Атмосферное электричество, как новый источник альтернативной энергии

Атмосферное электричество, как новый источник альтернативной энергии

Сидоров Илья,

группа 20-27ЭРЭО,

специальность 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям).

Руководитель: Забродкина И.К.,

преподаватель специальных дисциплин.

Постановка проблемы: Поиск альтернативных источников электроэнергии приобрел в последние десятилетия массовый характер. Угроза истощения ископаемых энергетических ресурсов стимулировала исследования по использованию возобновляемых ресурсов: энергии воздуха, воды, геотермального тепла. К ученым, работающим, в области альтернативной энергетики, присоединилась и армия изобретателей, «завалившая» сегодня информационное пространство проектами получения «бесплатной» энергии. Одним из популярных направлений их разработок является использование атмосферного электричества. Наблюдая буйство стихии при грозах, возникает большое искушение укротить электрические силы Земли, использовать их на благо человека. Попробуем оценить, насколько реально подобраться к этим силам и использовать их на практике.

Актуальность темы: Жизнь современного человека, особенно городского жителя, немыслима без электрической энергии. Стоит кратковременно прекратить подачу электричества, и прекращается подача газа, воды в квартиры, не работает отопление. В темноте, холоде и без воды современный житель становится совершенно беспомощным. Потребление электрической энергии постоянно растет, наращивается и ее производство. Следствием является большая нагрузка на окружающую среду, экологическое ее загрязнение. Поэтому рациональное потребление электрической энергии является важнейшей технической и организационной задачей.

Цель: Рассмотреть процессы, происходящие при выделении атмосферного электричества, и способы получения электроэнергии из воздуха в домашних условиях.

Задачи: Рассмотреть вопрос электричество и окружающая среда; изучить историю изучения атмосферного электричества; изобретение Дедала: Подземные кладовые электричества; определить емкость Земли; выделить модели атмосферного электричества; ответить на вопрос- Как получить электричество из воздуха в домашних условиях?

Степень изученности данного вопроса: Атмосферное электричество было доказано одним из отцов-основателей Соединенных Штатов Бенджамином Франклином, соавтором Декларации независимости и Конституции страны, чей портрет украшает 100-долларовую купюру. Будучи ученым-самоучкой, Франклин интересовался множеством физических проблем, в т.ч. и исследованиями электричества. Франклин изобрел плоский конденсатор и молниеотвод, что внесло вклад в изучение и объяснение процессов в атмосфере. В России 18 века заметный вклад в изучение атмосферных электрических явлений был внесен академиками М.В. Ломоносовым и Г.В. Рихманом. В 1745 году Рихман разработал «Электрический указатель», представлявший собой электроскоп с разделенной на градусы шкалой. Этим указателем Ломоносов с Рихманом воспользовались при создании «громовой машины» — установки для изучения интенсивности атмосферных электрических разрядов. Исходя из того, что человечество на Земле живет между обкладками заряженного конденсатора, неоднократно возникала мысль воспользоваться этой бесплатной энергией. Одним из первых такие мысли высказывал ученый сербского происхождения Никола Тесла, и даже проводил практические опыты в этом направлении – построил 47-метровую вышку для получения «атмосферного электричества».

По современным представлениям, Земля является аналогом именно такой детали радиотехнических схем. Этот огромный, сферический конденсатор заряжен и создает электрическое поле вокруг нас. При подсчете емкости Земли, как уединенного сферического проводника в пространстве, получено значение около 700 мкФ. А подсчет емкости конденсатора, образованного поверхностью Земли и ионосферой, расположенной на высоте 60-80 км, дает значение, близкое к 1Ф. Расхождение результатов более чем в 1000 раз! И это только начало неопределенностей, связанных с электричеством атмосферы. Земной конденсатор заряжен до напряжения приблизительно 300 кВ, причем поверхность Земли имеет отрицательный заряд, а ионосфера – положительный. Напряженность поля между «обкладками» такого конденсатора составляет 120 -150 В/м у поверхности и резко падает с высотой.

