Небесното тело наречено планета Земја има електричен полнеж што го создава природното електрично поле на Земјата. Една од карактеристиките на електричното поле е потенцијалот, а електричното поле на Земјата исто така се карактеризира со потенцијал. Можеме да кажеме и дека покрај природното електрично поле, постои и природна директна електрична струја (DC) на планетата Земја. Потенцијалниот градиент на Земјата се дистрибуира од нејзината површина до јоносферата. Во добри временски услови за статички електрицитет, атмосферското електрично поле е приближно 150 волти на метар (V/m) во близина на површината на Земјата, но оваа вредност опаѓа експоненцијално со зголемувањето на надморската височина до 1 V/m или помалку (на 30 km надморска височина). Причина за намалувањето на градиентот, меѓу другото, е и зголемувањето на атмосферската спроводливост.
Ако носите облека од добар изолатор, кој е одличен диелектрик, на пример облека од најлон, и користите исклучиво гумени чевли и немате метални предмети на површината на облеката, тогаш потенцијалната разлика може да се измери. помеѓу површината на земјата и врвот на главата. Бидејќи секој метар е 150 волти, тогаш со висина од 170 см, на врвот на главата ќе има потенцијална разлика од 1,7 x 150 = 255 волти во однос на површината. Ако ставите метална тава на главата, на неа ќе се собере површински полнеж. Причината за оваа наплата е што најлонската облека е добар изолатор, а чевлите се гумени. Заземјување, односно нема спроводлив контакт со површината на земјата. За да не акумулирате електрични полнежи на себе, треба да се „заземете“. На ист начин, предметите, работите, зградите и градбите, особено високите, се способни да акумулираат атмосферска електрична енергија. Ова може да доведе до непријатни последици, бидејќи секое акумулирано полнење може да предизвика електрична струја и распаѓање на искра во гасовите. Ваквите електростатички празнења можат да ја оштетат електрониката и да предизвикаат пожари, особено за запаливи материјали.
За да не се акумулираат полнежи од атмосферски електрицитет, доволно е горната точка да се поврзе со долната (земјата) со електричен спроводник, а ако површината е голема, тогаш заземјувањето се врши во форма на кафез, коло. , но, всушност, тие го користат она што се нарекува „Фарадеј кафез“.
Карактеристики на атмосферскиот електрицитет
Земјата е негативно наелектризирана и има полнеж еднаков на 500.000 Куломби (C) електричен полнеж. Потенцијалната разлика се движи од 300.000 волти (300 kV), ако го земеме предвид напонот помеѓу позитивно наелектризираната јоносфера и површината на Земјата. Има и директна струја на електрична енергија од околу 1350 ампери (А), а отпорот на атмосферата на Земјата е околу 220 оми. Ова дава излезна моќност од приближно 400 мегавати (MW), која се регенерира со сончева активност. Оваа моќ влијае на јоносферата на Земјата, како и на пониските слоеви, предизвикувајќи грмотевици. Електричната енергија што се складира и складира во земјината атмосфера е околу 150 гигаџули (GJ).
Системот Земја-јоносфера делува како џиновски кондензатор со капацитет од 1,8 Фаради. Со оглед на огромната големина на површината на Земјата, има само 1 nC електричен полнеж на квадратен метар површина.
Електросферата на Земјата се протега од нивото на морето до височина од околу 60 km. Во горните слоеви, каде што има многу слободни јони и овој дел од сферата се нарекува јоносфера, спроводливоста е максимална, бидејќи има бесплатни носители на полнеж. Потенцијалот во јоносферата може да се каже дека е израмнет, бидејќи оваа сфера во суштина се смета за спроводник на електрична струја, има струи во гасовите и преносна струја во неа. Изворот на слободните јони е радиоактивноста на Сонцето. Протокот на наелектризирани честички кои доаѓаат од Сонцето и од вселената ги „отфрла“ електроните од молекулите на гасот, што доведува до јонизација. Колку сте повисоко од површината на морето, толку е помала спроводливоста на атмосферата. На површината на морето, електричната спроводливост на воздухот е околу 10 -14 Siemens/m (S/m), но брзо се зголемува со зголемување на надморската височина, а на надморска височина од 35 km веќе е 10 -11 S/m. На оваа надморска височина, густината на воздухот е само 1% од онаа на површината на морето. Понатаму, со зголемување на надморската височина, спроводливоста се менува нерамномерно, бидејќи Земјиното магнетно поле и фотоните флуксираат од Сонцето. Ова значи дека спроводливоста на електросферата над 35 km од нивото на морето е нерамномерна и зависи од времето на денот (фотонски флукс) и од географската локација (магнетното поле на Земјата).
За да дојде до електричен дефект помеѓу две рамни паралелни електроди (чие растојание е 1 метар), кои се наоѓаат на ниво на морската површина, на сув воздух, потребна е јачина на поле од 3000 kV/m. Доколку овие електроди се подигнат на висина од 10 km од нивото на морето, тогаш ќе бидат потребни само 3% од овој напон, односно 90 kV/m се доволни. Ако електродите се спојат така што растојанието меѓу нив е 1 mm, тогаш ќе биде потребен дефектен напон 1000 пати помалку, односно 3 kV (ниво на морето) и 9 V (на надморска височина од 10 km).
Природната вредност на јачината на електричното поле на Земјата на нејзината површина (нивото на морето) е околу 150 V/m, што е многу помалку од вредностите потребни за дефект помеѓу електродите дури и во празнина од 1 mm (3 kV/ m се бара).
Од каде потекнува потенцијалот на електричното поле на Земјата?
Како што споменавме погоре, Земјата е кондензатор, чија една плоча е површината на Земјата, а другата плоча на суперкондензаторот е областа на јоносферата. На површината на Земјата полнежот е негативен, а зад јоносферата е позитивен. Исто како и површината на Земјата, јоносферата е исто така проводник, а слојот на атмосферата меѓу нив е нехомоген гасен диелектрик. Позитивниот полнеж на јоносферата се формира поради космичкото зрачење, но што ја полни површината на Земјата со негативен полнеж?
За јасност, неопходно е да се запамети како се полни конвенционален електричен кондензатор. Вклучен е во електричното коло до извор на струја и се полни до максималната вредност на напонот на плочите. За кондензатор како Земјата, нешто слично се случува. На ист начин, одреден извор мора да се вклучи, струјата мора да тече, а на плочите се формираат спротивни полнежи. Размислете за молњите, кои обично се придружени со грмотевици. Овие громови се самото електрично коло што ја полни Земјата.
Тоа е молња што ја погодува површината на Земјата што е изворот што ја полни површината на Земјата со негативен полнеж. Молњата има струја од околу 1800 ампери, а бројот на грмотевици и молњи дневно е повеќе од 300. Громовиот облак има поларитет. Нејзиниот горен дел на надморска височина од приближно 6-7 km при температура на воздухот од околу -20°C е позитивно наелектризиран, а неговиот долен дел на надморска височина од 3-4 km при температура на воздухот од 0° до -10°C. е негативно наелектризиран. Полнењето на дното на громот е доволно за да се создаде потенцијална разлика со површината на Земјата од 20-100 милиони волти. Полнењето на молњата е обично од редот на 20-30 Куломби (C) електрична енергија. Гром удира во празнење помеѓу облаците и помеѓу облаците и површината на Земјата. За секое полнење потребни се околу 5 секунди, така што молњите може да се појават по овој редослед, но тоа не значи дека нужно ќе дојде до празнење по 5 секунди.
Молња
Атмосферското празнење во форма на молња има прилично сложена структура. Во секој случај, се работи за појава на електрична струја во гасовите, која настанува кога ќе се постигнат неопходните услови за разградување на гасот, односно јонизација на молекулите на воздухот. Најљубопитно е што Земјината атмосфера делува како континуирано динамо кое негативно ја наполнува површината на Земјата. Секое празнење на гром удира под услов Земјината површина да нема негативни полнежи, што ја обезбедува потребната потенцијална разлика за испуштањето (јонизација на гасот).
Штом гром удри во земјата, негативниот полнеж тече на површината, но после тоа долниот дел од громовиот облак се испушта и неговиот потенцијал се менува, тој станува позитивен. Следно, се јавува обратна струја и вишокот полнеж што стигнува до површината на Земјата се движи нагоре, повторно полнење на громовиот облак. По ова, процесот може да се повтори повторно, но со помали вредности на електричен напон и струја. Ова се случува се додека постојат услови за јонизација на гасовите, потребната потенцијална разлика и вишок на негативен електричен полнеж.
