如何利用大氣電？

 

 利用大氣電是一個有趣的概念，幾個世紀以來一直讓發明家和科學家著迷。地球大氣層中充滿了靜電、閃電和其他自然靜電現象形式的電能。雖然大規模利用大氣電尚未廣泛應用於實際用途（除了研究和避雷針保護），但已經有一些方法和實驗探索了利用這種能源。

以下詳細介紹如何利用大氣電、背後的科學原理以及簡單的實驗方法。

1.大氣電的基本原理

大氣電源自多種自然現象，包括：

• 靜電：大氣中電荷的積累，特別是在乾燥條件下。
• 電離層電荷：地球的電離層是大氣層的帶電層，可以容納大量的能量。
• 閃電：雲層之間或雲與地面之間的一種劇烈放電形式。
• 晴天電流：即使在晴朗、陽光明媚的日子，地球和電離層之間也存在一個小而連續的電場，在地球表面附近測得每公尺約 100 伏特。

這些自然電現象顯示大氣中存在大量能量。然而，以對日常應用有用的規模一致地利用它是很複雜的。

2. 如何利用大氣電：方法與思路

A. 接地棒和電容器

利用大氣電力最簡單的方法之一是使用接地棒與可以「收集」和儲存電荷的導電材料。這是一個用於小規模實驗的簡單方法：

材料：

• 高導電棒（如銅棒或鋁棒）：理想情況下，棒應延伸到空氣中至少幾米，以吸引大氣靜電。
• 接地棒或樁：插入地面以與地球建立連接的第二根棒。
• 電容器：儲存隨著時間的推移而累積的少量電荷。
• 電線和二極體：創建電路並引導電荷流動。

步驟：

1. 安裝導電棒：將高棒插入地面，但請確保其與大地絕緣（例如，使用絕緣底座）。該棒將從大氣中收集靜電荷。
2. 安裝接地棒：將接地棒直接插入地面，並與導電棒保持距離。接地棒將充當負極端子。
3. 連接電容器：用電線在高桿和接地桿之間連接一系列電容器。隨著時間的推移，電容器將儲存大氣電荷。
4. 允許電荷累積：隨著時間的推移，導電棒將從大氣中收集少量靜電荷。電容器將儲存該電荷，然後您可以將儲存的能量釋放到 LED 等小型設備中。

限制：此方法僅收集少量靜電。它可能會受到天氣條件的影響，並且可能無法為大規模應用提供足夠的能量。

B. 天線為基礎的大氣能量收集

另一種方法是使用大型天線或靜電收集器來利用大氣電，包括晴天條件下存在的自然電荷。

材料：

• 高增益天線：能夠到達大氣層以從電離空氣中收集能量的天線。
• 二極體整流器：將大氣波動產生的交流電（AC）轉換為直流電（DC）。
• 接地系統：正確的接地對於提供電流流動路徑至關重要。
• 電容器或電池：儲存捕獲的能量。

步驟：

1. 安裝天線：使用高天線或線陣收集大氣能量。天線的表面積越大，收集的電荷就越多。
2. 連接到整流器：來自大氣的能量可能會以波動電流的形式出現，因此整流器會將其轉換為可用的直流電。
3. 儲存能量：使用電容器或電池來儲存一段時間內收集到的電力。
4. 使用能源：儲存後，能源可用於為感測器、LED 或其他低功耗設備等小型設備供電。

限制：使用此方法收集的能量相對較小且不一致。它適用於感測器或低功耗設備等低能耗應用。

C. 大氣能源塔（特斯拉的願景）

尼古拉·特斯拉因研究利用大氣電力的方法而聞名，特別是透過無線傳輸能量。他的想法是建造大型塔，例如Wardenclyffe 塔，它可以收集大氣能量並長距離無線傳輸。

雖然特斯拉的宏偉願景從未完全實現，但他的基本概念激發了無線能量傳輸和大氣能量利用的現代實驗。

它將如何運作：

• 將建造大型塔來收集和輻射電離層的大氣電力。
• 電磁諧振器可用於振盪電荷並無線傳輸。
• 無線接收器將捕獲傳輸的能量，將其轉換回可用的電能。

挑戰：儘管特斯拉做出了開創性的工作，但他的想法的現代大規模實施尚未充分開發。以這種規模收集和分配大氣能量的工程挑戰是巨大的，需要更多的研究。

D. 利用閃電（極限）

閃電是一種強大的大氣電形式，每次閃電都會產生數百萬伏特的電壓和大量的能量。然而，由於閃電的不可預測性和威力巨大，捕捉閃電具有風險和技術難度。

概念：

• 避雷針可以連接到用於儲存雷擊能量的大型電容器或電池。
• 能量儲存：面臨的挑戰是開發能夠安全有效地處理和儲存雷擊能量的材料和系統。

限制：這種方法對大多數人來說極度危險且不切實際。雷擊罕見、不可預測且威力驚人，因此很難在不造成損害的情況下捕獲和儲存能量。

3.園藝（電栽培）小型大氣集電

大氣電也可用於電栽培，將少量靜電導入土壤以刺激植物生長。這種方法更多的是利用自然靜電，而不是為設備產生可用電力。

材料：

• 銅線：使用一根長銅線來製作天線。
• 木樁：豎起銅線並聚集靜電。
• 電容器（可選）：儲存收集到的任何能量。

步驟：

1. 建造天線：沿著高木樁鋪設銅線以收集大氣靜電。您也可以在頂部使用金屬絲創建螺旋，以增加表面積。
2. 將電線插入土壤：將電線連接到接地棒或直接插入植物附近的土壤。
3. 讓靜電荷累積：電線會聚集少量的大氣靜電，有助於刺激植物生長。

4. 利用大氣電的未來

雖然利用大氣電的概念在科學上是有效的，但它仍然是一個新興領域，面臨著重大的技術挑戰。研究正在進行中，特別是在永續能源和無線電力傳輸領域，但大規模實施仍然難以實現。

主要挑戰：

• 不一致：大氣電隨天氣條件、地點和一天中的時間而變化，因此難以一致地預測和利用。
• 儲存：有效儲存從大氣中收集的電力是另一個障礙，特別是在高電壓、低電流系統的情況下。

結論

利用大氣電是一個令人著迷的概念，其根源在於科學實驗和尼古拉·特斯拉等富有遠見的想法。雖然它目前還不是大規模的能源生產解決方案，但可以透過簡單的設置進行小型實驗來收集靜電或大氣電荷。它可以為小型設備提供動力，幫助園藝，或只是為對自然能源感興趣的人提供一個有趣的 DIY 項目。