Как использовать атмосферное электричество?

 

 Использование атмосферного электричества — интригующая концепция, которая на протяжении веков очаровывала изобретателей и учёных. Атмосфера Земли наполнена электрической энергией в виде статического электричества , молний и других природных электростатических явлений . Хотя крупномасштабное использование атмосферного электричества не получило широкого практического применения (за исключением исследований и громоотводов для защиты), существуют методы и эксперименты, в которых изучается использование этой энергии.

Вот описание того, как потенциально можно использовать атмосферное электричество, научные данные, стоящие за ним, и простые методы экспериментов с ним.

1. Основные принципы атмосферного электричества.

Атмосферное электричество возникает в результате нескольких природных явлений, в том числе:

• Статическое электричество : накопление электрических зарядов в атмосфере, особенно в засушливую погоду.
• Заряд ионосферы . Ионосфера Земли представляет собой электрически заряженный слой атмосферы, который может удерживать значительное количество энергии.
• Молния : Яркая форма электрического разряда между облаками или между облаками и землей.
• Ток хорошей погоды : даже в ясные солнечные дни между Землей и ионосферой существует небольшое, но непрерывное электрическое поле напряженностью около 100 вольт на метр у поверхности Земли.

Эти природные электрические явления предполагают, что в атмосфере много энергии. Однако использовать его последовательно и в масштабах, полезных для повседневных приложений, сложно.

2. Как использовать атмосферное электричество: методы и идеи

А. Заземляющие стержни и конденсаторы

Один из самых простых способов подключиться к атмосферному электричеству — использовать заземляющие стержни в сочетании с проводящими материалами, которые могут «собирать» и хранить заряд. Вот простой метод для небольших экспериментов:

Материалы :

• Высокий проводящий стержень (например, медный или алюминиевый стержень) . В идеале стержень должен возвышаться над воздухом как минимум на несколько метров, чтобы притягивать атмосферное статическое электричество.
• Заземляющий стержень или кол : второй стержень, вбитый в землю для установления соединения с землей.
• Конденсаторы : для хранения небольшого количества заряда, который накапливается с течением времени.
• Провода и диоды : для создания цепи и направления потока заряда.

Шаги :

1. Установите токопроводящий стержень : Вставьте высокий стержень в землю, но убедитесь, что он изолирован от земли (например, используйте изолированное основание). Этот стержень будет собирать статический заряд из атмосферы.
2. Установите заземляющий стержень : Поместите заземляющий стержень непосредственно в землю на расстоянии от токопроводящего стержня. Заземляющий стержень будет действовать как отрицательная клемма.
3. Подключите конденсаторы : используйте провода для подключения ряда конденсаторов между высоким стержнем и заземляющим стержнем. Конденсаторы будут сохранять атмосферный заряд с течением времени.
4. Дайте заряду накопиться : со временем проводящий стержень накопит небольшой статический заряд из атмосферы. Конденсаторы будут хранить этот заряд, а затем вы сможете разрядить накопленную энергию в небольшое устройство, такое как светодиод.

Ограничения : Этот метод собирает лишь небольшое количество статического электричества. На него могут влиять погодные условия, и он может не обеспечивать достаточно энергии для крупномасштабных применений.

B. Антенный сбор данных об атмосферной энергии

Другой метод — использовать большие антенны или электростатические коллекторы для использования атмосферного электричества, включая естественный заряд, присутствующий в условиях хорошей погоды.

Материалы :

• Антенна с высоким коэффициентом усиления : Антенна, способная достигать атмосферы и собирать энергию из ионизированного воздуха.
• Диодный выпрямитель : для преобразования переменного тока (AC) от атмосферных колебаний в постоянный ток (DC).
• Система заземления : Правильное заземление необходимо для обеспечения пути прохождения электричества.
• Конденсатор или батарея : для хранения собранной энергии.

Шаги :

1. Установите антенну . Используйте высокую антенну или проволочную решетку для сбора атмосферной энергии. Чем больше площадь поверхности антенны, тем больше заряда вы сможете собрать.
2. Подключитесь к выпрямителю . Энергия из атмосферы, скорее всего, будет иметь форму колебательных токов, поэтому выпрямитель преобразует ее в полезный постоянный ток.
3. Храните энергию : используйте конденсаторы или аккумуляторы для длительного хранения собранной электроэнергии.
4. Используйте энергию : после накопления энергия может использоваться для питания небольших устройств, таких как датчики, светодиоды или другое маломощное оборудование.

