Электрическое поле земли реферат

Обновлено: 30.06.2024

Презентация на тему: " Электрическое поле Земли. Распределение напряженности электрического поля в ясную погоду." — Транскрипт:

2 Электрическое поле Земли.

3 Распределение напряженности электрического поля в ясную погоду.

4 Напряженность (Е): Напряженность (Е): Вблизи земной поверхности – Вблизи земной поверхности – 130 В/м. 130 В/м. На высоте 10 км – 40 В/м На высоте 10 км – 40 В/м На высоте 20 км – ничтожно слабо На высоте 20 км – ничтожно слабо

8 Уникальные особенности ЭпЗ: 1. Стабильность и неизменность знака: Земля всегда отрицательна, а величина Е=120 В/м. 2. UT-вариация. 3. Связь с молниями и спрайтами.

9 Q = ε 0 R 2 E =5,7·10 5 Кл. Формула электрического заряда Земли.

10 Вблизи поверхности напряженность поля Земли около 150 В/м. Это значит, что на высоте человека разность потенциалов достигает 220 В. Вопрос: почему нас не убивает такой перепад потенциала? Ответ: человек является проводником. Когда мы ходим по Земле, то непрерывно деформируем эквипотенциальные поверхности. Наш потенциал по всему телу равен потенциалу Земли. Ответ: человек является проводником. Когда мы ходим по Земле, то непрерывно деформируем эквипотенциальные поверхности. Наш потенциал по всему телу равен потенциалу Земли.

11 Унитарная вариация (UT- вариация). В атмосфере, мезосфере и ионосфере. В атмосфере, мезосфере и ионосфере. Заключается в том, что величина Е по всей Земле одновременно возрастает, когда в Лондоне (UT-мировое время) 19 часов. Заключается в том, что величина Е по всей Земле одновременно возрастает, когда в Лондоне (UT-мировое время) 19 часов.

12 Особенности поведения Е. Е min : Е min : Над материками (Е= В/м) Летом На полюсах, на экваторе На закате Уменьшается с высотой и глубиной Во время грозы и молнии. Е max : Е max : Над океаном Над океаном (Е= В/м) (Е= В/м)Зимой Широты авроральной зоны На восходе Около земной поверхности Во время магнитных бурь

14 Строение спрайтов: Строение спрайтов: Голова км Голова км Волосы Волосы Воротник (ожерелье) Воротник (ожерелье) Усы км. Меняют цвет от красного до голубого. Усы км. Меняют цвет от красного до голубого.

15 Спрайт и синяя струя: Спрайт и синяя струя:

16 Синие струи (BLUE JETS): Синие струи (BLUE JETS): На более низких высотах На более низких высотах В отличие от спрайтов, исходят прямо из верхней части облака. В отличие от спрайтов, исходят прямо из верхней части облака. V=100 км/с, представляет собой хорошо сфокусированный пучок синего света. V=100 км/с, представляет собой хорошо сфокусированный пучок синего света. До высоты Н=50 км До высоты Н=50 км q= Кл, размер по высоте Н=20 км, толщина около 1 км q= Кл, размер по высоте Н=20 км, толщина около 1 км Время жизни – около одной секунды. Время жизни – около одной секунды.

17 Оптические характеристики спрайтов и синих струй: Оптические характеристики спрайтов и синих струй: Свечение соответствует спектру возбуждения молекулярного азота N 2 1P, N 2 + в диапазоне длин волн λ= нм и λ= нм Свечение соответствует спектру возбуждения молекулярного азота N 2 1P, N 2 + в диапазоне длин волн λ= нм и λ= нм Свечение соответствует спектру возбуждения молекулярного азота N 2 1P, N 2 2P и иона азота N 2 + с длиной волны λ=391 нм. Свечение соответствует спектру возбуждения молекулярного азота N 2 1P, N 2 2P и иона азота N 2 + с длиной волны λ=391 нм.

18 Источник зарядов. В ионосфере – Солнце В ионосфере – Солнце В атмосфере (при испарении и разрушении двойных электрических слоев, возникающих в каплях воды за счет ее поляризационных свойств) – Солнце. В атмосфере (при испарении и разрушении двойных электрических слоев, возникающих в каплях воды за счет ее поляризационных свойств) – Солнце.