Да резимираме, можеме да кажеме дека гром удира во чекори, а со тоа создава електрично коло низ кое струјата тече во гасови, наизменично во насока. Секое полнење на гром трае околу 5 секунди и удира само кога за тоа постојат потребните услови (пробивен напон и јонизација на гас). Напонот помеѓу почетокот и крајот на молњата може да биде од редот на 100 милиони волти, а просечната вредност на струјата е околу 1800 ампери. Врвната струја достигнува повеќе од 10.000 ампери, а пренесеното полнење е еднакво на 20-30 кулони електрична енергија.
Глобален кондензатор
Во природата постои сосема уникатен алтернативен извор на енергија, еколошки, обновлив, лесен за користење, кој сè уште никаде не е искористен. Овој извор е атмосферскиот електричен потенцијал.
Електрично, нашата планета е како сферичен кондензатор наполнет на приближно 300.000 волти. Внатрешната сфера - површината на Земјата - е негативно наелектризирана, надворешната сфера - јоносферата - е позитивно наелектризирана. Атмосферата на Земјата служи како изолатор (сл. 1).
Низ атмосферата постојано течат јонски и конвективни струи на истекување на кондензаторот, кои достигнуваат многу илјади ампери. Но, и покрај ова, потенцијалната разлика помеѓу кондензаторските плочи не се намалува.
Ова значи дека во природата постои генератор (G) кој постојано го надополнува истекувањето на полнењата од кондензаторските плочи. Таков генератор е магнетното поле на Земјата, кој ротира заедно со нашата планета во текот на сончевиот ветер.
За да ја искористите енергијата на овој генератор, треба некако да поврзете потрошувач на енергија со него.
Поврзувањето со негативниот пол - Земјата - е едноставно. За да го направите ова, доволно е да се направи сигурно заземјување. Поврзувањето со позитивниот пол на генераторот - јоносферата - е сложен технички проблем, кој ќе го решиме.
Како и во секој наполнет кондензатор, во нашиот глобален кондензатор има електрично поле. Јачината на ова поле е многу нерамномерно распоредена во висина: таа е максимална на површината на Земјата и е приближно 150 V/m. Со висина приближно се намалува според експоненцијалниот закон и на надморска височина од 10 km е околу 3% од вредноста на површината на Земјата.
Така, речиси целото електрично поле е концентрирано во долниот слој на атмосферата, во близина на површината на Земјата. Вектор на електричен напон Земјиното поле Е генерално е насочено надолу. Во нашите дискусии ќе ја користиме само вертикалната компонента на овој вектор. Електричното поле на Земјата, како и секое електрично поле, делува на полнежи со одредена сила F, која се нарекува Кулонова сила. Ако количината на полнење ја помножите со електричниот напон. полиња во овој момент, тогаш ја добиваме само големината на Кулоновата сила Fcoul.
Проводник во електрично поле
Ајде да инсталираме метален јарбол на површината на Земјата и да го заземјиме. Надворешното електрично поле веднаш ќе почне да ги движи негативните полнежи (електрони на спроводливост) нагоре кон врвот на јарболот, создавајќи вишок негативни полнежи таму. И вишокот на негативни полнежи на врвот на јарболот ќе создаде свое електрично поле насочено кон надворешното поле. Доаѓа момент кога овие полиња стануваат еднакви по големина, а движењето на електроните престанува. Тоа значи дека во проводникот од кој е направен јарболот, електричното поле е нула.
Така функционираат законите на електростатиката.
Да претпоставиме дека висината на јарболот е h = 100 m, просечната напнатост долж висината на јарболот е Eсr. = 100 V/m.
Тогаш потенцијалната разлика (emf) помеѓу Земјата и врвот на јарболот ќе биде нумерички еднаква: U = h * Eav. = 100 m * 100 V/m = 10.000 волти. (1)
Ова е сосема реална потенцијална разлика што може да се измери. Точно, нема да може да се измери со обичен волтметар со жици - во жиците ќе се појави точно истиот емф како во јарболот, а волтметарот ќе покаже 0. Оваа потенцијална разлика е насочена спротивно на векторот на јачината Е на електричното поле на Земјата и има тенденција да истиснува спроводливи електрони од врвот на јарболот нагоре во атмосферата. Но, тоа не се случува, електроните не можат да го напуштат проводникот. Електроните немаат доволно енергија да го напуштат проводникот што го сочинува јарболот. Оваа енергија се нарекува работна функција на електрон од проводник и за повеќето метали е помала од 5 електрон волти - многу незначителна вредност. Но, електронот во металот не може да добие таква енергија помеѓу судирите со кристалната решетка на металот и затоа останува на површината на проводникот.
Се поставува прашањето: што ќе се случи со проводникот ако им помогнеме на вишокот полнења на врвот на јарболот да го напуштат овој спроводник?
Одговорот е едноставен:негативниот полнеж на врвот на јарболот ќе се намали, надворешното електрично поле во јарболот повеќе нема да се компензира и повторно ќе почне да ги движи спроводливите електрони нагоре кон горниот крај на јарболот. Тоа значи дека струјата ќе тече низ јарболот. И ако успееме постојано да го отстрануваме вишокот полнења од врвот на јарболот, струјата постојано ќе тече во него. Сега треба само да го пресечеме јарболот на кое било место погодно за нас и да го вклучиме товарот (потрошувач на енергија) таму - и електраната е подготвена.
Слика 3 покажува шематски дијаграм на таква електрана. Под влијание на електричното поле на Земјата, спроводливите електрони од земјата се движат по јарболот низ товарот, а потоа нагоре на јарболот до емитерот, кој ги ослободува од металната површина на врвот на јарболот и ги испраќа како јони да лебдат. слободно низ атмосферата. Електричното поле на Земјата, во целосна согласност со законот на Кулон, ги крева нагоре додека не се неутрализираат на нивниот пат од позитивните јони, кои секогаш паѓаат од јоносферата под влијание на истото поле.
Така, го затворивме електричното коло помеѓу плочите на глобалниот електричен кондензатор, кој пак е поврзан со генераторот G и вклучивме потрошувач на енергија (оптоварување) во ова коло. Останува да се реши едно важно прашање: како да се отстранат вишокот полнења од врвот на јарболот?
Дизајн на емитер
Наједноставниот емитер може да биде рамен диск од лим со многу игли лоцирани околу неговиот обем. Се „монтира“ на вертикална оска и се ротира.
Додека дискот се ротира, влажниот воздух што доаѓа ги отстранува електроните од неговите игли и на тој начин ги ослободува од металот.
Електрана со сличен емитер веќе постои. Точно, никој не ја користи нејзината енергија, тие се борат против неа.
Ова е хеликоптер кој носи метална конструкција на долга метална прашка за време на инсталацијата на високи згради. Овде ги има сите елементи на електраната прикажани на слика 3, со исклучок на потрошувачот на енергија (оптоварување). Емитер се лопатките на роторот на хеликоптерот, кои се разнесени од млаз влажен воздух, јарболот е долга челична прашка со метална структура. А работниците кои ја поставуваат оваа структура на место знаат многу добро дека не можете да ја допрете со голи раце - тоа ќе предизвика струен удар. И навистина, во овој момент тие стануваат товар во колото на електраната.
Се разбира, можни се и други дизајни на емитери, поефикасни, сложени, засновани на различни принципи и физички ефекти, види Сл. 4-5.
Емитер моментално не постои во форма на готов производ. Сите заинтересирани за оваа идеја се принудени самостојно да конструираат свој емитер.
За да им помогне на таквите креативни луѓе, авторот подолу ги дава своите размислувања за дизајнот на емитер.
Се чини дека следните дизајни на емитери се најперспективни.
Првата верзија на емитер
Молекулата на водата има добро дефиниран поларитет и лесно може да фати слободен електрон. Ако дувате пареа на негативно наелектризирана метална плоча, пареата ќе зароби слободни електрони од површината на плочата и ќе ги земе со себе. Емитер е дупче млазница по која е поставена изолирана електрода А и на која се применува позитивен потенцијал од изворот I. Електродата А и острите рабови на млазницата формираат мала наелектризирана капацитивност. Слободните електрони се собираат на острите рабови на млазницата под влијание на позитивната изолирана електрода А. Пареата што минува низ млазницата ги собира електроните од рабовите на млазницата и ги носи во атмосферата. На сл. 4 покажува надолжен пресек на оваа структура. Бидејќи електродата А е изолирана од надворешното опкружување, струјата во колото на изворот на emf е бр. И оваа електрода е потребна овде само за да се создаде, заедно со острите рабови на млазницата, силно електрично поле во овој јаз и да се концентрираат спроводливи електрони на рабовите на млазницата. Така, електродата А со позитивен потенцијал е еден вид активирачка електрода. Со менување на потенцијалот на него, можете да ја постигнете саканата вредност на струјата на емитер.
