Wat kost bliksem?

Eenmaal in een tweedehands boekenwinkel kwam ik een boek tegen van I. Perelman "Entertaining Physics" van de editie van 1924. Gedrukt op bruin papier (en waar kwam het goede papier vandaan na de Burgeroorlog), had het een ondertitel - "Paradoxen, puzzels, taken, experimenten, ingewikkelde vragen en verhalen uit het veld van de natuurkunde." Deze ondertitel in volgende edities uit de kindertijd van het bekende boek is om de een of andere reden verdwenen. Gewoon uit nieuwsgierigheid, wilde ik weten wat er de afgelopen 75 jaar in het boek is veranderd. Thuis had ik tenslotte de tweeëntwintigste editie van dit alom bekende studentenjongerenboek. Maar wetenschap en technologie stagneerden in die tijd niet.

Mijn interesse in Ya.I. Perelman werd aangewakkerd door het onlangs gepubliceerde boek van G.I. Mishkevich over het leven en werk van een uitstekende wetenschapper. "De zanger van de wiskunde, de bard van de natuurkunde, de dichter van de astronomie" was veel gevraagd in het land, recent agrarisch en achterlijk, en was net begonnen aan zijn reis naar het aantal geavanceerde en culturele staten van de wereld. En de rol van Perelman in deze ontwikkeling was verre van de laatste. In zijn boeken hebben geestig amusement, wetenschappelijke zekerheid en zelfs gratie, zelfs in zijn schooljaren, het meest getalenteerde deel van de jonge generatie geholpen om hun toekomstige levenspad te kiezen in dienst van de wetenschap.

In een biografieboek werd terloops opgemerkt dat Ya.I. Perelman in 1916 op een speciale bijeenkomst van de Russische regering over brandstof werkte en, "in verband met de betreurenswaardige staat van houtverwarming in Petrograd," stelde hij de eerste keer in ons land voor om over te schakelen naar de zomertijd. Dat het gebruik van de wijzers om energie te besparen op verlichting al lang bekend is bij iedereen. Maar hoe brandhout werd gered, kon ik niet begrijpen.

Dit feit interesseerde me zo erg dat ik besloot de auteur van het biografieboek erover te vragen. Bovendien, in een van de verhalen van het boek dat ik kocht, verschilden de gegevens tussen Perelman en de daaropvolgende edities, vrijgegeven na de dood van de popularisator, bijna honderd keer bij het berekenen van het energieverbruik voor een blikseminslag!

Er werd een brief gestuurd en het antwoord kwam en zette alles op zijn plaats. Wat de besparing van brandhout betreft, was de verklaring heel duidelijk - tijdens de Eerste Wereldoorlog brandde brandhout als brandstof in de ketelinstallaties van St. Petersburg. Dat is de reden waarom in de eerste jaren van Sovjetmacht de zoektocht begon naar een nieuw type brandstof voor het elektrificeren van het land (GOELRO Plan). Daarna letten ze op turf.

Wat betreft de inconsistentie van de berekeningen, zal ik u toelaten uit de brief van G.I. Mishkevich te citeren: "ALLE edities van zijn boeken die uitkwamen na de dood van Ya. I. Perelman zijn CORRUPT door allerlei soorten onverantwoordelijke editors en uitgevers." Benadrukt door de auteur van de brief. We voegen alleen toe dat de "Doctor of Entertaining Sciences" stierf op 16 maart 1942. van honger in belegerde Leningrad.

Maar ik wilde de vraag achterhalen "Hoeveel kost bliksem?" Want dit is de naam van een van de hoofdstukken in het boek van Perelman.

De eerste serieuze studie van bliksem werd genomen door de grote Amerikaan Benjamin Franklin, om de een of andere reden beschouwd als een van de Amerikaanse presidenten in ons land. Dat was hij niet, maar hij vereeuwigde zijn naam door experimenteel de elektrische aard van een onweersbui te bewijzen.

Toen was het niet gemakkelijk om te doen. Er waren geen wolkenkrabbers, vliegtuigen en zelfs een ballon was niet uitgevonden. En het was nodig om hemelse elektriciteit letterlijk in handen te krijgen voor experimenten. Inderdaad, in de eerste elektrische condensator van die tijd, een Leidse bank, was een van de twee platen ervan de hand van de experimentator.

