¿Cuál es el costo de los rayos?

Una vez en una librería de segunda mano, me encontré con un libro de I. Perelman, "La física entretenida" de la edición de 1924. Impreso en papel marrón (y de dónde vino el buen papel después de la Guerra Civil), tenía un subtítulo: "Paradojas, acertijos, tareas, experimentos, preguntas intrincadas e historias del campo de la física". Este subtítulo en ediciones posteriores de la infancia del conocido libro por alguna razón ha desaparecido. Solo por curiosidad, quería descubrir qué ha cambiado en el libro en los últimos 75 años. Después de todo, en casa tuve la vigésima segunda edición de este conocido libro juvenil para estudiantes. Pero la ciencia y la tecnología durante este tiempo no se estancaron.

Mi interés en Ya.I. Perelman fue acalorado por el libro recientemente publicado de G.I. Mishkevich sobre la vida y el trabajo de un destacado divulgador de la ciencia. "El cantante de matemáticas, el bardo de la física, el poeta de la astronomía" era ampliamente demandado en el país, recientemente agrario y atrasado, y acababa de comenzar su viaje hacia el número de estados avanzados y culturales del mundo. Y el papel de Perelman en este desarrollo estuvo lejos de ser el último. En sus libros, la diversión ingeniosa, la certeza científica e incluso la gracia, incluso en sus años escolares, ayudaron a la parte más talentosa de la generación joven a elegir su futuro camino de vida al servicio de la ciencia.

En un libro de biografía, de alguna manera se observó que Ya.I. Perelman en 1916 trabajó en una reunión especial del gobierno ruso sobre el combustible y, "en relación con el deplorable estado de la calefacción a leña en Petrogrado", propuso la primera vez en nuestro país para cambiar al horario de verano. El hecho de que al usar las manecillas del reloj para ahorrar energía en la iluminación es conocido por todos desde hace mucho tiempo. Pero cómo se salvó la leña, no pude entender.

Este hecho me interesó tanto que decidí preguntarle al autor del libro de biografía. Además, en una de las historias del libro que compré, al calcular el consumo de energía para una descarga eléctrica, los datos entre Perelman y las ediciones posteriores, lanzadas después de la muerte del divulgador, ¡diferían casi cien veces!

Se envió una carta y la respuesta llegó y puso todo en su lugar. En cuanto al ahorro de leña, la explicación fue muy clara: durante la Primera Guerra Mundial, la leña se quemó como combustible en las plantas de calderas de San Petersburgo. Esa es la razón por la cual, en los primeros años del poder soviético, comenzó la búsqueda de un nuevo tipo de combustible para electrificar el país (Plan GOELRO). Luego prestaron atención a la turba.

Con respecto a la inconsistencia de los cálculos, le permitiré citar la carta de G.I. Mishkevich que me escribió: “TODAS las ediciones de sus libros que salieron después de la muerte de Ya. I. Perelman están CORRUPTAS por todo tipo de editores y editores irresponsables”. Destacado por el autor de la carta. Agregamos solo que el "Doctor en Ciencias de la Diversión" murió el 16 de marzo de 1942. del hambre en el asediado Leningrado.

Pero quería resolver la pregunta "¿Cuánto cuesta un rayo?" Este es el nombre de uno de los capítulos del libro de Perelman.

El primer estudio serio sobre rayos fue tomado por el gran estadounidense Benjamin Franklin, por alguna razón considerado uno de los presidentes de Estados Unidos en nuestro país. No lo era, pero inmortalizó su nombre al probar experimentalmente la naturaleza eléctrica de una tormenta eléctrica.

Entonces no fue fácil de hacer. No había rascacielos, aviones e incluso no se inventó un globo. Y se requería recibir electricidad celestial literalmente en las manos para experimentos. De hecho, en el primer condensador eléctrico de esa época, un banco de Leiden, una de las dos placas era la mano del experimentador.

Usando el juguete de un niño llamado cometa, el experimentador introdujo un conductor en una nube tormentosa, cargó una jarra Leyden y luego la comparó con la misma jarra cargada con una máquina eléctrica.

El comportamiento de las latas fue idéntico. No había duda: la descarga del rayo es de naturaleza eléctrica. Incluso determinó que la mayoría de las nubes llevan una carga eléctrica negativa. Los experimentos de Franklin fueron extremadamente peligrosos, pero, además de datos científicos muy interesantes, llevaron a su invención de un pararrayos.

Otro estadounidense, Charles Proteus Steinmets (1865-1923), es considerado uno de los principales fundadores de la ciencia de la ingeniería eléctrica. En los últimos años de su vida, se dedicó a los problemas de transmisión de energía a una distancia utilizando alto voltaje.

Para resolver los problemas de aislamiento de los sistemas de alto voltaje, necesitaba un generador de pulsos de alto voltaje. Esto fue construido por él. Este generador podría crear un rayo artificial con un potencial de 120 kilovoltios. Sin embargo, existe un método científico llamado extrapolación, que le permite distribuir conclusiones de observaciones en algunas condiciones sobre fenómenos similares en otras. Aunque este método está lejos de ser perfecto, pero a menudo nada más se puede aplicar a la ciencia.

En los Estados Unidos, el método monetarista a menudo se usa para evaluar todo y todo. "Pareces mil dólares", le dice el jefe a su secretaria. Un pianista asegura sus dedos por un millón de dólares. Y la evaluación del talento de un jugador de fútbol en dólares se conoce desde hace mucho tiempo incluso para nuestros fanáticos. Para mayor claridad, al evaluar la descarga de un rayo, Ya.I. Perelman utiliza este método muy efectivo, inventado en el Nuevo Mundo.

