Mikä on salaman hinta?

Kerran käytetyssä kirjakaupassa tapasin I. Perelmanin kirjan 1924 julkaisun “Entertaining Physics”. Painettu ruskealle paperille (ja mistä hyvä paperi tuli sisällissodan jälkeen), siinä oli alaotsikko - "Paradoksit, palapelit, tehtävät, kokeet, monimutkaiset kysymykset ja fysiikan alan tarinat". Jostain syystä tämä tekstitys minulle hyvin tunnetun kirjan myöhempien painoksien aikana lapsuudesta on kadonnut. Halusin vain uteliaisuuden vuoksi selvittää, mikä kirjassa on muuttunut viimeisen 75 vuoden aikana. Loppujen lopuksi kotona minulla oli tämän tunnetun opiskelijakirjan 21. painos. Mutta tiede ja tekniikka eivät tänä aikana käyneet ympäri.

Mielenkiintoni Ya.I. Perelmania kohtaan herätti äskettäin julkaistu G.I. Mishkevichin kirja tieteen merkittävän popularisoijan elämästä ja työstä. "Matematiikan laulaja, fysiikan pari, tähtitieteen runoilija" oli laajalti kysytty maassa, äskettäin maatalouden ja taaksepäin suuntautunut, ja oli juuri aloittanut matkansa monien kehittyneiden ja kulttuuristen tilojen joukkoon maailmassa. Ja Perelmanin rooli tässä kehityksessä oli kaukana viimeisestä. Kirjaissaan nokkela huvi, tieteellinen varmuus ja jopa armo, jopa kouluaikana, auttoivat nuoren sukupolven lahjakkainta osaa valitsemaan tulevaisuuden elämäpolunsa tieteen palveluksessa.

Elämäkerran kirjassa todettiin jotenkin ohimennen, että Ya.I. Perelman työskenteli vuonna 1916 Venäjän hallituksen erityiskokouksessa polttoaineiden suhteen ja "puun lämmityksen valitetun tilanteen vuoksi Petrogradissa" hän ehdotti maassamme ensimmäistä kertaa siirtymistä kesäaikaan. Se tosiasia, että käyttämällä kellokäsiä säästämään sähköä valaistukseen, on jo kauan tiedossa. Mutta miten polttopuut pelastettiin, en voinut ymmärtää.

Tämä tosiasia kiinnosti minua niin paljon, että päätin kysyä siitä elämäkertakirjan kirjoittajalta. Lisäksi yhdessä ostetun kirjan tarinoissa laskettaessa salamanpurkauksen energiankulutusta tiedot Perelmanin ja sitä seuraavien painosten välillä, jotka julkaistiin popularisoijan kuoleman jälkeen, erottuivat lähes sata kertaa!

Lähetettiin kirje ja vastaus tuli ja astoi kaiken paikoilleen. Polttopuun säästölle selitys oli hyvin selvä - ensimmäisen maailmansodan aikana polttopuut poltettiin polttoaineena Pietarin kattilalaitoksissa. Tästä syystä Neuvostoliiton ensimmäisinä vuosina aloitettiin uuden tyyppisen polttoaineen etsiminen maan sähköistämiseksi (GOELRO-suunnitelma). Sitten he kiinnittivät huomiota turpeeseen.

Laskelmien epäjohdonmukaisuudesta annan teille lainata minulle kirjoitetun G.I. Mishkevichin kirjeen: "KAIKKI hänen kirjojensa lehdet, jotka ilmestyivät Ya: n kuoleman jälkeen. I. Perelman ovat korruptoineet kaikenlaisia ​​vastuuttomia toimittajia ja kustantajia." Korostanut kirjeen kirjoittaja. Lisäämme vain, että "viihdyttävien tieteiden tohtori" kuoli 16. maaliskuuta 1942. nälkästä piiritetyn Leningradin alueella.

Mutta halusin selvittää kysymyksen "Kuinka paljon salama maksaa?" Sillä sitä kutsutaan yhdeksi Perelmanin kirjan lukuiksi.

Ensimmäisen vakavan salaman tutkimuksen toteutti suuri amerikkalainen Benjamin Franklin, jota pidettiin jostakin syystä yhtenä maamme Yhdysvaltain presidentistä. Hän ei ollut, mutta hän sureutti nimensä todistamalla kokeellisesti ukonilman sähköisen luonteen.

