, целиком зависит от трех факторов: общей площади проводящих поверхностей, среднего расстояния между ними и типа диэлектрика между ними. Земельно-ионосферный суперконденсатор представляет собой две проводящие сферы, заключенные одна в другую. Диэлектриком служит атмосферный воздух. Схематическое изображение этой системы вы видите на рис. 13.6. Радиус обеих этих сфер примерно одинаков и равен приблизительно 6500 км. В таком конденсаторе расстояние между двумя проводящими поверхностями (около 50 км) крайне незначительно по сравнению с площадью их поверхности (около 530 000 000 км2).
……. -…… "Г
Рис. 13.6. Земля и верхние слои атмосферы являются суперконденсатором,
постоянно подзаряжающимся за счет различных источников излучения
Высокая разность потенциалов между поверхностью Земли и ионосферой приводит к формированию мощного электрического поля в тропосфере и стратосфере. Заряд в этом суперконденсаторе
поддерживается за счет солнечного излучения, космических лучей, а также радиоактивности земной коры. Все эти излучения взаимодействуют с магнитным полем Земли и атомами в верхних слоях атмосферы, пополняя заряд суперконденсатора.
Грозовые облака, вулканы и пылевые бури повышают проводимость тропосферы и стратосферы в отдельных местах, создавая тем самым благоприятные условия для электрических разрядов земельно-ионосферного суперконденсатора. За время одной грозы, таким образом, в среднем по времени «разряжается» около двух ампер. Одновременно на нашей планете проходит примерно 750 гроз, сопровождающихся от 35 до 100 разрядами молний в секунду[58]. Сила тока в 2 А «на каждую грозу» может показаться слишком малой величиной, но это электричество распространяется не в виде постоянного потока заряженных частиц. Оно выделяется в виде резких интенсивных разрядов. Удар молнии длится доли секунды, так что пиковые значения силы тока в молнии чрезвычайно высоки. В некоторых случаях они могут достигать многих тысяч ампер. Поэтому молнии бывают настолько разрушительными.
Постоянный заряд атмосферного суперконденсатора составляет от 250 000 до 500 000 вольт, что сопоставимо с напряжением высоковольтных электрических линий. Однако разница электрических потенциалов поверхности Земли и атмосферы — это постоянный ток, а не переменный. Общее среднее значение силы тока, протекающего через атмосферный суперконденсатор, только в результате гроз составляет 1500 ампер (по два ампера на каждую из 750 гроз). Электрическая мощность в ваттах составляет произведение силы тока в амперах на напряжение в вольтах. Приведенные выше цифры означают, что земная атмосфера постоянно рассеивает несколько сотен миллионов ватт электроэнергии (в среднем). Этой мощности хватает на полное пиковое обеспечение электроэнергией среднего города.