Можно посчитать и конкретно. Формулу громоотвода знаете? Ну, же! Ладно… понимаю, вам это в жизни никогда бы не пригодилось, потому и голову ерундой не забивали… Кто же знал, что фортуна задом повернется? Хорошо, напоминаю — "Громоотвод защищает от атмосферного разряда (молнии) площадку, в виде окружности, описанной вокруг его основания, с радиусом равным его высоте". Почему? Потому, что громоотвод является концентратором напряжения, и все силовые линии атмосферного электрического поля, которые ранее равномерно распределялись по оной площадке, теперь "стянулись" к его вершине. Туда же, при случае, ударит из грозовой тучи молния. Навстречу развивающемуся с вершины громоотвода "лидеру". В смысле, сначала над его возвышенной частью возникнет коронный разряд, а уже оттуда потянет цепочку ионов воздуха, достаточную для пробоя молнии "линейного" типа. Господи, ребята, ну почему же у вас такие хмурые рожи?
Спрашивается, можно ли получить сходный эффект (газовый разряд на высоко поднятом электроде) в ясную, безоблачную погоду? А если можно, то, что это нам дает в практическом смысле? Ведь за пределами разряда воздух так и останется диэлектриком. Тогда зачем? Есть причина и смысл, однако… Откуда вообще берется электрический заряд атмосферы? Что его питает и поддерживает, гм… миллиарды лет? Ликбез:
Приблизительно 40 % энергии падающего на Землю солнечного света, по ходу обратного излучения в космос, на некоторое время (участок конвективного теплообмена) превращается в энергию потенциального электрического поля. Заряд тропопаузы и стратосферы производят восходящие от поверхности планеты потоки нагретого воздуха с примесью водяного пара. Естественная утечка этого заряда осуществляется за счет ионизации воздуха космическими лучами, гроз, выпадения дождя и снега на горные вершины. А вы думали, почему высокие пики всегда в снеговых шапках? Туда, то же самое электрическое поле, день и ночь тянет висящую в верхних слоях атмосферы заряженную ледяную пыль.
Однако, начнем издалека, с космоса. Температура любого небесного тела жестко задана интегральной мощностью внешнего излучения, поглощаемой его поверхностью и внутренним тепловыделением из недр. Для Земли среднегодовой поток солнечного света колеблется от 250–300 Вт/кв. метр на экваторе до 50-120 Вт/кв. метр в полярных областях. Охлаждение в вакууме, естественно, чисто радиационное.
Сумма потоков энергии, достигающих поверхности в точности равна потоку энергии излучаемой обратно в космос. Но, многие планеты Солнечной системы (в частности Земля) имеют атмосферу. У них только стратосфера (откуда тепловая радиация уходит в мировое пространство) близка к норме теплового баланса (для Земли около -25 градусов С). На поверхности небесного тела, окруженного газовой оболочкой, всегда значительно теплее. Эта штука называется "парниковым эффектом".
Любая атмосфера является спектральным фильтром с несколькими окнами прозрачности. Она может пропускать свет строго определенного диапазона. Поскольку максимум обратного (теплового) излучения с поверхности всегда сдвинут, относительно поглощенного, в длинноволновую область, то и радиационное охлаждение (подобно голым астероидам) невозможно. Излучение от поверхности не расходится, нагревая прилегающий воздух. Для удаления тепловой энергии в космос нужен очень производительный механизм с материальным теплоносителем. В плотной части газовой оболочки планет (до стратосферы включительно) теплопередача почти целиком конвективная. Тропосфера Земли (это ниже 12–17 км) содержит 90 % массы воздуха и 99 % атмосферной влаги. Тепловой поток "поверхность-космос" там идет за счет механического перемещения воздушных масс. Это — предельно грубая модель процесса. Теперь, её важная деталь.
Баланс радиационного притока энергии и конвективного оттока тепла требует быстрого вертикального движения теплоносителя. Возникает резкий перепад температуры и давления по высоте. Тепловой напор между поверхностью планеты и верхней границей тропосферы (высота 12–17 км) достаточно велик (на Земле в районе экватора от +45 градусов С на уровне моря до -70 градусов С в тропопаузе). Но, сам по себе, конвективный теплообмен всё равно не справляется с нагрузкой. Энергия тупо "застревает" в нижних слоях атмосферы. Воздух — исключительно плохой теплоноситель. В результате основная нагрузка по переносу энергии через плотные слои приземного воздуха обычно лежит на гораздо более производительном эффекте фазовых переходов, действующем параллельно с конвекционным. Атмосфера четко стратифицирована по высоте на слои, отличающиеся составом, плотностью и температурой. Двигаясь из жары в холод и обратно, часть компонентов воздушных потоков циклически меняет агрегатное состояние (испаряется, поглощая тепло, и конденсируется, его отдавая). В момент конденсации, в верхних слоях атмосферы, каждая молекула выдает квант уходящего в мировое пространство излучения. На Земле "рабочим телом" описанного теплового насоса на фазовых переходах является вода, на Венере — серная кислота, на Юпитере — аммиак.