Cik maksā zibens?

Reiz lietotu grāmatnīcā es saskāros ar I. Perelmana grāmatu “Izklaidējošā fizika” no 1924. gada. Uzdrukāts uz brūna papīra (un kur tas labais papīrs nāca pēc Pilsoņu kara), tam bija apakšvirsraksts - "Paradoksi, mīklas, uzdevumi, eksperimenti, sarežģīti jautājumi un stāsti no fizikas jomas." Šis apakšvirsraksts turpmākajos izdevumos no pazīstamās grāmatas bērnības kaut kādu iemeslu dēļ ir pazudis. Tikai ziņkārības dēļ es gribēju uzzināt, kas grāmatā ir mainījies pēdējo 75 gadu laikā. Galu galā mājās man bija šīs plaši pazīstamās studentu jaunatnes grāmatas divdesmit otrais izdevums. Bet zinātne un tehnoloģijas šajā laikā nekustējās.

Manu interesi par Ya.I. Perelman uzjundīja nesen izdotā G. I. Miškeviča grāmata par izcilā zinātnes popularizētāja dzīvi un darbu. “Matemātikas dziedātājs, fizikas bariņš, astronomijas dzejnieks” valstī bija ļoti pieprasīts, nesen agrārs un atpalicis, un tikko bija sācis savu ceļu uz progresīvo un kultūras stāvokļu skaitu pasaulē. Un Perelmana loma šajā attīstībā nebija tālu no pēdējās. Viņa grāmatās asprātīgā izklaide, zinātniskā noteiktība un pat žēlastība pat skolas gados palīdzēja jaunās paaudzes talantīgākajai daļai izvēlēties turpmāko dzīves ceļu kalpojot zinātnei.

Biogrāfijas grāmatā kaut kā tika atzīmēts, ka Ya.I. Perelmans 1916. gadā strādāja īpašā Krievijas valdības sanāksmē par degvielu un, "saistībā ar nožēlojamo koksnes sildīšanas stāvokli Petrogradā", viņš ierosināja pirmo reizi mūsu valstī pāriet uz vasaras laiku. Fakts, ka, izmantojot pulksteņa rokas, lai ietaupītu enerģiju apgaismojumam, jau sen bija zināms visiem. Bet kā malka tika ietaupīta, es nevarēju saprast.

Šis fakts mani tik ļoti ieinteresēja, ka es nolēmu par to pajautāt biogrāfijas grāmatas autoram. Turklāt vienā no manas grāmatas stāstiem, aprēķinot enerģijas patēriņu zibens izlādei, dati starp Perelman un nākamajiem izdevumiem, kas tika izlaisti pēc popularizētāja nāves, atšķīrās gandrīz simts reizes!

Tika nosūtīta vēstule, un atbilde nāca, un viss tika novietots savās vietās. Runājot par malkas taupīšanu, izskaidrojums bija ļoti skaidrs - Pirmā pasaules kara laikā Malka kurināma kā kurināmo Sanktpēterburgas katlumājās. Tas ir iemesls, kāpēc jau pirmajos padomju varas gados sākās jauna veida kurināmā meklēšana valsts elektrifikācijai (GOELRO plāns). Tad viņi pievērsa uzmanību kūdrai.

Attiecībā uz aprēķinu nekonsekvenci es atļaušos citēt no manis rakstītās G. I. Miškeviča vēstules: "VISUS viņa grāmatu izdevumus, kas iznāca pēc Ya.I. Perelman nāves, SPORTA VEIDO visu veidu bezatbildīgi redaktori un izdevēji." Uzsver vēstules autore. Mēs piebilstam tikai to, ka "izklaidējošu zinātņu doktors" nomira 1942. gada 16. martā. no bada ierobežotajā Ļeņingradā.

Bet es gribēju izdomāt jautājumu "Cik maksā zibens?" Jo tas ir nosaukums vienai no Perelmana grāmatas nodaļām.

Pirmo nopietno zibens pētījumu veica lielais amerikānis Bendžamins Franklins, kādu iemeslu dēļ uzskatot par vienu no ASV prezidentiem mūsu valstī. Viņš nebija, bet iemūžināja savu vārdu, eksperimentāli pierādot negaisa elektrisko raksturu.