19 Взаимосвязи явлений в атмосфере: Соотношение между скоростями конденсации и испарения – определяет знак Е. Соотношение между скоростями конденсации и испарения – определяет знак Е. Поступление зарядов в атмосферу определяется конфигурацией магнитосферы. Поступление зарядов в атмосферу определяется конфигурацией магнитосферы. UT-вариация в атмосфере и магнитосфере обязана неравномерному поступлению зарядов. UT-вариация в атмосфере и магнитосфере обязана неравномерному поступлению зарядов. Испарение и конденсация, дожди, грозы, молнии (в том числе и ШМ), спрайты – звенья единой цепи атмосферного электричества. Испарение и конденсация, дожди, грозы, молнии (в том числе и ШМ), спрайты – звенья единой цепи атмосферного электричества.

Автономное энергоснабжение. Свободная и альтернативная энергия будущего. Бестопливные генераторы и "вечные двигатели" в каждый дом!

В природе существует совершенно уникальный альтернативный источник энергии, экологически чистый, возобновляемый, простой в использовании, который до сих пор нигде не используется. Источник этот — атмосферный электрический потенциал.

Наша планета в электрическом отношении представляет собой подобие сферического конденсатора, заряженного примерно до 300 000 вольт. Внутренняя сфера — поверхность Земли — заряжена отрицательно, внешняя сфера — ионосфера — положительно. Изолятором служит атмосфера Земли (Рис.1).

Через атмосферу постоянно протекают ионные и конвективные токи утечки конденсатора, которые достигают многих тысяч ампер. Но несмотря на это разность потенциалов между обкладками конденсатора не уменьшается.

А это значит, что в природе существует генератор (G), который постоянно восполняет утечку зарядов с обкладок конденсатора. Таким генератором является магнитное поле Земли, которое вращается вместе с нашей планетой в потоке солнечного ветра.

Чтобы воспользоваться энергией этого генератора, нужно каким то образом подключит к нему потребитель энергии.

Подключиться к отрицательному полюсу — Земле — просто. Для этого достаточно сделать надежное заземление. Подключение к положительному полюсу генератора — ионосфере — является сложной технической задачей, решением которой мы и займемся.

Как и в любом заряженном конденсаторе, в нашем глобальном конденсаторе существует электрическое поле. Напряженность этого поля распределяется очень неравномерно по высоте: она максимальна у поверхности Земли и составляет примерно 150 В/м. С высотой она уменьшается приблизительно по закону экспоненты и на высоте 10 км составляет около 3% от значения у поверхности Земли.

Таким образом, почти всё электрическое поле сосредоточено в нижнем слое атмосферы, у поверхности Земли. Вектор напряженности эл. поля Земли E направлен в общем случае вниз. В своих рассуждениях мы будем использовать только вертикальную составляющую этого вектора. Электрическое поле Земли, как и любое электрическое поле, действует на заряды с определенной силой F, которая называется кулоновской силой. Если умножить величину заряда на напряженность эл. поля в этой точке, то получим как раз величину кулоновской силы Fкул.. Эта кулоновская сила толкает положительные заряды вниз, к земле, а отрицательные — вверх, в облака.

Проводник в электрическом поле

Установим на поверхности Земли металлическую мачту и заземлим ее. Внешнее электрическое поле моментально начнет двигать отрицательные заряды (электроны проводимости) вверх, к верхушке мачты, создавая там избыток отрицательных зарядов. А избыток отрицательных зарядов на верхушке мачты создаст свое электрическое поле, направленное навстречу внешнему полю. Наступает момент, когда эти поля сравняются по величине, и движение электронов прекращается. Это значит, что в проводнике, из которого сделана мачта, электрическое поле равно нулю.

Так работают законы электростатики.

Теперь нетрудно подсчитать разность потенциалов между Землей и верхушкой мачты, наведенную внешним электрическим полем (Рис.2.).

Положим высота мачты h = 100 м., средняя напряженность по высоте мачты Еср. = 100 В/м.

