Câmpul electric al Pământului - sursa de energie
În natură, există o sursă de energie alternativă complet unică, ecologică, regenerabilă, ușor de utilizat, care nu este încă utilizată nicăieri. Această sursă reprezintă potențialul atmosferic electric.
Planeta noastră din punct de vedere electric este un fel de condensator sferic, încărcat la aproximativ 300.000 de volți. Sfera interioară - suprafața Pământului - este încărcată negativ, sfera exterioară - ionosfera - este pozitivă. Atmosfera Pământului servește ca un izolator (figura 1).
Prin atmosferă, curenții ionici și convectivi ai scurgerilor de condensatori continuă să curgă, care ajung la multe mii de amperi. Dar în ciuda acestui fapt, diferența potențială dintre plăcile de condensatoare nu scade.
Și asta înseamnă că în natură există un generator (G), care în mod constant alimentează scurgerile de sarcină de pe plăcile condensatoarelor. Un astfel de generator este câmpul magnetic al Pământului. care se rotește împreună cu planeta noastră într-un curent de vânt solar.
Pentru a profita de energia acestui generator, este necesar ca într-un fel să se conecteze consumatorul de energie la acesta.
Pentru a vă conecta la polul negativ - Pământul - este simplu. Pentru aceasta este suficient să se facă o punere la punct de încredere. Conectarea la polul pozitiv al generatorului - ionosfera - este o problema tehnica complexa, solutia pe care o vom face.
Ca și în orice condensator încărcat, există un câmp electric în condensatorul nostru global. Intensitatea acestui câmp este distribuită foarte inegal în înălțime: este maximă la suprafața Pământului și este de aproximativ 150 V / m. Cu înălțimea, scade aproximativ conform legii exponențiale și la o altitudine de 10 km este de aproximativ 3% din valoarea de pe suprafața Pământului.
Astfel, aproape întregul câmp electric este concentrat în stratul inferior al atmosferei, aproape de suprafața Pământului. Vectorul de tensiune este el. câmpul Pământului E este orientat în jos, în general. În argumentele noastre vom folosi doar componenta verticală a acestui vector. Câmpul electric al Pământului, la fel ca orice câmp electric, acționează cu sarcini cu o anumită forță F, numită forța Coulomb. Dacă înmulțim încărcarea cu curentul electric. câmp în acest moment, obținem doar magnitudinea forței Coulomb Fc. Această forță Coulomb împinge încărcăturile pozitive până la pământ, iar cele negative - în sus, în nori.
Conductor într-un câmp electric
Vom stabili un catarg metalic pe suprafața Pământului și îl vom împămânța. Câmpul electric extern va începe imediat să încarce încărcături negative (electroni de conducere) în sus, spre partea superioară a catargului, creând astfel un exces de sarcini negative. Și excesul de sarcini negative din partea superioară a catargului va crea propriul câmp electric, îndreptat spre câmpul exterior. Vine un timp când aceste câmpuri sunt egale în mărime, iar mișcarea electronilor încetează. Aceasta înseamnă că în conductorul de la care se face catargul, câmpul electric este zero.
Deci, legile electrostaticelor funcționează.
Acum este ușor să se calculeze diferența de potențial dintre Pământ și partea superioară a catargului, indusă de un câmp electric extern (Fig. 2).
Puneți înălțimea catargului h = 100 m. Înălțimea medie a catargului Es. = 100 V / m.
Apoi diferența de potențial (emf) dintre Pământ și vârful pilonului va fi numeric egală cu: U = h * Eр. = 100 m * 100 V / m = 10.000 volți. (1)
Aceasta este o diferență foarte reală de potențial, care poate fi măsurată. Adevărat, un voltmetru convențional cu fire nu-l poate măsura - în cabluri va fi exact același emf. ca în catarg, iar voltmetrul arată 0. Această diferență de potențial este direcționat opus vectorului intensitatea câmpului electric E al pământului și tinde să împingă electronii de conducție din partea de sus a stâlpului sus în atmosferă. Dar acest lucru nu se întâmplă, electronii nu pot părăsi conductorul. Electronii nu au suficienta energie pentru a parasi conductorul din care se face catargul. Această energie se numește funcția de lucru a electronului din conductor, iar pentru majoritatea metalelor este mai mică de 5 electroni - o valoare foarte mică. Dar electronul în metalul nu poate dobândi o astfel de energie între coliziunile cu rețeaua cristalină de metal și, prin urmare, rămâne pe suprafața conductorului.
