Qual è il costo del fulmine?

Una volta, in una libreria di seconda mano, mi sono imbattuto in un libro di I. Perelman "Intrattenere la fisica" dell'edizione del 1924. Stampato su carta marrone (e da dove proviene la buona carta dopo la guerra civile), aveva un sottotitolo: "Paradossi, enigmi, compiti, esperimenti, domande complesse e storie dal campo della fisica". Questo sottotitolo nelle edizioni successive dall'infanzia del noto libro per qualche motivo è scomparso. Solo per motivi di curiosità, ho voluto scoprire cosa è cambiato nel libro negli ultimi 75 anni. Dopotutto, a casa ho avuto la ventiduesima edizione di questo noto libro per giovani studenti. Ma la scienza e la tecnologia in questo periodo non ristagnavano.

Il mio interesse per Ya.I. Perelman è stato acceso dal libro recentemente pubblicato di G.I. Mishkevich sulla vita e il lavoro di un noto divulgatore scientifico. "Il cantante di matematica, il bardo della fisica, il poeta dell'astronomia" era ampiamente richiesto nel paese, recentemente agrario e arretrato, e aveva appena iniziato il suo viaggio nel numero di stati avanzati e culturali del mondo. E il ruolo di Perelman in questo sviluppo era tutt'altro che l'ultimo. Nei suoi libri, arguto divertimento, certezza scientifica e persino grazia, anche durante gli anni scolastici, hanno aiutato la parte più talentuosa delle giovani generazioni a scegliere il loro percorso di vita futuro al servizio della scienza.

In un libro di biografia, è stato in qualche modo notato che Ya.I. Perelman nel 1916 ha lavorato in una riunione speciale del governo russo sul combustibile e, "in connessione con il deplorevole stato del riscaldamento del legno a Pietrogrado", ha proposto di passare all'ora legale per la prima volta nel nostro paese. Il fatto che utilizzando le lancette dell'orologio per risparmiare energia sull'illuminazione è noto da tempo a tutti. Ma come fu salvata la legna da ardere, non riuscivo a capire.

Questo fatto mi interessò così tanto che decisi di chiedere all'autore del libro biografico al riguardo. Inoltre, in una delle storie del libro che ho acquistato, nel calcolare il consumo di energia per una scarica di fulmini, i dati tra Perelman e le successive edizioni, pubblicati dopo la morte del divulgatore, differivano quasi cento volte!

Una lettera è stata inviata e la risposta è arrivata e ha messo tutto al suo posto. Per quanto riguarda il risparmio di legna da ardere, la spiegazione era molto chiara: durante la prima guerra mondiale la legna da ardere bruciava come combustibile negli impianti di caldaie di San Pietroburgo. Questo è il motivo per cui nei primissimi anni del potere sovietico, è iniziata la ricerca di un nuovo tipo di combustibile per elettrificare il paese (Piano GOELRO). Quindi prestarono attenzione alla torba.

Per quanto riguarda l'incoerenza dei calcoli, ti permetterò di citare la lettera di G.I. Mishkevich che mi è stata scritta: "TUTTE le edizioni dei suoi libri che sono uscite dopo la morte di Ya. I. Perelman sono corrotte da tutti i tipi di editori ed editori irresponsabili". Enfatizzato dall'autore della lettera. Aggiungiamo solo che il "Dottore in scienze divertenti" è morto il 16 marzo 1942. dalla fame nell'assediata Leningrado.

Ma volevo capire la domanda "Quanto costa un fulmine?" Perché questo è il nome di uno dei capitoli del libro di Perelman.

Il primo serio studio sui fulmini fu intrapreso dal grande americano Benjamin Franklin, per qualche motivo considerato uno dei presidenti degli Stati Uniti nel nostro paese. Non lo era, ma ha immortalato il suo nome dimostrando sperimentalmente la natura elettrica di un temporale.

Quindi non è stato facile da fare. Non c'erano grattacieli, aeroplani e neppure un pallone non fu inventato. Ed è stato richiesto di ricevere letteralmente l'elettricità celeste nelle mani degli esperimenti. In effetti, nel primo condensatore elettrico di quel tempo, una banca di Leida, una delle due piastre era la mano dello sperimentatore.

Usando un giocattolo per bambini chiamato aquilone, lo sperimentatore introdusse un conduttore in una nuvola temporalesca, caricò un vaso Leyden e poi lo confrontò con lo stesso vaso caricato con una macchina elettrica.

Il comportamento delle lattine era identico. Non c'erano dubbi: la scarica di fulmini è di natura elettrica. Ha anche determinato che molto spesso le nuvole portano una carica elettrica negativa. Gli esperimenti di Franklin furono estremamente pericolosi, ma oltre a dati scientifici molto interessanti portarono alla sua invenzione di un parafulmine.

Un altro americano, Charles Proteus Steinmets (1865-1923), è considerato uno dei principali fondatori della scienza dell'ingegneria elettrica. Negli ultimi anni della sua vita, si è dedicato ai problemi della trasmissione di energia a distanza usando l'alta tensione.

Per risolvere i problemi di isolamento dei sistemi ad alta tensione, aveva bisogno di un generatore di impulsi ad alta tensione. Questo è stato costruito da lui. Questo generatore potrebbe creare un lampo artificiale con un potenziale di 120 kilovolt. Tuttavia, esiste un metodo scientifico chiamato estrapolazione, che consente di distribuire conclusioni dalle osservazioni in alcune condizioni su fenomeni simili in altri, sebbene questo metodo sia lungi dall'essere perfetto, ma spesso nient'altro può essere applicato alla scienza.

Negli Stati Uniti, il metodo monetarista viene spesso utilizzato per valutare tutto e tutto. "Sembri mille dollari", dice il capo al suo segretario. Un pianista si assicura le dita per un milione di dollari. E la valutazione del talento di un giocatore di football in dollari è nota da tempo anche ai nostri fan. Per chiarezza, nel valutare una scarica di fulmini, Ya.I. Perelman utilizza questo metodo molto efficace, inventato nel Nuovo Mondo.

Leggiamo i dati iniziali da Ya. I. Perelman: “Ecco il calcolo (al quale dobbiamo l'ingegnere elettrico americano Steinmets recentemente scomparso) La tensione durante una scarica di fulmini è determinata a circa 5 milioni di volt. La corrente è stimata in 10.000 ampere ".

In linea di principio, conoscendo la tensione e la corrente di qualsiasi installazione, è facile calcolare la sua potenza moltiplicando questi dati. Moltiplicando la potenza per il tempo del suo consumo, otteniamo il consumo di energia. Tutto questo è vero per i fulmini. Ma quanto dura il lampo di questa gigantesca scintilla elettrica? Questo tempo può essere misurato?

Risulta non così difficile. Il fisico inglese C. Wheatstone propose di utilizzare un disco a rotazione rapida per questo scopo, ma con una certa velocità predeterminata. Un lampo, che illumina questo disco per un momento, registrerà di quanti gradi questo disco si è spostato. Conoscendo il numero di rivoluzioni del disco, la conversione del tempo non è difficile da fare, anche se la scarica di fulmini dura solo i millesimi di secondo.

È molto più difficile ottenere i parametri elettrici calcolati del fulmine. Dopotutto, una nuvola temporalesca può essere immaginata come un condensatore carico, ma quando viene scaricata, le sue correnti e la sua tensione cambiano esponenzialmente nel tempo, cioè la funzione dell'esponenziale.

