Казалось бы, атмосферное электричество это безграничный источник бесплатной энергии. Электрический градиент повышается на 100 вольт с каждым метром от поверхности земли, то есть уже на двух метрах у нас есть 200 вольт, на трех - 300 и так далее. Бери, пользуйся. Почему же никто этого не делает. В интернете можно встретить множество мифов об атмосферном электричестве, от установок в виде портативной антенны которая способны выдавать аж до 60 ватт, до самых забавных, на мой взгляд, про древние и утраченные технологии, неких развитых цивилизаций существовавших до нас. Типа того что шпиль Петропавловской крепости или Александровская колонна это остатки древнего города, существовавшего до Петра Первого и эти артефакты служили для сбора атмосферного электричества. Меня заинтересовала проблема добычи атмосферного электричества, а так как в интернете не нашел статей подробно всё объясняющих, пришлось разбираться прямо с основ, провести расчеты, немного по изобретать, и сделать выводы, чем сегодня и хотелось бы с вами поделиться.
Природа атмосферного электричества. Или как зарождаются мифы
Основная причина, почему тема атмосферного электричества притягивает различных конспирологов, рождает мифологию - это то, что причина возникновения атмосферного электричества толком не изучена. На сегодняшний день, даже не существует единой теории атмосферного электричества. Есть две основные теории, одна принадлежит английскому ученому Вильсону, по которой земля и ионосфера выполняют роль обкладок конденсатора, по второй теории советского ученого Френкеля, электрическое поле атмосферы объясняется электрическими явлениями в тропосфере, а ионосфера не играет роли. Ни одна из этих теорий ни опровергнута, ни доказана. Но "свято место пусто не бывает", потому информационный вакуум заполняет мифология 21 века. Для начала, расскажу простыми словами то, как понял природу этого самого атмосферного электричества и почему возникают молнии.
Откуда в атмосфере электричество
Электричество находится вокруг нас, самое простое понимание откуда оно там взялось - это статическое электричество от движения воздушных масс. Частицы пыли, в движении, соприкасаются между собой, с поверхностью и объектами на земле, происходит трибоэлектрический эффект (электрический заряд возникает при соприкосновении двух различных материалов, на основе этого эффекта, кстати, создаются трибоэлектрические нано генераторы). Молекулы воды в воздухе отлично переносят этот заряд. Чем более влажный воздух, тем большую концентрацию атмосферного электричества он может нести.
В сухом воздухе в помещении, накопление заряда затруднено, поэтому статика быстро разряжается, искрится одежда, "бьёт током" при прикосновении к металлическим предметам и т.п. Можем это исправить, скинув эту наэлектризованность в атмосферу. Включаем увлажнитель воздуха и влажный воздух примет на себя всю статику, вот, у нас и произошел заряд атмосферного электричества. А это значит, мы немного (капля в море) но зарядили атмосферу, которая разрядится ударом молнии. Если представить что всё на нашей планете соприкасается, наэлектризовывается и весь этот заряд аккумулируется во влажном воздухе, то природа атмосферного электричества перестает быть загадкой.
Почему бьют молнии, природа атмосферного разряда
Грозовые облака, самой природой подобраны так, чтобы в них рождались молнии. Смотрите сами:
Грозовые облака всегда выше дождевых облаков на пару километров. Как уже говорил вначале, электрический градиент повышается на 100 вольт с каждым метром. На высоте грозовых облаков находится достаточно критический электрический заряд который и может разрядиться в виде молнии.
В грозовых облаках достаточная влажность для аккумулирования трибоэлектричества.
В грозовых облаках, в отличии от дождевых облаков, текут мощные турбулентные потоки которые еще сильнее наэлектризовывают воздух.
При достаточном запасе электричества, необходимой влажности - воздух ионизируется. Ионизированный воздух, отличный проводник электричества. Ионизация воздуха, напоминает цепную реакцию. Из молекулы выбивается электрон, молекула становится ионом. Выбитый электрон, врезается в следующую молекулу выбивая следующий электрон и так по цепочке до момента, пока по образовавшемуся ионному "каналу" не разрядится накопленный заряд атмосферного электричества в виде молнии.
Почему не строят установки для сбора атмосферного электричества
Когда мне попадались различные патенты, изображения антенн для сбора атмосферного электричества, всегда возникал вопрос, если условно 100 или 200 лет назад это уже было изобретено, то почему активно не пользуются в наши дни. Ответ оказался до примитивизма прост, эти установки и антенны не работали. Объясню почему, на конкретном примере.