Se pune întrebarea: ce se va întâmpla cu dirijorul, dacă ajutăm excesul de taxe din partea superioară a catargului să părăsească acest dirijor?
Răspunsul este simplu: o sarcină negativă la masthead diminua câmpul electric extern nu trebuie să fie compensate în cadrul pilonului și începe din nou să se deplaseze electronii de conducție până la capătul superior al pilonului. Deci curentul va curge prin catarg. Și dacă reușim să eliminăm în mod definitiv excesul de încărcături din partea superioară a catargului, curentul va continua să curgă în el. Acum este suficient să tăiem catargul în orice loc convenabil și să includem sarcina (consumatorul de energie) - iar centrala este gata.
Figura 3 prezintă o diagramă schematică a unei astfel de centrale electrice. Sub influența câmpului electric al pământului din electronii de conducție la sol se deplaseze prin sarcină pe catarg și în continuare până catarg la emițător, care îi eliberează de suprafața superioară a stâlpului metalic, și le trimite în formă de ioni să plutească liber asupra atmosferei. Câmpul electric al Pământului, în deplină conformitate cu legea lui Coulomb le ridică în sus, atâta timp cât acestea sunt în calea nu va fi neutralizată de ioni pozitivi, care merg întotdeauna în jos din ionosfera sub influența aceluiași câmp.
Astfel, am închis circuitul electric între plăcile condensatorului electric global, care la rândul său este conectat la generatorul G, iar consumatorul de energie (sarcină) a fost conectat la acest circuit. Rămâne să rezolvăm o problemă importantă: cum să eliminați excesele de încărcare din partea superioară a catargului?
Cel mai simplu emițător poate fi un disc plat din tablă, cu multe ace amplasate de-a lungul circumferinței sale. Este "plantat" pe o axă verticală și rotit.
Atunci când discul se rotește, aerul umed de la intrare scade electronii de la acele și le eliberează de pe metal.
O stație electrică cu un emițător similar există deja. Adevărat, nimeni nu folosește energia ei, se luptă cu ea.
Este un elicopter care transportă o structură metalică pe o bandă de metal lung atunci când asamblează clădiri înalte. Aici sunt toate elementele centralei electrice prezentate în figura 3, cu excepția consumatorului de energie (sarcină). Emițătorul este paletele rotorului elicopterului, care sunt suflate de un curent de aer umed, catargul fiind o curea lungă din oțel cu structură metalică. Lucrătorii care instalează acest design știu foarte bine că este imposibil să-l atingi cu mâinile goale - va "lovit cu un șoc electric". Și dejsvitelno, ei în acest moment devin o încărcătură într-un lanț al unei centrale electrice.
Desigur, sunt posibile și alte modele de emițători, mai eficiente, complexe, bazate pe principii și efecte fizice diferite, vezi Fig. 4-5.
Emițătorul sub forma unui produs finit nu există acum. Toată lumea care este interesată de această idee este obligată să-și construiască propriul emițător.
Următoarele modele de emițătoare sunt cele mai promițătoare.
Prima versiune a emițătorului
Molecula de apă are o polaritate bine definită și poate capta cu ușurință un electron liber. Dacă o placă metalică negativă încărcată este suflată cu aburi, aburul captează electroni liberi de pe suprafața plăcii și le ia cu ei. Emițătorul este o duză cu fantă, de-a lungul căreia este plasat un electrod A izolat și la care este furnizat un potențial pozitiv din sursa I. Electrodul A și muchiile ascuțite ale duzelor formează o capacitate mică încărcată. Electronii liberi se colectează pe marginile ascuțite ale duzei sub influența unui electrod izolat pozitiv A. Vaporii care trec prin duză rup electronii de la marginile duzelor și le transportă în atmosferă. În Fig. 4 prezintă secțiunea longitudinală a acestei structuri. Deoarece electrodul A este izolat de mediul extern, curentul din circuitul sursă al emf. nr. Și acest electrod este necesar numai pentru ca împreună cu marginile ascuțite ale duzei să creeze în acest spațiu un câmp electric puternic și să se concentreze electronii de conducere la marginile duzelor. Astfel, electrodul A cu potențial pozitiv este un fel de electrod de activare. Schimbând potențialul pe acesta, este posibil să se atingă magnitudinea dorită a curentului emițătorului.
