Què costa el llamp?

Una vegada a la llibreria de segona mà em vaig trobar amb un llibre de I. Perelman “Entertaining Physics” de l’edició de 1924. Imprès en paper marró (i d’on venia el paper bo després de la Guerra Civil), tenia un subtítol: "Paradoxes, trencaclosques, tasques, experiments, preguntes complexes i històries del camp de la física". Aquest subtítol en edicions posteriors des de la infància del conegut llibre per alguna raó ha desaparegut. Només per curiositat, volia esbrinar què ha canviat al llibre durant els darrers 75 anys. Al cap i a la fi, a casa vaig tenir la vint-i-dosena edició d’aquest conegut llibre d’estudiants. Però la ciència i la tecnologia durant aquest temps no es van estancar.

El meu interès per Ya.I. Perelman es va sentir afectat pel recentment publicat llibre de G. I. Mishkevich sobre la vida i l'obra d'un destacat popularitzador de la ciència. "El cantant de les matemàtiques, el bard de la física, el poeta de l'astronomia" tenia una gran demanda al país, recentment agrari i endarrerit, i acabava de començar el seu viatge cap al nombre d'estats avançats i culturals del món. I el paper de Perelman en aquest desenvolupament va quedar lluny del darrer. En els seus llibres, la diversió enginyosa, la seguretat científica i la gràcia, fins i tot en els seus anys d’escola, van ajudar a la part més talentosa de la jove generació a triar el seu camí de vida futur al servei de la ciència.

En un llibre de biografia, es va assenyalar d’alguna manera en passar que Ya.I. Perelman el 1916 va treballar en una reunió especial del govern rus sobre combustible i, “en relació amb l’estat deplorable de la calefacció de llenya a Petrograd”, va proposar per primera vegada al nostre país passar a l’horari d’estiu. El fet que utilitzant les mans del rellotge per estalviar electricitat a la il·luminació és conegut per tothom. Però, com es va salvar llenya, no ho vaig poder entendre.

Aquest fet em va interessar tant que vaig decidir preguntar-li a l’autor del llibre de biografia sobre aquest tema. A més, en una de les històries del llibre que vaig comprar, en calcular el consum d’energia per una descàrrega de raigs, les dades entre Perelman i les posteriors edicions, publicades després de la mort del popularitzador, difereixen gairebé cent vegades!

Es va enviar una carta i la resposta va arribar i es va posar tot al seu lloc. Pel que fa a l'estalvi de llenya, l'explicació va ser molt clara: durant la Primera Guerra Mundial la llenya va cremar com a combustible a les plantes de calderes de Sant Petersburg. És per això que en els primers anys de potència soviètica es va iniciar la recerca d’un nou tipus de combustible per electrificar el país (Pla GOELRO). Després es van fixar en la torba.

Pel que fa a la incoherència dels càlculs, us permetré citar a la carta del G. I. Mishkevich que em va escriure: "TOTES les edicions dels seus llibres que van sortir després de la mort de Ya.I. Perelman són esporàdics per tot tipus d'editors i editorials irresponsables." Destacat per l’autor de la carta. Afegim només que el "Doctor de Ciències del Entreteniment" va morir el 16 de març de 1942. de la fam a Leningrad assetjat.

Però volia esbrinar la pregunta "Quant costa un llamp?" Per això és el nom d’un dels capítols del llibre de Perelman.

El primer estudi seriós del llamp el va prendre el gran nord-americà Benjamin Franklin, per algun motiu considerat un dels presidents dels Estats Units al nostre país. No ho era, però va immortalitzar el seu nom demostrant experimentalment la naturalesa elèctrica d’una tempesta de tronada.

Aleshores no va ser fàcil de fer. No hi havia gratacels, avions i fins i tot no es va inventar un globus. I es requeria rebre electricitat celestial literalment a les mans per fer experiments. De fet, en el primer condensador elèctric d'aquella època, un banc de Leiden, una de les dues plaques del mateix era la mà de l'experimentador.

Utilitzant una joguina infantil anomenada estel, l’experimentador va introduir un conductor en un tro, va carregar un pot de Leyden i després ho va comparar amb el mateix pot carregat amb una màquina elèctrica.

El comportament de les llaunes era idèntic. No hi havia dubte: la descàrrega del raig és de naturalesa elèctrica. Fins i tot va determinar que la majoria de vegades els núvols porten una càrrega elèctrica negativa. Els experiments de Franklin van ser extremadament perillosos, però, a més de dades científiques molt interessants, van portar a la seva invenció d’un llamp.

Un altre americà, Charles Proteus Steinmets (1865-1923), és considerat un dels principals fundadors de la ciència de l’enginyeria elèctrica. Els darrers anys de la seva vida, es va dedicar a les qüestions de transmissió d'energia a una distància mitjançant alta tensió.

Per solucionar els problemes d’aïllament dels sistemes d’alta tensió, necessitava un generador d’impulsos d’alta tensió. Aquest va ser construït per ell. Aquest generador podria crear un llamp artificial amb un potencial de 120 quilovolts. Tot i així, existeix un mètode científic anomenat extrapolació, que permet distribuir conclusions d’observacions en algunes condicions sobre fenòmens similars en d’altres, tot i que aquest mètode és lluny d’ésser perfecte, però sovint no es pot aplicar res a la ciència.

Als EUA, el mètode monetarista s’utilitza sovint per avaluar tot i tot. "Sembla mil dòlars", diu el cap a la seva secretària. Un pianista li assegura els dits per un milió de dòlars. I la nostra valoració del talent en dòlars d'un jugador de futbol és coneguda des de fa temps fins i tot pels nostres aficionats. Per obtenir més claredat, per avaluar una descàrrega de llamps, Ya.I. Perelman utilitza aquest mètode molt eficaç, inventat al Nou Món.