Tad to nebija viegli izdarīt. Nebija debesskrāpju, lidmašīnu un pat balons netika izgudrots. Un eksperimentu veikšanai bija nepieciešams burtiski saņemt debesu elektrību. Patiešām, tā laika pirmajā elektriskajā kondensatorā - Leidenes krastā - viena no divām tā plāksnēm bija eksperimenta devēja roka.

Izmantojot bērna rotaļlietu, ko sauc par pūķi, eksperimentētājs ievada diriģentu pērkona blokā, uzlādēja Leyden burku un tad salīdzināja to ar to pašu burku, kuru uzlādēja ar elektrisko mašīnu.

Bundžu izturēšanās bija identiska. Nebija šaubu: zibens izlādei ir elektrisks raksturs. Viņš pat noteica, ka visbiežāk mākoņi veic negatīvu elektrisko lādiņu. Franklina eksperimenti bija ārkārtīgi bīstami, taču tie papildus ļoti interesantiem zinātniskiem datiem noveda pie viņa izgudrošanas zibensnovedēja.

Cits amerikānis Šarls Proteuss Šteinmets (1865–1923) tiek uzskatīts par vienu no galvenajiem elektrotehnikas zinātnes pamatlicējiem. Savos pēdējos dzīves gados viņš veltīja jautājumiem enerģijas enerģijas pārvadei no attāluma, izmantojot augstu spriegumu.

Lai atrisinātu augstsprieguma sistēmu izolācijas problēmas, viņam bija nepieciešams augstsprieguma impulsu ģenerators. To viņš uzcēla. Šis ģenerators varēja radīt mākslīgu zibens ar potenciālu 120 kilovolti. Tomēr pastāv zinātniska metode, ko sauc par ekstrapolāciju, kas dažos apstākļos ļauj izplatīt novērojumu secinājumus par līdzīgām parādībām citās. Lai arī šī metode ir tālu no ideālas, taču zinātnē to parasti nevar izmantot neko citu.

ASV, lai novērtētu visu un visu, bieži izmanto monetaristu metodi. “Tu izskaties pēc tūkstoš dolāriem,” boss stāsta savam sekretāram. Pianists apdrošina pirkstus par miljonu dolāru. Un futbolista talanta novērtējums dolāros jau sen bija zināms pat mūsu līdzjutējiem. Skaidrības labad, novērtējot zibens izlādi, Ya.I. Perelman izmanto šo ļoti efektīvo metodi, kas izgudrota Jaunajā pasaulē.

Mēs lasām Ya. I. Perelman sākotnējos datus: “Šeit ir aprēķins (kam esam parādā nesen mirušajam amerikāņu elektrotehniķim Steinmets). Zibens izlādes laikā spriegums tiek noteikts apmēram 5 miljoni voltu. Tiek lēsts, ka strāva ir 10 000 ampēri. "

Principā, zinot jebkuras instalācijas spriegumu un strāvas stiprumu, ir viegli aprēķināt tās jaudu, reizinot šos datus. Reizinot jaudu ar tās patēriņa laiku, iegūstam enerģijas patēriņu. Tas viss attiecas uz zibens. Bet cik ilgi saglabājas šīs gigantiskās elektriskās dzirksteles zibspuldze? Vai šo laiku var izmērīt?

Izrādās, ka nav tik grūti. Angļu fiziķis C. Wheatstone ierosināja šim nolūkam izmantot ātri rotējošu disku, bet ar noteiktu, iepriekš noteiktu ātrumu. Zibspuldze, mirkli izgaismojot šo disku, reģistrēs, cik grādus šis disks ir nobīdījis. Zinot diska apgriezienu skaitu, laika konvertēšanu nav grūti izdarīt, lai gan zibens izlāde ilgst tikai sekundes tūkstošdaļas.

Ir daudz grūtāk iegūt aprēķinātos zibens elektriskos parametrus. Galu galā pērkona bloku var iedomāties kā uzlādētu kondensatoru, bet, izlādējoties, tā strāvas un spriegums mainās eksponenciāli laikā, tas ir, eksponenciālā funkcija.

Perelman redaktori sniedz citu informāciju. Viņu maksimālā zibens strāva ir 200 tūkstoši ampēru, un potenciāls ir 50 miljoni voltu. Viņi sadala iegūto jaudu uz pusēm, izskaidrojot šo izmantošanu vidējā potenciāla aprēķināšanai. Protams, maksimālā strāvas un nepareizi aprēķināta potenciāla izmantošana savos aprēķinos rada nepareizus rezultātus. Tātad aprēķināto enerģiju saskaņā ar Steinmets nevar pieņemt nezināmu datu dēļ, kas ņemti no jebkuras vietas, un redaktoru iegūtie rezultāti ir nepareizi. Vai ir iespējams aprēķināt zibens patērēto enerģiju, neizmantojot tā mainīgos parametrus. Izrādās, ka tas ir iespējams.

