Quel est le coût de la foudre?

Une fois dans une librairie d'occasion, je suis tombé sur un livre de I. Perelman «Entertaining Physics» de l'édition de 1924. Imprimé sur du papier brun (et d'où vient le bon papier après la guerre civile), il avait un sous-titre - "Paradoxes, énigmes, tâches, expériences, questions complexes et histoires du domaine de la physique." Ce sous-titre dans les éditions ultérieures de l'enfance du livre bien connu a disparu pour une raison quelconque. Par curiosité, je voulais savoir ce qui a changé dans le livre au cours des 75 dernières années. Après tout, chez moi, j'avais la vingt-deuxième édition de ce livre étudiant pour les jeunes largement connu. Mais la science et la technologie pendant cette période n'ont pas stagné.

Mon intérêt pour Ya.I. Perelman a été chauffé par le livre récemment publié de G.I. Mishkevich sur la vie et le travail d'un vulgarisateur exceptionnel de la science. «Le chanteur des mathématiques, le barde de la physique, le poète de l'astronomie» était très demandé dans le pays, récemment agraire et arriéré, et venait de commencer son voyage dans le nombre d'états avancés et culturels du monde. Et le rôle de Perelman dans cette évolution était loin d'être le dernier. Dans ses livres, l'amusement plein d'esprit, la certitude scientifique et même la grâce, même pendant ses années scolaires, ont aidé la partie la plus talentueuse de la jeune génération à choisir son futur chemin de vie au service de la science.

Dans un livre de biographie, il a été noté en passant que Ya.I. Perelman a travaillé en 1916 lors d'une réunion spéciale du gouvernement russe sur le combustible et, "en relation avec l'état déplorable du chauffage au bois à Petrograd", il a proposé la première fois dans notre pays de passer à l'heure d'été. Le fait que l'utilisation des aiguilles de l'horloge pour économiser de l'énergie sur l'éclairage est connu de tous depuis longtemps. Mais comment le bois de chauffage a été économisé, je ne pouvais pas comprendre.

Ce fait m'a tellement intéressé que j'ai décidé de demander à l'auteur du livre de biographie à ce sujet. De plus, dans l'une des histoires du livre que j'ai acheté, lors du calcul de la consommation d'énergie pour une décharge de foudre, les données entre Perelman et les éditions suivantes, publiées après la mort du vulgarisateur, ont différé presque cent fois!

Une lettre a été envoyée et la réponse est venue et a tout remis à sa place. Quant à économiser du bois de chauffage, l'explication était très claire - pendant la Première Guerre mondiale, le bois de chauffage a brûlé comme combustible dans les chaudières de Saint-Pétersbourg. C'est la raison pour laquelle, dans les toutes premières années du pouvoir soviétique, la recherche a commencé pour un nouveau type de combustible pour l'électrification du pays (Plan GOELRO). Ensuite, ils ont fait attention à la tourbe.

Concernant l'incohérence des calculs, je vais vous permettre de citer la lettre de G.I. Mishkevich qui m'a été écrite: "TOUTES les éditions de ses livres qui sont sorties après la mort de Ya. I. Perelman sont CORROMPUES par toutes sortes d'éditeurs et d'éditeurs irresponsables." Souligné par l'auteur de la lettre. Nous ajoutons seulement que le "docteur en sciences du divertissement" est décédé le 16 mars 1942. de la faim à Leningrad assiégée.

Mais je voulais comprendre la question "Combien coûte la foudre?" Car c'est le nom d'un des chapitres du livre de Perelman.

La première étude sérieuse de la foudre a été réalisée par le grand américain Benjamin Franklin, considéré pour une raison quelconque comme l'un des présidents américains de notre pays. Il ne l'était pas, mais il a immortalisé son nom en prouvant expérimentalement la nature électrique d'un orage.

