Открываем Америку — 2

И вот мы опять на неизвестной планете и хотим хотя бы в общих чертах ознакомиться с местной географией. Только вот ни сейсмографа, ни телескопа, ни даже воздушного шара с камерой мы не захватили. Получится ли у нас что-нибудь сделать из г-а и палок?

В начале 1750-х стала понятной электрическая природа молнии. Примерно в то же время ученые заметили удивительный факт — даже в спокойную погоду наблюдается электрическое поле и два изолированных предмета на разной высоте имеют разный электрический потенциал. Более того, в начале 19 века Schiibler установил что в течении дня это поле(после усреднения за десятки-сотни дней) изменяется одинаковым образом, с главным максимумом в 19:00 по лондонскому времени и основным минимумом в 4:00. Эти экстремумы — прямое свидетельство существования Америки и Тихого океана. 🙂

Как мы уже отмечали, Земля в целом является неплохим проводником. По очевидным причинам, ионосфера тоже хорошо проводит электрический ток. Но между ними расположена атмосфера, которая является очень плохим проводником — ее общее сопротивление, несмотря на сечение в 500 миллионов квадратных километров, составляет около 200 Ом, сопротивление воздуха примерно в миллион раз больше сопротивления сухой породы и в триллион раз больше сопротивления среднего металла. Грозовые разряды сообщают Земле отрицательный заряд, а ионосфере положительный, с разницей потенциалов до 400 КВ. Через атмосферу постоянно протекает ток в 1-2 тысячи ампер, разряжающий этот гиганский конденсатор.

Соответственно разница потенциалов сильно зависит от текущей активности гроз, корреляция атмосферного электрического потенциала и грозовой активности — 0.94, это очень высокая величина, прямо свидетельствующая о прямой связи. А грозы в основном происходят в в низких широтах над сушей. Более того, они в основном происходят в течении нескольких часов в середине дня, когда солнечный свет усиливает конвекцию в кучево-дождевых облаках.

На первой иллюстрации(сверху) мы видим районы максимальной грозовой активности. На иллюстрации ниже — вклад гроз разных континентов в формирование атмосферного потенциала.

Из этого графика евразийский наблюдатель однозначно выведет существование большого материка к западу от Европы и океана западнее этого материка.

Хорошие новости — для наблюдений достаточно деревянного шеста, заполненного водой горшка с дыркой(капли воды, вытекая из горшка, будут уносить заряд, выравнивая потенциал), пары проводов(от заземления и от горшка) и электроскопа(пара кусочков фольги, которые будут притягиваться друг к другу, показывая разность потенциалов). В общем уровень античности и даже древнего мира.

Плохие новости — «увидеть» нужную кривую за пару дней не получится. Влияние локальных элетрических зарядов облаков и вариаций проводимости воздуха на порядок-другой сильнее глобальных колебаний. Во-первых измерения надо проводить в хорошую погоду(fair weather): полное отсутствие осадков/аэрозолей/кучевых облаков, минимальная облачность, ветер от 1 до 8 м/с. Во-вторых, даже после этого данные придется усреднять за много дней/мест измерения. Для океанских островов хватит нескольких месяцев измерений, для материка — нескольких лет. Антарктиду и большую часть Евразии метод не видит — недостаточно грозовой активности.

P.S. Говоря о атмосферном электричестве, надо упомянуть и о «возможности» его практического использования. (именно атмосферного тока, относительно реальную грозовую энергетику рассматривать не будем)

Сеть полна фриков, рассказывающих про секретные технологии получения атмосферного электричества и про заговоры Ротшильдов/Чубайсов скрывающих от народа источник даровой энергии. Умножив приведенные выше цифры максимального напряжения и тока(400,000 В и 2000 А) нетрудно прикинуть мощность всего атмосферного тока — меньше гигавата(порядка мощности солнечного света на площади в один квадратный километр). Современная средняя мощность электростанций мира порядка 3,000 гигаватт. Уже в 1900 она была порядка гигаватта(тепловая мощность для того же года — порядка 700 ГВт) и в 1910 увеличилась вчетверо. В общем Ротшильдам явно нечего бояться.

