Ghidul tau pe internet
Captarea energiei campului electric terestru
Detalii
| Categorii | Stiinta |
|---|---|
| Taguri | Fizica |
| Ultima actualizare | Marti 5 august 2014 |
| Vizualizari | 1771 |
Voteaza & Distribuie
Descriere
Dezvoltarea omenirii este conditionata de utilizarea surselor energetice. Energia electrica are o importanta deosebita, fiind usor de procesat, transmis si valorificat. In prezent energia cinetica si potentiala a caderilor de apa, impreuna cu energia termica rezultata prin arderea carbunelui, petrolului si gazelor naturale au o pondere insemnata in obtinerea energiei electrice.In principiu, intr-o centrala electrica (hidrocentrala, termocentrala) energia mecanica a turbinelor hidraulice, turbinelor cu abur sau turbinelor cu gaze este transformata in energie electrica de catre generatoare electrice (alternatoare) si apoi distribuita la consumatori prin intermediul unor transformatoare si retele electrice.
Sistemul energetic asigura puteri mari, dar randament scazut, cu consecinte negative asupra pretului de cost pe kWh in conditiile epuizarii rezervelor de combustibili. Nici centralele nuclearo-electrice nu reprezinta o solutie viabila pe termen mediu si lung, avand in vedere riscurile de contaminare radioactiva.
Sursele energetice neconventionale bazate pe conversia energiei radiatiei solare, a vantului, a valurilor, a mareelor sau cele geotermice sunt putin raspandite datorita densitatilor mici de energie, distributiei neuniforme si fluctuatiilor mari in timp, desi sunt nepoluante, regenerabile si practic inepuizabile. De aceea, se impun noi directii de cercetare aplicativa in domeniul energetic. Un nou mod de abordare a conversiei energiei este generatorul geoelectric, solutie tehnica alternativa pentru valorificarea campului electric terestru.
Se stie ca printr-un conductor care face legatura intre doua incinte cu gaze ionizate aflate la potentiale electrice diferite, curetul electric trece pana cand se anuleaza diferenta de potential, stabilindu-se echilibrul electric. Mentinerea curentului prin conductor este posibila atunci cand se asigura ionizarea diferentiata a gazelor din incinte, prin fluxuri de radiatii electromagnetice sau corpusculare. Se ajunge astfel la modelul de circuit electric deschis care poate fi utilizat pentru captarea energiei campului electric din atmosfera terestra, unde exista straturi de mari dimensiuni cu gaze ionizate sub actiunea radiatiei cosmice primare, dar si a radiatiilor secundare rezultate in urma interactiunilor la energii mari.
Campul electric terestru joaca un rol important in dinamica atmosferei si regimul precipitatiilor, cu influente extinse in biosfera si chiar la procese geologice. In ansamblu, Pamantul este incarcat cu sarcina electrica negativa care este distribuita neuniform la suprafata si in interiorul sau. Masuratorile geofizice au pus in evidenta, la nivelul scoartei terestre, existenta unor curenti electrici naturali cauzati de procese electrochimice, termoelectrice, de inductie, polarizarea unor roci, vibratii etc. Intensitatea curentilor electrici depinde de conductivitatea materialului terestru, avand valori destul de mari in anumite regiuni, ca de exemplu, zona litorala si vecinatatea tarmului oceanic.
La suprafata Pamantului, intensitatea campului electric are valoarea medie de circa -130 V/m si scade progresiv cu altitudinea in troposfera. Modificari importante ale campului electric pot fi cauzate de formatiunile noroase, care au frecvent o distributie de sarcini pozitive la partea superioara si negative la cea inferioara. Pe langa norii polar-pozitivi pot exista si nori polar-negativi sau chiar tripolari. Diferenta de potential dintre un nor si sol poate atinge, in timp de furtuna, valori de ordinul milioanelor de volti.
Electricitatea din troposfera este produsa de fortele de frecare dintre curetii de aer, de radiatiile ionizante solare sau prin emisia de particule electrice de catre sursele radioactive terestre, dar rezulta si in procesul evaporarii si condesarii apei sub forma de picaturi incarcate cu sarcina electrica pozitiva. Moleculele de apa sunt polarizate, deoarece centrul sarcinilor eelectrice pozitive nu coincide cu centrul sarcinilor electrice negative.
Aceasta configuratie se explica pe seama hibridizarii orbitalilor atomului de oxigen, care poseda doua perechi de electroni neparticipanti, la formarea legaturilor covalente. In stare condensata, moleculele de apa se asociaza prin legaturi de hidrogen, datorate atractiei dintre un atom de hidrogen (electropozitiv) si unul de oxigen (electronegativ) de la o molecula vecina.
