Qual é o custo do raio?

Uma vez em uma livraria de segunda mão, me deparei com um livro de I. Perelman “Entertaining Physics” da edição de 1924. Impresso em papel pardo (e de onde veio o bom papel após a Guerra Civil), tinha um subtítulo - "Paradoxos, quebra-cabeças, tarefas, experimentos, perguntas e histórias complexas do campo da física". Por algum motivo, este subtítulo nas edições subsequentes da infância do conhecido livro desapareceu. Por uma questão de curiosidade, eu queria descobrir o que mudou no livro nos últimos 75 anos. Afinal, em casa, eu tive a vigésima segunda edição deste livro de juventude para estudantes, amplamente conhecido. Mas a ciência e a tecnologia durante esse período não estagnaram.

Meu interesse em Ya.I. Perelman foi aquecido pelo livro recentemente publicado de G.I. Mishkevich sobre a vida e obra de um notável popularizador da ciência. “O cantor de matemática, o bardo da física, o poeta da astronomia” era amplamente procurado no país, recentemente agrário e atrasado, e acabara de iniciar sua jornada no número de estados avançados e culturais do mundo. E o papel da Perelman nesse desenvolvimento estava longe de ser o último. Em seus livros, diversão espirituosa, certeza científica e até graça, mesmo em seus anos de escola, ajudaram a parte mais talentosa da geração mais jovem a escolher seu futuro caminho de vida a serviço da ciência.

Em um livro de biografia, observou-se de alguma maneira que Ya.I. Perelman, em 1916, trabalhou em uma reunião especial do governo russo sobre combustível e, "em conexão com o estado deplorável do aquecimento de madeira em Petrogrado", ele propôs a primeira vez em nosso país a mudar para o horário de verão. O fato de usar os ponteiros do relógio para economizar eletricidade na iluminação é conhecido por todos. Mas como a lenha foi salva, eu não conseguia entender.

Esse fato me interessou tanto que decidi perguntar ao autor do livro de biografia sobre isso. Além disso, em uma das histórias do livro que comprei, ao calcular o consumo de energia para uma descarga elétrica, os dados entre Perelman e as edições subsequentes, divulgados após a morte do popularizador, diferiram quase cem vezes!

Uma carta foi enviada e a resposta veio e colocou tudo em seu lugar. Quanto à economia de lenha, a explicação era muito clara - durante a Primeira Guerra Mundial, a lenha foi queimada como combustível nas caldeiras de São Petersburgo. Essa é a razão pela qual, nos primeiros anos do poder soviético, começou a busca por um novo tipo de combustível para eletrificar o país (Plano GOELRO). Então eles prestaram atenção na turfa.

Com relação à inconsistência dos cálculos, permitirei que você cite a carta de G. Mishkevich escrita para mim: "TODAS as edições de seus livros que saíram após a morte de Ya. I. Perelman são CORROMPIDAS por todos os tipos de editores e editores irresponsáveis". Enfatizado pelo autor da carta. Acrescentamos apenas que o "Doctor of Entertaining Sciences" morreu em 16 de março de 1942. de fome em Leningrado sitiado.

Mas eu queria descobrir a pergunta "Quanto custa um raio?" Pois este é o nome de um dos capítulos do livro de Perelman.

O primeiro estudo sério sobre relâmpagos foi realizado pelo grande americano Benjamin Franklin, por algum motivo considerado um dos presidentes dos EUA em nosso país. Ele não era, mas imortalizou seu nome provando experimentalmente a natureza elétrica de uma tempestade.

Então não foi fácil de fazer. Não havia arranha-céus, aviões e até um balão não foi inventado. E era necessário receber eletricidade celestial literalmente nas mãos para experimentos. De fato, no primeiro capacitor elétrico da época, um banco de Leiden, uma das duas placas dele era a mão do experimentador.

Usando o brinquedo de uma criança chamado pipa, o pesquisador introduziu um condutor em uma nuvem de tempestade, carregou um pote de Leyden e o comparou com o mesmo pote carregado com uma máquina elétrica.

O comportamento das latas era idêntico. Não havia dúvida: a descarga elétrica é de natureza elétrica. Ele chegou a determinar que na maioria das vezes as nuvens carregam uma carga elétrica negativa. As experiências de Franklin foram extremamente perigosas, mas elas, além de dados científicos muito interessantes, levaram à invenção de um para-raios.

Outro americano, Charles Proteus Steinmets (1865-1923), é considerado um dos principais fundadores da ciência da engenharia elétrica. Nos últimos anos de sua vida, ele se dedicou às questões de transmissão de energia à distância usando alta tensão.

Para resolver os problemas de isolamento de sistemas de alta tensão, ele precisava de um gerador de pulsos de alta tensão. Isto foi construído por ele. Este gerador pode criar um raio artificial com potencial de 120 quilovolts. No entanto, existe um método científico chamado extrapolação, que permite distribuir conclusões de observações em algumas condições sobre fenômenos semelhantes em outras, embora esse método esteja longe de ser perfeito, mas geralmente nada mais pode ser aplicado à ciência.

Nos EUA, o método monetarista é frequentemente usado para avaliar tudo e tudo. "Você parece mil dólares", o chefe diz à secretária. Um pianista segura os dedos por um milhão de dólares. E a avaliação do talento de um jogador de futebol em dólares é conhecida até por nossos fãs. Para maior clareza, ao avaliar uma descarga elétrica, Ya.I. Perelman usa esse método muito eficaz, inventado no Novo Mundo.