Sitten se ei ollut helppoa tehdä. Ei ollut pilvenpiirtäjiä, lentokoneita eikä edes ilmapalloa keksitty. Ja vaadittiin taivaallisen sähkön vastaanottamista kirjaimellisesti kokeisiin. Itse asiassa tuon ajan ensimmäisessä sähkökondensaattorissa, Leiden-pankissa, yksi sen kahdesta levystä oli kokeilijan käsi.

Käyttämällä lasten lelua, jota kutsuttiin leijaksi, kokeilija lisäsi kapellimestarin ukkosryhmään, latasi Leyden-purkin ja vertasi sitten sitä samaan purkkiin, jota ladattiin sähkökoneella.

Tölkkien käyttäytyminen oli identtistä. Ei ollut epäilystäkään: salamanpurkaus on luonteeltaan sähköistä. Hän jopa päätti, että useimmiten pilvissä on negatiivinen sähkövaraus. Franklinin kokeet olivat erittäin vaarallisia, mutta erittäin mielenkiintoisen tieteellisen tiedon lisäksi ne johtivat keksintöön salamannopea.

Toista amerikkalaista, Charles Proteus Steinmetsiä (1865-1923) pidetään yhtenä sähkötekniikan tärkeimmistä perustajista. Elämänsä viimeisinä vuosina hän omistautui energian siirron etäisyyteen korkean jännitteen avulla.

Korkeajännitejärjestelmien eristysongelmien ratkaisemiseksi hän tarvitsi korkeajännitepulssigeneraattorin. Tämän hän rakensi. Tämä generaattori voisi luoda keinotekoisen salaman, jonka potentiaali on 120 kilovolttia. On kuitenkin olemassa tieteellinen menetelmä, nimeltään ekstrapolointi, jonka avulla voit jakaa tietyissä olosuhteissa havainnoista tehdyt päätelmät samanlaisista ilmiöistä toisissa. Vaikka tämä menetelmä ei ole kaukana täydellisestä, mutta mitään muuta ei voida soveltaa tieteeseen.

Yhdysvalloissa monetarist-menetelmää käytetään usein kaiken ja kaiken arviointiin. "Näytät tuhatta dollaria", pomo kertoo sihteerilleen. Pianisti vakuuttaa sormiaan miljoonalla dollarilla. Ja jalkapalloilijan kykyjen arvio dollareina on ollut jo kauan tiedossa fanillemme. Selvyyden vuoksi Ya.I. Perelman käyttää salamanpurkauksen arvioinnissa tätä erittäin tehokasta, uudessa maailmassa keksittyä menetelmää.

Luimme alkuperäisiä tietoja Ya. I. Perelmanilta: ”Tässä on laskelma (jolle olemme velkaa äskettäin kuolleen amerikkalaisen sähköinsinöörin Steinmetsin). Jännite salamanpurkauksen aikana on noin 5 miljoonaa volttia. Virran arvioidaan olevan 10 000 ampeeria. "

Periaatteessa, kun tiedät minkä tahansa asennuksen jännitteen ja virran voimakkuuden, on helppo laskea sen teho kertomalla nämä tiedot. Kertomalla tehoa sen kulutuksen ajan, saadaan energiankulutus. Kaikki tämä pätee salamaan. Mutta kuinka kauan tämän jättimäisen sähköisen kipinän salama kestää? Voidaanko tämä aika mitata?

Se osoittautuu ole niin vaikeaa. Englantilainen fyysikko C. Wheatstone ehdotti nopeasti pyörivän levyn käyttämistä tähän tarkoitukseen, mutta tietyllä, ennalta määrätyllä nopeudella. Salamavalo, joka valaisee tämän levyn hetkeksi, tallentaa kuinka monta astetta tämä levy on siirtynyt. Kun tiedät levyn kierrosten lukumäärän, ajanmuuntamista ei ole vaikea tehdä, vaikka salamanpurkaus kestää vain sekunnin tuhannesosaa.

Laskettuja salaman sähköparametreja on paljon vaikeampaa saada. Loppujen lopuksi ukkospilvi voidaan kuvitella latautuneeksi kondensaattoriksi, mutta purkautuessaan sen virrat ja jännite muuttuvat eksponentiaalisesti ajassa, ts. Eksponentiaalin funktiona.

Perelman-toimittajat tarjoavat muita tietoja. Heidän suurin salaman virta on 200 tuhatta ampeeria, ja potentiaali on 50 miljoonaa volttia. Ne jakavat tulokseksi saadun tehon puoliksi, selittäen tämän käytön keskimääräisen potentiaalin laskemiseksi. Se, että laskennassaan käytetään jostain syystä maksimivirtaa ja väärin laskettua potentiaalia, johtaa tietysti virheellisiin tuloksiin. Joten Steinmetsin mukaan laskettua energiaa ei voida hyväksyä mistä tahansa otetusta tuntemattomasta tiedosta johtuen, ja toimittajien saamat tulokset ovat vääriä. Onko mahdollista laskea salaman kuluttama energia turvautumatta sen muuttuviin parametreihin? Se osoittautuu mahdolliseksi.