Как у всякого реального конденсатора, в нем имеется ток утечки. Его значение геофизикам удалось измерить достаточно точно. Эти токи очень малы: в ясную погоду плотность тока утечки составляет всего 10 в минус12 степени Ам2. Но пересчет на всю поверхность Земли дает суммарный ток утечки около 1800 А. Электрический заряд Земли (и, соответственно, ионосферы) оценивается в 5,7х10 в 5 степени кулон. Тогда земной конденсатор должен разрядиться за ... 8-10 минут, а электрическое поле исчезнуть.

На практике мы подобной картины не наблюдаем. Значит, существует некий природный генератор, мощностью более 700 МВт, компенсирующий потерю заряда системы Земля – ионосфера.

Опыты Николы Тесла показали, что получать электричество из воздуха своими руками можно без особого труда. В наше время, когда атмосфера пронизана различными энергетическими полями, эта задача упростилась. Все, что производит излучения (теле- и радиовышки, ЛЭП и т. п.) создает энергетические поля. Принцип получения электричества из воздуха очень прост: над землей поднимается пластина из металла, которая играет роль антенны. Между землей и пластиной возникает статическое электричество, которое, со временем накапливается. Через определенные временные интервалы происходят электрические разряды. Таким образом генерируется, а затем используется атмосферное электричество. Такая схема достаточно проста ‑ для генерации потребуется только металлическая антенна и земля. Потенциал, который устанавливается между проводниками, со временем накапливается, хотя рассчитать его силу невозможно. При достижении определенного максимального значения потенциала происходит разряд тока, подобный молнии.

Достоинства: простота; принцип легко можно апробировать дома; доступность. Не нужны никакие приборы и сложные приспособления – достаточно токопроводящей пластинки. Недостатки: невозможность просчитать силу тока, что может быть опасно; к образованному при работе открытому контуру заземления притягиваются молнии. Удар молнии может достигать напряжения 2000 вольт, а это очень опасно. Именно поэтому способ не получил широкого распространения. Тем не менее, есть примеры использования приборов, работающих по описанному принципу — ионизатор люстра Чижевского уже не первое десятилетие продается и успешно работает. Еще одной рабочей схемой получения электроэнергии из воздуха является генератор TPU Стивена Марка. Устройство позволяет получить электроэнергию без внешней подпитки. Многими учеными эта схема апробирована, но широкого применения пока не нашла из-за своих особенностей. Принцип действия этой схемы в создании резонанса токов и магнитных вихрей, которые способствуют возникновению токовых ударов. В настоящее время в Грузии тестируется генератор Капанадзе. Этот источник энергии также работает без внешней подпитки и добывает электричество из воздуха без дополнительных ресурсов. На фото готовый к работе генератор Капанадзе

Невозобновляемое топливо неумолимо истощается. Запасов нефти и газа хватит приблизительно на полвека, угля – на 300-400 лет. Сжигание углеводородного топлива уже нарушило глобальный тепловой баланс на нашей планете. К моменту исчерпания невозобновляемых ресурсов воздействие на экологическую среду достигнет таких масштабов, что по сомнением станет само существование человечества.

Поэтому в настоящее время основные усилия (финансовые, интеллектуальные) необходимо направить на использование возобновляемых ресурсов (альтернативных источников энергии): энергии ветра, приливных волн, использования тепла Земли. Пока электрическая энергия, выработанная с использованием этих ресурсов занимает незначительную часть в общем объеме и заметно дороже обычной. Но других вариантов у нас нет: либо мы освоим возобновляемые источники энергии, либо погибнем.

Литература

1. Кашлева Л.В. Атмосферное электричество. Учебное пособие. -СПб.: изд. РГГМУ, 2018. - 116 с.

2. Френкель Я.И. Теория явлений атмосферного электричества М.: КомКнига, 2007. - 160 с. (2-е издание, исправленное).