Тогда разность потенциалов (э.д.с.) между Землей и верхушкой мачты будет численно равна: U = h * Eср. = 100 м * 100 В/м = 10 000 вольт. (1)

Это — совершенно реальная разность потенциалов, которую можно измерить. Правда, обычным вольтметром с проводами измерить ее не удастся — в проводах возникнет точно такая же э.д.с., как и в мачте, и вольтметр покажет 0. Эта разность потенциалов направлена противоположно вектору напряженности Е электрического поля Земли и стремится вытолкнуть электроны проводимости из верхушки мачты вверх, в атмосферу. Но этого не происходит, электроны не могут покинуть проводник. У электронов недостаточно энергии для того, чтобы покинуть проводник, из которого сделана мачта. Эта энергия называется работой выхода электрона из проводника и для большинства металлов она составляет менее 5 электронвольт — величина весьма незначительная. Но электрон в металле не может приобрести такую энергию между столкновениями с кристаллической решеткой металла и поэтому остается на поверхности проводника.

Возникает вопрос: что произойдет с проводником, если мы поможем избыточным зарядам на верхушке мачты покинуть этот проводник?

Ответ простой: отрицательный заряд на верхушке мачты уменьшится, внешнее электрическое поле внутри мачты уже не будет скомпенсировано и начнет снова двигать электроны проводимости вверх к верхнему концу мачты. Значит, по мачте потечет ток. И если нам удастся постоянно удалять избыточные заряды с верхушки мачты, в ней постоянно будет течь ток. Теперь нам достаточно разрезать мачту в любом, удобном нам месте и включить туда нагрузку (потребитель энергии) — и электростанция готова.

На рис.3 показана принципиальная схема такой электростанции. Под действием электрического поля Земли электроны проводимости из земли движутся по мачте через нагрузку и далее вверх по мачте к эмиттеру, который освобождает их из поверхности металла верхушки мачты и отправляет их в виде ионов в свободное плавание по атмосфере. Электрическое поле Земли в полном соответствии с законом Кулона поднимает их вверх до тех пор, пока они на своем пути не будут нейтрализованы положительными ионами, которые всегда опускаются вниз из ионосферы под действием того же поля.

Таким образом, мы замкнули электрическую цепь между обкладками глобального электрического конденсатора, который в свою очередь подключен к генератору G, и включили в эту цепь потребитель энергии (нагрузку). Остается решить один важный вопрос: каким образом удалять избыточные заряды с верхушки мачты?

При вращении диска набегающий влажный воздух срывает электроны с его иголок и таким образом освобождает их из металла.

Безусловно, возможны и другие конструкции эмиттеров, более эффективные, сложные, основанные на разных принципах и физических эффектах см. рис. 4-5.

Эмиттера в виде готового изделия сейчас не существует. Каждый заинтересованный в этой идее вынужден самостоятельно сконструировать себе свой эмиттер.

В помощь таким творческим людям автор приводит ниже свои соображения по конструкции эмиттера.

Наиболее перспективными представляются следующие конструкции эмиттеров.

Первый вариант исполнения эмиттера

Молекула воды имеет хорошо выраженную полярность и может легко захватить свободный электрон. Если обдувать паром заряженную отрицательно металлическую пластину, то пар будет захватывать с поверхности пластины свободные электроны и уносить их с собой. Эмиттер представляет собой щелевое сопло, вдоль которого помещен изолированный электрод А и на который подается положительный потенциал от источника И. Электрод А и острые края сопла образуют небольшую заряженную емкость. Свободные электроны собираются на острых краях сопла под воздействием положительного изолированного электрода А. Проходящий через сопло пар срывает электроны с краев сопла и уносит их в атмосферу. На рис. 4 изображено продольное сечение этой конструкции. Поскольку электрод А изолирован от внешней среды, тока в цепи источника э.д.с. нет. И этот электрод нужен здесь только для того, чтобы вместе с острыми краями сопла создать в этом промежутке сильное электрическое поле и концентрировать электроны проводимости на краях сопла. Таким образом, электрод А с положительным потенциалом является своего рода активирующим электродом. Меняя на нем потенциал, можно добиться нужной величины силы тока эмиттера.

Возникает очень важный вопрос — сколько пара нужно подавать через сопло и не получится ли так, что всю энергию станции придется израсходовать на превращение воды в пар? Проведем небольшой подсчет.

В одной граммолекуле воды (18 мл) содержится 6,02 * 1023 молекул воды (число Авогадро). Заряд одного электрона равен 1,6 * 10 (- 19) Кулона. Перемножив эти величины, получим, что на 18 мл воды можно разместить 96 000 Кулонов электрического заряда, а на 1 литре воды — более 5 000 000 Кулонов. А это значит, что при токе 100 А одного литра воды хватит для работы установки в течение 14 часов. Для превращения в пар такого количества воды потребуется совсем небольшой процент вырабатываемой энергии.

Конечно, прицепить к каждой молекуле воды электрон — задача вряд ли выполнимая, но мы здесь определили предел, к которому можно постоянно приближаться, совершенствуя конструкцию устройства и технологии.

Кроме того, расчеты показывают, что энергетически выгоднее продувать через сопло не пар, а влажный воздух, регулируя его влажность в нужных пределах.

Второй вариант исполнения эмиттера

На вершине мачты установлен металлический сосуд с водой. Сосуд соединен с металлом мачты надежным контактом. В середине сосуда установлена стеклянная капиллярная трубка. Уровень воды в трубке выше, чем в сосуде. Это создает электростатический эффект острия — в верхней части капиллярной трубки создается максимальная концентрация зарядов и максимальная напряженность электрического поля.

Под действием электрического поля вода в капиллярной трубке поднимется и будет распыляться на мелкие капельки, унося с собой отрицательный заряд. При определенной небольшой силе тока вода в капиллярной трубке закипит, и уже пар будет уносить заряды. А это должно увеличить ток эмиттера.

В таком сосуде можно установить несколько капиллярных трубок. Сколько потребуется воды — расчеты см. выше.

Третий вариант исполнения эмиттера. Искровой эмиттер.

При пробое искрового промежутка вместе с искрой из металла выскакивает облако электронов проводимости.

На рис.5 показана принципиальная схема искрового эмиттера. От генератора высоковольтных импульсов отрицательные импульсы поступают на мачту, положительные — на на электрод, который образует искровой промежуток с верхушкой мачты. Получается нечто подобное автомобильной свече зажигания, но по устройству значительно проще.
Генератор высоковольтных импульсов принципиально мало чем отличается от обычной бытовой газовой зажигалки китайского производства с питанием от одной пальчиковой батарейки.

Главное достоинство такого устройства — возможность регулировать ток эмиттера с помощью частоты разрядов, величины искрового промежутка, можно сделать несколько искровых промежутков и пр.

Генератор импульсов можно установить в любом удобном месте, совсем не обязательно на верхушке мачты.

Но существует один недостаток — искровые разряды создают радиопомехи. Поэтому верхушку мачты с искровыми промежутками нужно экранировать цилиндрической сеткой, обязательно изолированной от мачты.

Четвертый вариант исполнения эмиттера

Еще одна возможность — создать эмиттер на принципе прямой эмиссии электронов из материала эмиттера. Для этого нужен материал с очень низкой работой выхода электрона. Такие материалы существуют давно, например, паста из оксида бария-0,99 эв. Возможно, сейчас есть что-либо получше.

Достаточно поместить на верхушку мачты кусок КТСП — и эмиттер готов. Проходя по сверхпроводнику, электрон не встречает сопротивления и очень быстро приобретает энергию, необходимую для выхода из металла (около 5 эв.)

И еще одно важное замечание. По законам электростатики иапряженность электрического поля Земли наиболее высока на возвышенностях — на вершинах холмов, сопок, гор и т. п. В низинах, впадинах и углублениях она минимальна. Поэтому такие устройства лучше строить на самых высоких местах и подальше от высоких строений или же устанавливать их на крышах самых высоких строений.

Еще хорошая идея — поднять проводник с помощью аэростата. Эмиттер, конечно, нужно устанавливать на верху аэростата. В таком случае можно получить достаточно большой потенциал для самопроизвольной эмиссии электронов из металла, придав ему форму отрия, и, значит, никаких сложных эмиттеров в этом случае не потребуется.

Существует еще одна хорошая возможность получить эмиттер. В промышленности применяется электростатическая окраска металла. Распыленная краска, вылетая из распылителя, несет на себе электрический заряд, в силу чего и оседает на окрашиваемый металл, на который подается заряд противоположного знака. Технология отработана.

Такое устройство, которое заряжает распыленную краску, как раз и является настоящим эмиттером эл. зарядов. Остается только приспособить его к описанной выше установке и заменить краску водой, если возникнет необходимомть в воде.

Вполне возможно, что влаги, всегда содержащейся в воздухе, будет достаточно для работы эмиттера.

Не исключено, что в промышленности существуют и другие подобные устройства, которые легко можно превратить в эмиттер.

В результате наших действий мы подключили потребитель энергии к глобальному генератору электрической энергии. К отрицательному полюсу — Земле — мы подключились с помощью обычного металлического проводника (заземления), а к положительному полюсу — ионосфере — с помощью весьма специфического проводника — конвективного тока. Конвективные токи — это электрические токи, обусловленные упорядоченным переносом заряженных частиц. В природе они встречаются часто. Это и обычные конвективные восходящие струи, которые несут отрицательные заряды в облака, это и смерчи (торнадо). которые тащат к земле сильно заряженную положительными зарядами облачную массу, это и восходящие потоки воздуха во внутритропической зоне конвергенции, которые уносят огромное количество отрицательных зарядов в верхние слои тропосферы. И такие токи достигают очень больших значений.

Если мы создадим достаточно эффективный эмиттер, который сможет освобождать из верхушки мачты (или нескольких мачт), положим, 100 кулонов зарядов в секунду (100 ампер.), то мощность построенной нами электростанции будет равна 1000 000 ватт или 1 мегаватт. Вполне достойная мощность!

Такая установка незаменима в отдаленных поселениях, на метеостанциях и других удаленных от цивилизации местах.

• Из вышесказанного можно сделать следующие выводы:

• Источник энергии является исключительно простым и удобным в использовании.

• На выходе получаем самый удобный вид энергии — электроэнергию.

• Источник экологически чист: никаких выбросов, никакого шума и т.п.

• Установка исключительно проста в изготовлении и эксплуатации.

• Исключительная дешевизна получаемой энергии и еще масса других достоинств.

В некоторых редких случаях при определенных погодных условиях напряженность этого поля может увеличиться в несколько раз.

Во время грозы эл.поле изменяется в больших пределах и может изменить направление на противоположное, но это происходит на небольшой площади непосредственно под грозовой ячейкой.

Земля совместно с ионосферой являются гигантским сферическим конденсатором, который заряжен и создает электрическое поле вокруг нас. Этот конденсатор заряжен до напряжения приблизительно 300 кВ, причем поверхность Земли имеет отрицательный заряд, а ионосфера – положительный. Напряженность электрического поля у поверхности Земли составляет 120 -150 В/м. Она может изменяться в небольших пределах во времени и в зависимости от местности, но в среднем составляет около 130 В/м. Однако, как мы знаем, это поле не представляет опасности для человека, так как поражающим фактором для него является электрический ток, а наличие тока требует большого количества свободных зарядов, которых в атмосфере (в обычном её состоянии) ничтожное количество. Под действием электрического поля Земли заряды противоположных знаков внутри тела человека смещаются относительно того положения, которое имело бы место при отсутствии поля, но поле это всегда есть. Поэтому постоянного однонаправленного перемещения зарядов нет, что означает отсутствие электрического тока в теле человека, вызванного электрическим полем Земли. Электрическое поле Земли у поверхности её можно точно измерить, если рядом нет высоких проводящих заземленных предметов, которые могут исказить его.

Перспективы создания устройства, извлекающего большую мощность из атмосферного электричества, я расцениваю пессимистично. Дело в том, что проводимость атмосферного воздуха составляет только 10-14 степени См/м. Ионизация воздуха при помощи заземлённой мачты с остриями имеет локальный характер, поэтому отобрать от столь высокоомного источника заметную мощность невозможно.

Значительную мощность из атмосферных явлений можно снять только в случае грозы, когда появляются каналы с высокой проводимостью. Приёмниками в этом случае можно улавливать грозовые разряды при помощи специальных антенн и заряжать конденсаторы большой ёмкости, которые служат для хранения энергии. Однако гроза в конкретном месте - явление достаточно редкое и непредсказуемое, поэтому возникают трудности с хранением и использованием энергии. Дорогостоящее оборудование при этом будет подавляющую часть времени простаивать впустую. Уже существующие альтернативные источники энергии (солнечная и ветреная энергетика) не являются всепогодными и не обеспечивают человечество энергией в должном количестве. От атомной энергетики многие страны отказываются по соображениям безопасности, а создание действующей установки, использующей ядерный синтез, ведётся уже долгие десятилетия и постоянно откладывается. Есть подозрение, что такая установка может вообще не появиться. Поэтому необходим новый проект источника энергии, который не использовал бы топливо, запасы которого конечны. К тому же это важно с экологической точки зрения.

На рисунке, приведённом в заглавии статьи, слева показан проводник, сделанный из металла, и его размеры. Если проводник контактирует с Землей, то он принимает потенциал Земли. Если же он установлен на электрически изолирующее от Земли основание, то, согласно закону электростатической индукции, электрическое поле Земли приведёт к перераспределению зарядов в металлическом проводнике. В результате этого на верхнем его конце будет избыточный (нескомпенсированный) отрицательный заряд, а на нижнем конце - положительный избыточный заряд. В целом металлический проводник останется электрически нейтральным, так как отрицательный избыточный заряд на одном конце компенсируется положительным избыточным зарядом на другом. Эти заряды противоположных знаков, накопившиеся на верхней и нижней поверхности проводника, создадут своё электрическое поле (Епр), которое будет равно и противоположно направлено электрическому полю Земли. При этом ток через проводник будет отсутствовать. Это касается уединенного изолированного проводника.

В правой части рисунка показаны металлический проводник и экран. Оба установлены на изолирующее от Земли основание. Верхняя и нижняя часть проводника через провода подключены к сопротивлению нагрузки, находящейся в клетке Фарадея. Клетка Фарадея - устройство для экранирования внешних электрических полей, представляющее собой клетку, выполненную из металла. Высота клетки Фарадея должна быть как минимум в 3 раза больше высоты проводника (на рисунке эта пропорция не показана), а расстояние между ними должно быть таким, чтобы исключить электростатическое взаимовлияние. Площади верхней и нижней поверхности проводника должны быть как минимум в 3 раза больше, чем площади верхней и нижней поверхности клетки Фарадея. Боковые металлические стенки клетки Фарадея должны отсутствовать, а верхняя и нижняя металлические поверхности соединяются посредством металлического каркаса. Всё это необходимо, чтобы избыточные заряды с верхней и нижней поверхностей проводника легко поступали во внутреннее пространство клетки Фарадея.
Так как внутри экрана (клетки Фарадея) поле Земли равно нулю, а разность потенциалов между верхней и нижней частью проводника передается внутрь экрана проводами, то через сопротивление нагрузки Rн потечёт ток. При этом заряды, наведённые на верхней и нижней части проводника, будут уменьшаться, а значит, будет уменьшаться и разность потенциалов между ними. При этом вне экрана напряженность электрического поля Земли Ез станет больше Епр. Это приведет к тому, что заряды на верхней и нижней части проводника начнут пополняться, так как электрическое поле Земли будет стремиться поддерживать разность потенциалов на концах проводника равной 130 вольтам. Процесс накопления противоположных по знаку зарядов на верхней и нижней поверхности проводника и стекание этих зарядов на сопротивление нагрузки, находящейся в клетке Фарадея, будет происходить одновременно. Сторонней силой по разделению положительных и отрицательных зарядов (ЭДС) здесь является электрическое поле Земли, которое переносит электроны с нижней части проводника на его верхнюю часть. Благодаря этому переносу, во внешней цепи возникает электрический ток, который возвращает электроны на нижнюю часть проводника. Надо отметить, что электрический ток в нагрузке будет иметь место только тогда, когда она находится в клетке Фарадея, где электрическое поле Земли равно нулю. Если нагрузку поместить вне клетки Фарадея, то электрического тока не будет, так как разность потенциалов между верхней и нижней частями проводника будет компенсироваться электрическим полем Земли.

В нижней части рисунка представлена эквивалентная схема устройства. Электродвижущая сила разделяет в пространстве заряды разных знаков. Эту работу выполняет электрическое поле Земли. На верхней поверхности проводника образуется избыточный отрицательный заряд, а на нижней - положительный. Внутреннее сопротивление источника ЭДС обозначено r; Rсп - сопротивление соединительных проводов; Rн - сопротивление нагрузки.

Напряженность электрического поля равна 1В/м, если между точками, находящимися на расстоянии 1м друг от друга, существует разность потенциалов 1В. Один вольт равен электрическому напряжению, вызывающему в электрической цепи постоянный ток силой 1 ампер при мощности 1 ватт. Если сила тока в проводнике равна 1 амперу, то за одну секунду через поперечное сечение его проходит заряд, равный 1 кулону.

ЭДС, выраженная в вольтах, в нашем случае равна 130В, так как высота проводника равна 1м, а напряженность электрического поля Земли равна 130В/м. Энергетически выгоден такой режим, когда r + Rсп = Rн при минимально возможном сопротивлении Rсп. В этом случае на нагрузке будет выделяться максимальная мощность. Проводник, показанный на рис.1, имеет линейные размеры, подобранные так, что омическое сопротивление его совместно с Rсп равно 1Ом. Тогда оптимальное сопротивление нагрузки будет также равно 1Ом. По цепи будет протекать электрический ток, равный 65А, так как r + Rсп + Rн = 2Ом. Сопротивлением Rсп вследствие его малости можно пренебречь. Однако для этого соединительные провода должны быть короткими и с большим поперечным сечением. Тогда на сопротивлении нагрузки (Rн) будет выделяться мощность, равная 4,225 кВт. Точно такая же мощность будет выделяться и на сопротивлении проводника r в виде тепла, поэтому надо предусмотреть меры по его охлаждению. Для этого можно использовать водяной радиатор с проточной водой. Тепловую энергию можно использовать для парового отопления или для полива в сельском хозяйстве. Сопротивление нагрузки (Rн) должно включать в себя емкостную составляющую, то есть представлять собой параллельное соединение конденсатора и активного сопротивления нагрузки. Конденсатор должен быть большой ёмкости. Так как схема работает на постоянном токе, то при расчётах схемы этот конденсатор можно не учитывать.
Мощность устройства может масштабироваться за счет выбора высоты проводника. Например, если высота проводника будет не метр, а два метра, то при его омическом сопротивлении, также равном 1Ом, мощность, выделяемая на нагрузке, будет приблизительно равна 17 кВт. Такая же мощность будет выделяться и в виде тепла на проводнике. Всего - 34 кВт. Сопротивление проводника, равное 1Ом, обеспечивается за счет подбора площади его сечения, через которое протекает ток. В качестве нагрузки можно использовать преобразователь для получения напряжения сети 220В /50 Гц. Надо иметь в виду, что нагрузка должна находиться в клетке Фарадея, а вне её выводится уже выходная мощность, помещённого в неё устройства.

Чтобы основной рабочий проводник с течением времени не принял потенциал Земли из-за токов утечки по поверхности изолирующего от Земли основания, что может привести к нарушению работы устройства, надо предусмотреть периодическое соединение его средней части с заземляющим проводником (экранированный провод). При этом место заземления самого заземляющего проводника должно быть экранировано сверху от электрического поля Земли вторым заземлённым проводником. Второй заземлённый проводник (заземлённый металлический лист над поверхностью Земли и параллельный ей) делает поверхность Земли под ним электрически нейтральной, поэтому заземление рабочего проводника в этом месте Земли будет поддерживать рабочий проводник в электрически нейтральном состоянии, то есть не даст ему со временем принять потенциал Земли, поверхность которой имеет отрицательный заряд. То же самое касается заземления и клетки Фарадея. Кроме этого, надо иметь в виду, что верхняя и нижняя поверхности рабочего проводника должны быть покрыты слоем диэлектрика, чтобы защитить их от воздействия ионов, имеющихся в воздухе, так как в противном случае последние будут снимать избыточные заряды с его поверхности.

Физическая сущность использования электрического поля в качестве источника энергии состоит в следующем.
1) Если в пространстве, где существует электрического поле, нет зарядов, то нет работы, совершаемой им. Электрическое поле действует только на заряды, а работа его состоит в перемещении зарядов в пространстве под воздействием его силы.
2) В пространстве, где существует электрическое поле, есть связанные заряды, а сила их связи больше силы, действующей со стороны поля. Работы поля опять нет.
3) В пространстве, где существует электрическое поле, имеется небольшое количество свободных зарядов. Тогда мала будет и работа электрического поля по перемещению их.
4) В пространстве, где существует электрическое поле, имеется большое количество свободных зарядов. Тогда велика будет и работа по перемещению их. Эту работу электрического поля можно использовать для извлечения энергии.

Сравним извлечение энергии из атмосферного электричества с проектом, который описан выше. В атмосфере Земли у её поверхности, свободных зарядов ничтожное количество, поэтому нет возможности получения значительной энергии от работы электрического поля Земли. В представленном проекте свободных носителей зарядов (электронов в проводнике) колоссальное количество (примерно 10 в 26 степени для металлического проводника, приведённого на рисунке), поэтому столь же велика будет и работа электрического поля Земли по перемещению их. Чтобы заставить электрическое поле Земли работать постоянно, надо сделать так, чтобы оно разделяло в пространстве проводника противоположные по знаку заряды, а в клетке Фарадея, где поле Земли отсутствует, разделённые заряды вновь соединялись на нагрузке, выделяя энергию. И так до бесконечности. Поэтому электрическое поле Земли является величайшим подарком природы человечеству. Бесплатный, экологически чистый, безопасный и практически неограниченный источник энергии. Человечеству стоит научиться использовать его, а не сжигать углеводороды.

Наша Земля и другие планеты имеют как магнитное поля, так и электрическое. О том что Земля имеет электрическое поле, было известно лет 150 тому назад. Электрический заряд планет в солнечной системе создается Солнцем благодаря эффектам электростатической индукции и ионизации вещества планет. Магнитное поле образуется за счет осевого вращения заряженных планет. Среднее магнитное поле Земли и планет зависит от средней поверхностной плотности отрицательного электрического заряда, угловой скорости осевого вращения и радиуса планеты. Поэтому Землю (и другие планеты), по аналогии с прохождением света через линзу, следует рассматривать как электрическую линзу, а не источник электрического поля.

Значит, Земля связана с Солнцем с помощью электрической силы, само Солнце связано с центром Галактики с помощью магнитной силы, а центр Галактики связан с центральным сгущением галактик посредством электрической силы.

Наша планета в электрическом отношении представляет собой подобие сферического конденсатора, заряженного примерно до 300 000 вольт. Внутренняя сфера - поверхность Земли - заряжена отрицательно, внешняя сфера - ионосфера - положительно. Изолятором служит атмосфера Земли.

Через атмосферу постоянно протекают ионные и конвективные токи утечки конденсатора, которые достигают многих тысяч ампер. Но, несмотря на это разность потенциалов между обкладками конденсатора не уменьшается.

Это означает, что в природе существует генератор (G), который постоянно восполняет утечку зарядов с обкладок конденсатора. Таким генератором является магнитное поле Земли, которое вращается вместе с нашей планетой в потоке солнечного ветра.

Как и в любом заряженном конденсаторе, в земном конденсаторе существует электрическое поле. Напряженность этого поля распределяется очень неравномерно по высоте: она максимальна у поверхности Земли и составляет примерно 150 В/м. С высотой она уменьшается приблизительно по закону экспоненты и на высоте 10 км составляет около 3% от значения у поверхности Земли.

Таким образом, почти всё электрическое поле сосредоточено в нижнем слое атмосферы, у поверхности Земли. Вектор напряженности электрического поля Земли E направлен в общем случае вниз. Электрическое поле Земли, как и любое электрическое поле, действует на заряды с определенной силой F, которая толкает положительные заряды вниз, к земле, а отрицательные - вверх, в облака.

Все это можно увидеть в природных явлениях. На Земле постоянно бушуют ураганы, тропические шторма и множество циклонов. Например, подъем воздуха во время урагана происходит в основном за счет разности плотности воздуха на периферии урагана и в его центре - тепловой башне, но не только. Часть подъемной силы (примерно одну треть) обеспечивает электрическое поле Земли, согласно закону Кулона.

Океан во время шторма представляет собой огромное поле, усыпанное остриями и ребрами, на которых концентрируются отрицательные заряды и напряженность электрического поля Земли. Испаряющиеся молекулы воды в таких условиях легко захватывают отрицательные заряды и уносят их с собой. А электрическое поле Земли в полном соответствии с законом Кулона двигает эти заряды вверх, добавляя воздуху подъемную силу.

Таким образом, глобальный электрический генератор Земли расходует часть своей мощности на усиление атмосферных вихрей на планете - ураганов, штормов, циклонов и пр. Кроме того, такой расход мощности никак не сказывается на величине электрического поля Земли.

Электрическое поле Земли подвержено колебаниям: зимой оно сильнее, чем летом, ежедневно оно достигает максимума в 19 часов по Гринвичу, также зависит от состояния погоды. Но эти колебания не превышают 30% от его среднего значения. В некоторых редких случаях при определенных погодных условиях напряженность этого поля может увеличиться в несколько раз.

Во время грозы электрическое поле изменяется в больших пределах и может изменить направление на противоположное, но это происходит на небольшой площади, непосредственно под грозовой ячейкой и в течение короткого времени.

Читайте также: