Владимир Карцев - Приключения великих уравнений

• Название: Приключения великих уравнений
• Автор: Владимир Карцев
• Издательство: "Знание"
• Жанр: Детская образовательная литература
• Год: 1986

История познания человеком электричества полна неожиданностей и драматизма. Среди «делавших» эту историю мы найдем людей разных профессий: физика, врача, переплетчика, столяра, государственного деятеля. Различны были их судьбы.

В книге читатель встретится с участниками первых кругосветных путешествий, узнает об электрических рыбах, об оживлении людей с помощью электричества… Первое и второе издания книги, вышли в издательстве «Знание» в 1970 и 1978 гг.

Книга рассчитана на массового читателя.

---

Фламмарион был настолько убежден в том, что подобные примеры говорят в пользу «вещественной» материи молнии, что и сам неоднократно после ударов молний «находил» на камнях, деревьях, домах какие-то остатки смол и непонятных «черных порошков», а то и прямо «раскаленных камушков», занесенных, конечно, молнией.

И в современных описаниях иной раз путают шаровую молнию с другими, в достаточной мере загадочными атмосферными или оптическими явлениями.

Однако иногда наблюдателям удается не только уверенно распознать шаровую молнию, но и заметить ее типичные свойства, а порой даже суметь оценить ее температуру, энергию и т. д. Приведем эти «счастливые» случаи.

10 сентября 1861 года пассажиры одного из французских поездов заметили на проводе телеграфной линии красный шар величиной с кулак. Добравшись до столба, шар переломил его и исчез.

Июньским днем 1914 года шаровая молния взорвалась на веранде небольшой гостиницы в немецком городе Ганенклее. Звук напоминал пушечный выстрел и сопровождался дребезжанием электрических звонков и порчей электропроводки. Свет погас.

Наконец, весьма интересная маленькая заметка, опубликованная 5 ноября 1936 года английской газетой «Дейли Мейл» в разделе «Письма редактору»:

«Сэр! Во время грозы я видел большой раскаленный шар, спустившийся с неба. Он ударил в наш дом, перерезал телефонные провода, зажег оконную раму и затем исчез в кадке с водой, стоявшей под окном. Вода кипела затем в течение нескольких минут, но когда она точно остыла, чтобы можно было поискать шар, я ничего не смог обнаружить в бочке.

У. Моррис Дерстоун, Херфордшир».

Основываясь на всех этих данных, можно в приблизительных чертах набросать «портрет» шаровой молнии.

Шаровая молния — прежде всего не всегда шар.

Иногда форма ее грушевидная или вытянутая. Размеры — примерно 10–20 сантиметров, иногда до нескольких метров. Цвет от ослепительно белого до оранжево-красного. Не исключены голубые и зеленые оттенки, а также смешанная раскраска. Время существования — от нескольких секунд до нескольких минут.

Есть ли у нас возможности оценить энергию молнии?

Для этого имеются два «свидетельских показания»: одно — из газеты «Дейли Мейл», другое — сообщение пассажиров французского экспресса. В первом случае молния попала в бочку с водой, стоявшую на улице в ноябре. Температура воды, таким образом, может быть грубо определена. Вода была нагрета до кипения, ее было, как выяснилось, около 20 литров, причем некоторое количество — около 4 литров — выкипело. Молния была размером «с большой апельсин», шар не упал с неба, а, как указывает автор заметки, «спустился». Следовательно, плотность вещества шаровой молнии лишь немного больше плотности воздуха (иногда молнии «плавают» в воздухе — тогда их плотность равна плотности воздуха). Воздух в объеме большого апельсина весит примерно десятые доли грамма. Предположим, что молния весила 1 грамм. Подсчет прост. Какова должна была быть температура тела массой 1 грамм, чтобы оно могло нагреть 20 литров воды с 10 до 100 градусов и испарить 4 литра воды? Расчеты тоже просты. Но тем неожиданней результат. Оказывается, температура такого тела должна составлять несколько миллионов градусов!

Энергия молнии, тоже в соответствии с элементарными подсчетами, оказывается не столь уж колоссальной.

Если температура поражает своей большой величиной, то энергия — скорее своей незначительностью. Она составляет величину порядка 3 киловатт-часов, в переводе на деньги — около 12 копеек. Лишь 12 копеек стоит энергия, содержащаяся в странном, пугающем и непонятном шаре!

Можно подойти, правда, к вопросу об энергии шаровой молнии и с другой стороны. Вспомним для этого телеграфный столб, который переломила молния. Для подрыва столбов диаметром 20 сантиметров с помощью толовых шашек используют шашку массой 400 граммов.

Если пойти таким путем, можно оценить энергию молнии как величину энергии, содержащейся в толовом заряде.

