Utilizarea practică a energiei electrice atmosferice

Fig. 1. Experiența Ben Franklin (imaginea la momentul respectiv). În continuare - fiul său.

Sursa de energie electrică atmosferică - soare. radiația ionizează atmosfera superioară a Pământului, ionosferei. De asemenea, trimite la pământ „vântul solar“ - un flux de particule incarcate pozitiv, mai ales nuclee de hidrogen - protoni. Acestea creează o sarcină pozitivă a ionosferei și suprafața solului dobândește o sarcină negativă din cauza inducției electrostatice. în raport potențial ionosfera la suprafața pământului se apropie de o jumătate de milion de volți!

In straturile inferioare ale atmosferei terestre sunt procese intensive de evaporare, transferul de căldură și de umiditate, formarea norilor, însoțită de fenomenul de electrificare (amintesc furtuna de vară). Fulgere și precipitații sunt, de asemenea, transferate la sarcina negativa la sol. Ca rezultat, gradientul de suprafață potențială a Pământului (sau intensitatea câmpului electrostatic care este același) ajunge la 100 ... 150 V / m în vară și până la 300 V / m în timpul iernii, schimbarea semnificativ condițiile meteorologice. Înainte de intensitatea câmpului registru furtuna de până la zeci de kilovolți pe metru și mai mare Aproape că nu au simțit acest domeniu, pur și simplu pentru că aerul - un bun izolator.

Fig. 2. Lightning. Descărcarea electrică în aer are loc la o intensitate a câmpului de sute de kilovolți pe metru.

Cu toate acestea, în aer și conține un număr de ioni (atomi încărcați, molecule, și particule), provocând slabă conductivitate. Densitatea de curent de ioni la suprafața câteva pA pe metru pătrat, dar acest curent ajunge la mii de amperi pe suprafața Pământului!

În secolul al 19-lea, o mulțime de cercetători au încercat să obțină energie electrică din aer în scară suficient pentru a practica. În 1850 ... 1860 brevete obținute Loomis (Mahlon Lumis) și Ward (William H. Ward) în Statele Unite ale Americii, Villon (Hippolyte Charles Vion) în Franța.

Melon Loomis folosit de energie electrică atmosferică pentru alimentarea cu energie lungă (400 ... 600 de mile) de linii de telegraf și primele experimente în comunicare fără fir, de altfel, este destul de succes. Biblioteca Congresului păstrarea documentelor și probelor cu privire la relația dintre dealurile telegrafice din Virginia de Vest, la o distanță de 18 mile (1868).

Fig. 3. Loomis Malone Autograph desen care arată sistemul de comunicare CW la electricitate atmosferică.

Figura 4. Design Loomis cu arzătoarele.

La rândul său, din secolele 19 si 20 au fost mulți cercetători de energie electrică atmosferice, să propună un design practic. Ea Pennock (Walter Pennock) și Dewey (M. W. Dewey) în Statele Unite ale Americii, Palenksar (Andor Palencsar) în Ungaria, Rudolf (Heinrich Rudolph), în Germania.

In 1898, Rudolf descris design interesant (Fig.5) balon în formă de elipsă, cu o rezistență la vânt mică. Grila de pe perimetrul containerului, materialul metalizată pe cilindru și fire-întindere de sistem sunt utilizate pentru colectarea energiei electrice atmosferice.

Figura 0.5 .Aerostat Rudolph.

Fig. 6. Ilustrarea brevet Pennock. Două balon alungit 1 lift metalic lanț 40 care colectează energie electrică. Scurgerea cablurilor 6, se încarcă borcanele bateriei Leyden (condensatoare) 50. flapsurilor 4 pentru a crește forța de ridicare și cârmele 3 baloane orientează vântul, reducerea rezistenței.

Cu toate acestea, liderul a fost, desigur, dr Herman Plauson, estonă de naștere, dar care a trăit și a lucrat în Germania și Elveția. În Finlanda, a efectuat experimente cu baloane, realizate din foi subțiri din aliaj de magneziu-aluminiu, acoperite cu o metodă foarte ascuțit, electrolitice de ace de fabricație. Ace pot conține, de asemenea, un amestec de radiu pentru a crește ionizarea aerului la nivel local. În timp ce încă știa puține lucruri despre pericolul radioactiv, și este utilizat pe scară largă, de exemplu, un ceas cu săgeți pictate compuși radioactivi și strălucind în întuneric. Suprafața balonului, de asemenea, pictat amalgam de zinc, care, în vreme însorită a dat curent suplimentar datorită efectului fotoelectric.

