Care este costul fulgerului?

Odată intrat într-o librărie de ocazie, am dat peste o carte de I. Perelman „Divertind fizica” din ediția din 1924. Tipărit pe hârtie maro (și de unde a apărut hârtia bună după Războiul Civil), avea un subtitlu - „Paradoxuri, puzzle-uri, sarcini, experimente, întrebări complexe și povești din domeniul fizicii”. Acest subtitlu din edițiile ulterioare din copilăria cunoscutei cărți din anumite motive a dispărut. Doar de dragul curiozității, am vrut să aflu ce s-a schimbat în carte în ultimii 75 de ani. La urma urmei, acasă am avut cea de-a douăzeci și a doua ediție a acestei cărți de tineret, foarte cunoscută. Însă știința și tehnologia în această perioadă nu au stagnat.

Interesul meu pentru Ya.I. Perelman a fost încântat de cartea recent publicată a lui G. M. Mishkevich despre viața și opera unui cunoscut popularizator al științei. „Cântărețul matematicii, bardul fizicii, poetul astronomiei” avea o cerere largă în țară, recent agrar și înapoiat și tocmai își începuse călătoria în numărul de state avansate și culturale ale lumii. Iar rolul lui Perelman în această dezvoltare a fost departe de ultimul. În cărțile sale, amuzamentul ingenios, certitudinea științifică și chiar harul, chiar și în anii săi de școală, au ajutat cea mai talentată parte a tinerei generații să-și aleagă calea vieții viitoare în slujba științei.

Într-o carte de biografie, s-a remarcat cumva că, în trecut, Ya.I. Perelman a lucrat la o ședință specială a guvernului rus la combustibil și, „în legătură cu starea deplorabilă de încălzire a lemnului din Petrograd”, a propus prima dată în țara noastră să treacă la ora de vară. Faptul că folosind mâinile ceasului pentru a economisi energie la iluminat este cunoscut de toată lumea. Dar cum a fost salvat lemn de foc, nu am putut înțelege.

Acest fapt m-a interesat atât de mult încât am decis să-l întreb pe autorul cărții de biografie despre asta. Mai mult, într-una din poveștile cărții pe care le-am cumpărat, la calculul consumului de energie pentru o descărcare de trăsnet, datele dintre Perelman și edițiile ulterioare, lansate după moartea popularizatorului, diferau aproape o sută de ori!

A fost trimisă o scrisoare, iar răspunsul a venit și a pus totul la locul ei. În ceea ce privește economisirea lemnului de foc, explicația a fost foarte clară - în timpul Primului Război Mondial, lemnul de foc a ars ca combustibil în uzinele de cazane din Sankt Petersburg. Acesta este motivul pentru care în primii ani ai puterii sovietice, a început căutarea unui nou tip de combustibil pentru electrizarea țării (Planul GOELRO). Apoi au acordat atenție turbei.

În ceea ce privește inconsecvența calculelor, vă voi permite să citați din scrisoarea lui G. I. Mishkevici care mi-a scris: „TOATE edițiile cărților sale care au apărut după moartea lui Ya. I. Perelman sunt CORPUPATE de tot felul de editori și editori iresponsabili." Accentuat de autorul scrisorii. Adăugăm doar că „Doctorul științelor distractive” a murit la 16 martie 1942. de foame în Leningradul asediat.

Dar am vrut să-mi dau seama de întrebarea „Cât costă fulgerul?” Căci acesta este numele unuia dintre capitolele din cartea lui Perelman.

Primul studiu serios al fulgerului a fost luat de marele american Benjamin Franklin, din anumite motive considerat unul dintre președinții americani din țara noastră. Nu a fost, dar și-a imortalizat numele, dovedind experimental natura electrică a unei furtuni.

Atunci nu a fost ușor de făcut. Nu existau zgârie-nori, avioane și nici măcar un balon nu a fost inventat. Și trebuia să primească electricitate cerească literalmente în mâini pentru experimente. Într-adevăr, în primul condensator electric din acea vreme, o bancă Leiden, una dintre cele două plăci ale acesteia era mâna experimentatorului.

Folosind o jucărie pentru copii numită zmeu, experimentatorul a introdus un conductor într-un tunet, a încărcat un borcan Leyden și apoi a comparat-o cu același borcan încărcat cu o mașină electrică.

Comportamentul conservelor a fost identic. Nu exista nicio îndoială: descărcarea fulgerului este de natură electrică. El chiar a stabilit că cel mai adesea norii au o sarcină electrică negativă. Experimentele lui Franklin au fost extrem de periculoase, dar ele, pe lângă datele științifice foarte interesante, au condus la invenția sa de un trăsnet.

Un alt american, Charles Proteus Steinmets (1865-1923), este considerat unul dintre principalii fondatori ai științei ingineriei electrice. În ultimii ani ai vieții sale, s-a dedicat problemelor de transmitere a energiei la o distanță folosind tensiune înaltă.

Pentru a rezolva problemele de izolare a sistemelor de înaltă tensiune, el avea nevoie de un generator de impulsuri de înaltă tensiune. Aceasta a fost construită de el. Acest generator ar putea crea un fulger artificial cu un potențial de 120 kilovolți. Cu toate acestea, există o metodă științifică numită extrapolare, care vă permite să distribuiți concluziile din observații în unele condiții asupra unor fenomene similare în altele, deși această metodă este departe de a fi perfectă, dar de multe ori nimic altceva nu poate fi aplicat științei.

În SUA, metoda monetaristă este adesea folosită pentru a evalua totul și toate. - Arăți ca o mie de dolari, îi spune șeful secretarului său. Un pianist își asigură degetele pentru un milion de dolari. Și evaluarea talentului unui jucător de fotbal în dolari este cunoscută de mult fanilor noștri. Pentru claritate, în evaluarea unei descărcări de trăsnet, Ya.I. Perelman folosește această metodă foarte eficientă, inventată în Lumea Nouă.

Citim datele inițiale din Ya. I. Perelman: „Iată calculul (căruia îi datorăm Steinmets, inginerul electric american decedat recent) Tensiunea în timpul unei descărcări de fulgere este determinată la aproximativ 5 milioane de volți. Curentul este estimat la 10.000 de amperi ".

În principiu, cunoscând tensiunea și puterea curentului oricărei instalații, este ușor să-i calculăm puterea prin multiplicarea acestor date. Înmulțind puterea cu momentul consumării acesteia, obținem consum de energie. Toate acestea sunt valabile pentru fulgere. Dar cât durează blițul acestei scântei electrice gigantice? Poate fi măsurat acest timp?

Se pare că nu este atât de dificil. Fizicianul englez C. Wheatstone a propus utilizarea unui disc cu rotire rapidă în acest scop, dar cu o anumită viteză, prestabilită. Un fulger fulger, care luminează acest disc pentru o clipă, va înregistra câte grade a schimbat acest disc. Cunoscând numărul de revoluții ale discului, conversia în timp nu este dificil de făcut, deși descărcarea fulgerului durează doar o mie de secunde.

Este mult mai dificil să obțineți parametrii electrici calculați ai fulgerului. La urma urmei, un tunet poate fi imaginat ca un condensator încărcat, dar atunci când este descărcat, curenții și tensiunea sa se schimbă exponențial în timp, adică funcția exponențială.

Editorii Perelman furnizează alte date. Curentul lor maxim de fulgere este de 200 de mii de amperi, iar potențialul este de 50 de milioane de volți. Ei împart puterea rezultată în jumătate, explicând această utilizare de către ei pentru a calcula potențialul mediu. Utilizarea în calculele lor din anumite motive ale curentului maxim și a potențialului calculat incorect duce, desigur, la rezultate incorecte. Deci, energia calculată conform Steinmets nu poate fi acceptată din cauza datelor necunoscute preluate de oriunde, iar rezultatele obținute de către editori sunt incorecte. Este posibil să se calculeze energia consumată de fulger fără a apela la parametrii săi schimbători. Se pare că este posibil.