Se pune o întrebare foarte importantă: cât de mult ar trebui să fie alimentat aburul prin duza și nu va funcționa astfel încât toată energia stației să fie cheltuită pentru a transforma apa în abur? Să facem un calcul mic.
Într-un gram de apă (18 ml) conține 6,02 * 1023 molecule de apă (numărul Avogadro). Încărcarea unui electron este de 1,6 x 10 (-19) Coulomb. Înmulțind aceste valori, descoperim că pentru 18 ml de apă pot fi plasate 96 000 de cuburi de încărcătură electrică, iar pe 1 litru de apă - mai mult de 5 000 000 de coulomburi. Și acest lucru înseamnă că la un curent de 100 A un litru de apă este suficient pentru a opera unitatea în decurs de 14 ore. Pentru a transforma această cantitate de apă în abur, va fi necesar un procent foarte mic din energia generată.
Desigur, pentru a atașa un electron la fiecare moleculă de apă - sarcina este greu de realizat, dar aici am determinat limita, care poate fi abordată în mod constant, îmbunătățind designul dispozitivului și al tehnologiei.
În plus, calculele arată că este mai profitabil din punct de vedere energetic să suflați prin duza nu abur, ci aer umed, regulând umiditatea acesteia în limitele cerute.
A doua versiune a emițătorului
În partea de sus a catargului este un vas metalic cu apă. Vasul este conectat la metalul catargului printr-un contact fiabil. Un tub de capilar de sticlă este instalat în mijlocul vasului. Nivelul apei din tub este mai mare decât în vas. Acest lucru creează un efect electrostatic al vârfului - concentrația maximă a încărcărilor și intensitatea maximă a câmpului electric sunt create în partea superioară a tubului capilar.
Sub influența câmpului electric, apa din tubul capilar se ridică și va fi pulverizată în picături mici, purtând cu ea o sarcină negativă. La o anumită putere scăzută a curentului, apa din tubul capilar va fierbe și deja aburul va fi încărcat. Și acest lucru ar trebui să crească curentul emitorului.
În acest vas se pot instala mai multe tuburi capilare. Cât de multă apă este necesară - vezi calculele de mai sus.
Cea de-a treia versiune a emițătorului. Emițător de scânteie.
În defalcarea distanței de scântei, împreună cu scânteia din metal, apare un nor de electroni de conducere.
Figura 5 prezintă o diagramă schematică a unui emițător de scântei. De la generatorul de impulsuri de înaltă tensiune, impulsurile negative sunt alimentate la catarg, impulsurile pozitive sunt alimentate la electrod, care formează un spark gap cu partea superioară a catargului. Se pare ceva de genul unei bujii de automobile, dar dispozitivul este mult mai ușor.
Generatorul de impulsuri de înaltă tensiune este în mod fundamental diferit de bricheta uzuală de uz casnic din China, cu o putere de la o singură baterie deget.
Principalul avantaj al unui astfel de dispozitiv este capacitatea de a regla curentul emițătorului cu ajutorul frecvenței de descărcare, mărimea distanței de scânteie, este posibilă realizarea mai multor spații de scânteie,
Generatorul de impulsuri poate fi instalat în orice loc convenabil, nu neapărat în partea superioară a catargului.
Dar există un dezavantaj - descărcările de scântei creează interferențe radio. Prin urmare, partea superioară a catargului cu spărturi de scânteie trebuie să fie ecranată cu o grilă cilindrică, izolată în mod necesar de catarg.
A patra formă de realizare a emițătorului
O altă posibilitate este crearea unui emițător pe principiul emisiei directe a electronilor din materialul emițătorului. Pentru a face acest lucru, aveți nevoie de un material cu o funcție de lucru cu electroni foarte scăzută. Astfel de materiale există cu mult timp în urmă, de exemplu, o pastă de oxid de bariu de 0,99 eV. Poate că acum este ceva mai bun.
În mod ideal, acesta ar trebui să fie un superconductor de temperatură a încăperii (TCSC), care încă nu există în natură. Dar, potrivit diverselor rapoarte, ar trebui să apară curând. Aici toată speranța pentru nanotehnologie.