Ensuite, ce n'était pas facile à faire. Il n'y avait pas de gratte-ciel, d'avions et même un ballon n'a pas été inventé. Et il était nécessaire de recevoir l'électricité céleste littéralement entre les mains pour des expériences. En effet, dans le premier condensateur électrique de l'époque, une banque de Leyde, l'une des deux plaques de celui-ci était la main de l'expérimentateur.

À l'aide d'un jouet pour enfant appelé cerf-volant, l'expérimentateur a introduit un conducteur dans un nuage d'orage, a chargé un pot de Leyde, puis l'a comparé au même pot chargé d'une machine électrique.

Le comportement des canettes était identique. Il n'y avait aucun doute: la décharge de foudre est de nature électrique. Il a même déterminé que le plus souvent les nuages ​​portent une charge électrique négative. Les expériences de Franklin étaient extrêmement dangereuses, mais elles, en plus de données scientifiques très intéressantes, ont conduit à son invention d'un paratonnerre.

Un autre Américain, Charles Proteus Steinmets (1865-1923), est considéré comme l'un des principaux fondateurs de la science du génie électrique. Au cours des dernières années de sa vie, il s'est consacré aux problèmes de la transmission d'énergie à distance à haute tension.

Pour résoudre les problèmes d'isolement des systèmes haute tension, il avait besoin d'un générateur d'impulsions haute tension. Cela a été construit par lui. Ce générateur pourrait créer un éclair artificiel d'un potentiel de 120 kilovolts. Cependant, il existe une méthode scientifique appelée extrapolation, qui vous permet de répartir les conclusions des observations dans certaines conditions sur des phénomènes similaires dans d'autres. Bien que cette méthode soit loin d'être parfaite, mais souvent rien d'autre ne peut être appliqué à la science.

Aux États-Unis, la méthode monétariste est souvent utilisée pour évaluer tout et tout. "Vous ressemblez à mille dollars", dit le patron à sa secrétaire. Un pianiste assure ses doigts pour un million de dollars. Et l’évaluation du talent d’un joueur de football en dollars est connue depuis longtemps de nos fans. Pour plus de clarté, dans l'évaluation d'une décharge de foudre, Ya.I. Perelman utilise cette méthode très efficace, inventée dans le Nouveau Monde.

Nous lisons les données initiales de Ya. I. Perelman: «Voici le calcul (auquel nous devons l'ingénieur électricien américain récemment décédé Steinmets) La tension lors d'une décharge de foudre est déterminée à environ 5 millions de volts. Le courant est estimé à 10 000 ampères. "

En principe, connaissant la tension et l'intensité du courant d'une installation, il est facile de calculer sa puissance en multipliant ces données. En multipliant le pouvoir par le temps de sa consommation, on obtient la consommation d'énergie. Tout cela est vrai pour la foudre. Mais combien de temps dure le flash de cette gigantesque étincelle électrique? Peut-on mesurer ce temps?

Cela ne s'avère pas si difficile. Le physicien anglais C. Wheatstone a proposé d'utiliser un disque à rotation rapide à cet effet, mais avec une certaine vitesse prédéterminée. Un éclair, éclairant ce disque pendant un instant, enregistrera le nombre de degrés de déplacement de ce disque. Connaissant le nombre de tours du disque, la conversion de temps n'est pas difficile à faire, bien que la décharge de foudre ne dure que des millièmes de seconde.

Il est beaucoup plus difficile d'obtenir les paramètres électriques calculés de la foudre. Après tout, un nuage d'orage peut être imaginé comme un condensateur chargé, mais lorsqu'il est déchargé, ses courants et sa tension changent de façon exponentielle dans le temps, c'est-à-dire la fonction de l'exponentielle.

Les éditeurs de Perelman fournissent d'autres données. Leur courant de foudre maximal est de 200 000 ampères et le potentiel est de 50 millions de volts. Ils divisent la puissance résultante en deux, expliquant leur utilisation pour calculer le potentiel moyen. L'utilisation dans leurs calculs pour une raison quelconque du courant maximum et du potentiel mal calculé conduit, bien sûr, à des résultats incorrects. Ainsi, l'énergie calculée selon Steinmets ne peut pas être acceptée en raison de données inconnues prises de n'importe où, et les résultats obtenus par les éditeurs sont incorrects. Est-il possible de calculer l'énergie consommée par la foudre sans avoir recours à ses paramètres changeants. Cela s'avère possible.