Llegim les dades inicials de Ya. I. Perelman: "Aquí teniu el càlcul (al qual devem el recentment mort enginyer elèctric americà Steinmets). La tensió durant una descàrrega es determina en uns 5 milions de volts. El corrent s'estima en 10.000 amperis ".

En principi, coneixent la tensió i la potència actual de qualsevol instal·lació, és fàcil calcular la seva potència multiplicant aquestes dades. Multiplicant l’energia per l’hora del seu consum, obtenim consum d’energia. Tot això val per als llamps. Però, quant dura el flash d'aquesta gegantina guspira elèctrica? Es pot mesurar aquest temps?

Resulta no tan difícil. El físic anglès C. Wheatstone va proposar utilitzar un disc de rotació ràpida per a aquest propòsit, però amb una certa velocitat predeterminada. Un raig, il·luminant aquest disc durant un moment, registrarà quants graus ha canviat aquest disc. Sabent el nombre de revolucions del disc, no és difícil fer la conversió de temps, tot i que la descàrrega del llamp només dura mil·lèsimes de segon.

És molt més difícil obtenir els paràmetres elèctrics calculats del llamp. Al cap i a la fi, es pot imaginar un truc com un condensador carregat, però quan es descarrega, els seus corrents i voltatge canvien exponencialment en el temps, és a dir, la funció de l’exponencial.

Els editors de Perelman proporcionen altres dades. El seu corrent màxim llamp és de 200 mil amperis i el potencial és de 50 milions de volts. Divideixen la potència resultant per la meitat, i expliquen aquest ús per calcular el potencial mitjà. L’ús en els seus càlculs per alguna raó del màxim de corrent i del potencial calculat incorrectament condueix, per descomptat, a resultats incorrectes. Així doncs, l’energia calculada segons Steinmets no es pot acceptar a causa de dades desconegudes preses des de qualsevol lloc i els resultats obtinguts pels editors són incorrectes. És possible calcular l’energia consumida pels llamps sense recórrer als seus paràmetres canviants. Sembla ser possible.

Al llibre de l’investigador destacat del llamp B. Schonland, s’informa un altre paràmetre: la quantitat d’electricitat consumida per llamps durant la descàrrega. "Als cops individuals (llamps), normalment es neutralitza una càrrega de 2 a 10 penjolls". El càlcul d'aquest paràmetre es simplifica, perquè un penjoll no és més que un segon amperi. Un altre paràmetre: el voltatge d'un tro, els científics calculen, perquè encara no és possible mesurar-lo. Segons B. Schonland, "s'estima que aquesta tensió és d'almenys 100 milions de volts".

Fem els nostres càlculs per a això.Suposem que la quantitat d’electricitat consumida en descarregar-se un raig normal és de 5 coulombes (això és entre 2 i 10) Aleshores, quan multipliquem les coulombes per volts, obtenim 500 milions de watts-segons, o 140 quilowatts-hores, de tot. I amb una tarifa mitjana a Rússia de 2 rubles per quilowatt-hora, els costos en rubles ascendeixen a 280 rubles. Per a un fenomen tan formidable, la quantitat és molt petita. Cal destacar que el càlcul de C. Steinmets i els editors de Perelman en transferir-se a les tarifes elèctriques modernes van donar resultats de 30 i 2800 rubles, respectivament. El resultat que hem obtingut és més proper al resultat de Steinmets, però encara es diferencia per un ordre de magnitud, és a dir. 10 vegades! En altres qüestions, això s’explica fàcilment pel fet que els científics posteriors estimen el potencial del núvol no a 5 milions de volts, sinó a 100 milions, i vam agafar la càrrega del núvol del sostre.

Cal admetre que els nostres càlculs no tenen valor científic. Simplement il·lustren que declaren que un fenomen tan formidable com l’electricitat atmosfèrica no consumeix energia i és poc probable que mai pugui trobar un ús pràctic com a font d’electricitat. Al cap i a la fi, un consum energètic mensual de 140 kWh s'accelera als comptadors elèctrics només per il·luminar l'escala d'un edifici de diversos pisos.

Són necessaris aquests resultats per als electricistes moderns? Per descomptat, són necessaris, però només per no tractar d’utilitzar l’ús de l’electricitat atmosfèrica a la indústria i l’agricultura. És poc rendible econòmicament i és molt perillós. Citem d'una de les obres del meteoròleg nord-americà L. Betten: "Molt estranyament, el llamp, que és un atribut obligatori de qualsevol tempesta de tronada, mata més gent que qualsevol altre fenomen meteorològic, tret de les inundacions inesperades."

Al veure els llamps que il·luminen grans espais, qualsevol persona sensata hauria d’entendre que aquesta energia, malgastada tota la nit al porxo i apartament, la paga en última instància i ha d’esforçar-se per fonts d’energia que estalvien energia. La naturalesa destructiva dels llamps és causada per la curta durada del procés a alta potència i s’assembla a una explosió de gas domèstic a una casa on es consumeix molt gas a les estufes de gas. Així que una petita fuita de gas en un dels apartaments, que juntament amb l’aire és una barreja explosiva, condueix a tragèdies a tota la casa.

Hauríem de retre un homenatge a Ch.P. Steinmets, l’iniciador d’aquest càlcul, i recordar als lectors preparats que també és l’autor d’un mètode simbòlic per a calcular circuits elèctrics de CA. I costa molt.

Llegiu també:L’electricitat atmosfèrica com a nova font d’energia alternativa