מה עלות הברק?

פעם בחנות ספרים יד שנייה, נתקלתי בספר של I. Perelman "מבדר פיזיקה" של מהדורת 1924. הודפס על נייר חום (ומאיפה הגיע הנייר הטוב לאחר מלחמת האזרחים) היה בו כותרת משנה - "פרדוקסים, חידות, משימות, ניסויים, שאלות מורכבות וסיפורים מתחום הפיזיקה." כתובית זו במהדורות שלאחר מכן מילדותו של הספר הידוע מסיבה כלשהי נעלמה. רק לצורך הסקרנות רציתי לברר מה השתנה בספר במהלך 75 השנים האחרונות. אחרי הכל, בבית הייתה לי המהדורה העשרים ושניה של ספר נוער סטודנטים ידוע זה. אך מדע וטכנולוגיה בתקופה זו לא קפאו על שמריה.

התעניינותי בפרשת Ya.I. Perelman הועלתה על ידי ספרו האחרון של G.I. Mishkevich שפרסם לאחרונה על חייו ופועלו של פופולריסט מצטיין למדע. "זמר המתמטיקה, שומר הפיזיקה, משורר האסטרונומיה" היה ביקוש נרחב במדינה, לאחרונה אגררי ומפגר, וזה עתה החל את דרכו למספר המדינות המתקדמות והתרבותיות בעולם. ותפקידו של פרלמן בהתפתחות זו היה רחוק מהאחרון. בספריו שעשוע שנון, וודאות מדעית ואפילו חן, אפילו בשנות לימודיו, סייעו לחלק המוכשר ביותר של הדור הצעיר לבחור את מסלול חייהם העתידי בשירות המדע.

בספר ביוגרפיה צוין איכשהו בפתח הדרך כי יא. פרלמן בשנת 1916 עבד בישיבה מיוחדת של ממשלת רוסיה בנושא דלק, ו"בקשר למצב המצער של חימום העץ בפטרוגראד ", הציע לעבור לראשונה לקיץ בקיץ במדינתנו. העובדה שבאמצעות שימוש בידיים בשעון כדי לחסוך אנרגיה בתאורה ידועה זה מכבר לכולם. אבל איך הציל עצי הסקה לא הצלחתי להבין.

עובדה זו כל כך עניינה אותי והחלטתי לשאול את כותב ספר הביוגרפיה על כך. יתרה מזאת, באחד מסיפורי הספר שקניתי, בעת חישוב צריכת האנרגיה לפריקת ברק, הנתונים בין פרלמן למהדורות שלאחר מכן, שפורסמו לאחר מותו של הפופולריזר, היו שונים כמעט מאה פעמים!

נשלח מכתב והתשובה באה ושמה את הכל במקומו. באשר לחיסכון בעצי הסקה, ההסבר היה ברור מאוד - במהלך מלחמת העולם הראשונה עצי הסקה נשרפו כדלק במפעלי הדוודים בסנט פטרסבורג. זו הסיבה שבשנים הראשונות מאוד לשלטון הסובייטי החל החיפוש אחר סוג דלק חדש לחשמל את המדינה (תוכנית GORORO). ואז שמו לב לכבול.

ביחס לחוסר העקביות של החישובים, אאפשר לך לצטט ממכתבו של G.I. Mishkevich שנכתב לי: "כל המהדורות של ספריו שיצאו לאחר מותו של יה. אני. פרלמן מושחתים על ידי כל מיני עורכים ומו"לים חסרי אחריות." מודגש על ידי מחבר המכתב. אנו מוסיפים רק כי "הרופא למדעי הבידור" נפטר ב- 16 במרץ 1942. מרעב בלנינגרד הנצורה.

אבל רציתי להבין את השאלה "כמה עולה ברק?" שכן זהו שמו של אחד הפרקים בספר פרלמן.

את המחקר הרציני הראשון שהתקיים ברק נלקח על ידי בנימין פרנקלין האמריקני הגדול, שנחשב משום מה לאחד מנשיאי ארה"ב בארצנו. הוא לא היה, אבל הוא הנציח את שמו בכך שהוכיח בניסוי את טיבו החשמלי של סופת רעמים.

ואז לא היה קל לעשות זאת. לא היו גורדי שחקים, מטוסים ואפילו לא הומצא בלון. והיא נדרשה לקבל חשמל שמימי פשוטו כמשמעו בידיים לצורך ניסויים. אכן, בקבל החשמלי הראשון של אותה תקופה, בנק ליידן, אחת משתי הלוחות שלו הייתה ידו של הנסיין.