În cartea cercetătorului remarcabil al fulgerului B. Schonland este raportat un alt parametru - cantitatea de electricitate consumată de fulgere în timpul descărcării. „În lovituri individuale (fulgere), o sarcină de 2 până la 10 pandantiv este de obicei neutralizată.” Calculul pentru acest parametru este simplificat, deoarece un pandantiv nu este altceva decât un amper secund. Un alt parametru - tensiunea unui tunet, oamenii de știință calculează, deoarece nu este încă posibil să se măsoare. Potrivit lui B. Schonland, „se estimează că această tensiune este de cel puțin 100 de milioane de volți”.

Să facem calculele noastre pentru asta.Să presupunem că cantitatea de energie electrică consumată la descărcarea unui fulger obișnuit este de 5 coulombi (este ceva între 2 și 10) Apoi, când înmulțim coulombele cu volți, obținem 500 de milioane de wați-secunde sau 140 de kilowati-oră. Și cu un tarif mediu în Rusia la 2 ruble pe kilowatt-oră, costurile pentru ruble se vor ridica la 280 de ruble. Pentru un astfel de fenomen formidabil, cantitatea este foarte mică. Rețineți că calculul C. Steinmets și redactorii Perelman la transferul la tarifele electrice moderne au dat rezultate de 30, respectiv 2800 ruble. Rezultatul nostru este mai aproape de rezultatul Steinmets, dar acesta diferă în continuare de un ordin de mărime, adică. De 10 ori! În alte aspecte, acest lucru se explică cu ușurință prin faptul că oamenii de știință ulterior estimează potențialul de cloud nu la 5 milioane de volți, ci la 100 de milioane, iar noi am preluat tariful din cloud.

Trebuie admis că calculele noastre nu au valoare științifică. Pur și simplu, în mod ilustrativ, declară că un astfel de fenomen formidabil precum electricitatea atmosferică nu consumă energie și este puțin probabil să găsească vreodată o utilizare practică ca sursă de electricitate. La urma urmei, un consum lunar de energie de 140 kWh este „lichidat” de contoarele electrice numai pentru iluminarea scării unei clădiri cu mai multe etaje.

Aceste rezultate sunt necesare electricienilor moderni? Bineînțeles că sunt necesare, dar numai pentru a nu încerca să faceți față utilizării electricității atmosferice în industrie și agricultură. Este neprofitabil din punct de vedere economic și foarte periculos. Cităm dintr-una din lucrările meteorologului american L. Betten: „Destul de ciudat, fulgerul, care este un atribut obligatoriu al oricărei furtuni, ucide mai multe persoane decât orice alt fenomen meteorologic, cu excepția inundațiilor neașteptate.”

Vizionând sclipiri care luminează spații mari, orice persoană sănătoasă ar trebui să înțeleagă că această energie, pierdută toată noaptea în pridvor și apartament, este plătită în cele din urmă de el și ar trebui să se străduiască pentru surse de lumină care economisesc energie. Natura distructivă a fulgerului este cauzată de durata scurtă a procesului la putere mare și seamănă cu o explozie de gaz intern într-o casă în care se consumă mult gaz în sobele cu gaz. Așadar, o mică scurgere de gaz într-unul dintre apartamente, care împreună cu aerul este un amestec exploziv, duce la tragedii în toată casa.

Ar trebui să aducem un omagiu lui Ch.P. Steinmets, inițiatorul unui astfel de calcul și să le reamintim cititorilor pregătiți că și el este autorul unei metode simbolice pentru calcularea circuitelor electrice cu curent alternativ. Și costă mult.

Citește și:Electricitatea atmosferică ca o nouă sursă de energie alternativă