В любом случае плотность атмосферного тока — порядка микроампер на квадратный километр. Самая примитивная солнечная электростанция из парника+трубы+ветряка выдаст на порядки больше энергии чем атмосферная станция того же размера.

Отдельные фрики рассуждают про уменьшение сопротивления воздуха за счет генерации свободных ионов. Проблема в том что генерируемые ионы будут экранировать наш электрод, а скорость их диффузии будет ограничена малой длиной свободного пробега в воздухе. Мы уже рассматривали все соответствующие формулы в теме про ионолет. Применимы они и к этому случаю, просто подставьте в 5,000 раз меньший градиент потенциала(сотню В/м вместо 500 КВ/м). Нетрудно прикинуть что никаких качественных улучшений добиться не получится. Точка.

15 комментариев Открываем Америку — 2

  • Фейнмановские лекции по физике — некоторые физические детали http://www.all-fizika.com/article/index.php?id_article=636

    Кривая океанских наблюдений https://dl.dropboxusercontent.com/s/0ym3s6is05aotj7/carnegie_curve.png.jpg
    Кривая материковых наблюдений https://dl.dropboxusercontent.com/s/asnqi4yss4c1gbb/land_curve.png.jpg
    таблица напряженность/область гроз по регионам https://dl.dropboxusercontent.com/s/92v1f4jtroeqhf4/lightning_storms_table.png.jpg
    осадки/напряженность https://www.researchgate.net/figure/The-Carnegie-curve-gray-curve-and-the-diurnal-variations-of-total-rainfall-black_fig3_252895651
    кривая карнеги по сезонам https://dl.dropboxusercontent.com/s/jqw0s6kjtfk8e3x/seasonal_curves.png.jpg

    источники
    The Carnegie Curve by R. Giles Harrison, DOI 10.1007/s10712-012-9210-2
    The electrification of the atmosphere by Alexander McAdie

    забавные фрики
    https://www.youtube.com/watch?v=ENeDkGce5-4

    A company called SEFE says that it will soon be able to generate a limitless supply of renewable energy by converting static electricity from the atmosphere into direct current.
    https://landartgenerator.org/blagi/archives/2148

    https://rimstar.org/science_electronics_projects/atmospheric_electricity_powering_corona_electrostatic_motor.htm
    Here’s how I ran my corona motor, a type of electrostatic motor, using electricity generated from atmospheric electricity. The corona motor sat near the ground with one end of a long wire connected to it.
    https://www.youtube.com/watch?v=qhXxSAv6rMg

    https://ionpowergroup.com/how-it-works-on-earth/
    The Sun provides the Earth’s atmosphere with 122 petawatts of radiation daily

  • dan14444

    Относительно атмосферного конденсатора и добычи энергии… Теоретически можно оттуда попробовать что-то добыть, используя например ионизацию лазером для повышения площади «сбора». А уж во время гроз разряжать накапливающееся через лазерный громоотвод — так и вовсе красота 🙂

    Ащо, я не понял вот это: «Грозовые разряды сообщают Земле отрицательный заряд». Разряды, они каг бэ наоборот… 🙂
    Но их можно считать ИНДИКАТОРОМ наработки потенциала всякой атмосферной движухой.

    • 4eshirkot

      Элементарно, грозовая ячейка в атмосфере заряжается за счет перемещения воздуха и воды/льда до большой разности потенциалов — внизу отрицательный, вверху положителтный. И между нижней частью происходит разряд в землю, которая имеет тоже отрицательный потенциал, но существенно меньший. А верхняя часть разряжается в ионосферу, бывает, тоже молниями.

      Хотя эта гипотеза образования атмосферного потенциала не единственная — есть и другие.

      • dan14444

        Чой-то зело странная гипотеза. Был воздушный конденсатор, его зарядили (в целом он как был нейтральным так и остался). И он вместо того, чтобы разрядится между «пластинами» — хреначит в заземление, потенциал относительно которого много меньше.

        Т.е. сопротивление воздуха в области генерации разницы потенциалов должно быть много выше, чем у обходного пути через землю-далёкую атмосферу-ионосферу. Даже с учётом ёмкостных эффектов — за счёт чего такая разница?