הניסוי הכניס צעצוע של ילד המכונה עפיפון, מוליך לתוך סופת הרעמים, העמיס צנצנת ליידן, ואז השווה אותה לאותה צנצנת טעונה במכונה חשמלית.

התנהגות הפחים הייתה זהה. לא היה ספק: פריקת הברק היא חשמלית באופייה. הוא אף קבע כי לרוב עננים נושאים מטען חשמלי שלילי. הניסויים של פרנקלין היו מסוכנים ביותר, אך הם, בנוסף לנתונים מדעיים מעניינים מאוד, הובילו להמצאתו של מוט ברק.

אמריקאי אחר, צ'ארלס פרוטאוס שטיינמץ (1865-1923), נחשב לאחד המייסדים העיקריים במדע הנדסת החשמל. בשנים האחרונות לחייו, הוא התמסר לנושאי העברת הכוח של אנרגיה למרחק באמצעות מתח גבוה.

כדי לפתור את בעיות הבידוד של מערכות מתח גבוה, הוא היה זקוק למחולל דופק במתח גבוה. זה נבנה על ידו. גנרטור זה יכול ליצור ברק מלאכותי עם פוטנציאל של 120 קילוולט. עם זאת, קיימת שיטה מדעית הנקראת אקסטרפולציה, המאפשרת להפיץ מסקנות מהתצפיות בתנאים מסוימים על פני תופעות דומות באחרות.למרות ששיטה זו רחוקה מלהיות מושלמת, אך לרוב לא ניתן ליישם שום דבר אחר על המדע.

בארצות הברית נעשה שימוש לרוב בשיטה המוניטרית כדי להעריך הכל והכל. "אתה נראה כמו אלף דולר", אומר הבוס למזכירו. פסנתרן מבטח את אצבעותיו במיליון דולר. וההערכה של כישרונו של שחקן כדורגל בדולרים הייתה ידועה זה מכבר אפילו לאוהדים שלנו. לשם הבהרה, בהערכת פריקת ברק, יא. פרלמן משתמש בשיטה יעילה מאוד זו, שהומצאה בעולם החדש.

קראנו את הנתונים הראשוניים מיאה. א. פרלמן: "הנה החישוב (שאליו אנו חייבים את מהנדס החשמל האמריקני שנפטר לאחרונה שטיינמץ). המתח במהלך פריקת ברק נקבע בכ -5 מיליון וולט. הזרם מוערך בכ- 10,000 אמפר. "

באופן עקרוני, בידיעת המתח והחוזק הנוכחי של כל התקנה, קל לחשב את עוצמתו על ידי הכפלת נתונים אלה. מכפיל כוח לפי צריכתו אנו משיגים צריכת אנרגיה. כל זה נכון לגבי הברק. אך כמה זמן נמשך ההבזק של הניצוץ החשמלי הענק הזה? האם ניתן למדוד את הזמן הזה?

מסתבר שלא כל כך קשה. הפיזיקאי האנגלי C. Wheatstone הציע להשתמש בדיסק מסתובב במהירות למטרה זו, אך עם מהירות קבועה מראש מראש. הבזק של ברק, המאיר את הדיסק הזה לרגע, יתעד כמה מעלות הדיסק הזה עבר. לדעת את מספר המהפכות של הדיסק, המרת זמן אינה קשה לעשות זאת, אם כי פריקת הברק נמשכת רק אלפי שניות.

הרבה יותר קשה להשיג את הפרמטרים החשמליים המחושבים של הברק. אחרי הכל, ניתן לדמיין את ענן הרעמים כקבל טעון, אך כאשר הוא משוחרר, הזרמים והמתח שלו משתנים באופן אקספוננציאלי בזמן, כלומר, תפקידו של האקספוננציאלי.

עורכי פרלמן מספקים נתונים אחרים. זרם הברק המרבי שלהם הוא 200 אלף אמפר, והפוטנציאל הוא 50 מיליון וולט. הם מחלקים את הכוח שהתקבל לחצי, ומסבירים שימוש זה על ידם לחישוב הפוטנציאל הממוצע. השימוש בחישובים שלהם מסיבה כלשהי של הזרם המרבי והפוטנציאל המחושב בצורה שגויה מביא, כמובן, לתוצאות שגויות. אז, לא ניתן לקבל את האנרגיה המחושבת על פי שטיינמץ בגלל נתונים לא ידועים שנלקחו מכל מקום, והתוצאות שהושגו על ידי העורכים אינן נכונות. האם ניתן לחשב את האנרגיה הנצרכת על ידי הברק מבלי להיזקק לפרמטרים המשתנים שלה. מסתבר שזה אפשרי.

