Kiek kainuoja žaibas?

Kartą naudotų knygynų parduotuvėje aš sutikau 1924 m. I. Perelmano knygą „Pramoginė fizika“. Atspausdintas ant rudo popieriaus (o iš kur tas geras popierius atsirado po pilietinio karo), jis turėjo paantraštę - „Paradoksai, galvosūkiai, užduotys, eksperimentai, painūs klausimai ir pasakojimai iš fizikos srities“. Ši paantraštė vėlesniuose leidimuose nuo žinomos knygos vaikystės dėl tam tikrų priežasčių dingo. Tiesiog smalsumo dėlei norėjau sužinoti, kas pasikeitė knygoje per pastaruosius 75 metus. Galų gale namuose turėjau dvidešimt antrą šios plačiai žinomos studentų jaunimo knygos leidimą. Tačiau mokslas ir technologijos per tą laiką nekito.

Mano susidomėjimą Ya.I.Perelmanu paskatino neseniai išleista G.I. Miškevičiaus knyga apie išskirtinio mokslo populiarintojo gyvenimą ir kūrybą. „Matematikos dainininkas, fizikos bardas, astronomijos poetas“ buvo labai paklausus šalyje, neseniai agrarinis ir atsilikęs, ir ką tik pradėjo savo kelionę į pažangių ir kultūrinių pasaulio valstybių skaičių. Ir Perelmano vaidmuo šioje raidoje buvo toli gražu ne paskutinis. Savo knygose šmaikštus pasilinksminimas, mokslinis tikrumas ir net malonė net ir mokslo metais padėjo talentingiausiai jaunosios kartos daliai pasirinkti būsimą gyvenimo kelią tarnaujant mokslui.

Biografijos knygoje buvo kažkaip pažymėta, kad Ya.I.Perelmanas 1916 m. Dirbo specialiame Rusijos vyriausybės posėdyje degalų klausimais ir, „kalbėdamas apie apgailėtiną medienos šildymo būklę Petrograde“, pirmą kartą mūsų šalyje pasiūlė pereiti prie vasaros laiko. Tas faktas, kad rankomis naudojant laikrodį taupant energiją apšvietimui, buvo žinomas jau seniai visiems. Bet kaip buvo taupomos malkos, aš negalėjo suprasti.

Šis faktas mane taip sudomino, kad nusprendžiau apie tai paklausti biografijos knygos autoriaus. Be to, vienoje iš mano įsigytos knygos istorijų, skaičiuojant energijos suvartojimą žaibo iškrovai, duomenys apie „Perelman“ ir vėlesnius leidimus, išleistus mirus populiarintojui, skyrėsi beveik šimtą kartų!

Buvo išsiųstas laiškas, o atsakymas atėjo ir viską sudėliojo į savo vietas. Malkų taupymas paaiškino labai aiškiai - Pirmojo pasaulinio karo metu malkos degė kaip kuras Sankt Peterburgo katilinėse. Dėl šios priežasties jau pirmaisiais sovietinės valdžios metais buvo pradėta ieškoti naujos rūšies degalų šalies elektrifikavimui (GOELRO planas). Tada jie atkreipė dėmesį į durpes.

Dėl skaičiavimų nenuoseklumo leisiu pacituoti iš man rašyto G.I. Miškevičiaus laiško: „VISUS jo knygų leidimus, išleistus po Ya mirties. I. Perelmaną KORUPUOJA visokie neatsakingi redaktoriai ir leidėjai“. Pabrėžė laiško autorius. Pridedame tik tai, kad „Pramogų mokslų daktaras“ mirė 1942 m. Kovo 16 d. iš bado apgulusiame Leningrade.

Bet aš norėjau išsiaiškinti klausimą "kiek kainuoja žaibas?" Nes tai yra vieno iš Perelmano knygos skyrių pavadinimas.

Pirmąjį rimtą žaibo tyrimą ėmėsi didysis amerikietis Benjaminas Franklinas, dėl tam tikrų priežasčių laikomas vienu iš JAV prezidentų mūsų šalyje. Jo nebuvo, bet jis įamžino savo vardą eksperimentiškai įrodydamas perkūnijos elektrinį pobūdį.

Tada tai nebuvo lengva padaryti. Nebuvo nei dangoraižių, nei lėktuvų, nei oro balionas nebuvo išrastas. Ir reikėjo gauti dangišką elektrą tiesiogine prasme eksperimentams. Iš tikrųjų pirmajame to meto elektriniame kondensatoriuje - „Leiden“ banke - viena iš dviejų jo plokštelių buvo eksperimentatoriaus ranka.

Naudodamas vaikų žaislą, vadinamą aitvaru, eksperimentatorius įmetė laidininką į griaustinį, įpūtė Leydeno stiklainį ir palygino jį su tuo pačiu stiklainiu, įkrautu elektrine mašina.

Skardinių elgesys buvo identiškas. Nebuvo jokių abejonių: žaibo iškrova yra elektrinio pobūdžio. Jis netgi nustatė, kad dažniausiai debesys neša neigiamą elektros krūvį. Franklino eksperimentai buvo nepaprastai pavojingi, tačiau jie, be labai įdomių mokslinių duomenų, paskatino jį išrasti žaibolaidį.

Kitas amerikietis Charlesas Proteusas Steinmetsas (1865–1923) laikomas vienu pagrindinių elektrotechnikos mokslo pradininkų. Paskutiniaisiais gyvenimo metais jis atsidėjo energijos perdavimo per atstumą, naudojant aukštą įtampą, problemoms.

Norint išspręsti aukštos įtampos sistemų izoliacijos problemas, jam reikėjo aukštos įtampos impulsų generatoriaus. Tai pastatė jis. Šis generatorius galėtų sukurti dirbtinį žaibą, kurio potencialas yra 120 kilovoltų. Tačiau yra mokslinis metodas, vadinamas ekstrapoliacija, kuris leidžia paskirstyti stebėjimų išvadas tam tikromis sąlygomis per panašius reiškinius kitose. Nors šis metodas toli gražu nėra tobulas, tačiau dažnai nieko daugiau negalima pritaikyti moksle.

JAV viskam ir viskam įvertinti dažnai naudojamas monetaristinis metodas. „Tu atrodai kaip tūkstantis dolerių“, - sako savo sekretoriui viršininkas. Pianistas apdraudžia pirštus už milijoną dolerių. O futbolo žaidėjo talento įvertinimas doleriais jau seniai buvo žinomas net mūsų gerbėjams. Aiškumo dėlei, įvertindamas žaibo iškrovą, Ya.I.Perelmanas naudoja šį labai efektyvų metodą, išrastą Naujajame pasaulyje.

Mes perskaitėme pradinius Ya I. Perelmano duomenis: „Štai skaičiavimas (kuriam mes skolingi neseniai mirusiam amerikiečių elektros inžinieriui Steinmets). Įtampa žaibo iškrovos metu yra maždaug 5 milijonai voltų. Manoma, kad srovė siekia 10 000 amperų “.

Iš esmės, žinant bet kokio įrenginio įtampą ir srovės stiprumą, nesunku apskaičiuoti jo galią padauginus šiuos duomenis. Padauginę galią iš jos sunaudojimo, gauname energijos suvartojimą. Visa tai tinka žaibui. Tačiau kiek laiko trunka šios milžiniškos elektros kibirkšties blyksnis? Ar šį laiką galima išmatuoti?

Pasirodo ne taip sunku. Anglų fizikas C. Wheatstone pasiūlė šiam tikslui naudoti greitai besisukantį diską, tačiau tam tikru, iš anksto nustatytu greičiu. Žaibas, akimirksniu apšviesdamas šį diską, užfiksuos, kiek laipsnių šis diskas pasislinko. Žinant disko apsisukimų skaičių, laiko keitimas nėra sudėtingas, nors žaibo iškrova trunka tik tūkstantąsias sekundes.

Gauti apskaičiuotus žaibo elektrinius parametrus yra daug sunkiau. Galų gale, griaustinis gali būti įsivaizduojamas kaip įkrautas kondensatorius, tačiau išsikrovus jo srovės ir įtampa kinta eksponentiškai per laiką, tai yra eksponento funkcija.

„Perelman“ redaktoriai teikia kitus duomenis. Jų didžiausia žaibo srovė yra 200 tūkstančių amperų, ​​o potencialas - 50 milijonų voltų. Jie padalija gautą galią per pusę, paaiškindami, kodėl jie naudojasi apskaičiuodami vidutinį potencialą. Jų skaičiavimuose dėl tam tikrų priežasčių naudojama maksimali srovė ir neteisingai apskaičiuotas potencialas, be abejo, lemia neteisingus rezultatus. Taigi pagal Steinmets apskaičiuota energija negali būti priimama dėl nežinomų iš niekur surinktų duomenų, o redaktorių gauti rezultatai yra neteisingi. Ar įmanoma apskaičiuoti žaibo sunaudotą energiją nesiimant kintančių jo parametrų. Pasirodo, tai įmanoma.