Leemos los datos iniciales de Ya. I. Perelman: “Aquí está el cálculo (al que le debemos al recientemente fallecido ingeniero eléctrico estadounidense Steinmets). El voltaje durante una descarga de rayo se determina a aproximadamente 5 millones de voltios. La corriente se estima en 10.000 amperios ".

En principio, conociendo el voltaje y la intensidad de corriente de cualquier instalación, es fácil calcular su potencia multiplicando estos datos. Multiplicando la potencia por el momento de su consumo, obtenemos el consumo de energía. Todo esto es cierto para los rayos. Pero, ¿cuánto dura el destello de esta gigantesca chispa eléctrica? ¿Se puede medir este tiempo?

Resulta que no es tan difícil. El físico inglés C. Wheatstone propuso utilizar un disco de rotación rápida para este propósito, pero con una cierta velocidad predeterminada. Un destello de luz, iluminando este disco por un momento, registrará cuántos grados ha cambiado este disco. Conociendo el número de revoluciones del disco, la conversión de tiempo no es difícil de hacer, aunque la descarga del rayo dura solo milésimas de segundo.

Es mucho más difícil obtener los parámetros eléctricos calculados de los rayos. Después de todo, una nube de tormenta puede imaginarse como un condensador cargado, pero cuando se descarga, sus corrientes y voltaje cambian exponencialmente en el tiempo, es decir, la función de la exponencial.

Los editores de Perelman proporcionan otros datos. Su corriente máxima de rayo es de 200 mil amperios, y el potencial es de 50 millones de voltios. Dividen el poder resultante por la mitad, explicando este uso por ellos para calcular el potencial promedio. El uso en sus cálculos por alguna razón de la corriente máxima y el potencial calculado incorrectamente conduce, por supuesto, a resultados incorrectos. Por lo tanto, la energía calculada según Steinmets no puede aceptarse debido a datos desconocidos tomados de cualquier lugar, y los resultados obtenidos por los editores son incorrectos. ¿Es posible calcular la energía consumida por un rayo sin recurrir a sus parámetros cambiantes? Resulta ser posible.

En el libro del destacado investigador del rayo B. Schonland, se informa otro parámetro: la cantidad de electricidad consumida por el rayo durante una descarga. "En golpes individuales (rayos), una carga de 2 a 10 colgantes generalmente se neutraliza". El cálculo para este parámetro se simplifica porque un colgante no es más que un segundo amperio. Otro parámetro: el voltaje de una nube tormentosa, según los científicos, porque aún no es posible medirlo. Según B. Schonland, "se estima que este voltaje es de al menos 100 millones de voltios".

Hagamos nuestros cálculos para esto.Supongamos que la cantidad de electricidad consumida al descargar el rayo ordinario en sí es de 5 coulombs (esto es un cruce entre 2 y 10). Luego, cuando multiplicamos los coulombs por voltios, obtenemos 500 millones de vatios-segundo, o 140 kilovatios-hora de nada más. Y con un arancel promedio en Rusia de 2 rublos por kilovatio-hora, los costos en rublos ascenderán a 280 rublos. Para un fenómeno tan formidable, la cantidad es muy pequeña. Tenga en cuenta que el cálculo de C. Steinmets y los editores de Perelman al transferir a las tarifas modernas de electricidad arrojó resultados de 30 y 2800 rublos, respectivamente. Nuestro resultado está más cerca del resultado de Steinmets, pero aún difiere de él en un orden de magnitud, es decir. 10 veces! En otros asuntos, esto se explica fácilmente por el hecho de que los científicos posteriores estiman el potencial de la nube no a 5 millones de voltios, sino a 100 millones, y tomamos la carga de la nube desde el techo.

Debe admitirse que nuestros cálculos no tienen valor científico. Simplemente declaran ilustrativamente que un fenómeno tan formidable como la electricidad atmosférica no consume mucha energía y es poco probable que encuentre un uso práctico como fuente de electricidad. Después de todo, un consumo de energía mensual de 140 kWh es "liquidado" por medidores eléctricos solo para iluminar el hueco de la escalera de un edificio de varios pisos.

¿Son necesarios estos resultados para los electricistas modernos? Por supuesto, son necesarios, pero solo para no tratar de lidiar con el uso de la electricidad atmosférica en la industria y la agricultura. Es económicamente no rentable y muy peligroso. Citamos de uno de los trabajos del meteorólogo estadounidense L. Betten: "Por extraño que parezca, un rayo, que es un atributo obligatorio de cualquier tormenta eléctrica, mata a más personas que cualquier otro fenómeno climático, excepto por inundaciones inesperadas".

Al ver destellos de relámpagos que iluminan grandes espacios, cualquier persona en su sano juicio debe comprender que esta energía, desperdiciada toda la noche en su porche y apartamento, es finalmente pagada por él y debe luchar por las fuentes de luz que ahorran energía. La naturaleza destructiva de los rayos es causada por la corta duración del proceso a alta potencia y se asemeja a una explosión de gas doméstico en una casa donde generalmente se consume mucho gas en estufas de gas. Entonces, una pequeña fuga de gas en uno de los apartamentos, que junto con el aire es una mezcla explosiva, conduce a tragedias en toda la casa.

Deberíamos rendir homenaje a Ch.P. Steinmets, el iniciador de dicho cálculo, y recordar a los lectores preparados que él también es el autor de un método simbólico para calcular los circuitos eléctricos de CA. Y cuesta mucho.

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