雷を利用できる場合、電気を生成する必要はまだあるのでしょうか?

電気の発見と応用は人類社会に驚異的な変化をもたらしました。過去 300 年間、人類文明の急速な発展は電気の貢献と切り離すことはできません。電気の発見と応用といえば、私たちはすぐにフランクリンという名前を思い浮かべます。

そうです、凧を使って空の雷と地上の電気は同じものだと証明したのはフランクリンでした。 1752 年のある嵐の日、フランクリンは鍵をつけた凧を金属の紐で空に飛ばしました。雨に濡れた金属の紐が彼の手と鍵の間に稲妻を導いた。それ以来、人類は電気に関する理解において飛躍的な進歩を遂げました。約70年後の1821年、ファラデーは電気モーターを発明しました。 10年後、電磁誘導を発見したファラデーは、連続電流を生成できる人類史上初の発電機を発明しました。それ以来、人類は電気なしでは生きられなくなりました。現代人にとって、電気のない毎日は耐え難いものですが、電気はどこからともなく現れるわけではありません。人間の電力需要を満たすには電気を発電する必要があります。

ギャラリーの著作権のある画像、無断転載については、元の作者にご連絡ください。

電気は人工的な手段でしか生成できないのでしょうか?自然から直接電気を採取することはできるのでしょうか?

この考えには理論的根拠があります。なぜなら、電気は人間が発明したものではなく、自然界に最初から存在していたものであり、フランクリンや他の科学者の研究は単にそれを発見して応用することだったからです。自然界における電気に関して、私たちが最もよく知っているのは空に光る雷です。フランクリンはまた、凧の実験を通じて、空の雷と地上の電気は同じものであることを証明しました。つまり、雷を集めて電気に変換できれば、それを人間が利用できるようになります。

では、雷にはどれくらいの電気エネルギーが含まれているのでしょうか?これを私たちがよく知っている「度」に換算すると、何キロワット時の電力に相当するのでしょうか？まず、雷とは何か、そしてどのように発生するのかについてお話ししましょう。簡単に言えば、雷は雲と雲の間、雲と地面の間、雲内のさまざまな部分の間で発生する放電現象です。では、なぜ放電が起こるのでしょうか?

積乱雲は電荷を発生し、雲の上層は正電荷、下層は負電荷となります。同時に、雲とともに移動する地上にも正電荷が発生します。

諺にあるように、似たものは反発し、反対のものは引き合う。正電荷と負電荷は常に困難を乗り越えて一緒にいようとしますが、問題は空気が良導体ではないため、正電荷は機会を探しに外に出ることしかできないことです。彼らは高い木や建物の屋上、さらには人間の体にも付着します。同時に、負電荷もアイドル状態ではありませんでした。両手を強く下に伸ばし、正電荷を抱きしめようとしました。その手はどんどん長く伸び、ついにはプラスとマイナスの電荷が数々の障害を乗り越えてつながりました。すると、地面から雲に向かって巨大な電流が流れ、夜空を切り裂く稲妻が生まれました。

正電荷と負電荷が互いに抱き合うのは非常に困難です。空気の妨害を克服するためには、極めて強い電圧が必要です。だからこそ、稲妻は荘厳に見えるのです。それで、この雄大な稲妻は単なる見せかけなのでしょうか、それとも本当に強力なのでしょうか?どれくらいの電気が入っていますか？

ギャラリーの著作権のある画像、無断転載については、元の作者にご連絡ください。

私たちが日常的に目にする雷は、大きさや持続時間が異なり、雷の種類によって含まれる電気の量も大きく異なります。

大きく長い雷にどれだけの電気が含まれているかに関する正確な統計はありません。一般的に言えば、私たちが普段目にする普通の雷に含まれるエネルギーは約 10 億ジュールです。 1kw/h = 3600000ジュールなので、10億ジュールはおよそ277kWhの電気に相当します。平均的な3人家族の場合、毎月の電力消費量は約200kWhです。つまり、雷1つで3人家族に1か月半分の電力を供給できることになります。

それほどでもないようです。首都北京を例に挙げてみましょう。市内の常住人口は合計約668万世帯で、1世帯あたりの平均人口は約2.45人です。したがって、大まかに計算すると、1 回の雷で 2 世帯に 1 か月分の電力を供給できることになります。したがって、市の電力需要を満たすには、1 か月以内に 334 万個の雷を捕捉する必要があります。発電の代わりに雷を集めるのは当てにならないようです。

ただし、上記の例は 10 億ジュールの電力を持つ通常の雷の例です。自然界では、雷の大きさは大きく異なります。

2018年10月31日、ブラジルで最長の雷が記録され、その長さは始まりから終わりまで709キロメートルに及んだ。 2019年3月4日、アルゼンチン北部で16.73秒続いた史上最長の雷が記録された。このような巨大な雷には通常、極めて強い電流が含まれており、そのエネルギーは通常の雷の 10 万倍以上になることもあります。このような雷であれば、一回の雷で20万世帯の電力需要を満たすことができます。

残念なことに、雷を集めて人間が利用することは不可能です。雷は速度が速く、電圧が高いため、人工の電気よりも危険です。人間や他の生物が雷に打たれた場合、生存の可能性は基本的にゼロです。そのため、雷を集めることはできません。集められないだけでなく、雨の日は落雷にも注意しなければなりません。