Lemos os dados iniciais de Ya. I. Perelman: “Aqui está o cálculo (ao qual devemos o engenheiro elétrico americano Steinmets, recentemente falecido). A tensão durante uma descarga elétrica é determinada em cerca de 5 milhões de volts. A corrente é estimada em 10.000 amperes ".

Em princípio, conhecendo a tensão e a força da corrente de qualquer instalação, é fácil calcular sua potência multiplicando esses dados. Multiplicando o poder no momento de seu consumo, obtemos consumo de energia. Tudo isso é verdade para os raios. Mas quanto tempo dura o flash dessa gigantesca faísca elétrica? Esse tempo pode ser medido?

Acontece que não é tão difícil. O físico inglês C. Wheatstone propôs o uso de um disco de rotação rápida para esse fim, mas com uma certa velocidade predeterminada. Um relâmpago, iluminando este disco por um momento, registrará quantos graus esse disco mudou. Conhecendo o número de rotações do disco, não é difícil fazer a conversão do tempo, embora a descarga do raio dure apenas milésimos de segundo.

É muito mais difícil obter os parâmetros elétricos calculados dos raios. Afinal, uma nuvem de trovoada pode ser imaginada como um capacitor carregado, mas quando descarregada, suas correntes e tensões mudam exponencialmente no tempo, ou seja, a função do exponencial.

Os editores da Perelman fornecem outros dados. A corrente máxima de um raio é de 200 mil amperes e o potencial é de 50 milhões de volts. Eles dividem o poder resultante pela metade, explicando esse uso por eles para calcular o potencial médio. O uso em seus cálculos por algum motivo da corrente máxima e do potencial calculado incorretamente leva, é claro, a resultados incorretos. Portanto, a energia calculada de acordo com Steinmets não pode ser aceita devido a dados desconhecidos retirados de qualquer lugar, e os resultados obtidos pelos editores estão incorretos. É possível calcular a energia consumida por um raio sem recorrer a seus parâmetros variáveis. Acontece que é possível.

No livro do destacado pesquisador de raios B. Schonland, outro parâmetro é relatado - a quantidade de eletricidade consumida pelos raios durante uma descarga. "Em cursos individuais (raios), uma carga de 2 a 10 pendentes geralmente é neutralizada." O cálculo para este parâmetro é simplificado, porque um pingente não passa de um ampère segundo. Outro parâmetro - a voltagem de uma nuvem tempestuosa, os cientistas estão calculando, porque ainda não é possível medi-la. Segundo B. Schonland, "estima-se que essa voltagem seja de pelo menos 100 milhões de volts".

Vamos fazer nossos cálculos para isso.Vamos supor que a quantidade de eletricidade consumida ao descarregar um raio comum seja de 5 coulombs (este é um cruzamento entre 2 e 10). Então, quando multiplicamos os coulombs por volts, obtemos 500 milhões de watts-segundo ou 140 kilowatt-hora de nada mais. E com uma tarifa média na Rússia de 2 rublos por quilowatt-hora, os custos em rublos serão de 280 rublos. Para um fenômeno tão formidável, a quantidade é muito pequena. Note-se que o cálculo de C. Steinmets e dos editores de Perelman ao transferir para as tarifas modernas de eletricidade rendeu resultados de 30 e 2800 rublos, respectivamente. O resultado obtido é mais próximo do resultado de Steinmets, mas ainda difere por uma ordem de magnitude, ou seja, 10 vezes! Em outros assuntos, isso é facilmente explicado pelo fato de que cientistas subseqüentes estimam o potencial da nuvem não em 5 milhões de volts, mas em 100 milhões, e retiramos a carga da nuvem do teto.

É preciso admitir que nossos cálculos não têm valor científico. Eles simplesmente declaram ilustrativamente que um fenômeno tão formidável como a eletricidade atmosférica não consome muita energia e é improvável que encontre um uso prático como fonte de eletricidade. Afinal, um consumo mensal de energia de 140 kWh é "interrompido" por medidores elétricos apenas para iluminar as escadas de um edifício de vários andares.

Esses resultados são necessários para os eletricistas modernos? É claro que são necessárias, mas apenas para não tentar lidar com o uso da eletricidade atmosférica na indústria e na agricultura. É economicamente inútil e muito perigoso. Citamos uma das obras do meteorologista americano L. Betten: "Curiosamente, o raio, que é um atributo obrigatório de qualquer tempestade, mata mais pessoas do que qualquer outro fenômeno climático, exceto por inundações inesperadas".

Observando relâmpagos iluminando grandes espaços, qualquer pessoa sã deve entender que essa energia, desperdiçada a noite toda em sua varanda e apartamento, é paga por ele e deve procurar fontes de luz que economizem energia. A natureza destrutiva do raio é causada pela curta duração do processo em alta potência e se assemelha a uma explosão de gás doméstico em uma casa onde geralmente é consumido muito gás em fogões a gás. Portanto, um pequeno vazamento de gás em um dos apartamentos, que junto com o ar é uma mistura explosiva, leva a tragédias em toda a casa.

Deveríamos prestar homenagem ao Ch.P. Steinmets, o iniciador de tal cálculo, e lembrar aos leitores preparados que ele também é o autor de um método simbólico para calcular circuitos elétricos CA. E custa muito.

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