Spre deosebire de ploaie, precipitatiile solide (grindina, ninsoare) transporta sarcina electrica negativa. Trecerea curentului electric printr-un conductor care face legatura intre doua puncte cu potentiale diferite din troposfera este posibila atunci cand la capetele sale sunt amplasate surse artificiale de ionizare (termice, radioactive) a atomilor si moleculelor neutre pentru a exista suficiente sarcini electrice libere. Situatia este cu totul diferita in cazul paturilor ionizate.
Termosfera, cunoscuta si sub numele de ionosfera, este sediul unor procese intense de ionizare provocate de radiatiile electromagnetice si corpusculare care provin din spatiul cosmic.Este bine de mentionat ca un corp aflat in termosfera nu poate atinge temperatura mediului inconjurator care este foarte rarefiat. In acest caz, temperatura nu se masoara cu termometrul, ci se calculeaza din formula energiei cinetice medii a particulelor constituente.
Ionosfera este divizata in mai multe straturi (D, E, F, G) care au un rol deosebit in absorbtia componentelor radiatiei solare nocive pentru organismele vii, dar este utila si in telecomunicatii, prin reflexia undelor radio. In ionosfera se formeaza aurorele polare, fenomene produse de particulele elecrice care se infasoara in jurul liniilor de camp magnetic. Particulele electrice care evadeaza centurile de radiatii van Allen si ionosfera patrund in atmosfera sub altitudinea de 40 km si ionizeaza moleculele din compozitia aerului, dand nastere asa-numitei centuri ionice inferioare. Centura prezinta un maxim de ionizare intre altitudinile de 5 si 25 km, zona deosebit de dinamica, in care se manifesta „curentii jet" cu viteze de 25 – 100 m/s.
Se pot concepe mai multe variante costructive pentru sistemele de captare a energiei campului electric terestru, dupa cum punctele cu potentiale electrice diferite apartin scoartei terestre, scoartei terestre si unei paturi ionizate a atmosferei sau unor paturi diferite cu gaz ionizat.
In prima varianta constructiva, sistemul pentru captarea energiei campului electric terestru se compune din conductorul conectat la statia de procesare a energiei electrice si electrozii amplasati in zone cu potentiale electrice diferite ale scortei terestre. Conductorul – confectionat din Cu sau Al - este suspendat pe stalpii, dar poate fi ingropat in sol, cu conditia realizarii unei bune izolatii electrice. Statia de procesare este prevazuta cu convertoare, transformatoare si stabilizatoare pentru asigurarea paremetrilor standard specifici retelei nationale de curent alternativ, la care se adauga dispozitive de siguranta si aparate de masura si control pentru exploatarea sistemului energetic in conditii optime. Energia electrica obtinuta este transferata in reteaua nationala de curent alternativ, dar poate fi stocata in acumulatori de mare capacitate, eventual, se opteaza pentru obtinerea hidrogenului prin electroliza, care este utilizat, la randul sau, in pilele de combustie.
In cea de-a doua varianta constructiva, sistemul pentru captarea energiei campului geoelectric este prevazut cu conductorul izolat, tamburul de rulare, elicopterul pentru sustinere, electrodul, amplasat in scoarta terestra, precum si statia pentru procesarea energiei electrice. Elicopterul de la capatul superior al conductorului, care are si rol de electrod, este situat la „punct fix" in centura ionica inferioara din atmosfera. Deoarece conductorul izolat este supus unor forte de intindere mari, este recomandat sa aiba sectiune variabila si sa fie fixat pe un cablu din otel prevazut, de asemenea, cu izolatie electrica. Pentru diferente mari de altitudine, sunt necesare mai multe elicoptere pentru sustinerea conductoarelor electrice, care sunt dispuse pe verticala la distante aproximativ egale.
In cea de-a treia varianta constructiva, sistemul pentru captarea energiei campului electric al Terrei, este format din unul sau mai multi conductorii izolati, bobinele pentru rulare, aparatele de zbor si tehnica aferenta pentru procesarea energiei electrice. Aparatele de zbor, de tip elicoptere sau avioane cu reactie, au rol de sustinere si de electrozi pentru sistemul geolectric. Ele sunt dispuse pe verticala in paturi ionizate ale atmosferei(centura ionica inferioara, ionosfera), in regim de zbor la „punct fix" sau in miscare simultana controlata. In acest caz, energia electrica captata poate fi utilizata pentru iluminatul nocturn de la mare inaltime, producerea de hidrogen prin electroliza, alimentarea unor motoare electrice pentru actionarea elicelor aparatelor de zbor etc.
Cercetarea aplicativa trebuie extinsa la posibilitatile de utilizare a sistemelor geoelectrice la atenuarea perturbatiilor de mare amploare ale campului electric terestru, cu efecte benefice in dinamica atmosferei, regimul precipitatiilor si geodinamica, pentru protectia impotriva unor calamitati naturale provocate de tornade, cicloane, grindina, eruptii vulcanice sau seisme.