Се поставува многу важно прашање: колку пареа треба да се снабдува преку млазницата и дали ќе испадне дека целата енергија на станицата ќе треба да се потроши за претворање на водата во пареа? Ајде да направиме мала пресметка.
Еден грам молекула вода (18 ml) содржи 6,02 * 1023 молекули на вода (број на Авогадро). Полнењето на еден електрон е еднакво на 1,6 * 10 (- 19) Кулон. Помножувајќи ги овие вредности, откриваме дека на 18 ml вода може да се постават 96.000 кулони електричен полнеж, а повеќе од 5.000.000 кулони на 1 литар вода. Тоа значи дека при струја од 100 А, еден литар вода е доволен за да работи инсталацијата 14 часа. За да се претвори оваа количина на вода во пареа ќе биде потребен многу мал процент од генерираната енергија.
Се разбира, прикачувањето на електрон на секоја молекула на водата е тешко изводлива задача, но овде дефиниравме граница до која може постојано да се пристапува со подобрување на дизајнот на уредот и технологијата.
Дополнително, пресметките покажуваат дека енергетски е покорисно да дува влажен воздух наместо пареа низ млазницата, регулирајќи ја неговата влажност во потребните граници.
Втора верзија на емитер
На врвот на јарболот има метален сад со вода. Садот е поврзан со металот на јарболот со сигурен контакт. Во средината на садот е инсталирана стаклена капиларна цевка. Нивото на водата во цевката е повисоко отколку во садот. Ова создава ефект на електростатички врв - максималната концентрација на полнежи и максималната јачина на електричното поле се создаваат на врвот на капиларната цевка.
Под влијание на електрично поле, водата во капиларната цевка ќе се издигне и ќе се испрска во мали капки, земајќи со себе негативен полнеж. При одредена мала јачина на струјата, водата во капиларната цевка ќе врие, а пареата ќе ги однесе полнењата. И ова треба да ја зголеми струјата на емитер.
Во таков сад може да се инсталираат неколку капиларни цевки. Колку вода е потребна - видете ги пресметките погоре.
Третото олицетворение на емитер. Искра емитер.
Кога се распаѓа празнината на искра, облак од спроводливи електрони скока од металот заедно со искрата.
Слика 5 покажува шематски дијаграм на емитер на искри. Од високонапонскиот генератор на импулси, негативните импулси се испраќаат до јарболот, позитивните импулси се испраќаат до електродата, што формира празнина на искра со врвот на јарболот. Излегува нешто слично на свеќичката за автомобил, но дизајнот е многу поедноставен.
Високонапонскиот генератор на импулси фундаментално не се разликува многу од конвенционалната кинеска запалка за гас за домаќинство, која се напојува со една батерија АА.
Главната предност на таков уред е способноста да се регулира струјата на емитер користејќи ја фреквенцијата на празнење, големината на јазот на искрата, можете да направите неколку празнини на искра итн.
Генераторот на импулси може да се инсталира на кое било погодно место, не мора на врвот на јарболот.
Но, има еден недостаток - празнењата на искра создаваат радио пречки. Затоа, врвот на јарболот со празнини од искра мора да биде заштитен со цилиндрична мрежа, која мора да биде изолирана од јарболот.
Четвртата верзија на емитер
Друга можност е да се создаде емитер врз основа на принципот на директна емисија на електрони од материјалот на емитер. Ова бара материјал со многу ниска работа на електрони. Таквите материјали постојат долго време, на пример, паста од бариум оксид-0,99 eV. Можеби сега има нешто подобро.
Идеално, ова треба да биде суперпроводник на собна температура (RTSC), кој сè уште не постои во природата. Но, според различни извештаи, таа треба да се појави наскоро. Целата надеж лежи во нанотехнологијата.
Доволно е да поставите парче CTSP на врвот на јарболот - и емитерот е подготвен. Поминувајќи низ суперпроводник, електронот не наидува на отпор и многу брзо ја стекнува енергијата неопходна за излез од металот (околу 5 eV).
И уште една важна забелешка. Според законите на електростатиката, интензитетот на електричното поле на Земјата е највисок на височините - на врвовите на ридовите, ридовите, планините итн. Во низини, вдлабнатини и вдлабнатини тој е минимален. Затоа, подобро е таквите уреди да се градат на највисоките места и подалеку од високи згради или да се инсталираат на покривите на највисоките згради.
Друга добра идеја е да го подигнете проводникот со помош на балон. Емитер, се разбира, мора да се инсталира на врвот на балонот. Во овој случај, можно е да се добие доволно голем потенцијал за спонтана емисија на електрони од металот, давајќи му форма на отриум и, според тоа, во овој случај не се потребни сложени емитери.
Постои уште една добра можност да се добие емитер. Електростатско боење на метал се користи во индустријата. Испрсканата боја, излетувајќи од пиштолот за прскање, носи електричен полнеж, поради што се таложи на металот што се бојадисува, на што се нанесува полнење со спротивен знак. Технологијата е докажана.
Таков уред, кој ја полни испрсканата боја, е токму вистински електричен емитер. давачки. Останува само да се прилагоди на инсталацијата опишана погоре и да се замени бојата со вода доколку има потреба од вода.
Сосема е можно влагата секогаш содржана во воздухот да биде доволна за да работи емитерот.
Можно е да има и други слични уреди во индустријата кои лесно можат да се претворат во емитер.
заклучоци
Како резултат на нашите активности, го поврзавме потрошувачот на енергија со глобален генератор на електрична енергија. Се поврзавме со негативниот пол - Земјата - користејќи редовен метален проводник (заземјување), а со позитивниот пол - јоносферата - користејќи многу специфичен проводник - конвективна струја. Конвективните струи се електрични струи предизвикани од наредениот транспорт на наелектризираните честички. Тие се вообичаени по природа. Тоа се обични конвективни растечки млазови кои носат негативни полнежи во облаците, а тоа се торнада (торнада). кои влечат облачна маса високо наелектризирана со позитивни полнежи кон земјата, тоа се и зголемените воздушни струи во зоната на интертропска конвергенција, кои носат огромна количина негативни полнежи во горните слоеви на тропосферата. А таквите струи достигнуваат многу високи вредности.
Ако создадеме доволно ефикасен емитер кој може да ослободи, да речеме, 100 кулони полнења во секунда (100 ампери) од врвот на јарболот (или неколку јарболи), тогаш моќноста на електраната што ја изградивме ќе биде еднаква на 1.000.000 вати или 1 мегават. Сосема пристојна моќ!
Таквата инсталација е незаменлива во оддалечените населби, на метеоролошките станици и на други места оддалечени од цивилизацијата.
Од горенаведеното, може да се извлечат следните заклучоци:
Изворот на енергија е исклучително едноставен и лесен за користење.
Излезот е најзгодниот вид на енергија - електрична енергија.
Изворот е еколошки: без емисии, без бучава, итн.
Инсталацијата е исклучително лесна за производство и ракување.
Исклучителна ниска цена на произведената енергија и многу други предности.
Електричното поле на Земјата е предмет на флуктуации: во зима е посилно отколку во лето, достигнува максимум дневно во 19 часот по Гринич, а зависи и од временските услови. Но, овие флуктуации не надминуваат 20% од нејзината просечна вредност.
Во некои ретки случаи, под одредени временски услови, јачината на ова поле може да се зголеми неколку пати.
За време на бура со грмотевици, електричното поле се менува во широк опсег и може да ја смени насоката во спротивна, но тоа се случува на мала област директно под ќелијата на бурата.
Курилов Јуриј Михајлович
Природната состојба на телата на површината на Земјата - и атоми и молекули, и големи парчиња материја - е електрична неутралност. Меѓутоа, ако наполните електроскоп, по некое време тој ќе го изгуби целото полнење, без разлика колку е внимателна изолацијата. Тоа значи дека во воздухот околу нас има многу наелектризирани честички - јони и честички прашина. Електроскопската топка „вшмукува“ јони од спротивниот знак во себе од атмосферата и станува неутрална.