Este suficient să puneți o bucată de KTSP pe vârful catargului - iar emițătorul este gata. Trecând prin supraconductor, electronul nu se confruntă cu rezistență și foarte rapid obține energia necesară pentru a scăpa din metal (aproximativ 5 eV).
Și o remarcă mai importantă. Conform legilor electrostatica iapryazhennost câmpului electric al pământului este mai mare la altitudini mai mari - .. Pe dealurile, dealuri, munți, etc. În depresiuni, cavități și adâncituri este minimă. Prin urmare, este mai bine să construiți astfel de dispozitive în cele mai înalte locuri și departe de clădirile înalte sau să le instalați pe acoperișurile celor mai înalte clădiri.
O altă idee bună este să ridicați conductorul cu un balon. Desigur, emițătorul trebuie montat pe vârful balonului. În acest caz, este posibil să se obțină un potențial suficient de mare pentru emisia spontană de electroni din metal, oferindu-i forma unui otrium și, prin urmare, nu vor fi necesari emițători complicați în acest caz.
Există o altă ocazie bună de a obține un emițător. Vopsirea electrostatică a metalului este utilizată în industrie. Spray vopsea, care zboară din pulverizator, poartă o încărcătură electrică, datorită căreia, și se stabilește pe metal de vopsit, care este încărcat cu semnul opus. Tehnologia este elaborată.
Un astfel de dispozitiv, care percepe vopseaua cu pulverizare, este doar emițătorul real al electricității. taxe. Rămâne doar să o adaptați la instalația descrisă mai sus și să înlocuiți vopseaua cu apă, dacă aveți nevoie să spălați apa.
Este posibil ca umiditatea, conținută întotdeauna în aer, să fie suficientă pentru ca emițătorul să funcționeze.
Este posibil ca în industrie să existe și alte dispozitive similare care pot fi ușor transformate într-un emițător.
Ca urmare a acțiunilor noastre, am conectat consumatorul de energie la un generator global de energie electrică. La polul negativ - Pământ - ne sunt conectate printr-un conductor metalic convențional (pământ), iar la polul pozitiv - ionosfera - cu ajutorul unui ghid foarte specific - curent de convectie. Curenții convectivi sunt curenții electrici cauzați de transferul ordonat al particulelor încărcate. În natură, ele se găsesc adesea. Aceste convenționale jeturi convective ascendente care transporta sarcini negative în nor, și ea burlane (tornado). sunt târât la sol sarcini pozitive puternic încărcate nor de masă, iar acest aer în creștere în zona de convergență intratropical, care transporta o cantitate mare de sarcini negative în troposfera superioară. Și astfel de curenți ating valori foarte mari.
Dacă vom crea un emițător foarte eficient, care va fi în măsură să elibereze din partea de sus a catargului (sau mai multe catarge), să zicem, 100 pandantive taxe pe secundă (100 amperi.), Capacitatea centralelor electrice construite de noi (Sm.uravnenie 1) este egal cu 1 000 000 sau 1 watt megawați. Putere complet decentă!
O astfel de instalare este indispensabilă în așezările îndepărtate, la stațiile meteorologice și în alte locuri îndepărtate de civilizație.
• Din cele de mai sus putem trage următoarele concluzii:
• Sursa de energie este extrem de simplă și convenabilă de utilizat.
• La ieșire obținem cea mai convenabilă formă de energie - electricitate.
• Sursa este ecologică: fără emisii, fără zgomot, etc.
• Instalarea este extrem de ușor de fabricat și de operat.
• ieftinitate excepțională a energiei primite și multe alte avantaje.
Câmpul electric al Pământului este supus fluctuațiilor: în timpul iernii este mai puternic decât în timpul verii, zilnic atinge un maxim la 19 ore Greenwich și, de asemenea, depinde de condițiile meteorologice. Dar aceste fluctuații nu depășesc 20% din valoarea medie.
În unele cazuri rare, în anumite condiții meteo, intensitatea acestui câmp poate crește de mai multe ori.
În timpul unei furtuni, câmpul electric se schimbă într-o gamă largă și poate inversa direcția, dar acest lucru se întâmplă într-o zonă mică situată direct sub celula tunelei.
Articole similare
-
Enciclopedia de tehnologii și tehnici - ghid pentru cherestea
-
Enciclopedia de tehnologii și tehnici - un tip de figura feminină "pere"
Trimiteți-le prietenilor: