можно ли использовать электричество молний
Реальна ли электростанция, работающая от молний?
Для начала давайте определимся с вопросом, что такое молния? В общем случае это — очень большой разряд между двумя электродами. Обычно тут они представлены тучей, со скопившимся электричеством и поверхностью планеты, куда уйдет заряд.
Молнии бывают очень разными. Вот их перечень: внутриоблачные (разряд происходит между тучами), атмосферные — спрайты, эльфы и джеты (разряд из тучи не вниз, а вверх — в более высокие слои атмосферы), наземные — самые частые, заряд из тучи уходит в недра Земли. Мощности молний тоже бывают разными — от миллиона вольт до миллиарда!
Молнии есть не только на Земле, но и на других планетах Солнечной системы: Венере, Юпитере, Сатурне, Уране и на некоторых спутниках планет. Скажем, на спутнике Юпитера — Ио. Самые грандиозные по масштабам и напряжению молнии зафиксированы на Юпитере.
Нет ничего странного в том, что люди поклонялись богам-громовержцам, так как разряд молнии почти всегда связан с громом (пробоем между электродами и появлением ударной звуковой волны при этом). Простейший школьный опыт по физике показывает, как рождается гром — резкий треск при появлении искры между электродами школьного прибора. 
Бенджамин Франклин в 1752 г. установил, что металлические острия, соединённые с землёй, снимают электрические заряды с заряженных тел без соприкосновения с ними и предложил проект молниеотвода
Фото: ru.wikipedia.org
Конечно же, давно у ученых появилась мысль о том, как же «заставить» молнию отдавать электричество на пользу людям. Американский ученый Франклин (его изображение есть на стодолларовой купюре) изучал природу молнии, поднимая в тучу шар с приборами. Ломоносов тоже в свое время занимался этим, но в лаборатории. При одном из опытов молнией был убит его научный ассистент. 
Молниеотвод на памятнике
Фото: ru.wikipedia.org
Идея использования молний в нуждах человечества продолжает пока представлять собой очень сложную проблему. Прежде всего, из-за того, что не совсем ясно, как «поймать» молнию и сохранить ее энергию с последующей передачей небольшими порциями в энергетическую общую сеть города или предприятий. Дальше всех стран в этом продвинулись в США и Китае.
Первоначально предполагалось создание электростанции, работающей на молниях, с высоким стальным стержнем и мощнейшими конденсаторами с последующим распределением электроэнергии «пойманной» молнии с конденсаторов на аккумуляторы и передачей электричества в сеть. На бумаге все получалось хорошо. Во всяком случае, неплохо описывалось математикой. Но ведь молния никогда не работает «по графику»! И где гарантия, что она ударит именно в приготовленный для нее стержень? Кроме того, размеры и надежность конденсаторов должны быть такими, каких еще не производит современная промышленность. 
Можно «создавать» грозовые тучи по заказу над тем местом, где находится электростанция
Фото: pixabay.com
Тем не менее американцы и китайцы не теряют надежду на то, что им удастся решить проблему. Каким образом? Уже существует технология, с помощью которой можно «сгущать» облака, превращая их в грозовые. Для этого внутри облаков просто распыляется металлизированная пыль, на которую начинают «садиться» капли, увеличиваясь в размерах. Технология активно используется в США для того, чтобы в засуху вызвать дождь. В России эта технология применялась для рассеивания туч, если требовалась солнечная погода (один из парадов в Москве).
Получается, что, применяя описанную выше технологию, можно «создавать» грозовые тучи по заказу над тем местом, где находится электростанция, работающая на молниях. Вместо металлического (высокого и толстого) стержня приемником молнии будет лазерный луч. Тут большой плюс в том, что его можно регулировать и направлять под любым углом, привлекая молнию. 
Мексика предъявила США судебный иск на то, что американцы воруют мексиканский дождь
Фото: pixabay.com
На какой стадии сейчас находятся научные разработки в США и Китае — точно неизвестно. Но то, что они продолжаются — факт. В частности, Мексика предъявила США судебный иск на то, что американцы, мол, воруют мексиканский дождь, «притягивая» каким-то образом облака к своей территории. К иску приложены данные о количестве осадков в Мексике и США за весь период наблюдения синоптиками.
Спорно, конечно. Но в чем-то, вероятно, мексиканцы и правы. Тем более что разряд всего лишь одной молнии с последующей отдачей ее энергии в сеть обеспечивает всю Америку очень дешевым электричеством на 20 часов. Правда, тут не факт, а всего лишь расчеты ученых. Но дыма без огня не бывает. Не так ли?
Грозовая энергетика, как перспективный источник энергии
Это направление пока еще можно назвать теоретическим. Его суть состоит в том, чтобы улавливать энергию молний с последующим перенаправлением ее в электросети. Такой источник энергии является возобновляемым, специалисты относят его к альтернативным, иначе говоря, экологически безопасным.
Как мы помним из школьного курса, образование молний представляет собой довольно сложный процесс. Из наэлектризованных облаков по направлению к земле устремляется главный разряд, сформированный электронными лавинами, объединенными в стримеры (разряды). За этим разрядом-лидером образуется горячий ионизированный канал. В свою очередь, по этому каналу в направлении от Земли движется главный разряд молнии, который вырывается с поверхности под действием мощного электрического поля. Процесс протекает молниеносно, повторяясь по несколько раз за долю секунды. Главная задача – уловить этот разряд и направить его в электросеть.
О преимуществах
Небесным электричеством люди заинтересовались очень давно. Стоит вспомнить Бенджамина Франклина, который в своих опытах запускал во время грозы воздушных змеев и в результате понял, что они собирают электрические заряды.
Если говорить об энергии молний, то в одном разряде собрано пять миллиардов джоулей чистейшей энергии, эквивалентной 145 литрам бензина. Ученые рассчитали, что один разряд молнии может обеспечить энергией население Соединенных Штатов на 20 минут. А если учесть, что каждый год по всей Земле ударяет полтора миллиарда разрядов (от 40 до 50 разрядов за секунду), то перспективы открываются поистине потрясающие.
Об экспериментах
Через несколько лет (в 2013 году) сотрудники саунгемптонского университета смоделировали в лаборатории искусственный заряд, совпадающий с параметрами естественных молний. Используя сравнительно простое оборудование, ученые сумели уловить заряд и с его помощью целиком зарядить аккумулятор смартфона за считанные минуты.
О перспективах
Фермы по «отлову» молний пока еще просто мечта. На них можно было бы бесконечно получать дешевую энергию, не нанося вреда экологии. Главная проблема, препятствующая развитию этого направления, заключается в невозможности предсказания места и времени очередной грозы. То есть даже в местах с установленным максимальным числом ударов молний необходимо монтировать большое количество «ловушек».
Есть еще другие проблемы, которые заключаются в следующем:
И все же такие проблемы не останавливают людей, мечтающих создать молниевые фермы. Ведь мечта об укрощении природы и получении доступа к возобновляемым энергетическим ресурсам существует сотни лет и становится все более реальной.
Можно ли использовать энергию молний? Современные достижения и реальные перспективы
Дата публикации: 27 сентября 2019
Огромные молнии через все небо, пугающие наших предков и удивляющие ученых XXI века, не раз навевали мысли о практическом использовании пропадающих впустую киловаттов энергии. Но, несмотря на отдельные попытки реализовать задуманное, грозовая энергетика пока носит больше теоретический, чем практический характер. Тем не менее ряд стран выделяет немало средств на изучение данного направления и решение отдельных сложностей, связанных с «отловом» молний и их перенаправлением в централизованную сеть электроснабжения с помощью высоковольтных систем оборудования.
Теоретическое обоснование возможности использования энергии молний
Яркая вспышка в небе во время ненастья – результат сразу нескольких физико-химических процессов. Наэлектризованные облака с высоким уровнем влажности служат благоприятной средой для образования электронных лавин, объединенных в разряды. Лавины формируют главный заряд, который направляется к земле. По следам его прохождения образуется горячий ионизированный канал, по которому под влиянием мощного электрического поля проходит главный разряд молнии. Процесс занимает мгновения и может повторяться несколько раз в секунду. Огромное напряжение, характерное для разряда, стало основой идеи грозовой энергетики. И сегодня ее основная цель – научиться улавливать молнию и уменьшать ее вольтаж, чтобы использовать полученную бесплатную электроэнергию для нужд промышленности и быта.
Интересные эксперименты по применению энергии молний
Первым ученым, приблизившимся к изучению характера грозовых разрядов, стал Бенджамин Франклин. Во время грозы в рамках своих физических опытов он запускал в небо воздушных змеев. «Собранный» ими электрический заряд позволил предположить возможность его накопления и применения в отдаленном будущем, когда человечество сумеет сконструировать мощное улавливающее оборудование и научится управлять грозным атмосферным явлением без вреда для себя и окружающей среды.
Более поздние эксперименты помогли ученым узнать, сколько энергии в молнии. Говоря научным языком, энергия молнии в джоулях составляет 5 млрд, что аналогично ее объему от сгорания 145 литров бензина. Специалисты из США, где сегодня ведутся масштабные работы в рамках изучения грозовой энергетики, подсчитали: одного разряда достаточно, чтобы снабдить население страны электричеством на 20 минут. Учитывая климатические особенности Штатов и их «удачное» географическое расположение между двумя океанами, становится понятной стремление местных ученых изучить процесс и наладить его практическое применение в промышленных объемах. А если науке удастся преодолеть расстояние, то тысячи молний, ежедневно наблюдаемых в разных частях света, смогут полностью решить энергетическую проблему в рамках планеты.
Конструкция, позволяющая улавливать молнию и преобразовывать ее под параметры энергосетей, была впервые сконструирована в 2006 году и представлена научной аудитории в виде небольшого макета. Заслуга принадлежит компании Alternative Energy Holdings, заложившей первый камень в основание грозовой энергетики будущего. Согласно проведенным расчетам, оборудование окупится за 5-7 лет, бесперебойно производя электричество стоимостью не более 0,005 долларов. Однако масштабные эксперименты в практических условиях не подтвердили работоспособность предложенной схемы, и проект был свернут.
В 2013 году в университете Саутгемптона удалось смоделировать искусственный разряд, полностью повторяющий разряд молнии по уровню напряжения. С помощью несложной системы оборудования удалось уловить его и направить на зарядку смартфона, аккумулятор которого был пополнен до 100% за две минуты.
Проблемы и перспективы
Несмотря на первые неудачи, ученые настроены позитивно. В случае успеха человечество получит киловатты бесплатной, экологически чистой возобновляемой энергии, область применения которой ничем не ограничена. Но, чтобы открыть для себя столь заманчивые перспективы и научиться использовать энергию молнии, предстоит решить немало проблем:
Несмотря на преграды, мешающие запустить проекты практической реализации грозовой энергетики, работы по ее всестороннему исследованию продолжаются. Возможно, уже через десятки лет можно будет говорить о первых успехах, а спустя пару веков электричество от молнии станет столь же доступным, как энергия солнца или ветра.
Семь глупых вопросов про грозу и технологии
Физик и директор по науке в «Криорус»
Может ли молния ударить в наушники и стоит ли ее опасаться, когда вы находитесь дома во время грозы? На эти и другие вопросы в колонке отвечает Игорь Артюхов, физик и директор по науке в «Криорус».
1. Надо ли выключать свет, когда начинается гроза?
Особого смысла в этом нет — разомкнутый выключатель для молнии, дотянувшейся из облаков, не препятствие. Да и повреждение силовой электросети в доме с молниеотводом случается довольно редко. Бывает, что молния ударяет в подводящие провода, иногда это приводит к авариям; для защиты электросетей используются искровые разрядники и другое защитное оборудование.
Повреждение сложной электронной техники — компьютеров, телевизоров — случается несколько чаще, причем электромагнитный импульс от молнии может повредить чувствительные компоненты на расстоянии до нескольких километров. Однако и такие случаи довольно редки.
Расскажи, как цифровая трансформация изменила твой бизнес
2. Притягивают ли радиоволны молнию?
От обычной техники вроде телефонов — нет. Иначе ее «притягивал» бы и обычный свет, который тоже представляет собой электромагнитную волну. При очень большой интенсивности электромагнитной волны (или света) пробой воздуха произойти может — но такие напряженности поля крайне редки. Это может произойти, например, в фокусе мощного лазера или очень мощного радиолокатора.
3. Полностью ли защищен дом с громоотводом?
Правильно говорить — молниеотвод. Бывает, что молния ударяет не в сам молниеотвод, а рядом — но, в целом, правильно смонтированный молниеотвод (или молниеприемный трос) снижает вероятность удара молнии в защищаемый объект многократно.
4. Может ли молния ударить в телефон или наушники?
5. Стоит ли опасаться молнии, если вы дома?
Повторюсь — если дом снабжен правильно смонтированным молниеотводом, опасность ничтожна. Однако в дом без молниеотвода молния ударить может — и в таком случае возможен пожар.
6. Действительно ли молния с большей вероятностью ударит в движущийся объект?
Никакой статистики на эту тему нет — но с точки зрения физики все скорости движения людей, лошадей, автомобилей и даже самолетов несоизмеримо медленны по сравнению со скоростью распространения разряда молнии. Никакого влияния они оказать не могут — «с точки зрения молнии» они все неподвижны.
7. Чем опасна шаровая молния?
О шаровой молнии что-либо сказать очень трудно — она практически не изучена, некоторые даже сомневаются в самом существовании такого явления. Но было зафиксировано несколько случаев получения от нее ожогов. Считается например, что от взрыва небольшой шаровой молнии в 1753 году погиб Георг Рихман, член Санкт-Петербургской академии наук, пытавшийся изучать разряды молний.
Интересные факты о молнии
200 в году, а количество молний составляет в среднем 250 на квадратный километр в год. Частота разрядов достигает 28 молний в минуту. Вспышки молний видны в море с расстояния до
Грозовая энергетика как перспективный источник энергии
Грозовая энергетика – это пока лишь теоретическое направление. Суть методики заключается в поимке энергии молний и перенаправлении ее в электросеть. Данный источник энергии возобновляем и относится к альтернативным, т.е. экологически безопасным.
Процесс образования молний весьма сложен. Изначально из наэлектризованного облака к земле устремляется разряд-лидер, который был сформирован электронными лавинами, слившимися в разряды (стримеры). Этот разряд оставляет за собой горячий ионизированный канал, по которому в обратном направлении движется главный разряд молнии, вырванный с Земли мощным электрическим полем. За доли секунды процесс повторяется несколько раз. Основная проблема – это поймать разряд и перенаправить его в сеть.
Преимущества
За небесным электричеством охотился еще Бенджамин Франклин. Во время грозы он запустил воздушного змея в облако и понял, что тот собирает электрический заряд.
Энергия молний – это 5 млрд джоулей чистой энергии в одном ударе, что сопоставимо со 145 л бензина. Считается, что 1 разряд молнии содержит в себе такое количество энергии, которое все население США потребляет в течение 20 минут.
Ежегодно по всему миру регистрируется около 1,5 млрд разрядов, т.е. молния бьет по поверхности Земли примерно 40-50 раз в секунду.
Эксперименты
11 ноября 2006 г. компания Alternative Energy Holdings заявила о своих успехах в деле создания прототипа конструкции, которая могла бы продемонстрировать «захват» молнии с последующим преобразованием ее в «бытовую» электроэнергию. Компания заявила, что окупаемость действующего промышленного аналога составит 4-7 лет при розничной цене 0,005 долл. США за 1 кВт-ч. К сожалению, руководство проекта после серии практических опытов было вынуждено сообщить о провале. Тогда Мартин А. Умани сравнил энергию молний с энергией атомной бомбы.
В 2013 г. силами сотрудников университета Саунгтгемптона в лабораторных условиях был смоделирован искусственный заряд, аналогичный по всем параметрам молнии естественного происхождения. Благодаря сравнительно простому оборудованию ученые смогли «поймать» его и всего за несколько минут полностью зарядить аккумулятор смартфона.
Перспектива
Молниевые фермы пока являются мечтой. Они бы стали неиссякаемыми экологически безопасными источниками весьма дешевой энергии. Развитию данного направления энергетики препятствует ряд фундаментальных проблем:
Несмотря на очевидные сложности идея создания молниевых ферм жива: очень хочется человечеству укротить природу и получить доступ к огромным возобновляемым запасам энергии.