ما هي تكلفة البرق؟

مرة واحدة في متجر لبيع الكتب المستعملة ، صادفت كتابًا لمؤلفه I. Perelman "فيزياء مسلية" من طبعة 1924. مطبوعة على ورق بني (ومن أين جاءت الورقة الجيدة بعد الحرب الأهلية) ، وكان لها عنوان فرعي - "التناقضات والألغاز والمهام والتجارب والأسئلة المعقدة والقصص من مجال الفيزياء". اختفى هذا العنوان الفرعي في الطبعات اللاحقة من طفولة الكتاب المعروف لسبب ما. فقط من أجل الفضول ، أردت أن أعرف ما الذي تغير في الكتاب على مدى السنوات الـ 75 الماضية. بعد كل شيء ، حصلت في المنزل على الطبعة الثانية والعشرين من كتاب الشباب الطلابي المعروف على نطاق واسع. لكن العلم والتكنولوجيا خلال هذا الوقت لم يركدا.

اهتمامي بـ Ya.I. Perelman تم تسخينه من خلال كتاب صدر مؤخراً عن ج. كان "مغني الرياضيات وشاعر الفيزياء وشاعر علم الفلك" مطلبًا واسعًا في البلاد ، حيث كان حديثًا زراعيًا ومتخلفًا ، وقد بدأ للتو رحلته إلى عدد الدول المتقدمة والثقافية في العالم. وكان دور بيرلمان في هذا التطور أبعد ما يكون عن الأخير. في كتبه ، ساعد التسلية الذكية واليقين العلمي وحتى النعمة ، حتى في سنوات مدرسته ، الجزء الأكثر موهبة من جيل الشباب في اختيار طريق حياتهم المستقبلية في خدمة العلوم.

في كتاب سيرته الذاتية ، لوحظ بطريقة أو بأخرى أن يا. بيرلمان في عام 1916 كان يعمل في اجتماع خاص للحكومة الروسية حول الوقود ، و "فيما يتعلق بالحالة المؤسفة لتدفئة الأخشاب في بتروغراد" ، اقترح أول مرة في بلدنا التحول إلى التوقيت الصيفي. حقيقة أنه باستخدام أيدي ساعة لتوفير الطاقة على الإضاءة منذ فترة طويلة معروفة للجميع. ولكن كيف تم حفظ الحطب ، لم أستطع أن أفهم.

اهتمت هذه الحقيقة كثيراً لدرجة أنني قررت أن أسأل مؤلف كتاب السيرة الذاتية عنها. علاوة على ذلك ، في إحدى قصص الكتاب الذي اشتريته ، عند حساب استهلاك الطاقة لتفريغ صاعق ، تختلف البيانات بين Perelman والإصدارات اللاحقة ، التي صدرت بعد وفاة أداة الترويج ، حوالي مائة مرة!

تم إرسال خطاب وجاء الرد ووضع كل شيء في مكانه. أما بالنسبة لتوفير الحطب ، فقد كان التفسير واضحًا للغاية - أثناء حرق الحطب في الحرب العالمية الأولى كوقود في مصانع الغلايات في سان بطرسبرغ. هذا هو السبب في بدء البحث عن نوع جديد من الوقود في السنوات الأولى من السلطة السوفيتية لتزويد البلاد بالكهرباء (خطة GOELRO). ثم دفعوا الانتباه إلى الخث.

فيما يتعلق بعدم تناسق الحسابات ، فسوف أسمح لك بالاقتباس من خطاب G.I. Mishkevich الذي كتب إلي: "جميع إصدارات كتبه التي صدرت بعد وفاة Ya. I Perelman محطمة من قبل جميع أنواع المحررين والناشرين غير المسؤولين." أكده مؤلف الرسالة. نضيف فقط أن "دكتور في علوم الترفيه" توفي في 16 مارس 1942. من الجوع في لينينغراد المحاصرة.

لكنني أردت معرفة السؤال "كم يكلف البرق؟" لهذا هو اسم أحد الفصول في كتاب بيرلمان.

تم إجراء أول دراسة جادة حول البرق من قبل الأمريكي الكبير بنيامين فرانكلين ، لسبب ما يعتبر أحد الرؤساء الأمريكيين في بلادنا. لم يكن ، لكنه خلد اسمه من خلال إثبات تجريبي الطبيعة الكهربائية للعاصفة الرعدية.

ثم لم يكن من السهل القيام به. لم تكن هناك ناطحات سحاب وطائرات وحتى بالون لم يخترع. وكان مطلوبا لتلقي الكهرباء السماوية حرفيا في أيدي للتجارب. في الواقع ، في أول مكثف كهربائي في ذلك الوقت ، بنك ليدن ، كانت إحدى لوحاته أحد يدي المجرب.