Примерно такого масштаба разрушения мы и находим в большинстве описаний, касающихся шаровой молнии.

Но вот плотность энергии — величина энергии, приходящаяся на единицу массы шара, у молнии в сотни раз больше, чем у тола, — это уже величина рекордная, не достижимая ни в каких сделанных руками человека сохраняющих энергию устройствах. Аккумулятор, например, в тысячи и тысячи раз менее емок. Грандиозным приобретением для человечества был бы аккумулятор нового типа с характеристиками, подобными свойствам шаровой молнии. Тогда, имея небольшой по массе запас «топлива», самолеты могли бы преодолевать многие тысячи километров без посадки. Космические путешественники, как говорится, и в ус не дули бы, имея такие запасы энергии в своем распоряжении. А городской транспорт! Какого он мог бы достигнуть расцвета, если бы электромобили имели в качестве аккумуляторов что-нибудь, хоть отдаленно напоминающее по аккумулирующим свойствам шаровую молнию! Ведь основное препятствие, из-за которого жители больших городов и по сей день не могут освободиться от шумных и вредных для здоровья аппаратов — автомобилей с бензиновыми двигателями, — это отсутствие достаточно емких электрических аккумуляторов, ограничивающее скорость и пробег электромобиля без подзарядки.

И эти перспективы, и ущерб, причиняемый шаровой молнией, да и извечная страсть человечества к решению головоломных задач, то и дело встающих на его пути, заставляют нас взвешивать все новые и новые предположения, касающиеся природы шаровой молнии. Такие предположения многочисленны, насчитываются сотнями, и это верный признак того, что мы еще далеки от познания тайны.

Практически любая теория возникновения шаровой молнии содержит в себе некие противоречия, не поддающиеся пока убедительному разрешению. Приведем несколько примеров.

Шаровая молния — это горящие клубки газа (так считал еще Франсуа Араго) или каких-то гремучих смесей, образовавшихся при разрядке «обычной», линейной молнии. Противоречие: в этом случае молния должна была бы быстро «выгореть». Согласно расчетам молния должна была бы исчезнуть через десятые доли секунды, а она иной раз живет целые минуты.

Шаровая молния — это образование, вызванное созданием при ударе обычной молнии газообразных химически активных веществ, которые горят в присутствии катализатора, например частичек дыма или пыли (известный советский физик-теоретик Я. И. Френкель). Но, к сожалению, пока мы не знаем веществ с такой колоссальной теплотворной способностью, которой обладает вещество шаровой молнии.

Шаровая молния — клубок горячей плазмы (немецкий физик А. Мейснер), бешено вращающийся за счет некоего начального импульса, данного сгустку материнской, линейной молнией. Расчеты показывают, однако, что и эта теория не в состоянии объяснить длительного существования шаровой молнии и ее грандиозной энергии.

Известный советский электротехник Г. И. Бабат в первые месяцы Великой Отечественной войны, производя в нетопленой лаборатории эксперименты над высокочастотными токами, неожиданно для себя получил… искусственную шаровую молнию. Когда потенциал между электродами на кварцевой трубке внезапно возрос, из трубки со страшной скоростью вырвалось огненное кольцо, удивительно напоминавшее шаровую молнию.

Бабат разработал на основе этих экспериментов еще одну теорию шаровой молнии, основанную на том, что центростремительным силам, стремящимся разорвать огненный шар на куски, противостоят появляющиеся на большой скорости вращения силы притяжения между расслоившимися зарядами.

Сразу после войны знаменитый советский ученый П. Л. Капица создал во дворе своей дачи на Николиной горе «Избу физических проблем» — собственную лабораторию, оснащенную несложной техникой, приборами и станками. Здесь он обратился к совершенно новому классу физических задач — созданию мощных, непрерывно действующих генераторов сверхвысоких частот. Предварительно он решил сложную теоретическую задачу о движении электронов в генераторах сверхвысокочастотных колебаний. Ему помогал сын Сергей и один из сотрудников.

Новое устройство П. Л. Капица назвал «ниготроном», два первых слога являются аббревиатурой названия местности, где расположена дача, — Николина гора». Мощность ниготрона получилась довольно большой — 175 киловатт. Это хорошая основа для разработки нового научного направления — электроники больших мощностей.

При одном из испытаний излучение ниготрона пропускалось через кварцевый шар, наполненный гелием. Вдруг вспыхнуло сильное, имеющее четкие границы, свечение.

Через несколько секунд шар в одном месте проплавился, и свечение исчезло.

Это, казалось бы, незначительное событие навело Капицу на мысль о сходстве того, что произошло в кварцевом шаре, с шаровой молнией. Он предположил, что шаровая молния получает энергию «со стороны» — при помощи высокочастотного излучения, возникающего в грозовых облаках после обычной молнии.