Izcilā zibens pētnieka B. Šonlanda grāmatā tiek ziņots par vēl vienu parametru - zibens izlādes laikā patērēto elektrības daudzumu. “Atsevišķos sitienos (zibens) parasti tiek neitralizēts 2–10 kulonu lādiņš.” Šī parametra aprēķins ir vienkāršots, jo viens kulons ir nekas cits kā ampērs otrais. Vēl viens parametrs - pērkona negaisa spriegums, aprēķina zinātnieki, jo to vēl nav iespējams izmērīt. Pēc B. Šonlanda teiktā, "tiek lēsts, ka šis spriegums ir vismaz 100 miljoni voltu".

Par to veiksim savus aprēķinus.Pieņemsim, ka elektrības daudzums, kas patērēts, izlādējot parasto zibens, ir 5 kuloni (Tas ir krusts starp 2 un 10) Tad, reizinot kulonus ar voltiem, mēs iegūstam 500 miljonus vatu sekundes jeb 140 kilovatstundas neko vairāk. Un ar vidējo tarifu Krievijā 2 rubļiem par kilovatstundu, izmaksas rubļos būs 280 rubļi. Šādai milzīgai parādībai summa ir ļoti maza. Jāatzīmē, ka C. Šteinmeta un Perelmana redaktoru aprēķini, pārejot uz moderniem elektrības tarifiem, deva attiecīgi 30 un 2800 rubļu rezultātus. Mūsu rezultāts ir tuvāk Steinmets rezultātam, taču tas joprojām no tā atšķiras ar lieluma secību, t.i. 10 reizes! Citos jautājumos tas ir viegli izskaidrojams ar to, ka nākamie zinātnieki mākoņu potenciālu lēš nevis pie 5 miljoniem voltu, bet gan pie 100 miljoniem, un mēs ņēmām mākoņa lādiņu no griestiem.

Jāatzīst, ka mūsu aprēķiniem nav zinātniskas vērtības. Viņi vienkārši ilustratīvi paziņo, ka tik milzīga parādība kā atmosfēras elektrība nav energoietilpīga un, visticamāk, nekad to neatradīs kā elektrības avotu. Galu galā ikmēneša enerģijas patēriņš 140 kWh tiek "likvidēts" ar elektrības skaitītājiem tikai daudzstāvu ēkas kāpņu telpas apgaismošanai.

Vai šie rezultāti ir nepieciešami mūsdienu elektriķiem? Protams, tie ir nepieciešami, bet tikai tāpēc, lai nemēģinātu nodarboties ar atmosfēras elektrības izmantošanu rūpniecībā un lauksaimniecībā. Tas ir ekonomiski neizdevīgi un ļoti bīstami. Mēs citējam vienu no amerikāņu meteorologa L. Betēna darbiem: “Savādi, ka zibens, kas ir obligāts atribūts jebkuram negaisam, nogalina vairāk cilvēku nekā jebkura cita laika parādība, izņemot negaidītus plūdus.”

Vērojot zibspuldzes, kas apgaismo lielas telpas, jebkuram saprātīgam cilvēkam vajadzētu saprast, ka šo enerģiju, kas visu nakti tiek tērēta savā lievenī un dzīvoklī, galu galā apmaksā viņš un jācenšas panākt enerģijas taupīšanas gaismas avotus. Zibens iznīcinošo raksturu izraisa īss procesa process ar lielu jaudu un tas atgādina sadzīves gāzes eksploziju mājā, kur gāzes plītis parasti patērē daudz gāzes. Tātad neliela gāzes noplūde vienā no dzīvokļiem, kas kopā ar gaisu ir sprādzienbīstams maisījums, noved pie traģēdijām visā mājā.

Mums vajadzētu izteikt cieņu Ch.P. Steinmets, kas ir šāda aprēķina iniciators, un atgādināt sagatavotajiem lasītājiem, ka arī viņš ir simbolu metodes autors maiņstrāvas elektrisko ķēžu aprēķināšanai. Un tas maksā daudz.

Lasīt arī:Atmosfēras elektrība kā jauns alternatīvās enerģijas avots