Plauson a primit puterea de 0,72 kW dintr-un singur balon și 3,4 kW pe două ridicat la o înălțime de numai 300 de metri. Pe dispozitiv, el în 1920 a primit un brevet din SUA, Marea Britanie si Germania. Cartea sa «Gewinnung und der Verwertung Atmosphärischen Elektrizität» ( «Obținerea și aplicarea energiei electrice atmosferice"), conține o descriere detaliată a întregii tehnologii.

Figura 7. Proiecte Plauson. Stânga - de sine statatoare catarg izolat de colectare a energiei electrice atmosferice, în centrul - sistemul de balon, dreapta, jos - convertor Plauson. Desen din revista „Știință și invenție“, în 1922.

Dispozitive de colectare a energiei electrice din atmosferă, au tendința de a da tensiune foarte mare la curent scăzut, prin urmare, un dispozitiv de conversie necesar pentru producerea unei joasă tensiune, cu un curent semnificativ. Acest lucru se poate face transformator, dar funcționează numai pe un curent alternativ, iar curentul din atmosferă - o constantă. Metoda de conversie de înaltă tensiune DC la o alternante redusă propusă încă Nicola Tesla in 1890..

Ideea a fost de a încărca condensatorul și evacuarea acestuia prin eclator la bobina cu un număr mare de spire. Descărcarea de gestiune a purtat un caracter oscilatorie, iar bobina poate fi înfășurat în jos transformator. Această idee și a dezvoltat Plauson. În brevetul său, el începe prin a explica modul în care este posibil să se reducă electrostatic de tensiune mașină convențională (Fig. 1 Fig. 8).

Fig. 8. Converter Plauson.

Din colectori (perii) mașină disponibile încărcat în ea Leyden borcan (condensatoare), 5 și 6. Atunci când descărcătorul între bilele 7 și 8 altoi scânteie circuit închis este indus circuitul oscilatorie format prin condensatorul și bobina 9. Apoi, în bobina 10 cu un număr semnificativ mai mic de spire curent semnificativ la tensiune joasă, iar bornele 11 și 12 pot fi conectate bec cu incandescență sau un motor.

Și este făcută într-un convertor Plauson electricitate atmosferic (fig. 2, în fig. 8). Descărcătoare a1, b1, c1 au caracter de siguranță. Aceste scurte antena 1 la sol atunci când trăsnete, de exemplu. În timpul funcționării normale a convertorului, ele nu participă, și operează eclator principal 7. Este interesant faptul că, în această figură prezintă metelochnaya antena care conține un pachet de ace ascuțite. De atunci, la orice circuit de radio antena descrisă în acest fel, uitând complet scopul său inițial!

În cele din urmă, observăm că dispozitivul descris grandios și nu au primit o largă aplicare în practică, datorită volumului mare a acestora, practic, și cel mai important, instabilitatea puterii de ieșire, care depinde în întregime de „vremea electrică“, în atmosferă.

De asemenea, este necesar pentru a avertiza că experimentele cu energie electrică atmosferică sunt periculoase, mai ales în timpul furtunilor și atmosfera de rău augur. electrificarea puternică este, de asemenea, observate în timpul furtunilor de zăpadă și furtuni de praf. Directă fulger duce inevitabil la distrugerea instalației și a celor din jur posibile.

În prezent luptă, împământarea bine stâlpii înalți cu energie electrică atmosferică, antene și alte obiecte mari. Adesea, ele stabilesc in miniatura „antena metelochnye“ - perii de sârmă ascuțite pentru a facilita drenarea taxa de elemente structurale. Aceeași Peria poate fi văzut pe marginile aripilor de aeronave la corpul lor nu se acumulează sarcină electrică în aer.

Cu toate acestea, interesul sporit în studiul energiei electrice atmosferice, și în cele mai ultimii ani a făcut progrese semnificative. Cu sondaj spațiu găsit, de exemplu, că pentru fiecare aproximativ 10 la sol descărcări electrice au un bit în sus spre ionosfera! Ei s-au dat nume romantice ale sprites, elfi și avioane. Modelele fizice ale acestor evacuări rămân încă un subiect de dezbateri științifice.

Din nou, există proiecte care beneficiază de energie electrică atmosferică nu mai utilizează balonul, și cu ajutorul unui fascicul laser puternic.

Beam albastru chiar mai bine cu raze ultraviolete cu laser ionizează aerul, formând o ionizat subțire, și, prin urmare, cablul conductor, care se întinde în cer, la o înălțime considerabilă. Este raportat că în acest fel oamenii de știință japonezi au reușit să dezamorseze nor furtuna, cauzate de fulgere, lovit de-a lungul liniei. Laserul în sine a fost astfel bine protejate bare puternic fundamentate de metal, care a lovit și de evacuare. Oamenii din jurul, desigur, nu a fost, iar laserul au impus cu ajutorul unui sistem de control de la distanță.