Tasapainoisen salamannopea tutkijan B. Schonlandin kirjassa raportoidaan toinen parametri - salaman kuluttama sähkömäärä purkauksen aikana. "Yksittäisissä iskuissa (salama) 2 - 10 riipuksen varaus yleensä neutraloidaan." Tämän parametrin laskentaa on yksinkertaistettu, koska yksi riipus ei ole muuta kuin ampeeri toinen. Toinen parametri - ukkospilven jännite, tutkijat laskevat, koska sitä ei ole vielä mahdollista mitata. B. Schonlandin mukaan "tämän jännitteen arvioidaan olevan vähintään 100 miljoonaa volttia."

Tehdään laskelmat tätä varten.Oletetaan, että tavallisen salaman purkamisen yhteydessä kulutetaan sähköä, joka on 5 coulombs (tämä on risti välillä 2 ja 10). Sitten, kun kertomme coulombs volteilla, saamme 500 miljoonaa wattia sekuntia tai 140 kilowattituntia enempää. Ja kun Venäjän keskimääräinen tariffi on 2 ruplaa kilowattitunnilta, kustannukset ruplassa ovat 280 ruplaa. Tällaisen valtavan ilmiön tapauksessa määrä on hyvin pieni. Huomaa, että C. Steinmetsin ja Perelmanin toimittajien laskelmat siirryttäessä nykyaikaisiin sähköhintoihin tuottivat vastaavasti 30 ja 2800 ruplaa. Tuloksemme on lähempänä Steinmets-tulosta, mutta se eroaa siitä silti suuruusluokalla, ts. 10 kertaa! Muissa asioissa tämä selitetään helposti sillä, että seuraavat tutkijat arvioivat pilvipotentiaalin olevan 5 miljoonaa volttia, mutta 100 miljoonaa, ja otimme pilvivarauksen katosta.

On myönnettävä, että laskelmillamme ei ole tieteellistä arvoa. He yksinkertaisesti havainnollistavat, että sellainen valtava ilmiö kuin ilmakehän sähkö ei ole energiaintensiivistä eikä todennäköisesti koskaan löydä käytännöllistä käyttöä sähkön lähteenä. Loppujen lopuksi 140 kWh: n kuukausittainen energiankulutus "puretaan" sähkömittareilla vain monikerroksisen rakennuksen portaikkojen valaistamiseen.

Ovatko nämä tulokset välttämättömiä nykyaikaisille sähköasentajille? Niitä tietenkin tarvitaan, mutta vain jotta ei yritetä käsitellä ilmakehän sähkön käyttöä teollisuudessa ja maataloudessa. Se on taloudellisesti kannattamatonta ja erittäin vaarallista. Lainaamme yhtä amerikkalaisen meteorologin L. Bettenin teoksesta: "Kummallista kyllä, salama, joka on pakollista ominaisuus kaikille ukonilmoille, tappaa enemmän ihmisiä kuin mikään muu sääilmiö, odottamattomia tulvia lukuun ottamatta."

Tarkkailemalla salaman välähdyksiä, jotka valaisevat suuria tiloja, kaikkien terveiden ihmisten tulisi ymmärtää, että tämä energia, joka hukkaantuu koko yön kuistilla ja asunnossa, on viime kädessä maksanut hänelle ja hänen on pyrittävä energiansäästövalonlähteisiin. Salaman tuhoava luonne johtuu prosessin lyhyestä kestosta suurella teholla, ja se muistuttaa kotimaisen kaasun räjähdystä talossa, jossa kaasuuuneissa kulutetaan yleensä paljon kaasua. Joten pieni kaasuvuoto yhdessä huoneistossa, joka yhdessä ilman kanssa on räjähtävä seos, johtaa tragedioihin koko talossa.

Meidän on osoitettava kunnioitusta Ch.P. Steinmetsille, joka on tällaisen laskelman aloittaja, ja muistuttamaan valmistautuneita lukijoita, että myös hän on symbolisen menetelmän kirjoittaja vaihtovirtapiirien laskentaan. Ja se maksaa paljon.

Lue myös:Ilmakehän sähkö uutena vaihtoehtoisen energian lähteenä