Gli editor Perelman forniscono altri dati. La loro massima corrente di fulmine è di 200 mila ampere e il potenziale è di 50 milioni di volt. Dividono la potenza risultante a metà, spiegando questo uso da parte loro per calcolare il potenziale medio. L'uso nei loro calcoli per qualche motivo della corrente massima e del potenziale calcolato in modo errato porta, ovviamente, a risultati errati. Pertanto, l'energia calcolata secondo Steinmets non può essere accettata a causa di dati sconosciuti presi da qualsiasi luogo e i risultati ottenuti dagli editori non sono corretti. È possibile calcolare l'energia consumata dai fulmini senza ricorrere ai suoi parametri mutevoli. Risulta possibile.

Nel libro dell'eccezionale ricercatore di fulmini B. Schonland, viene riportato un altro parametro: la quantità di elettricità consumata dai fulmini durante una scarica. "Nei singoli colpi (fulmini), una carica da 2 a 10 pendenti viene generalmente neutralizzata." Il calcolo per questo parametro è semplificato, perché un pendente non è altro che un secondo ampere. Un altro parametro: la tensione di una nuvola temporalesca, gli scienziati stanno calcolando, perché non è ancora possibile misurarlo. Secondo B. Schonland, "si stima che questa tensione sia di almeno 100 milioni di volt".

Facciamo i nostri calcoli per questo.Supponiamo che la quantità di elettricità consumata quando si scarica il lampo ordinario stesso sia 5 coulomb (questo è qualcosa tra 2 e 10) Quindi, quando moltiplichiamo i coulomb per volt, otteniamo 500 milioni di watt-secondi, o 140 chilowattora, di tutti. E con una tariffa media in Russia a 2 rubli per chilowattora, i costi in rubli ammonteranno a 280 rubli. Per un fenomeno così formidabile, l'importo è molto piccolo. Va notato che il calcolo di C. Steinmets e dei redattori di Perelman durante il trasferimento a tariffe elettriche moderne ha prodotto risultati rispettivamente di 30 e 2800 rubli. Il nostro risultato è più vicino al risultato Steinmets, ma differisce ancora da esso per un ordine di grandezza, ad es. 10 volte! In altre questioni, ciò è facilmente spiegato dal fatto che gli scienziati successivi stimano il potenziale della nuvola non a 5 milioni di volt, ma a 100 milioni e abbiamo preso la carica della nuvola dal soffitto.

Bisogna ammettere che i nostri calcoli non hanno valore scientifico. Dichiarano semplicemente in modo illustrativo che un tale formidabile fenomeno come l'elettricità atmosferica non è ad alta intensità energetica ed è improbabile che possa mai trovare un uso pratico come fonte di elettricità. Dopotutto, un consumo energetico mensile di 140 kWh viene "liquidato" dai contatori elettrici solo per illuminare la tromba delle scale di un edificio a più piani.

Questi risultati sono necessari per gli elettricisti moderni? Ovviamente sono necessari, ma solo per non tentare di gestire l'uso dell'elettricità atmosferica nell'industria e nell'agricoltura. È economicamente non redditizio e molto pericoloso. Citiamo da una delle opere del meteorologo americano L. Betten: "Stranamente, il fulmine, che è un attributo obbligatorio di qualsiasi temporale, uccide più persone di qualsiasi altro fenomeno meteorologico, ad eccezione di inondazioni inaspettate".

Guardando lampi di lampo che illuminano ampi spazi, ogni persona sana di mente dovrebbe capire che questa energia, sprecata tutta la notte nella sua veranda e nel suo appartamento, è in definitiva pagata da lui e dovrebbe lottare per fonti di luce a risparmio energetico. La natura distruttiva dei fulmini è causata dalla breve durata del processo ad alta potenza e ricorda un'esplosione di gas domestico in una casa in cui molto gas viene solitamente consumato nelle stufe a gas. Quindi una piccola perdita di gas in uno degli appartamenti, che insieme all'aria è una miscela esplosiva, porta a tragedie in tutta la casa.

Dovremmo rendere omaggio a Ch.P. Steinmets, l'iniziatore di tale calcolo, e ricordare ai lettori preparati che anche lui è l'autore di un metodo simbolico per il calcolo dei circuiti elettrici CA. E costa molto.

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