Високо над нас се протега дебел слој на високо јонизиран гас - јоносферата. Почнува на неколку десетици километри од површината на Земјата и достигнува четиристотини километри во висина. Нема да го најдете со електроскоп. Откривањето на јоносферата бараше изум на радио. Слојот на високо јонизиран гас добро ја спроведува електричната енергија и, како метална површина, рефлектира радио бранови со бранова должина поголема од 30 метри. Доколку не постоеше јоносферско „огледало“ околу Земјата, радио комуникацијата со кратки бранови ќе беше можна само во рамките на видот.
Тројца добавувачи
Значи, има јони околу нас и над нас. Но, тие се краткотрајни. Случаен состанок на различни јони - и тие престануваат да постојат. Ова значи дека мора да има некои континуирано оперативни процеси кои снабдуваат јони.
Има три такви добавувачи. Во близина на површината на Земјата е зрачењето на радиоактивни елементи содржани во мали количини во земјината кора. На големи надморски височини - ултравиолетово зрачење од Сонцето. И конечно, целата дебелина на атмосферата од врвот до дното е пробиена од струи на многу брзо наелектризирани честички - космички зраци. Мал дел од нив доаѓа од Сонцето, а остатокот - од длабочините на вселената на нашата Галаксија.
Понекогаш особено моќни струи на наелектризирани честички избиваат од површината на Сонцето. На надморска височина од неколку стотици километри над Земјата, нивните електромагнетни полиња ги возбудуваат атомите и предизвикуваат да испуштаат светлина. Потоа ја гледаме северната светлина. Тие се одвиваат главно на големи географски широчини, а жителите на умерените зони речиси никогаш немаат можност да уживаат во неверојатно убавата игра на светлосните столбови кои треперат со сите бои на виножитото.
Молња
Но, на сите им е познато бурата со грмотевици. Монструозната акумулација на електрична енергија на еден знак во облак предизвикува искра, чија должина понекогаш надминува десетици километри. Чудно менувајќи го својот пат во зависност од спроводливоста на воздухот и предметите што ги удира, молњите често произведуваат впечатливи ефекти. Најневеројатните од нив се дадени во книгата „Атмосфера“ од францускиот астроном Фламарион.
„Ниту една театарска игра, ниту еден трик не може да се натпреварува со молњите во изненадувањето и чудноста на нејзините ефекти, како нешто помеѓу несвесните сили на природата и свесната душа на човекот е некој вид на тоа е дух, суптилен и чуден, лукав и глупав во исто време, јасновидец или слеп, поседува волја или принуден, се движи од една во друга крајност, страшно и неразбирливо Не можеш да го фатиш тоа и тоа е сè негово, исто како и нашето, се чини дека се само каприци, но всушност се предмет на некои непроменливи закони Овде тој убива и пали човек на лице место, не само што штеди, туку и без да ја допре неговата облека, која таму го соблекува човекот, без да му нанесе ниту една гребнатинка на друго место краде монети без да си го оштети паричникот или џебот. потоа му ги соблекува чевлите на патникот и му ги фрла чевлите десетина метри на страна, па, конечно, во едно село буши куп чинии во центарот и, згора на тоа, наизменично, низ две парчиња... Каков ред може да се воспостави овде“.
Следниве наведуваат околу сто различни случаи. На пример: „На еден многу влакнест човек, фатен во бура во близина на Е., молњите му ја избричиле косата на ленти по целото тело, се тркалале во топки и му биле набиени длабоко во дебелината на мускулите на потколеницата“. Или пак: „Во летото 1865 година, лекарот од периферијата на Виена, доктор Дрендингер, се враќаше дома од железницата, кога се симна од вагонот, се испостави дека му бил украден.
Оваа чанта беше желка, а на еден од нејзините капаци имаше инкрустиран челичен монограм на лекар: две испреплетени Д.
Некое време подоцна, докторот бил повикан кај странец кој бил „убиен“ од гром и пронајден онесвестен под дрво. Првото нешто што лекарот го забележал на бутот на пациентот бил неговиот сопствен монограм, како штотуку да бил фотографиран. Можете да го процените неговото изненадување! Пациентот бил оживеан и префрлен во болница. Таму лекарот рече дека паричникот од желка на пациентот мора да биде некаде во џебовите на пациентот, што се покажа како сосема фер. Субјектот беше истиот крадец кој го украде паричникот, а струјата го жигоса, топејќи го металниот монограм“.
Интересно е што во статистиката што ја наведува Flammarion, бројот на убиени жени е речиси три пати помал од оној на мажите. Ова, се разбира, не се објаснува со галантноста на молњите, туку едноставно со фактот дека во тие денови (почетокот на 20 век) во Франција, мажите имале поголема веројатност да работат на терен.
Неодамна американските весници објавија случај достоен за Фламарион. Гром удрил во фрижидерот и во него го испржил пилешкото, кое потоа безбедно се изладило, бидејќи фрижидерот останал во функција.
Човек, се разбира, може да се сомнева во веродостојноста на сите наведени случаи, но не може а да не се согласи дека молњата навистина е способна да прави чуда. Не е секогаш можно да се објаснат. Испуштањето трае само околу сто илјадити дел од секундата и нема подготовка за негово набљудување во вакви исклучителни случаи. Невозможно е да се повтори настанот подоцна: нема да ја создадете истата молња, а да не зборуваме за други услови.
Но, во принцип, сè не е толку мистериозно како што му изгледаше на Фламарион. На крајот сè се сведува на такви вообичаени ефекти на струјата како топлина, електромагнетни полиња и хемиски реакции. Само струјата е огромна: десетици, па дури и стотици илјади ампери.
Главната работа е да не ги разберете безбројните необичности. Треба да разбереме како електричното полнење се акумулира во облак со грмотевици. Што предизвикува електрификација на капките вода, и зошто полнежите од спротивниот знак се просторно одделени во облакот? Овде сè уште не е сè целосно јасно.
Како прво, не постои единствен механизам за полнење капки.
Неколку такви механизми се со сигурност познати и тешко е да се процени кој од нив ја игра главната улога. Еве две од нив. Во електричното поле на Земјата (веќе споменавме дека земјината топка е негативно наелектризирана), капка вода е поларизирана. На долниот дел се акумулира позитивен полнеж, а на горниот дел се акумулира негативен. Кога паѓа голема капка, таа претежно зафаќа негативни воздушни јони и стекнува електричен полнеж. Позитивните јони се носат нагоре со зголемениот проток на воздух.
Друг механизам е полнењето на капките кога тие се згмечени од воздушните струи што доаѓаат. Малите прскања се наелектризираат негативно и се носат нагоре, додека големите прскања, позитивно наелектризирани, паѓаат надолу.
И двата механизми обезбедуваат полнење на капките и просторно раздвојување на полнежите од спротивниот знак во облакот. Вообичаено, негативен полнеж се акумулира на дното на громовиот облак (освен за мала, позитивно наелектризирана област), а позитивното полнење се акумулира на врвот.
Ситуацијата е многу полоша со објаснувањето на топката молња, која понекогаш се појавува по силно празнење на линеарна молња. Обично ова е светлечка топка со дијаметар од 10 - 20 сантиметри. Честопати наликува на „маче со средна големина, свиткано во топка и се тркала без помош на нозете“. Топчестата молња може да експлодира при допирање на предмети, предизвикувајќи значително уништување.
Топчестата молња е можеби единствениот макроскопски феномен на Земјата кој сè уште нема сигурно објаснување. Сферично празнење не може да се добие во лабораторија. Тоа е целата поента.
Огнот на Свети Елмо
Пред или за време на бура со грмотевици, светлосни конуси слични на ресни често трепкаат на точките и острите агли на високо подигнатите објекти. Овој бавен и мирен исцедок уште од античко време се нарекува оган на Свети Елмо.
Можете исто така да прочитате од Тит Ливиј дека кога флотата на Лисандер го напуштила пристаништето за да ги нападне Атињаните, светлата се запалиле на јарболите од галијата на адмиралот. Старите го сметаа појавувањето на светлата на Елмо за добар знак.
Алпинистите особено често се сведоци на оваа појава. Понекогаш не само металните предмети, туку и краевите на косата на главата се украсени со мали прозрачни облаци. Ако ја кренете раката, можете да го почувствувате карактеристичното чувство на печење како електрична струја што тече од вашите прсти. Честопати ледените секири почнуваат да брмчат како голем бумбар.