בספרו של החוקר המצטיין של ברק ב. שונלנד, מדווח על פרמטר נוסף - כמות החשמל הנצרכת על ידי הברק בזמן פריקה. "במכות בודדות (ברק) בדרך כלל נוטרל מטען של 2 עד 10 תליון." החישוב לפרמטר זה מפושט, מכיוון תליון אחד אינו אלא שנייה אמפר. פרמטר נוסף - מתח של סופת רעמים, מדענים מחשבים, מכיוון שעדיין לא ניתן למדוד אותו. לדברי ב. שונלנד, "מעריכים כי מתח זה הוא לפחות 100 מיליון וולט."

בואו נעשה את החישובים שלנו בשביל זה.נניח שכמות החשמל הנצרכת בעת הפרשת ברקים רגילים עצמה היא 5 קולומבים (זה משהו שבין 2 ל -10) ואז, כשאנחנו מכפילים את הקולומבים בוולט, אנו מקבלים 500 מיליון וואט-שניות, או 140 קילוואט-שעות, מכל. ועם תעריף ממוצע ברוסיה על 2 רובל לקילוואט שעה, העלויות ברובלים יסתכמו ב 280 רובל. עבור תופעה כה אדירה, הכמות קטנה מאוד. שים לב כי החישוב של C. Steinmets ועורכי פרלמן בעת ​​העברה לתעריפי חשמל מודרניים הניב תוצאות של 30 ו 2800 רובל, בהתאמה. התוצאה שלנו קרובה יותר לתוצאת Steinmets, אך היא עדיין שונה ממנה בסדר גודל, כלומר 10 פעמים! בעניינים אחרים, זה מוסבר בקלות על ידי העובדה שמדענים שאחריהם מעריכים את פוטנציאל הענן לא ב -5 מיליון וולט, אלא במאה מיליון, והוצאנו את מטען הענן מהתקרה.

יש להודות כי לחישובים שלנו אין שום ערך מדעי. בפשטות הם מצהירים כי תופעה כה אדירה כמו חשמל אטמוספרי אינה עתירת אנרגיה וכנראה שלא תמצא שימוש מעשי כמקור לחשמל. אחרי הכל, צריכת אנרגיה חודשית של 140 קוט"ש "נפגעת" על ידי מטרים חשמליים רק לצורך הדלקת חדר המדרגות של בניין רב קומות.

האם תוצאות אלה נחוצות לחשמלאים מודרניים? כמובן שהם נדרשים, אך רק כדי לא לנסות להתמודד עם השימוש בחשמל אטמוספרי בתעשייה וחקלאות. זה לא רווחי כלכלית ומסוכן מאוד. אנו מצטטים מאחת מיצירותיו של המטאורולוג האמריקני ל 'בטטן: "למרבה הפלא, ברק, המהווה תכונה חובה לכל סופת רעמים, הורג יותר אנשים מכל תופעת מזג אוויר אחרת, למעט שיטפונות בלתי צפויים."

כשהוא צופה בהבזקי ברק המאירים חללים גדולים, כל אדם שפוי צריך להבין שהאנרגיה הזו שבוזבזה כל הלילה במרפסת ובדירתו, בסופו של דבר משלמת על ידו וצריכה לשאוף למקורות אור חסכוניים באנרגיה. אופיו ההרסני של הברק נגרם בגלל משך הקצר של התהליך בעוצמה גבוהה ודומה לפיצוץ של גז ביתי בבית בו נצרך בדרך כלל הרבה גז בתנורי גז. אז דליפת גז קטנה באחת הדירות, שיחד עם האוויר היא תערובת נפיצה, מובילה לטרגדיות בכל הבית.

עלינו לחלוק כבוד לח''ל שטיינמץ, יוזם חישוב כזה, ולהזכיר לקוראים המוכנים שגם הוא מחבר שיטה סמלית לחישוב מעגלי חשמל AC. וזה עולה המון.

קרא גם:חשמל אטמוספרי כמקור חדש לאנרגיה חלופית