Dans le livre du remarquable chercheur sur la foudre B. Schonland, un autre paramètre est rapporté - la quantité d'électricité consommée par la foudre lors d'une décharge. "Dans les coups individuels (foudre), une charge de 2 à 10 pendant est généralement neutralisée." Le calcul de ce paramètre est simplifié, car un pendentif n'est rien d'autre qu'un ampère seconde. Un autre paramètre - la tension d'un nuage d'orage, les scientifiques calculent, car il n'est pas encore possible de la mesurer. Selon B. Schonland, "on estime que cette tension est d'au moins 100 millions de volts".

Faisons nos calculs pour cela.Supposons que la quantité d'électricité consommée lors de la décharge de la foudre ordinaire elle-même soit de 5 coulombs (il s'agit d'un croisement entre 2 et 10) Ensuite, lorsque nous multiplions les coulombs par volts, nous obtenons 500 millions de watts-secondes, soit 140 kilowattheures de rien de plus. Et avec un tarif moyen en Russie à 2 roubles par kilowatt-heure, les coûts en roubles s'élèveront à 280 roubles. Pour un phénomène aussi formidable, le montant est très faible. Il convient de noter que le calcul de C. Steinmets et des éditeurs de Perelman lors du transfert aux tarifs modernes de l'électricité a donné des résultats de 30 et 2800 roubles, respectivement. Le résultat que nous avons obtenu est plus proche du résultat de Steinmets, mais il en diffère toujours d'un ordre de grandeur, c'est-à-dire 10 fois! Dans d'autres domaines, cela s'explique facilement par le fait que les scientifiques ultérieurs estiment le potentiel du nuage non pas à 5 millions de volts, mais à 100 millions, et nous avons pris la charge du nuage au plafond.

Il faut admettre que nos calculs n'ont aucune valeur scientifique. Ils déclarent simplement à titre illustratif qu'un phénomène aussi formidable que l'électricité atmosphérique n'est pas énergivore et qu'il est peu probable qu'il trouve un usage pratique comme source d'électricité. Après tout, une consommation d'énergie mensuelle de 140 kWh est «liquidée» par des compteurs électriques uniquement pour l'éclairage de la cage d'escalier d'un immeuble à plusieurs étages.

Ces résultats sont-ils nécessaires pour les électriciens modernes? Bien sûr, ils sont nécessaires, mais uniquement pour ne pas essayer de gérer l'utilisation de l'électricité atmosphérique dans l'industrie et l'agriculture. C'est économiquement non rentable et très dangereux. Nous citons l'un des travaux du météorologiste américain L. Betten: "Curieusement, la foudre, qui est un attribut obligatoire de tout orage, tue plus de personnes que tout autre phénomène météorologique, à l'exception des inondations inattendues."

En regardant des éclairs éclairer de grands espaces, toute personne sensée devrait comprendre que cette énergie, gaspillée toute la nuit dans son porche et son appartement, est finalement payée par lui et devrait s'efforcer de trouver des sources de lumière économes en énergie. La nature destructrice de la foudre est causée par la courte durée du processus à haute puissance et ressemble à une explosion de gaz domestique dans une maison où beaucoup de gaz est généralement consommé dans les cuisinières à gaz. Ainsi, une petite fuite de gaz dans l'un des appartements, qui avec l'air est un mélange explosif, conduit à des tragédies dans toute la maison.

Nous devons rendre hommage à Ch.P. Steinmets, l'initiateur d'un tel calcul, et rappeler aux lecteurs préparés qu'il est lui aussi l'auteur d'une méthode symbolique de calcul des circuits électriques AC. Et cela coûte cher.

Lisez aussi:L'électricité atmosphérique comme nouvelle source d'énergie alternative