Огнот на Свети Елмо не е ништо повеќе од форма на испуштање корона, лесно произведено во лабораторија. Наполнетиот облак предизвикува електрични полнежи со спротивен знак на површината на Земјата под него. Особено големо полнење се акумулира на врвовите. Кога јачината на електричното поле ќе достигне критична вредност од 30.000 V/cm, започнува празнењето. Електроните формирани во близина на врвот поради вообичаената јонизација на воздухот се забрзуваат од полето и, судирајќи се со атомите и молекулите, ги уништуваат. Бројот на електрони и јони се зголемува како лавина, а воздухот почнува да свети.
Електричен полнеж на Земјата
Громовиот облак не го задржува полнењето долго. Удари неколку молњи и облакот се испушта. Полнењето на земјината топка, доколку не се обрне внимание на мали флуктуации, останува непроменето. На површината на Земјата, електричното поле не е толку мало: 130 V/m. На прв поглед ова е прилично чудно. Поради атмосферските јони, воздухот спроведува струја, а пресметките покажуваат дека за околу половина час земјината топка треба целосно да се испразни. Затоа, главната тешкотија не е во откривањето на потеклото на обвинението, туку во разбирањето зошто тоа не исчезнува.
Постојат две причини за обновување на полнежот на Земјата. Прво, удира гром. На Земјата дневно се случуваат повеќе од 40 илјади грмотевици и секоја секунда ја погодуваат Земјата околу 1.800 молњи. Долниот дел од облакот носи негативен полнеж и, според тоа, удар на гром е пренос на одреден дел од негативната електрична енергија на земјината топка.
Во исто време, за време на грмотевици, струи произлегуваат од бројни зашилени објекти (огнот на Свети Елмо), кои отстрануваат позитивен полнеж од површината на земјата.
Тешко е да се постигне рамнотежа овде, но генерално, очигледно, крајот се среќаваат. Губењето на негативниот полнеж во областите на земјината површина над кои има ведро небо се компензира со напливот на негативни полнежи на места каде што беснеат грмотевици.
Па, од каде потекнува полнежот на Земјата и зошто е негативен? Тука треба да шпекулираме. Според Френкел, на почетокот мала наплата настанала од случајни причини. Потоа почна да расте поради „механизмот на грмотевици“ за кој се дискутираше додека не се воспостави динамична рамнотежа која постои до ден-денес.
Полнењето првично може да биде позитивно. Тогаш капките вода од громовиот облак би се поларизирале поинаку, а молњите би ѝ пренеле позитивен полнеж на Земјата. Генерално, се би било исто како што е сега, но би се смениле само улогите на позитивни и негативни полнежи.
Магнетното поле на Земјата го привлече вниманието на луѓето многу порано од електричното поле. Тој е откриен исклучително едноставно, но неговата улога во животот на нашата планета е далеку од ограничена само на помагање на нејзините жители да го најдат вистинскиот пат со помош на компас во огромниот океан, тајга или пустина.
Ако електричното поле практично не се протега подалеку од долните слоеви на атмосферата, тогаш магнетното поле се протега на 20 - 25 земјени радиуси. Само на надморска височина од 100.000 километри престанува да игра забележлива улога, приближувајќи се до големината на полето на меѓупланетарниот простор.
Магнетното поле го формира третиот „оклопен појас“ кој ја опкружува Земјата заедно со атмосферата и јоносферата. Окото не дозволува струи на космички честички да се приближат до Земјата, освен ако нивната енергија е превисока. Само во областа на магнетните полови овие честички можат слободно да ја нападнат атмосферата.
На големи надморски височини, магнетното поле е мало, но покрива огромни области од вселената. Дејствувајќи на наелектризирана честичка долго време, таа значително ја менува својата траекторија. Наместо права линија, околу линиите на теренот се врти спирала. По линиите на сила, магнетното поле ги придвижува честичките кон половите. Меѓутоа, понекогаш, ако брзината на честичката е голема, таа нема време да направи ниту едно вртење, а потоа можеме да зборуваме само за искривување на траекторијата.
Во согласност со законот на Ампер, честичката што лета по линијата на полето не е под влијание на магнетно поле. Затоа честичките можат слободно да летаат до половите, од каде што излегуваат линиите на сила. Не е изненадувачки што корпускуларните текови од Сонцето предизвикуваат горните слоеви на воздушниот океан да светат главно на половите.
Патем, самите овие струи на честички создаваат значителни магнетни полиња и предизвикуваат „магнетни бури“, при што иглата на компасот почнува беспомошно да стрела.
Радијационите појаси на Земјата, откриени релативно неодамна со помош на вселенски ракети, не се ништо повеќе од наелектризирани честички со не премногу високи енергии, заробени од магнетна стапица поставена од нашата планета. Тоа е магнетното поле кое држи роеви наелектризирани честички на големи височини, како ореоли што ја опкружуваат Земјата. Електроните доминираат во надворешниот појас, а протоните доминираат во внатрешниот појас, каде што јачината на полето е поголема. За летовите на астронаутите на големи височини, овие појаси претставуваат вистинска опасност.
Глобус - сферично динамо
Потеклото на копнениот магнетизам е уште позбунувачки прашање од потеклото на електричното поле. Не може да се објасни со акумулација на магнетизирани карпи. Интересната идеја на Френкел, изнесена релативно неодамна, очигледно ни овозможува да разбереме нешто овде. Земјиното јадро е генератор на електрична струја, кој работи на принципот на самовозбудување, како конвенционална динамо.
Веројатно нема да ви биде тешко да се сетите што е овој принцип. Во динамосите, струјата настанува кога проводниците се движат во магнетно поле, кое самото е создадено од истата струја. Ако на почетокот нема струја, тогаш со одредена брзина на ротација се појавува и почнува да се зголемува. На крајот на краиштата, секогаш има мало преостанато поле. Создава струја што малку го зголемува магнетното поле. Поради ова се зголемува струјата, а потоа и магнетното поле итн., до одредена ограничувачка вредност.
За да можеме да ја споредиме земјината топка со генератор, прво мора да претпоставиме дека јадрото на Земјата е течно и способно да спроведува електрична струја. Нема ништо неверојатно во овие претпоставки. Но, од каде можат да дојдат движењата на спроводливите маси на јадрото? Со динамо едноставно ја вртиме арматурата, но тука нема надворешни влијанија.
Сепак, може да се најде излез. Поради радиоактивното распаѓање на нестабилните елементи, температурата во центарот на јадрото треба да биде малку повисока отколку на неговата периферија. Поради ова, се јавува конвекција: пожешките маси од центарот на јадрото брзаат нагоре, а постудените се спуштаат надолу. Но, Земјата ротира и брзината на масите на површината на јадрото е поголема отколку во нејзините длабочини. Затоа, флуидните елементи што се зголемуваат ја забавуваат ротацијата на надворешните слоеви на јадрото, додека опаѓачките елементи, напротив, ги забрзуваат внатрешните слоеви. Како резултат на тоа, внатрешниот дел од јадрото се ротира побрзо од надворешниот и игра улога на ротор на генератор, додека надворешниот дел игра улога на статор.
Во таков систем, како што покажуваат пресметките, можно е самовозбудување и појава на вртложни електрични струи со значителна големина.
Овие струи, според хипотезата на Френкел, создаваат магнетно поле околу Земјата!
Енергијата за одржување на струјата се црпи од радиоактивното загревање на супстанцијата, што создава струи на конвекција во јадрото.
Тешко е да се каже дали тоа е така во реалноста. Во секој случај, поправилно е да се нарече Земјата „голема динамо“ отколку „голем магнет“, како што се прави во многу книги.
Магнетното поле ја опкружува не само Земјата, туку може да постои и околу други планети и ѕвезди. Тој го става „својот печат“ на светлосните бранови емитирани од атомите на Сонцето и ѕвездите, а со тоа им дава можност на физичарите да се откријат себеси.
Месечината, како што покажаа мерењата на нашите и американските научници, нема магнетно поле. Го нема ниту Венера. Марс можеби има магнетно поле, но е многу слабо, барем 1000 пати послабо од Земјиното. Ова беше воспоставено со помош на нашите вселенски орбитални станици Марс 2 и Марс 3.
Вселенска електродинамика
Откако почнавме да зборуваме за магнетните полиња на планетите и ѕвездите, тивко навлеговме во нова област, областа на космичката електродинамика. Овде сè уште е малку сигурен; многу помалку од различни хипотези. Но, многу од она што беше интересна претпоставка вчера, денес станува речиси сигурен факт. Главната работа е што се покажа дека електромагнетните сили не играат мала улога во вселената, како што претходно се претпоставуваше.
