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. 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.

26 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.

      • dan14444

        Почитал чуть эту тему… Таки да, негативных больше, хотя позитивные сильнее (встречал оценки, что на порядок — и по мощности и по длительности, так что если не врали, и это перемножить…).
        Как соотносится перенос заряда молниями и каплями — похоже толком неизвестно. Более того, дождь ещё и полярность меняет, в зависимости от… Ну и сам по себе, естественно, может капельным генератором работать. И собственно облачные механизмы ионизации варьируются, и не сказать чтобы внятно описывались.
        В общем, тема нетривиальная.

        В связи с этим оценка того, что можно «выдоить» из атмосферного потенциала — должна быть привязана к облакам. С их участием — результат может меняться на порядки.

        • // С их участием — результат может меняться на порядки.

          Мощность молний на два порядка больше мощности атмосферного тока, эти два нолика ничего кардинально не меняют, особенно если учесть переменчивость грозовых явлений.

          Есть несколько мест где грозы относительно постоянны и грозовая энергетика околореальна. Осталась лишь мелочь по почти мгновенному аккумулирования гигаджоуля энергии. Может мы когда-нибудь и потянем, но уж попаданец точно нет.

          • dan14444

            Снимать с облаков не обязательно молнией (но это не для попаданца). А именно молнию можно приспособить там, где нужен именно импульс, см. пост ниже, и это уже попаданческий тех.

      • dan14444

        Где-то уже обсуждалось, но напомню и тут — молния очень неплохой способ сделать магниты, при дефиците оных.
        Хоть на компасы, хоть на генераторы.
        Да и сплавить несплавляемое (а-ля дуговая печь в каменном веке)…

        Сам громоотвод не обязательно из дорогого металла собирать — можно и солевой.

  • KT315

    С атмосферным электричеством ещё Плаусон век назад работал. Как понимаю, сейчас выработаны основные направления — ионизация максимально дешёвыми и экологичными железными электродами, формирование ионного столба, удлиняющего вышку.
    Сейчас никто полонием ионизировать воздух не станет.
    Но проблема масштабирования никуда не делась. Хотите больше энергии — повышайте напряжение. А там нас ждут совершенно чудовищные высоковольтные изоляторы. Каждый — неподъёмное произведение керамического искусства. (я вообще сознательно игнорирую проблему постройки преобразователя. Только мощный приёмник сделать уже проблема в изоляторах)
    Т.е. да, для питания маяка, или там бытовых нужд «башни мага» 3-5 киловатт хватит. А выше уже очень сложно.

    • KT315

      Хотя, если вдуматься, есть электротехнический мрамор. Это настолько идеальный мрамор без прожилок, что обычным скульпторам его не дают вообще, у них столько денег нет. Запечь керамический изолятор весом в пару тонн — технически реально для каких китайских мастеров, но цену вообще не представляю.
      А из мрамора местные мастера что-то высекут.

    • 3-5 киловатт это сколько км2? Даровой движок из каких-нибудь пьющих птичек https://www.popadancev.net/vechnyj-dvigatel/#comment-140677 на ту же мощность дешевле выйдет.

  • KT315

    Потому и не используют массово, что ветряк куда проще будет, и доступен хоть в каменном веке. (см мельницы Наштифана).
    Плаусон снимал 3 киловатта с 2 воздушных шаров, поднятых на 300 метров. Вот его книжка Gewinnung und Verwertung der Atmosphärischen Elektrizität. На немецком, но хоть картинки посмотреть для начала.

    Шары хорошо, но столб ионизированного воздуха ещё лучше. Современные исследователи копают в эту сторону.
    Шар всё равно будет съедаться плазмой, как деградируют например диэлектрические оптические кабеля, подвешенные на ЛЭП. Коронные разряды их нередко повреждают

    • // Плаусон снимал 3 киловатта с 2 воздушных шаров, поднятых на 300 метров.

      Это напряжения порядка 100 КВ и ток порядка десятков миллиампер.

      Те грубо сопротивление куба воздуха в 300 метров должно быть порядка 10 МОм, те сопротивление воздуха порядка 3000 МОм/м при типичных значениях в миллион раз больше.

      Такую мощность можно поймать только в очень специфичных условиях — от заряженного облака.

      // Шары хорошо, но столб ионизированного воздуха ещё лучше.

      С током в десятки/сотни наноампер на м^2.

      • KT315

        Потому никому и не нужен. Выгодно отличается от ветряков и солнечных батарей, что может работать ночью в штиль. И всё

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>