باستخدام لعبة أطفال تسمى طائرة ورقية ، أدخل المجرب موصلًا في صوت صاعق ، وشحن جرة ليدن ، ثم قارنها بنفس الجرة المشحونة بآلة كهربائية.

كان سلوك العلب متطابقًا. لم يكن هناك أدنى شك: إن تفريغ البرق كهربائي في الطبيعة. حتى أنه قرر أن الغيوم غالباً ما تحمل شحنة كهربائية سالبة. كانت تجارب فرانكلين في غاية الخطورة ، لكنها ، بالإضافة إلى البيانات العلمية المثيرة للاهتمام للغاية ، أدت إلى اختراعه لقضيب صاعقة.

يعتبر أميركي آخر ، تشارلز بروتيوس شتاينميتس (1865-1923) ، أحد مؤسسي علم الهندسة الكهربائية. في السنوات الأخيرة من حياته ، كرس نفسه لقضايا نقل الطاقة من الطاقة إلى مسافة باستخدام الجهد العالي.

لحل مشاكل عزل الأنظمة ذات الجهد العالي ، احتاج إلى مولد نبض عالي الجهد. تم بناء هذا من قبله. هذا المولد يمكن أن يخلق البرق الاصطناعي مع إمكانية 120 كيلو فولت. ومع ذلك ، هناك طريقة علمية تسمى الاستقراء ، والتي تسمح لك بتوزيع الاستنتاجات من الملاحظات في بعض الظروف على ظواهر مماثلة في حالات أخرى.على الرغم من أن هذه الطريقة أبعد ما تكون عن الكمال ، ولكن في كثير من الأحيان لا يمكن تطبيقها على العلم.

في الولايات المتحدة الأمريكية ، غالبًا ما تستخدم طريقة النقود النقدية لتقييم كل شيء وكل شيء. "أنت تبدو وكأنها ألف دولار" ، يقول الرئيس لسكرتيرته. عازف البيانو يؤمن أصابعه مقابل مليون دولار. إن تقييم موهبة لاعب كرة القدم بالدولار معروف منذ زمن طويل لجماهيرنا. من أجل الوضوح ، في تقييم تصريف البرق ، يستخدم Ya.I. Perelman هذه الطريقة الفعالة للغاية ، التي تم اختراعها في العالم الجديد.

لقد قرأنا البيانات الأولية من Ya. I. Perelman: "فيما يلي الحسابات (التي ندين بها للمهندس الكهربائي الأمريكي المتوفى حديثًا Steinmets). يتم تحديد الجهد أثناء تصريف البرق بنحو 5 ملايين فولت. ويقدر التيار بـ 10 آلاف أمبير. "

من حيث المبدأ ، ومعرفة الجهد والقوة الحالية لأي تثبيت ، من السهل حساب قوتها بضرب هذه البيانات. بضرب الطاقة بحلول وقت استهلاكها ، نحصل على استهلاك الطاقة. كل هذا صحيح للبرق. لكن إلى متى تستمر وميض هذه الشرارة الكهربائية العملاقة؟ هل يمكن قياس هذا الوقت؟

اتضح ليست صعبة للغاية. اقترح الفيزيائي الإنجليزي سي ويتستون استخدام قرص سريع الدوران لهذا الغرض ، ولكن مع سرعة معينة محددة سلفا. وميض البرق ، الذي يضيء هذا القرص لفترة من الوقت ، سوف يسجل كم درجة تحول هذا القرص. مع العلم بعدد الثورات الموجودة على القرص ، فإن تحويل الوقت ليس بالأمر الصعب ، على الرغم من أن تفريغ البرق لا يستمر إلا في الألف من الثانية.

من الأصعب بكثير الحصول على المعلمات الكهربائية المحسوبة من الصواعق. بعد كل شيء ، يمكن تخيل صوت صاعق كمكثف مشحون ، ولكن عندما يتم تفريغه ، فإن تياراته وجهدته تتغير بشكل كبير في الوقت المناسب ، أي وظيفة الأس.

يقدم محررو بيرلمان بيانات أخرى. الحد الأقصى لبرق التيار هو 200 ألف أمبير ، والاحتمال هو 50 مليون فولت. يقومون بتقسيم الطاقة الناتجة إلى النصف ، موضحين هذا الاستخدام من قبلهم لحساب متوسط ​​الإمكانات. الاستخدام في العمليات الحسابية الخاصة بهم لسبب من الحد الأقصى الحالي ويؤدي المحتملة المحتملة بشكل غير صحيح ، بالطبع ، إلى نتائج غير صحيحة. لذلك ، لا يمكن قبول الطاقة المحسوبة وفقًا لـ Steinmets نظرًا لبيانات مجهولة مأخوذة من أي مكان ، والنتائج التي حصل عليها المحررون غير صحيحة. هل من الممكن حساب الطاقة المستهلكة عن طريق البرق دون اللجوء إلى تغيير معالمها. اتضح أن ذلك ممكن.