Разјарената површина и атмосферата на Сонцето... Џиновски јазици од жешка материја се издигнуваат нагоре. Виори и торнада со големина на нашата планета. Бури, континуирани бури, но огнени, пенливи. Бури не само на материјата, туку и на магнетното поле.
Понекогаш црни дамки излегуваат од длабочините на Сонцето во парови. Магнетното поле во овие области се зголемува илјадници пати.
Огромни сили понекогаш исфрлаат цели гроздови наелектризирани честички од Сонцето. Надминувајќи ја гравитациската привлечност, тие паѓаат во атмосферата на Земјата со брзина од неколку илјади километри во секунда.
Тешко е за физичарот да препознае некаков образец, некаков ред. Тешко е да се разбере природата на силите во материја која се врти. Ова се случува далеку, многу далеку и воопшто не е како она што можеме да го видиме на нашата планета.
Тешко, но не и невозможно. На температурите што постојат на Сонцето, не може да има ниту неутрални атоми ниту неутрални молекули. Тие едноставно не можат да преживеат, исто како што не може да преживее парната локомотива која со полна брзина удри во воз што доаѓа од спротивната страна.
И таков целосно јонизиран гас, или целосно јонизирана плазма, како што велат физичарите, совршено спроведува електрична струја. Ова овозможува електромагнетните сили да се шират и да ја покажат својата моќ на ново поле.
Во магнетно поле во движечка плазма со висока температура, се возбудуваат електрични струи со значителна големина. Поради нивната добра спроводливост, тие немаат тенденција да бледнеат. Затоа, во медиум, заедно со вообичаените еластични сили, силите на магнетната интеракција на струите добиваат не помала важност. И ако движењето на едноставен медиум е опишано со законите на хидродинамиката, тогаш тука владее магнетна хидродинамика.
Се разбира, сè уште сме многу далеку од разбирање на сè што се случува на Сонцето. Но, постои уверување дека главните феномени, кои се движат од исфрлање на цели маси на материја до појава на сончеви дамки, се должат на магнетните интеракции.
И не само тоа! Меѓуѕвездениот гас е силно јонизиран со зрачење. Неговата густина е мала (1 честичка на кубен сантиметар), но тоа се компензира со огромната големина на облаците. Електричните струи и, соодветно, магнетните полиња во нив не можат да се игнорираат.
Движечките облаци ја исполнуваат целата галаксија, и затоа целата галаксија е исполнета со магнетно поле. И не само самата Галакси, туку и соседните региони на вселената.
Магнетните полиња овде не се силни и не можеме директно да ги согледаме. Но, знаеме дека постојат! Од каде?
Радио емисија на Галаксијата и космичките зраци
Кога би можеле да видиме радио бранови, тогаш не едно, туку три Сонца (поточно „радио сонца“) би светкале на небото. Еден од нив е во соѕвездието Касиопеја, другиот е во Лебед и, конечно, ова е нашето обично Сонце *. Но, покрај тоа, би забележале многу помалку светли „радио сонца“ и слаба расфрлана „радио светлина“ кои доаѓаат до нас од сите агли на Галаксијата, па дури и од навидум празни места во непосредна близина до неа.
* (Сонцето е обична ѕвезда и само неговата близина до нас му овозможува да се натпреварува во „радио осветленост“ со првите два извори, неизмерно помоќни од Сонцето.)
Некои радио бранови произлегуваат од судири на наелектризирани честички на топол гас. Ова е термичко (bremsstrahlung) зрачење. Не може да ни каже ништо за магнетните полиња на Галаксијата. Но, постои уште еден, нетермички дел, чија лулка е магнетното поле. Ги обвиткува брзите космички електрони и, вртејќи се во спирала, овие електрони испуштаат електромагнетни бранови, исто како што френетично ротирачкиот камен што се распрснува околу себе, ако ја допрете неговата површина со ножот на ножот. Може да се тврди дека таму каде што се раѓаат радио бранови, нужно има магнетни полиња!
Но, од каде доаѓаат брзите електрони во вселената? Радио емисиите се генерираат од нив, а таму каде што има особено моќни извори на радио бранови, мора да бараме вселенски акцелератори. Ова значи дека тие далечни моќни „радио сонца“ за кои се дискутираше се главно такви космички акцелератори.
Навикнати сме на мирни длабочини на ведро ноќно небо. Ништо не изгледа толку непоколебливо и вечно како „хармоничниот хор“ на небесните тела. Во принцип, вака е. Но, понекогаш се случуваат катастрофи; катастрофи од чисто космички размери. Ѕвезда која го живее својот нормален живот со милијарди години одеднаш почнува монструозно да отекува од непознати причини. (Ако ова се случеше со нашето Сонце *, тогаш многу наскоро орбитите на сите планети ќе беа внатре во него.) Светлината на ѕвездата (наречена е супернова) се зголемува стотици милиони пати, а може да се види во небо сред бел ден. Постепено, осветленоста се намалува, а на местото на ѕвездата останува небулозен облак, понекогаш тешко да се препознае преку телескоп.
* (Таквата експлозија навистина не му се заканува на сонцето. Неговата маса е премала.)
Се надеваме дека сите повеќе или помалку разбираат што е напон во електричната мрежа. Овде зборот тензија го има токму истото значење.
Во Галаксијата со нејзините милијарди ѕвезди, ваква појава се забележува еднаш на секои 100 - 200 години. Од пронаоѓањето на телескопот, не се појави ниту една супернова.
Значи, „радио сонцата“ се претежно остатоци од супернови. Само во правец на соѕвездието Лебед веројатно забележуваме траги од уште помоќна катастрофа; експлозија на цела галаксија слична на нашата.
Може да се замисли дека наелектризираните честички (електрони, протони и атомски јадра) го добиваат своето почетно забрзување од џиновскиот ударен бран што ја придружува експлозијата на суперновата. Последователно, електромагнетните сили почнуваат да дејствуваат. Зголемувањето на магнетните полиња предизвикува електрично поле. Ова поле можеби не е толку големо, но поради неговите космички димензии ги забрзува поединечните честички до енергии кои сè уште не се достапни за акцелераторите создадени од човекот.
Некои космички зраци се обезбедени од помалку моќните индуктивни електрични полиња на Сонцето и другите ѕвезди.
Веројатно постои друг механизам за забрзување на космичките честички. Кога подвижен магнетизиран облак од меѓуѕвезден гас ќе се сретне со брза честичка, се случува процес сличен на судир на две топки. Само улогата на обичните еластични сили ја игра интеракцијата на честичката со индукциското електрично поле генерирано од магнетното поле кое се движи заедно со гасот. При таков судир, енергијата на честичката треба да се зголеми, исто како што се случува кога лесна топка ќе се судри со многу тешка. По голем број судири, честичката може да добие значителна енергија.
Случајните магнетни полиња на Галаксијата не само што забрзуваат, туку и ги расфрлаат космичките честички. Како резултат на тоа, тие веќе пристигнуваат на Земјата рамномерно од сите страни, а не само од оние места каде што се забрзани. Супермоќни честички летаат кон нас, веројатно од соседните галаксии.
Не можеме да тврдиме дека сè на светот се случува на начин и само онака како што ние штотуку ви кажавме. Ова е само најприродната слика на електромагнетните феномени во Универзумот од модерна гледна точка. Напишано е, како што можете да видите, со многу големи потези. И ова се случи не само поради фактот што сликата е многу голема. Деталите за феноменот остануваат нејасни за самите уметници-научници. И „бојата“ на сликата сè уште не се „суши“: сликата е создадена неодамна, пред неколку години, и само нејзиниот интегритет ни дава надеж дека е фундаментално точна.
Додека величествените феномени што му доликуваа се играа во вселената, во еден од московските станови „малиот пријателски тим“ (како што се нарекуваа авторите) беше растргнат од противречности. Во времето кога работата на книгата веќе беше во полн замав, на авторите им стана јасно дека нивните позиции, благо кажано, не се совпаѓаат целосно.
Суштината на спорот, како што е јасно од она што следува, овозможува да му се додели на еден од коавторите името Кротки (скратено ДО), а зад другиот - итрица (скратено СО).
ДО. Знаеш колку те почитувам! Но, што правиш?
Наместо случајна приказна за суштината на силите, вие, откако се претворивте во архивар, скрупулозно, со непотребни детали, ги регистрирате сите манифестации на електромагнетни сили што ги знаете. Покрај тоа, барате описи во книгите на манифестации на сили кои, извинете, воопшто не ги знаете.
Дали за ова сонуваше нашиот читател при купувањето на книгата? Што мислите, дали му треба уште еден учебник?
СО. Простете, но бидејќи книгата не е одобрена од Министерството, таа се уште не е учебник. И покрај тоа, нели ветивме дека ќе зборуваме за силите во природата? Тоа значи за силите што го опкружуваат секој од нас. Невозможно е, нема начин да се заобиколат триењето, еластичноста, хемиските сили итн. На крајот на краиштата, ние не пишуваме за млади филозофи кои сакаат да ги знаат само основните работи и не ги интересира што се случува околу нас, над нас и долу нас секој ден.
ДО. Верувам дека имаш големи намери. Но, ако го следите вашиот пат, ќе треба, на пример, да зборувате не само за триењето во течностите воопшто, туку и за триењето на топка, цилиндар, коцка итн. Тогаш сè ќе се среди.
Се разбира, малку претерувам, но вие несомнено имате желба да ги средите работите.
СО. Што предлагате, да се постапи според старата шега, во која учениот син ги воодушевувал своите родители и сите околу него со крајниот научен лаконизам на неговите одговори? Тој одговори на сите прашања: што, како и зошто, накратко - ова е струја.
И дали треба да напишеме: еластичноста е електрична енергија; триењето е исто така електрична енергија; хемиските сили се електрични сили итн.
ДО. И погледнете што добивте. Еве ја структурата на гасовите заедно со течностите (што им е познато на сите), и карактеристиките на силите во кристалите (кои малкумина ги знаат, но речиси никого не ги интересираат)...
Ако сепак сакате да пишувате за нив, пишете. Но, пишувајте така што читателот да не заспие или да ја фрли книгата некаде далеку.
СО. Да, мора да разберете дека ова е тешко, многу тешко.
Поинтересно и полесно е да се пишува, на пример, за теоријата на релативноста отколку за хемиските сили. Освен тоа, треба да се напише цела книга за секој тип на електромагнетна сила. Иако сакате да бидете кратки, тешко е да не бидете досадни.
ДО. Не само што е поинтересно да се пишува за теоријата на релативноста, туку и поинтересно е да се чита за неа.
СО. Па, овој дел од книгата нека биде енциклопедија, но енциклопедија, сепак (се ласкам) попогодна за не премногу исцрпувачко читање.
ДО. Гледам дека истрајуваш. Но, во вашата приказна, меѓу другото, нема ни елементарна конзистентност. По космичките зраци, веднаш сакате да преминете на електрична риба.
СО. Па што? Риби, па риби. Оние кои не се заинтересирани за нив може да не ги читаат.
И воопшто, зошто да не напишеме во предговорот дека секој читател може да избере од деловите на поглавјето „Електромагнетни сили во акција“ само оние што го интересираат. Во најлош случај, воопшто не го читајте ова поглавје.
ДО. Хмм...пошто си толку тврдоглав, се чини дека ова е навистина единствената опција.
СО. Не биди премногу вознемирен. Има и уредник. Ќе рече: фрли го сето - ќе го фрлиме.
Електрична риба
Значи, електрична риба. Ова се уникатни суштества кои се разликуваат од нивните ближни по тоа што носат живи галвански елементи. Електричната струја што ја произведуваат служи како средство за одбрана или напад.
Интересно е што меѓу фосилните риби имало многу повеќе електрични риби отколку меѓу живите риби. Очигледно, експлицитната употреба на електромагнетни сили се покажа дека не е толку ефикасна како подобрување на силите што се манифестираат имплицитно: првенствено мускулните.
Највпечатлив претставник на расата што не интересира е електричната жила. Оваа риба, која живее во топли мориња, тежи околу 100 килограми и достигнува околу два метри во должина. Неговите електрични органи, сместени на страните на главата, тежат повеќе од половина килограм. Неуморната жила е способна да произведе струја од 8 ампери на напон од 300 волти. Ова претставува сериозна опасност за луѓето.
Тешко е да се очекува голема чувствителност на струја од електрична риба. Навистина, жицата лесно поднесува стрес кој е фатален за другите риби.
Електричните органи на жицата се изненадувачки слични по структура со батерија од галвански ќелии. Тие се состојат од бројни плочи собрани во колони (сериско поврзување на елементи), кои се наоѓаат една до друга во многу редови (паралелно поврзување).
Едната страна на плочата е мазна и носи негативен полнеж. Другата, со испакнати папили, е позитивно наелектризирана. Како што се очекуваше, целиот уред е затворен во електрично изолациона ткаенина.
Нема да се обидеме да навлегуваме во механизмот на генерирање на електромоторна сила во органите на жицата, исто како што едно време не го разбиравме принципот на работа на конвенционалната галванска ќелија (ќе го следиме советот на К). Овде има уште многу непознати. Само едно може да се каже со сигурност: работата на електричните органи се заснова на хемиски сили, како во галванска ќелија.
Исто така, нема да го прошириме кругот на познаници меѓу електричните риби.
Невозможно е да не се спомене уште еден извонреден жител на Нил - мормирус или воден слон. Оваа риба е опремена со неверојатен локатор. Во основата на неговата опашка има генератор на наизменична електрична струја кој испраќа импулси со фреквенција од неколку стотици вибрации во секунда. Околните објекти го искривуваат електромагнетното поле околу мормирусот, што веднаш го открива приемниот уред на неговиот грб. Чувствителноста на локаторот е невообичаено висока. Мормирус не може да се фати во мрежа. Во аквариумот, тој почнува да брза наоколу веднаш штом ќе поминете со чешел низ неговата коса неколку пати.
Како функционира локаторот сè уште не е разјаснето. Се надеваме дека деталното проучување на ова прашање ќе помогне да се воспостави подводна електромагнетна комуникација, што сè уште не е возможно поради високото слабеење на електромагнетните бранови во водата.
Природата на нервниот импулс
На крајот, жицата и рибите како него, со сета своја електрична опрема, не се ништо повеќе од каприц на природата. Природата ѝ додели неспоредливо позначајна улога на бесплатната електрична енергија во живите организми. Овој електрицитет служи на комуникациски линии кои пренесуваат „телеграми“ до мозокот од сетилата за сè што се случува во надворешниот свет, а одговорот на мозокот наредува до сите мускули и сите внатрешни органи.
Нервите го проникнуваат целото тело на повеќе или помалку совршени живи суштества и благодарение на нив телото делува како единствена целина, понекогаш дејствувајќи со неверојатна цел. Откако ќе се исече нервот што води до мускулот, тој станува парализиран, исто како што моторниот цилиндар престанува да работи ако жицата што ги пренесува тековните импулси до свеќичката е скршена.
Ова не е само површна аналогија. Уште од времето на Галвани, утврдено е дека сигналот што се пренесува на нервните влакна (нервен импулс) е краткотраен електричен импулс. Точно, ситуацијата е далеку од едноставна како што може да се мисли. Нервот не е пасивен канал со висока спроводливост, како обична метална жица. Напротив, наликува на она што во технологијата се нарекува релејна линија, кога дојдовниот сигнал се пренесува само до соседните делови на линијата, каде што се засилува и дури потоа се лизга понатаму, таму повторно се засилува итн. Благодарение на ова, сигналот може да се пренесе без слабеење на значителни растојанија, и покрај природното слабеење.
Што е нерв? Од Р. Жерар можете да прочитате: „Ако пајакот, кој го гледаме од земја како виси на мрежа на височина од шесткатна зграда, би се намалил во големина за уште еден фактор од дваесет (вклучувајќи ја и конецот на кој виси), многу би наликувал на нервна клетка или неврон Телото на нервната клетка не се разликува од другите клетки ниту по големината ниту по која било друга карактеристика... Меѓутоа, невронот, за разлика од обичните, нељубопитни клетки. има не само клеточно тело - испраќа структури слични на нишки за истражување во далечни делови од телото... Сепак, еден тенок процес со дијаметар помал од 0,01 милиметри. , како да е опседнат со желба за скитници, се протега од невронот до огромни растојанија, измерени во сантиметри, па дури и во метри.
Сите неврони на централниот нервен систем се собрани заедно во мозокот и 'рбетниот мозок, каде што формираат сива материја... А само долгите процеси - аксони - ги поврзуваат со остатокот од телото. Снопови од овие аксони, или аксијални процеси, кои се протегаат од нервните клетки блиску една до друга, формираат нерви.“ Специјална супстанција, миелинот, обвива тенок слој околу повеќето аксони, исто како изолационата лента што се обвива околу електричната жица.
