Hva koster lynet?

En gang i en bruktbutikk kom jeg over en bok av I. Perelman “Entertaining Physics” fra utgaven fra 1924. Trykt på brunt papir (og hvor kom det gode papiret fra etter borgerkrigen), og hadde en undertittel - "Paradokser, gåter, oppgaver, eksperimenter, intrikate spørsmål og historier fra fysikkfeltet." Denne undertittelen i påfølgende utgaver fra barndommen til den kjente boken av en eller annen grunn har forsvunnet. Bare for nysgjerrighetens skyld ønsket jeg å finne ut hva som har endret seg i boka de siste 75 årene. Hjemme hadde jeg den tjueto andre utgaven av denne allment kjente studentungdommen. Men vitenskap og teknologi i løpet av denne tiden stagnerte ikke.

Min interesse for Ya.I. Perelman ble opphetet av den nylig utgitte boken til G.I. Mishkevich om livet og arbeidet til en enestående vitenskapelig populariserer. "Matematikeren sangeren, fysikkens bard, astronomiens poet" var mye etterspurt i landet, nylig jordbrukere og bakover, og hadde nettopp begynt sin reise inn i antall avanserte og kulturelle stater i verden. Og rollen til Perelman i denne utviklingen var langt fra den siste. I bøkene hans hjalp vittig underholdning, vitenskapelig sikkerhet og til og med nåde, selv i skoleårene hans, den mest talentfulle delen av den unge generasjonen til å velge deres fremtidige livsvei i vitenskapens tjeneste.

I en biografibok ble det på en eller annen måte bemerket i forbifarten at Ya.I. Perelman i 1916 jobbet på et spesielt møte med den russiske regjeringen om drivstoff og, "i forbindelse med den beklagelige tilstanden til vedvarme i Petrograd," foreslo han første gang i vårt land for å gå over til sommertid. At man bruker klokkehender for å spare energi på belysning, har lenge vært kjent for alle. Men hvordan veden ble lagret, kunne jeg ikke forstå.

Dette faktum interesserte meg så mye at jeg bestemte meg for å spørre forfatteren av biografiboken om den. I en av historiene i boka jeg kjøpte, da jeg beregnet energiforbruket for et lynutslipp, skilte dataene mellom Perelman og påfølgende utgaver, utgitt etter populariseringsdød, nesten hundre ganger!

Et brev ble sendt og svaret kom og satte alt på sin plass. Når det gjelder sparing av ved, var forklaringen veldig tydelig - under første verdenskrig brente veden som drivstoff i kjelanleggene i St. Petersburg. Det er grunnen til at søket etter de første årene med sovjetisk makt begynte letingen etter en ny type drivstoff for å elektrifisere landet (GOELRO-plan). Så ga de oppmerksomhet til torv.

Når det gjelder inkonsekvensen i beregningene, vil jeg la deg sitere fra brevet til G.I. Mishkevich skrevet til meg: "ALLE utgavene av bøkene hans som kom ut etter Ya.I. Perelmans død, er SPORTE av alle slags uansvarlige redaktører og forleggere." Understreket av forfatteren av brevet. Vi legger bare til at "Doctor of Entertaining Sciences" døde 16. mars 1942. fra sult i den beleirede Leningrad.

Men jeg ville finne ut spørsmålet "Hvor mye koster lynet?" For dette er navnet på et av kapitlene i boken til Perelman.

Den første seriøse studien av lynet ble tatt av den store amerikanske Benjamin Franklin, av en eller annen grunn betraktet som en av de amerikanske presidentene i landet vårt. Det var han ikke, men han foreviget navnet sitt ved å eksperimentelt bevise den elektriske naturen til tordenvær.

Da var det ikke lett å gjøre. Det var ingen skyskrapere, fly og selv en ballong ble ikke oppfunnet. Og det ble pålagt å motta himmelsk strøm bokstavelig talt i hendene for eksperimenter. Faktisk, i den første elektriske kondensatoren på den tiden, en Leiden-bank, var en av de to platene av den eksperimentatorens hånd.

Ved å bruke et barns leketøy som ble kalt en drage, introduserte eksperimentøren en konduktør i et tordenvær, ladet en Leyden-krukke og sammenlignet den deretter med den samme krukken som var ladet med en elektrisk maskin.

Oppførselen til bokser var identisk. Det var ingen tvil: lynnedladningen er elektrisk. Han bestemte til og med at skyer ofte har en negativ elektrisk ladning. Franklins eksperimenter var ekstremt farlige, men de, i tillegg til veldig interessante vitenskapelige data, førte til hans oppfinnelse av en lynstav.

En annen amerikaner, Charles Proteus Steinmets (1865-1923), regnes som en av de viktigste grunnleggerne av vitenskapen om elektroteknikk. I de siste årene av sitt liv viet han seg til spørsmålene om kraftoverføring av energi til en avstand ved bruk av høyspenning.

For å løse isolasjonsproblemene i høyspenningssystemer trengte han en høyspentpulsgenerator. Dette ble bygget av ham. Denne generatoren kunne lage et kunstig lyn med et potensiale på 120 kilovolt. Imidlertid er det en vitenskapelig metode som kalles ekstrapolering, som lar deg distribuere konklusjoner fra observasjoner under noen forhold over lignende fenomener i andre. Selv om denne metoden er langt fra perfekt, men ofte kan ingenting annet brukes på vitenskapen.

I USA brukes ofte den monetaristiske metoden for å evaluere alt og alt. "Du ser ut som tusen dollar," sier sjefen til sekretæren. En pianist forsikrer fingrene for en million dollar. Og vurderingen av en fotballspilleres talent i dollar har lenge vært kjent selv for fansen vår. For å gjøre det klart, ved å vurdere et lynutslipp, bruker Ya.I. Perelman denne svært effektive metoden, oppfunnet i den nye verden.

Vi leser de opprinnelige dataene fra Ya. I. Perelman: “Her er beregningen (som vi skylder den nylig avdøde amerikanske elektroingeniøren Steinmets). Spenningen under et lynutladning bestemmes til omtrent 5 millioner volt. Strømmen er estimert til 10.000 ampere. "

Når du kjenner spenningen og strømstyrken til enhver installasjon, er det i prinsippet enkelt å beregne effekten ved å multiplisere disse dataene. Ved å multiplisere kraften etter forbruket får vi energiforbruk. Alt dette stemmer for lynet. Men hvor lenge varer blinken fra denne gigantiske elektriske gnisten? Kan denne tiden måles?

Det viser seg ikke så vanskelig. Den engelske fysikeren C. Wheatstone foreslo å bruke en hurtig roterende disk for dette formålet, men med en viss, forhåndsbestemt hastighet. Et lynnedslag som lyser opp denne disken et øyeblikk, vil registrere hvor mange grader denne disken har skiftet. Å kjenne til antall omdreininger på disken, er tidskonvertering ikke vanskelig å gjøre, selv om lynnedladingen varer bare tusendels sekund.

Det er mye vanskeligere å få tak i de beregnede elektriske parametrene for lynet. Tross alt kan et tordenhull forestilles som en ladet kondensator, men når den er utladet, endres dens strømmer og spenning eksponentielt i tid, det vil si eksponentens funksjon.

Perelman-redaktører gir andre data. Deres maksimale lynstrøm er 200 tusen ampere, og potensialet er 50 millioner volt. De deler den resulterende kraften i to, og forklarer denne bruken av dem til å beregne gjennomsnittlig potensial. Bruken i beregningene deres av en eller annen grunn av den maksimale strømmen og det feilberegnede potensialet fører selvfølgelig til feil resultater. Så den beregnede energien ifølge Steinmets kan ikke aksepteres på grunn av ukjente data hentet hvor som helst, og resultatene som er oppnådd av redaktørene er uriktige. Er det mulig å beregne energien som forbrukes av lynet uten å ta til de endrede parametrene. Det viser seg å være mulig.

I boken til den enestående forskeren av lyn B. Schonland rapporteres en annen parameter - mengden strøm som forbrukes av lyn under et utslipp. "I individuelle slag (lyn) nøytraliseres vanligvis en lading på 2 til 10 anheng." Beregningen for denne parameteren er forenklet fordi ett anheng er ikke annet enn en ampere sekund. En annen parameter - spenningen til et tordenvær, beregner forskere, fordi det ennå ikke er mulig å måle det. I følge B. Schonland "anslås det at denne spenningen er minst 100 millioner volt."

La oss gjøre våre beregninger for dette.La oss anta at mengden strøm som forbrukes når vi slipper ut vanlig lyn, er 5 coulombs (dette er noe mellom 2 og 10). Da vi multipliserer coulombene med volt, får vi 500 millioner watt-sekunder, eller 140 kilowatt-timer, av alt. Og med en gjennomsnittlig takst i Russland til 2 rubler per kilowattime, vil kostnadene i rubler beløpe seg til 280 rubler. For et så formidabelt fenomen er mengden veldig liten. Det skal bemerkes at beregningen av C. Steinmets og redaktørene til Perelman ved overføring til moderne strømtariffer ga resultater på henholdsvis 30 og 2800 rubler. Resultatet vi oppnådde er nærmere resultatet av Steinmets, men det skiller seg fortsatt fra det med en størrelsesorden, d.v.s. 10 ganger! I andre saker forklares dette lett ved at påfølgende forskere estimerer skypotensialet ikke til 5 millioner volt, men til 100 millioner, og vi tok skyladningen fra taket.

Det må innrømmes at beregningene våre ikke har noen vitenskapelig verdi. De erklærer ganske enkelt illustrativt at et så formidabelt fenomen som atmosfærisk elektrisitet ikke er energikrevende og sannsynligvis ikke vil finne praktisk bruk som strømkilde. Tross alt blir et månedlig energiforbruk på 140 kWh "avviklet" av elektriske målere bare for å tenne trappeoppgangen til en bygning i flere etasjer.

Er disse resultatene nødvendige for moderne elektrikere? Selvfølgelig trengs de, men bare for ikke å prøve å håndtere bruken av atmosfærisk elektrisitet i industri og jordbruk. Det er økonomisk ulønnsomt og veldig farlig. Vi siterer fra et av verkene til den amerikanske meteorologen L. Betten: "Merkelig nok, lyn, som er et obligatorisk attributt for tordenvær, dreper flere mennesker enn noe annet værfenomen, bortsett fra uventede flom."

Når vi ser på lynet lyn som lyser opp store områder, bør enhver sunn person forstå at denne energien, som er kastet bort hele natten i verandaen og leiligheten hans, til slutt blir betalt av ham og bør strebe etter energibesparende lyskilder. Lynets ødeleggende natur er forårsaket av den korte varigheten av prosessen med høy effekt og ligner en eksplosjon av husholdningsgass i et hus der det vanligvis forbrukes mye gass i gasskomfyrer. Så en liten gasslekkasje i en av leilighetene, som sammen med luften er en eksplosiv blanding, fører til tragedier i hele huset.

Vi må hylle Ch.P. Steinmets, initiativtaker til en slik beregning, og for å minne forberedte lesere på at han også er forfatteren av en symbolsk metode for beregning av vekselstrømskretser. Og det koster mye.

Les også:Atmosfærisk elektrisitet som en ny kilde til alternativ energi