Теоретический куб Рамаря
Введу такую единицу как теоретический куб, и назову его в честь себя:)
Итак, строим куб, размерами 2 на 2 метра. На каждом сантиметре, от низа к верху размещаем медную проволоку с сечением 1 мм. Сколько энергии атмосферного электричества мы сможем с него получить?
Приступаем к расчётам.
Один провод с сечением 1 мм и длинной 2 метра имеет площадь боковой поверхности 6,3 см².
На площади 2 квадратных метра, при условии размещения через каждый сантиметр, у нас поместится 20 тысяч проводов.
Умножаем боковую поверхность одного провода на 20 тысяч, получаем 126 тысяч квадратных сантиметров или 12,6 квадратных метров.
Итак, какую энергию при средних значения атмосферного электричества мы сможем снять этим кубом.
К расчётам подключил ChatGPT и он выдал мне что 1 квадратный метр боковой поверхности собирает плотность заряда в 10 нанокулонов. Дальше он привел формулы расчёта, и выдал что мы получим 200 вольт и 25 микроватт в секунду.
В одном ватте 1000 микроватт.
В одной самой слабой лапочке 3 ватта.
Чтобы зажечь одну такую лампочку нужно около 120 теоретических кубов. На эту установку у нас уйдет порядка 4 800 000 метров медной проволоки. Если посчитать в деньгах, 100 метров такой проволоки стоит 350 рублей, то только проволока для такой установки обойдется нам в 16,8 млн рублей. Дороговатая бесконечная "батарейка" для одной лампочки получается.
Можно ли добыть энергию молнии
Ладно, есть эксперименты которые добывают миллионы вольт и что-то в районе 10 ватт с воздушного шара. Что так же весьма затратно и нецелесообразно. Задавшись целью узнать как поймать молнию и сколько энергии с этого можно получить, пришлось еще покопаться, немного по изобретать и вновь разочароваться.
Сразу к сути. Одна молния содержит в себе, при средних значениях 50 млн вольт и 200 тысяч ампер. Что равняется 5 млрд квт. Но Эти квт проходят за 1/5 секунды, если перемножить на квт/час, получим около 1,5 тыс квт/час. В СПБ 1 квт/час стоит 5,3 руб. То есть, энергия молнии в денежном эквиваленте примерно 8000 руб. В целом, на освещение дома на 1 семью в месяц, этого достаточно.
Почему не ловят молнии?
Проблема в том что пока нет эффективной системы и материалов для аккумуляции подобного заряда. По простому, все расплавится. Есть теоретические наработки, направлять заряд молнии в воду, либо для ее кипячения, либо для ее расщепления на кислород и водород. А уже готовый пар или водород использовать как источник питания. Ну в целом логично и целесообразно. Остается только ловить эти молнии.
Как поймать молнию.
Задавшись этой проблемой, вернемся к началу статьи, где я говорил про ионизированный воздух по которому происходит разряд молнии. Получается, задача построить мостик ионизированного воздуха от тучки к нашему приемнику. Как это сделать? Очевидно использовать лазер. Существует лазер который способен ионизировать воздух. При помощи лазера, можно создать, скажем так, "воздушный провод" по которому разрядится молния. Восхитившись своей догадкой и предвкушая не меньше чем нобелевскую премию за оную, покопался и нашел что до этого способа додумался не только я. Существует компания Teramobile (Франция-Германия), которая владеет первым в мире тераваттным лазером. Они проводили ряд экспериментов, били лазером в грозовые тучи. В части экспериментов удалось получить разряды молний по мостику создаваемого лазером. На сегодня, эту технологию используют лишь для отвода молний, так как не существует ни одного рабочего приемника способного аккумулировать эту самую энергию молний. Быть может, в будущем найдется эффективное решение, но стоит ли овчинка выделки? Мы помним сколько энергии в денежном эквиваленте можно получить с 1 разряда молнии. Перемножим на затраты по созданию установки по сбору этих молний и получим слишком дорогущий проект, который вряд ли когда окупится, так как молнии сезонное явление и не так часты.
Молнии Кататумбо
Нашел одно место на планете, где такая установка могла бы функционировать круглогодично - в Венесуэле, на месте впадения реки Кататумбо в озеро Маракайбо. Частота молний в этом месте, самая высокая на планете и достигает 250 ударов на квадратный км в год. Если возьмём эти числа и умножим на наши 8000 руб с молнии, то за год мы сможем поймать молний на целых 2 млн рублей. Имея даже место с самым частым числом молний на планете, строительство столь сложной установки окупится за сколько? За 500 или 1000 лет?
Именно по этим причинам, никто пока не добывает атмосферное электричество. Не такое уж оно и бесплатное в конечном счете.