Met behulp van speelgoed van een kind dat een vlieger wordt genoemd, introduceerde de experimentator een geleider in een onweerswolk, laadde een Leyden-pot en vergeleek deze vervolgens met dezelfde pot die met een elektrische machine was geladen.

Het gedrag van de blikken was identiek. Er was geen twijfel: de bliksemontlading is elektrisch van aard. Hij stelde zelfs vast dat wolken meestal een negatieve elektrische lading hebben. De experimenten van Franklin waren buitengewoon gevaarlijk, maar ze leidden, naast zeer interessante wetenschappelijke gegevens, tot zijn uitvinding van een bliksemafleider.

Een andere Amerikaan, Charles Proteus Steinmets (1865-1923), wordt beschouwd als een van de belangrijkste grondleggers van de wetenschap van elektrotechniek. In de laatste jaren van zijn leven wijdde hij zich aan de kwestie van energieoverdracht van energie naar een afstand met behulp van hoogspanning.

Om de isolatieproblemen van hoogspanningssystemen op te lossen, had hij een hoogspanningspulsgenerator nodig. Dit is door hem gebouwd. Deze generator kan een kunstmatige bliksem creëren met een potentieel van 120 kilovolt. Er is echter een wetenschappelijke methode die extrapolatie wordt genoemd, waarmee je conclusies uit observaties onder sommige omstandigheden over vergelijkbare fenomenen in andere kunt verspreiden, hoewel deze methode verre van perfect is, maar vaak niets anders kan worden toegepast op de wetenschap.

In de VS wordt de monetaristische methode vaak gebruikt om alles en nog wat te evalueren. "Je ziet eruit als duizend dollar," zegt de baas tegen zijn secretaresse. Een pianist verzekert zijn vingers voor een miljoen dollar. En de beoordeling van het talent van een voetballer in dollars is zelfs bij onze fans al lang bekend. Voor de duidelijkheid, Ya.I. Perelman gebruikt deze zeer effectieve methode, uitgevonden in de Nieuwe Wereld, bij het beoordelen van een blikseminslag.

We lezen de eerste gegevens van Ya. I. Perelman: “Hier is de berekening (waaraan we de onlangs overleden Amerikaanse elektrotechnicus Steinmets verschuldigd zijn). De spanning tijdens een bliksemontlading wordt bepaald op ongeveer 5 miljoen volt. De stroom wordt geschat op 10.000 ampère. "

In principe, wetende de spanning en stroomsterkte van elke installatie, is het gemakkelijk om het vermogen ervan te berekenen door deze gegevens te vermenigvuldigen. Vermenigvuldiging van vermogen met het tijdstip van verbruik, verkrijgen we energieverbruik. Dit alles geldt voor bliksem. Maar hoe lang duurt de flits van deze gigantische elektrische vonk? Kan deze tijd worden gemeten?

Het blijkt niet zo moeilijk te zijn. De Engelse natuurkundige C. Wheatstone stelde voor om hiervoor een snel draaiende schijf te gebruiken, maar met een bepaalde, vooraf bepaalde snelheid. Een bliksemflits, die deze schijf even verlicht, registreert hoeveel graden deze schijf is verschoven. Als je het aantal omwentelingen van de schijf kent, is tijdconversie niet moeilijk om te doen, hoewel de bliksemontlading slechts duizendsten van een seconde duurt.

Het is veel moeilijker om de berekende elektrische parameters van bliksem te verkrijgen. Een onweerswolk kan immers worden voorgesteld als een geladen condensator, maar wanneer ontladen, veranderen zijn stromen en spanning exponentieel in de tijd, dat wil zeggen de functie van het exponentiële.

Perelman-editors verstrekken andere gegevens. Hun maximale bliksemstroom is 200.000 ampère en het potentieel is 50 miljoen volt. Ze delen de resulterende kracht in de helft, en verklaren dit gebruik door hen om het gemiddelde potentieel te berekenen. Het gebruik in hun berekeningen om een ​​of andere reden van de maximale stroom en de onjuist berekende potentiële leidt natuurlijk tot onjuiste resultaten. Dus de berekende energie volgens Steinmets kan niet worden geaccepteerd vanwege onbekende gegevens die overal vandaan komen, en de resultaten verkregen door de redactie zijn onjuist. Is het mogelijk om de door bliksem verbruikte energie te berekenen zonder zijn veranderende parameters te gebruiken. Het blijkt mogelijk te zijn.