Išskirtinio žaibo tyrinėtojo B. Schonlando knygoje pateikiamas dar vienas parametras - elektros energijos kiekis, sunaudotas žaibo iškrovos metu. „Atskirais smūgiais (žaibas) paprastai neutralizuojamas 2–10 pakabukų krūvis.“ Šio parametro skaičiavimas yra supaprastintas, nes vienas pakabukas yra ne kas kita, kaip amperas antras. Kitas parametras - griaustinio įtampa, mokslininkai skaičiuoja, nes dar neįmanoma jo išmatuoti. Pasak B. Schonlando, „apskaičiuota, kad ši įtampa yra mažiausiai 100 milijonų voltų“.

Atlikime savo skaičiavimus tam.Tarkime, kad išleidžiant įprastą žaibą, sunaudojama 5 elektros kulkos (tai yra nuo 2 iki 10). Tada, kai kulonus padauginame iš voltų, gauname 500 milijonų vatų per sekundę arba 140 kilovatvalandžių. O kai vidutinis tarifas Rusijoje yra 2 rubliai už kilovatvalandę, išlaidos rubliais sudarys 280 rublių. Tokiam grėsmingam reiškiniui suma yra labai maža. Pažymėtina, kad C. Steinmets ir „Perelman“ redaktorių skaičiavimai, pereinant prie šiuolaikinių elektros tarifų, davė atitinkamai 30 ir 2800 rublių. Gautas rezultatas yra artimesnis „Steinmets“ rezultatui, tačiau jis vis tiek skiriasi nuo jo pagal dydį, t. 10 kartų! Kitais klausimais tai lengvai paaiškinama tuo, kad paskesni mokslininkai debesies potencialą įvertina ne 5, o 100 milijonų voltų, o debesies mokestį mes paėmėme nuo lubų.

Reikia pripažinti, kad mūsų skaičiavimai neturi mokslinės vertės. Jie tiesiog iliustratyviai pareiškia, kad toks didžiulis reiškinys kaip atmosferos elektra nėra daug energijos reikalaujantis ir vargu ar kada nors ras praktinį naudojimą kaip elektros energijos šaltinį. Juk kas mėnesį sunaudojama 140 kWh energijos dalis „suvyniojama“ tik elektros skaitikliais, norint apšviesti daugiaaukščio pastato laiptinę.

Ar šie rezultatai būtini šiuolaikiniams elektrikams? Žinoma, jie reikalingi, bet tik tam, kad nebandytume spręsti atmosferos elektros energijos naudojimo pramonėje ir žemės ūkyje. Tai ekonomiškai nenaudinga ir labai pavojinga. Cituojame vieną iš amerikiečių meteorologo L. Betteno darbų: „Kaip bebūtų keista, žaibas, kuris yra privalomas bet kokio griaustinio atributas, žudo daugiau žmonių nei bet kuris kitas oro reiškinys, išskyrus netikėtus potvynius“.

Stebėdamas žaibiškus blyksnius, apšviečiančius dideles erdves, bet kuris sveikas žmogus turėtų suprasti, kad šią energiją, švaistomą visą naktį prieangyje ir bute, galų gale apmoka jis ir turėtų siekti energiją taupančių šviesos šaltinių. Žalingą žaibo pobūdį lemia trumpa proceso, vykstančio esant didelei galiai, trukmė ir tai primena buitinių dujų sprogimą name, kur paprastai dujinės viryklės sunaudojama daug dujų. Taigi nedidelis dujų nuotėkis viename iš butų, kuris kartu su oru yra sprogstamasis mišinys, sukelia tragedijas visame name.

Turėtume pagerbti tokio skaičiavimo iniciatorių Ch.P. Steinmetsą ir priminti parengtiems skaitytojams, kad ir jis yra simbolinio kintamosios srovės elektros grandinių skaičiavimo metodo autorius. Ir tai daug kainuoja.

Taip pat skaitykite:Elektros energija atmosferoje kaip naujas alternatyvios energijos šaltinis