Ограничения : Количество энергии, собранной с помощью этого метода, относительно невелико и непостоянно. Он может работать для приложений с низким энергопотреблением, таких как датчики или устройства с низким энергопотреблением.

C. Башни атмосферной энергии (видение Теслы)

Никола Тесла, как известно, работал над методами использования атмосферного электричества, в частности, посредством беспроводной передачи энергии . Его идея заключалась в том, чтобы построить большие башни, такие как Башня Уорденклиф , которые собирали бы атмосферную энергию и передавали ее по беспроводной сети на большие расстояния.

Хотя грандиозное видение Теслы так и не было полностью реализовано, его основные концепции вдохновляют современные эксперименты в области беспроводной передачи энергии и использования энергии атмосферы.

Как это будет работать :

• Будут построены большие башни для сбора и излучения атмосферного электричества из ионосферы.
• Электромагнитные резонаторы можно использовать для генерации электрического заряда и его беспроводной передачи.
• Беспроводные приемники будут улавливать передаваемую энергию и преобразовывать ее обратно в полезную электроэнергию.

Проблемы : Несмотря на новаторскую работу Теслы, ни одна современная крупномасштабная реализация его идей не была полностью разработана. Инженерные проблемы сбора и распределения атмосферной энергии в таком масштабе огромны, и необходимы дополнительные исследования.

D. Использование молнии (Экстрим)

Молния — это мощная форма атмосферного электричества, каждый удар которой выделяет миллионы вольт и значительное количество энергии. Однако улавливать молнию рискованно и технически сложно из-за ее непредсказуемости и огромной мощности.

Концепция :

• Молниеотводы могут быть подключены к большим конденсаторам или батареям, предназначенным для хранения энергии удара молнии.
• Хранение энергии . Задача заключается в разработке материалов и систем, способных безопасно и эффективно обрабатывать и хранить энергию удара молнии.

Ограничения : Этот метод чрезвычайно опасен и непрактичен для большинства людей. Удары молний редки, непредсказуемы и невероятно мощны, что затрудняет захват и сохранение энергии без нанесения ущерба.

3. Маломасштабный сбор атмосферной электроэнергии для садоводства (электрокультуры).

Атмосферное электричество также можно использовать для электрокультуры , когда небольшое количество статического электричества направляется в почву, чтобы стимулировать рост растений. Этот метод больше связан с использованием естественного статического заряда, а не с выработкой полезной электроэнергии для устройств.

Материалы :

• Медный провод : используйте длинный кусок медного провода, чтобы создать антенну.
• Деревянные колья : чтобы поднять медную проволоку и собрать статическое электричество.
• Конденсатор (дополнительно) : для хранения собранной энергии.

Шаги :

1. Постройте антенну . Протяните медный провод вдоль высокого столба, чтобы собрать атмосферное статическое электричество. Вы также можете создать спирали из проволоки вверху, чтобы увеличить площадь поверхности.
2. Проложите провод в почву : прикрепите провод к заземляющему стержню или вставьте его прямо в почву рядом с растениями.
3. Дайте накопиться статическому заряду : провод соберет небольшое количество атмосферного статического электричества, что может помочь стимулировать рост растений.

4. Будущее использования атмосферного электричества

Хотя концепция использования атмосферного электричества обоснована с научной точки зрения, это все еще новая область со значительными техническими проблемами. Исследования продолжаются, особенно в области устойчивой энергетики и беспроводной передачи энергии , но крупномасштабное внедрение остается неуловимым.

Ключевые проблемы :

• Непостоянство : Атмосферное электричество меняется в зависимости от погодных условий, местоположения и времени суток, что затрудняет его прогнозирование и последовательное использование.
• Хранение . Эффективное хранение электроэнергии, собранной из атмосферы, является еще одним препятствием, особенно в случае высоковольтных слаботочных систем.

Заключение

Использование атмосферного электричества — это увлекательная концепция, берущая корни в научных экспериментах и ​​дальновидных идеях, таких как идеи Николы Теслы. Хотя в настоящее время это не является крупномасштабным решением для производства энергии, небольшие эксперименты можно проводить с помощью простых установок для сбора статического электричества или атмосферного заряда. Он может питать небольшие устройства, помогать в садоводстве или просто служить интересным самодельным проектом для тех, кто интересуется природными источниками энергии.