في كتاب الباحث البارز من البرق B. Schonland ، تم الإبلاغ عن معلمة أخرى - كمية الكهرباء التي يستهلكها البرق أثناء التفريغ. "في السكتات الدماغية الفردية (البرق) ، يتم عادةً تحييد شحنة من 2 إلى 10 قلادة." يتم تبسيط حساب هذه المعلمة ، لأن قلادة واحدة ليست سوى ثانية الأمبير. معلمة أخرى - الجهد من رعد صاعقة ، يحسب العلماء ، لأنه لا يمكن قياسه بعد. وفقا ل B. Schonland ، "يقدر أن هذا الجهد لا يقل عن 100 مليون فولت."

دعونا نفعل حساباتنا لهذا الغرض.دعنا نفترض أن كمية الكهرباء المستهلكة عند تفريغ البرق العادي نفسه هي 5 كولوم (هذا هو التقاطع بين 2 و 10). ثم ، عندما نضرب كولوم في فولت ، لن نحصل على 500 مليون واط ، أو 140 كيلو واط / ساعة من لا شيء أكثر من ذلك. ومع تعريفة متوسط ​​في روسيا عند 2 روبل لكل كيلو واط / ساعة ، فإن التكاليف بالروبل ستبلغ 280 روبل. لمثل هذه الظاهرة الهائلة ، والمبلغ صغير جدا. تجدر الإشارة إلى أن حساب C. Steinmets ومحرري Perelman عند التحويل إلى تعريفات الكهرباء الحديثة أسفرت عن نتائج 30 و 2800 روبل ، على التوالي. النتيجة التي حصلنا عليها أقرب إلى نتيجة Steinmets ، لكنها لا تزال تختلف عنها بترتيب من حيث الحجم ، أي 10 مرات! في أمور أخرى ، يمكن تفسير ذلك بسهولة من خلال قيام العلماء اللاحقين بتقدير إمكانات السحابة ليس بخمسة ملايين فولت ، ولكن عند 100 مليون ، وأخذنا الشحنة السحابية من السقف.

يجب الاعتراف بأن حساباتنا ليس لها قيمة علمية. يعلنون ببساطة توضيحية أن هذه الظاهرة الهائلة مثل الكهرباء في الغلاف الجوي ليست كثيفة الاستهلاك للطاقة ومن غير المرجح أن تجد الاستخدام العملي على الإطلاق كمصدر للكهرباء. بعد كل شيء ، يتم "استهلاك" الطاقة الشهرية من 140 كيلو واط ساعة "عن طريق الكهرباء" فقط لإضاءة الدرج في مبنى متعدد الطوابق.

هل هذه النتائج ضرورية للكهربائيين المعاصرين؟ بالطبع هناك حاجة إليها ، ولكن فقط من أجل عدم محاولة التعامل مع استخدام الكهرباء الجوية في الصناعة والزراعة. إنه غير مربح اقتصاديًا وخطير جدًا. نقتبس من أحد أعمال عالم الأرصاد الجوية الأمريكي ل. بيتن: "من الغريب أن البرق ، والذي يعد سمة إلزامية لأي عاصفة رعدية ، يقتل عددًا أكبر من الناس من أي ظاهرة جوية أخرى ، باستثناء الفيضانات غير المتوقعة".

يجب أن يفهم أي شخص عاقل ، وهو يشاهد ومضات البرق التي تضيء المساحات الكبيرة ، أن هذه الطاقة ، التي أهدرت طوال الليل في رواقه وشقته ، قد دفعت مقابله في نهاية المطاف ، ويجب أن تسعى جاهدة للحصول على مصادر الإضاءة الموفرة للطاقة. إن الطبيعة المدمرة للبرق ناتجة عن المدة القصيرة للعملية عالية الطاقة وتشبه انفجار الغاز المنزلي في المنزل حيث يتم استهلاك الكثير من الغاز عادة في مواقد الغاز. لذلك تسرب غاز صغير في إحدى الشقق ، والذي مع الهواء عبارة عن خليط متفجر ، يؤدي إلى مآسي في المنزل بأكمله.

يجب أن نشيد بـ Ch.P. Steinmets ، بادئ مثل هذا الحساب ، وأن نذكّر القراء المستعدين بأنه هو أيضًا مؤلف لطريقة رمزية لحساب الدارات الكهربائية AC. ويكلف الكثير.

اقرأ أيضا:الكهرباء في الغلاف الجوي كمصدر جديد للطاقة البديلة