In het boek van de uitstekende onderzoeker van bliksem B. Schonland wordt een andere parameter gerapporteerd: de hoeveelheid elektriciteit die bliksem verbruikt tijdens een ontlading. "In individuele slagen (bliksem), wordt een lading van 2 tot 10 tegenhangers meestal geneutraliseerd." De berekening voor deze parameter is vereenvoudigd, omdat een hanger is niets anders dan een ampère seconde. Een andere parameter - de spanning van een onweerswolk, berekenen wetenschappers, omdat het nog niet mogelijk is om deze te meten. Volgens B. Schonland "wordt geschat dat deze spanning ten minste 100 miljoen volt is".

Laten we hiervoor onze berekeningen maken.Laten we aannemen dat de hoeveelheid elektriciteit die wordt verbruikt bij het ontladen van gewone bliksem zelf 5 coulombs is (dit is een kruising tussen 2 en 10). Als we de coulombs met volt vermenigvuldigen, krijgen we 500 miljoen watt-seconden of 140 kilowattuur niets meer. En met een gemiddeld tarief in Rusland van 2 roebel per kilowattuur, zullen de kosten in roebel 280 roebel bedragen. Voor zo'n formidabel fenomeen is de hoeveelheid erg klein. Opgemerkt moet worden dat de berekening van C. Steinmets en de redacteuren van Perelman bij de overdracht naar moderne elektriciteitstarieven resultaten opleverde van respectievelijk 30 en 2800 roebel. Het verkregen resultaat ligt dichter bij het resultaat van Steinmets, maar het verschilt er nog steeds van met een orde van grootte, d.w.z. 10 keer! In andere zaken wordt dit gemakkelijk verklaard door het feit dat latere wetenschappers het cloudpotentieel niet schatten op 5 miljoen volt, maar op 100 miljoen, en we de cloudlading van het plafond haalden.

Het moet worden toegegeven dat onze berekeningen geen wetenschappelijke waarde hebben. Ze verklaren eenvoudigweg illustratief dat zo'n formidabel fenomeen als atmosferische elektriciteit niet energie-intensief is en dat het onwaarschijnlijk is dat het ooit praktisch bruikbaar zal zijn als een bron van elektriciteit. Immers, een maandelijks energieverbruik van 140 kWh wordt "opgewonden" door elektrische meters alleen voor het verlichten van het trappenhuis van een gebouw met meerdere verdiepingen.

Zijn deze resultaten noodzakelijk voor moderne elektriciens? Natuurlijk zijn ze nodig, maar alleen om niet te proberen om te gaan met het gebruik van atmosferische elektriciteit in industrie en landbouw. Het is economisch niet rendabel en erg gevaarlijk. We citeren uit een van de werken van de Amerikaanse meteoroloog L. Betten: "Vreemd genoeg, bliksem, dat een verplicht kenmerk is van een onweersbui, doodt meer mensen dan enig ander weerfenomeen, behalve voor onverwachte overstromingen."

Kijkend naar bliksemflitsen die grote ruimtes verlichten, zou elke verstandige persoon moeten begrijpen dat deze energie, de hele nacht verspild in zijn veranda en appartement, uiteindelijk door hem wordt betaald en moet streven naar energiebesparende lichtbronnen. De destructieve aard van bliksem wordt veroorzaakt door de korte duur van het proces bij hoog vermogen en lijkt op een explosie van huishoudelijk gas in een huis waar veel gas meestal wordt verbruikt in gasfornuizen. Dus een klein gaslek in een van de appartementen, dat samen met de lucht een explosief mengsel is, leidt tot tragedies in het hele huis.

We moeten hulde brengen aan Ch.P. Steinmets, de initiatiefnemer van een dergelijke berekening, en de voorbereide lezers eraan herinneren dat hij ook de auteur is van een symbolische methode voor het berekenen van elektrische AC-circuits. En het kost veel.

Lees ook:Atmosferische elektriciteit als nieuwe bron van alternatieve energie