Каква е цената на мълнията?

Веднъж в книжарница втора употреба попаднах на книга на И. Перелман „Забавна физика” от изданието от 1924 г. Отпечатана на кафява хартия (и откъде идва добрата хартия след Гражданската война), тя имаше подзаглавие - „Парадокси, пъзели, задачи, експерименти, сложни въпроси и истории от областта на физиката“. Този подзаглавие в следващите издания от детството на добре познатата книга по някаква причина е изчезнал. Само за любопитство исках да разбера какво се е променило в книгата през последните 75 години. В крайна сметка вкъщи имах двадесет и второто издание на тази широко известна студентска младежка книга. Но науката и технологиите през това време не застояха.

Интересът ми към Я. И. Перелман бе разгорещен от наскоро издадената книга на Г. И. Мишкевич за живота и делото на изключителен популяризатор на науката. „Певецът на математиката, бардът на физиката, поетът на астрономията“ беше широко търсен в страната, наскоро аграрен и назад, и току-що започна своето пътуване към броя на напредналите и културни състояния на света. И ролята на Перелман в това развитие беше далеч от последната. В книгите си остроумно забавление, научна сигурност и дори изящество, дори в ученическите си години, помогнаха на най-талантливата част от младото поколение да избере своя бъдещ житейски път в служба на науката.

В една биографична книга по някакъв начин беше отбелязано, че Я. И. Перелман през 1916 г. е работил на специална среща на руското правителство за гориво и „във връзка с плачевното състояние на отопление на дърва в Петроград“ предлага да премине към лятно време за първи път у нас. Фактът, че с помощта на ръцете на часовника за пестене на енергия за осветление отдавна е известен на всички. Но как са спасени дърва за огрев, не можах да разбера.

Този факт ме интересува толкова много, че реших да попитам автора на биографичната книга за това. Нещо повече, в една от историите на книгата, която купих, при изчисляването на консумацията на енергия за разряд на мълния, данните между Перелман и следващите издания, издадени след смъртта на популяризатора, се различаваха почти сто пъти!

Изпратено е писмо и отговорът дойде и постави всичко на мястото си. Що се отнася до спестяването на дърва за огрев, обяснението беше много ясно - по време на Първата световна война дърва за огрев гориха като гориво в котелните централи на Санкт Петербург. Това е причината в първите години на съветската власт да се търси търсене на нов вид гориво за електрифициране на страната (план GOELRO). Тогава те обърнаха внимание на торфа.

Що се отнася до несъответствието на изчисленията, ще ви позволя да цитирате писмото на Г. И. Мишкевич, написано до мен: „ВСИЧКИ издания на неговите книги, излезли след смъртта на Я. И. Перелман, са КОРУПИРАНИ от всякакъв вид безотговорни редактори и издателства.“ Подчертано от автора на писмото. Добавяме само, че „докторът на развлекателните науки“ умира на 16 март 1942 г. от глад в обсаден Ленинград.

Но исках да измисля въпроса "Колко струва мълнията?" Защото това е името на една от главите в книгата на Перелман.

Първото сериозно изследване на светкавицата е взето от великия американец Бенджамин Франклин, по някаква причина считан за един от американските президенти в нашата страна. Той не беше, но увековечи името си, като експериментално доказа електрическата природа на гръмотевична буря.

Тогава не беше лесно да се направи. Нямаше небостъргачи, самолети и дори балон не беше измислен. И се изискваше да получава небесно електричество буквално в ръцете за експерименти. Всъщност в първия електрически кондензатор от онова време, банка в Лайден, една от двете плочи беше ръката на експериментатора.

Използвайки детска играчка, наречена хвърчило, експериментаторът въведе диригент в гръмотевичен пламък, нареди буркан от Лейден и го сравни със същия буркан, зареден с електрическа машина.

Поведението на консервите беше идентично. Нямаше никакво съмнение: светкавичният разряд има електрически характер. Той дори определи, че най-често облаците носят отрицателен електрически заряд. Експериментите на Франклин бяха изключително опасни, но те, освен много интересни научни данни, доведоха до неговото изобретяване на гръмоотвод.

Друг американец, Чарлз Протеус Щайнмец (1865-1923), се счита за един от основните основатели на науката за електротехниката. През последните години от живота си той се посвещава на въпросите на предаването на енергия на разстояние, използвайки високо напрежение.

За да реши проблемите с изолацията на високо напрежение на системите, той се нуждаеше от генератор на импулси с високо напрежение. Това е построено от него. Този генератор може да създаде изкуствена светкавица с потенциал от 120 киловолта. Съществува обаче научен метод, наречен екстраполация, който ви позволява да разпространявате изводи от наблюдения при някои условия над подобни явления при други.Въпреки че този метод далеч не е съвършен, но често нищо друго не може да се приложи към науката.

В САЩ често се използва монетаристкият метод за оценка на всичко и всичко. "Приличаш на хиляда долара", казва шефът на своя секретар. Пианистът застрахова пръстите си за милион долара. И оценката на таланта на футболиста в долари отдавна е известна дори на нашите фенове. За по-голяма яснота при оценката на светкавичен разряд Я. И. Перелман използва този много ефективен метод, изобретен в Новия свят.

Ние четем първоначалните данни от Я. I. Перелман: „Ето изчислението (на което дължим наскоро починалия американски електроинженер Steinmets) Напрежението по време на гръмоотвод се определя на около 5 милиона волта. Токът се изчислява на 10 000 ампера. "

По принцип, знаейки напрежението и силата на тока на всяка инсталация, е лесно да се изчисли неговата мощност, като се умножат тези данни. Умножавайки мощността по време на нейното потребление, получаваме потребление на енергия. Всичко това важи за мълнии. Но колко трае мигането на тази гигантска електрическа искра? Може ли това време да се измери?

Оказва се, че не е толкова трудно. Английският физик C. Wheatstone предложи да се използва за тази цел бързо въртящ се диск, но с определена предварително определена скорост. Светкавица от светкавица, осветяваща този диск за момент, ще запише колко градуса се е изместил. Знаейки броя на оборотите на диска, преобразуването на времето не е трудно да се направи, въпреки че разрядът на мълния продължава само хилядни части от секундата.

Много по-трудно е да се получат изчислените електрически параметри на мълнията. В края на краищата един гръмотевичен плам може да бъде представен като зареден кондензатор, но когато се разрежда, токовете и напрежението му се променят експоненциално във времето, тоест функцията на експоненциалната.

Редакторите на Perelman предоставят други данни. Техният максимален ток на мълния е 200 хиляди ампера, а потенциалът е 50 милиона волта. Те разделят получената мощност наполовина, обяснявайки тази употреба от тях за изчисляване на средния потенциал. Използването в техните изчисления по някаква причина на максималния ток и неправилно изчисления потенциал води, разбира се, до неправилни резултати. Така че изчислената енергия според Steinmets не може да бъде приета поради непознати данни, взети от никъде и резултатите, получени от редакторите, са неправилни. Възможно ли е да се изчисли консумираната енергия от мълния, без да се прибягва до нейните променящи се параметри. Оказва се, че е възможно.

В книгата на изключителния изследовател на мълнии Б. Шонланд се отчита още един параметър - количеството електроенергия, консумирана от мълнии по време на разреждане. "При отделни удари (мълния) обикновено се неутрализира заряд от 2 до 10 висулки." Изчисляването на този параметър е опростено, защото една висулка не е нищо друго освен ампер втората. Друг параметър - напрежението на гръмотевичен удар, учените калкулират, тъй като все още не е възможно да го измерят. Според Б. Шонланд, „изчислено е, че това напрежение е поне 100 милиона волта“.

Нека направим нашите изчисления за това.Нека приемем, че количеството консумирана електроенергия при самото изхвърляне на обикновена мълния е 5 кулома (Това е кръстоска между 2 и 10) Тогава, когато умножим куломите по волтове, получаваме 500 милиона вата-секунди или 140 киловатчаса нищо повече. И при средна тарифа в Русия от 2 рубли на киловатчас, разходите в рубли ще възлизат на 280 рубли. За такъв страхотен феномен количеството е много малко. Обърнете внимание, че изчисляването на C. Steinmets и редакторите на Perelman при прехвърлянето им към съвременните тарифи за електроенергия даде резултати съответно от 30 и 2800 рубли. Резултатът, който получихме, е по-близък до резултата на Steinmets, но той все още се различава от него по ред на величина, т.е. 10 пъти! В други въпроси това лесно се обяснява с факта, че следващите учени оценяват потенциала на облака не на 5 милиона волта, а на 100 милиона, и ние взехме облачния заряд от тавана.

Трябва да се признае, че нашите изчисления нямат научна стойност. Те просто илюстративно заявяват, че такова страхотно явление като атмосферното електричество не е енергоемко и е малко вероятно някога да намери практическа употреба като източник на електричество. В крайна сметка месечното потребление на енергия от 140 кВтч се „навива“ от електромери само за осветяване на стълбището на многоетажна сграда.

Необходими ли са тези резултати за съвременните електротехници? Разбира се, те са необходими, но само за да не се опитват да се справят с използването на атмосферното електричество в промишлеността и селското стопанство. Икономически е нерентабилен и много опасен. Цитираме едно от произведенията на американския метеоролог Л. Бетен: „Колкото и да е странно, светкавицата, която е задължителен атрибут на всяка буря, убива повече хора, отколкото всяко друго метеорологично явление, с изключение на неочаквани наводнения.“

Гледайки светкавици на светкавици, осветяващи големи пространства, всеки здрав човек трябва да разбере, че тази енергия, изхабена цяла нощ в верандата и апартамента му, в крайна сметка се плаща от него и трябва да се стреми към енергоспестяващи източници на светлина. Разрушителната природа на мълнията се причинява от кратката продължителност на процеса при голяма мощност и прилича на експлозия на битов газ в къща, в която обикновено се консумира много газ в газови печки. Така малък теч на газ в един от апартаментите, който заедно с въздуха е експлозивна смес, води до трагедии в цялата къща.

Трябва да отдадем почит на Ch.P. Steinmets, инициатора на такова изчисление, и да напомним на подготвените читатели, че и той е автор на символичен метод за изчисляване на променливотокови електрически вериги. И струва много.

Прочетете също:Атмосферното електричество като нов източник на алтернативна енергия