Самиот аксон може поедноставено да се замисли како долга цилиндрична цевка со површинска мембрана која одвојува два водени раствори со различен хемиски состав и различни концентрации. Мембраната е како ѕид со голем број на полуотворени врати, низ кои јоните на растворите можат да се притиснат само со голема тешкотија. Најневеројатно и најнеразбирливо е што електричното поле ги „затвора овие врати“ и со неговото слабеење тие се отвораат пошироко.
Во состојба на мирување, во аксонот има вишок на калиумови јони; надвор - натриум јони. Негативните јони се концентрирани главно на внатрешната површина на мембраната и затоа таа е негативно наелектризирана, додека надворешната е позитивно наелектризирана.
Кога нервот е надразнет, настанува делумна деполаризација на мембраната (намалување на полнежите на нејзините површини), што доведува до намалување на електричното поле во неа. Како резултат на тоа, „вратите“ малку се отвораат за натриумовите јони и тие почнуваат да навлегуваат во влакното. На крајот, внатрешноста на аксонот станува позитивно наелектризирана на ова место.
Така настанува нервен импулс. Строго кажано, ова е пулс на напон * предизвикан од протокот на струја низ мембраната.
* (Се надеваме дека сите повеќе или помалку разбираат што е напон во електричната мрежа. Овде зборот тензија го има токму истото значење.)
Во овој момент, „вратите се отвораат“ за јони на калиум. Поминувајќи на површината на аксонот, тие постепено го враќаат напонот (околу 0,05 волти) што го имал невозбудениот нерв.
Во исто време, некои од јоните од соседната област „пробиваат низ вратите на соседите“. Поради ова, полето овде исто така почнува да слабее, а целиот процес се повторува во нов дел од аксонот. Како резултат на тоа, нервниот импулс се движи долж нервот на една личност до мозокот, без да бледне, со брзина од околу 120 метри во секунда.
Јоните на натриум и калиум, раселени од нивните домови за време на минување на пулсот, постепено се враќаат директно низ ѕидот поради хемиски процеси, чиј механизам сè уште не е разјаснет.
Восхитувачко изненадување е што целото однесување на повисоките животни, сите креативни напори на човечкиот мозок на крајот се засноваат на овие екстремно слаби струи и најдобрите, микроскопски хемиски реакции.
Биолошки струи на мозокот
Овде ја допираме светињата на живата природа - човечкиот мозок. Електричните процеси се случуваат континуирано во мозокот. Ако на челото и на задниот дел од главата се поставени метални плочи, поврзани преку засилувач со уред за снимање, тогаш може да се снимаат континуирани електрични осцилации на церебралниот кортекс *. Нивниот ритам, форма и интензитет значително зависат од состојбата на личноста.
* (Осцилациите се забележани не само во човечкиот мозок, туку и во мозоците на животните.)
Во мозокот на човек кој тивко седи со затворени очи, не размислува за ништо, се јавуваат околу 10 вибрации во секунда. Кога човек ги отвора очите, мозочните бранови исчезнуваат и повторно се појавуваат кога очите се затворени. Кога човек заспива, ритамот на вибрации се забавува. Според природата на вибрациите, можете многу точно да го одредите моментот на почетокот и крајот на сонот.
Кај болестите на мозокот, природата на електричните осцилации особено остро се менува. Така, патолошките флуктуации на епилепсијата можат да послужат како сигурен знак за болеста.
Сето ова докажува дека мозочните клетки се во состојба на постојана активност, а голем број од нив, како што вели Џерард, „вибрираат заедно како виолини на огромен оркестар“. Нервните импулси кои влегуваат во мозокот не ги следат добро изгазените патишта, туку ја менуваат целата слика за распределбата на вибрациите во церебралниот кортекс.
Моделот на електричната активност во мозокот се менува со возраста во текот на животот и учењето.
Мора да се претпостави дека електричните вибрации не ја придружуваат едноставно работата на мозокот, како бучавата - движењето на автомобилот, туку се најважниот момент од целата негова животна активност. Во електронски компјутер, способен да врши поединечни функции на мозокот дури и подобро од самиот мозок, електромагнетните процеси ја одредуваат целата работа.
Мора да се нагласи дека секоја сензација, секоја мисла воопшто не одговара на сопствената, специфична вибрација. Сè уште не можеме да одредиме за што мисли човекот со обликот на електричните вибрации.
Сè уште не знаеме какви функции извршуваат овие процеси во мозокот. Но, тие јасно покажуваат дека материјалната основа на размислувањето се електромагнетните процеси во највисоко организираната материја што природата ја создала на нашата планета.
Нашата Земја и другите планети имаат и магнетни полиња и електрични. Беше познато пред околу 150 години дека Земјата има електрично поле. Електричниот полнеж на планетите во Сончевиот систем го создава Сонцето поради ефектите на електростатската индукција и јонизацијата на планетарната материја. Магнетното поле се формира поради аксијалната ротација на наелектризираните планети. Просечното магнетно поле на Земјата и планетите зависи од просечната површинска густина на негативниот електричен полнеж, аголната брзина на аксијалната ротација и радиусот на планетата. Затоа, Земјата (и другите планети), по аналогија со поминувањето на светлината низ леќата, треба да се сметаат за електрична леќа, а не за извор на електрично поле.
Ова значи дека Земјата е поврзана со Сонцето користејќи електрична сила, самото Сонце е поврзано со центарот на Галаксијата користејќи магнетна сила, а центарот на Галаксијата е поврзан со централната кондензација на галаксиите преку електрична сила.
Електрично, нашата планета е како сферичен кондензатор наполнет на приближно 300.000 волти. Внатрешната сфера - површината на Земјата - е негативно наелектризирана, надворешната сфера - јоносферата - е позитивно наелектризирана. Атмосферата на Земјата служи како изолатор.
Низ атмосферата постојано течат јонски и конвективни струи на истекување на кондензаторот, кои достигнуваат многу илјади ампери. Но, и покрај ова, потенцијалната разлика помеѓу плочите на кондензаторот не се намалува.
Ова значи дека во природата постои генератор (G) кој постојано го надополнува истекувањето на полнењата од кондензаторските плочи. Таков генератор е магнетното поле на Земјата, кое ротира заедно со нашата планета во текот на сончевиот ветер.
Како и кај секој наполнет кондензатор, електричното поле постои во земниот кондензатор. Јачината на ова поле е многу нерамномерно распоредена во висина: таа е максимална на површината на Земјата и е приближно 150 V/m. Со висина приближно се намалува според експоненцијалниот закон и на надморска височина од 10 km е околу 3% од вредноста на површината на Земјата.
Така, речиси целото електрично поле е концентрирано во долниот слој на атмосферата, во близина на површината на Земјата. Векторот на јачината на електричното поле на Земјата Е генерално е насочен надолу. Електричното поле на Земјата, како и секое електрично поле, делува на полнежи со одредена сила F, која ги турка позитивните полнежи надолу кон земјата, а негативните полнежи нагоре во облаците.
Сето тоа може да се види во природните појави. На Земјата постојано беснеат урагани, тропски бури и многу циклони. На пример, порастот на воздухот за време на ураган се јавува главно поради разликата во густината на воздухот на периферијата на ураганот и во неговиот центар - грејната кула, но не само. Дел од лифтот (околу една третина) е обезбеден од електричното поле на Земјата, според законот на Кулон.
Океанот за време на бура е огромно поле, расфрлано со точки и ребра, на кое се концентрирани негативни полнежи и интензитетот на електричното поле на Земјата. Молекулите на водата што испаруваат во такви услови лесно ги доловуваат негативните полнежи и ги носат со себе. И електричното поле на Земјата, во целосна согласност со законот на Кулон, ги придвижува овие полнежи нагоре, додавајќи го подигањето на воздухот.
Така, глобалниот електричен генератор на Земјата троши дел од својата моќ за да ги интензивира атмосферските вртлози на планетата - урагани, бури, циклони итн. Покрај тоа, таквата потрошувачка на енергија на никаков начин не влијае на големината на електричното поле на Земјата.
Електричното поле на Земјата е предмет на флуктуации: во зима е посилно отколку во лето, достигнува максимум дневно во 19 часот по Гринич, а зависи и од временските услови. Но, овие флуктуации не надминуваат 30% од неговата просечна вредност. Во некои ретки случаи, под одредени временски услови, јачината на ова поле може да се зголеми неколку пати.
За време на бура со грмотевици, електричното поле се менува во широк опсег и може да го промени правецот во спротивно, но тоа се случува на мала област, директно под ќелијата на грмотевицата и за кратко време.