        В общем, пока кто-то не покажет именно импульсное и именно повышение заряда грунта при молнии — не куплю я такую гипотезу. Почти уверен, что в большинстве случаев эксперимент покажет обратное — плавное повышение заряда во время грозы, и резкий частичный сброс при молнии.

        • 4eshirkot

          У вас может быть особое мнение, но тем не менее это общепризнанная гипотеза. Между землей и ионосферой около 400 кВ, а в грозовой конвекционной ячейке — миллионы (как генерируется потенциал — другой вопрос, но в самом грубом приближении — как в электрофорной машинке). И этот избыточный отрицательный заряд во время грозы стекает на землю, в виде молний в том числе, благо емкость земли позволяет. И в то же время происходит саморазряд конденсатора земля-атмосфера по по всему объему атмосферы.

        • // И он вместо того, чтобы разрядится между «пластинами» — хреначит в заземление, потенциал относительно которого много меньше.

          Он разряжается в себя — см внутриоблачные молнии. И положительные молнии в землю тоже бьют. Грозовая активность планеты — порядка 100 ГВт, атмосферный ток всего 1 ГВт — один процент.

          Тут аналогично батарее. Химические процессы обеспечивают ток двигая отрицательные ионы к отрицательному электроду и наоборот. Т.е. действуя против электрического поля и совершая полезную работу.

          Аналогично молнии добавляют земле немного отридцательного заряда, а он уже рассеивается через атмосферный ток.

          • LysenkoAA2

            Доброго времени суток!

            Извиняюсь, что пишу вот так, но другого способа связи у меня нет. Короче, вношу предложение по работе форума. У настоящего индейца попаданца в средние века есть джентельменский набор внедряемых технологий. Дезинфекция, алкоголь, металлургия железа и, конечно, порох. В общих чертах представление о предмете имеют все, но, помимо этих общих черт, в том же изготовлении пороха есть очень много тонкостей и подводных камней.

            Почему бы не сделать посты накопительного типа? В комментариях аудитория вносит дополнения и уточнения, а админ, после проверки, добавляет в основную статью.

            • Это называется вики )

              • LysenkoAA2

                В википедии много нет.

              • LysenkoAA2

                Недавно набрёл на фрагмент наставления Пушкарского приказа:

                «Порох делается из селитры, серы и угля, чистых. Серы клади впятеро меньше селитры, угля клади вчетверо меньше селитры. Все истолочь селитру через сито, угли чтобы крупно крошка, сера тоже через сито и смешать. Потом смочить ренским уксусом или горячим вином, чтобы как пыль не распылялась. Потом просеивать от пыли и сушить»

                Т.е. даже во второй половине XVI века в России делали порох:

                неоптимального состава — 69/13,8/17,2;
                вероятно, с целью предотвращения взрывов на производстве, не перетирали тройную смесь;
                использовали сравнительно дорогие жидкости для смачивания;
                не было правильного зернения, не говоря уже о прессовании и полировке зёрен.

                Какой простор для рационализатора!

                • Я имею в виду движки вроде MediaWiki.

                  Вопрос как всегда простой — кто будет заполнять. Ресурс то полудохлый. В этом году небольшой всплеск активности, но надолго ли…

  • dan14444

    > И положительные молнии в землю тоже бьют.

    Воот! Наверняка кто-то смотрел соотношение положительных и отрицательных молний в землю.
    Вангую, что отрицательные если и бывают, то как сугубая экзотика.
    Но гуглить лень :).

    > Аналогично молнии добавляют земле немного отридцательного заряда, а он уже рассеивается через атмосферный ток.

    Вангую, убирают они часть этого заряда. А добавляют его, скорее, дождевые капли…

    • // Вангую, что отрицательные если и бывают, то как сугубая экзотика.

      Most CG lightning is negative, meaning that a negative charge is transferred to ground … Positive lightning is less common than negative lightning, and on average makes up less than 5% of all lightning strikes.

Leave a Reply

You can use these HTML tags

<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>