Для изготовления молниеотвода использовали железный прут: Для изготовления молниеотвода использовали железный прут

Для изготовления молниеотвода использовали железный прут

Оговоримся сразу, что речь в пойдет о системах внешней молниезащиты и заземления, поскольку они отвечают за последствия прямого попадания молнии и испытывают на себе нагрузки токов молнии, достигающих пиковых значений.

Компоненты и материалы: особенности использования

Основными материалами для изготовления компонентов систем грозозащиты, будь то молниеприемники, проводники (токоотводы), стержни заземления (заземлители) и крепеж (держатели, соединители, клеммы и т.п.) являются преимущественно:

• сталь горячего цинкования
• нержавеющая сталь
• медь
• алюминий

Оцинкованная сталь

Чаще всего встречается при устройстве молниезащиты. Оптимальное соотношение цена/качество: хорошие характеристики механической прочности, антикоррозионной стойкости, высокое максимальное сопротивление и самая низкая стоимость.

Используют разные методы оцинкования:

• горячее погружение (применяется в 90% случаев, обозначается у производителей как St/FT, St/tZn)
• огневое (St/F)
• гальваническое (St/gal Zn или St/G)
• конвейерное (St/FS)

На выбор метода влияет фактор производства той или иной детали, соответственно влияющий на ее стоимость, а также место применения в схеме молниезащиты.

Алюминий или алюминиевый сплав (Al, AlMgSi)

Самый легкий из материалов, обеспечивает хорошие показатели проводимости тока молнии, достаточно долговечный (не гниет, не ржавеет), второй по стоимости после оцинкованной стали. В силу этих своих качеств его любят использовать в качестве молниеприемников и токоотводов.

Чуть хуже оцинковки в плане совместимости с другими металлами, его также не рекомендуют использовать в системах заземления, в особенности в земле.

Нержавейка (V2A, V4A, NIRO)

К основным преимуществам относится то, что нержавейка совместима со всеми типами материалов и абсолютно не подвержена коррозии. Она может использоваться как альтернатива алюминию там, где требуется повышенная жесткость и прочность (различные держатели, клеммы, зажимы, элементы крепления в системах заземления).

К недостаткам относится в первую очередь цена; кроме того, в сравнении с алюминием, она существенно тяжелее и обеспечивает немного худшее растекание тока молнии.

Нержавеющая сталь с маркировкой V4A относительно V2A содержит больше никеля плюс 2% молибдена, что обеспечивает меньшее сопротивление.

Медь (Cu)

Самый дорогой металл, но в то же время имеет высокую теплоемкость и низкое удельное электрическое сопротивление. Очень пластичен, что облегчает монтажные работы, особенно когда приходится работать с проводником (пруток от 8-10 мм диаметром из стали очень трудно гнуть или выпрямлять).

Часто выбирают по эстетическим соображениям, если покрытие кровли и фасадов зданий и сооружений выполнено также из меди или в цвет нее. Там где медные элементы можно спрятать в конструктиве здания, чтобы не было заметно разницы в цвете, их иногда заменяют на более дешевые латунные (см. ниже).

Для удешевления стоимости в ряде случаев используют омеднение поверхности (например, стальные омедненные (St/Cu) стержни заземления у отечественных производителей). Иногда еще и для облегчения веса полностью медные токоотводы или молниеприемники заменяют композиционным материалом (например, алюминиевый проводник с омеднением (Al/Cu) у компании DEHN+SOHNE).

Проблемы коррозии

Исходя из рассмотренных случаев использования материалов получаем несколько комбинаций их соединений, которые по разному влияют на образование коррозии. Так комплектующие из меди ни в коем случае нельзя монтировать поверх алюминия или оцинковки, поскольку медь очень активный металл и ее частицы под воздействием погодных условий взаимодействуют с соседней поверхностью, вызывая коррозию. Гальванические покрытия деталей также усугубляют коррозию соприкасающихся поверхностей.

Ниже в таблице показаны допустимые комбинации металлов для молниеприемных систем и токоотводов и для присоединения к элементам конструкций с учетом контактной коррозии.

Материал	Оцинкованная сталь (FT)	Алюминий (Al)	Медь (Cu)	Нержавеющая сталь (VA)
Оцинкованная сталь (FT)	+	+ —	—	+ —
Алюминий (Al)	+ —	+	—	+ —
Медь (Cu)	—	—	+	+ —
Нержавеющая сталь (VA)	+ —	+ —	+ —	+

+ хорошая совместимость + — нейтральная — плохая

Если же возникает необходимость смонтировать между собой комплектующие из металлов, которые соединять не разрешается, то применяют специальные биметаллические соединители.

Что еще используют в системах молниезащиты

Рассмотрим особенности применения некоторых также встречающихся материалов и типов обработок поверхности.

Черная сталь (St)

Поскольку сталь без обработки является металлом, в большой степени подверженным коррозии, то в отдельном виде она в схемах молниезащиты не используется, но может быть пригодна для вспомогательных комплектующих, таких, например, как ударные наконечники для стержней заземления или насадки для вибромолота для их забивания.

Цинковый сплав (Zn)

Литье из цинкового сплава под давлением применяется в отдельных компонентах держателей, как правило для производства оснований стальных деталей, где в силу технологии такой способ изготовления экономически более целесообразен.

Латунь (CuZn или Ms)

Применяется в контактных пластинах на шинах уравнивания потенциалов.

Латунь используют также для соединения медных или омедненных элементов между собой, поскольку она совместима с ними, но в то же время удешевляет изготовление аналогичной медной детали. Например, муфты для установки в ряд омедненных стержней заземления или соединители для медных проводников. Кроме того, латунные элементы в отличие от меди медленнее окисляются и имеют большую твердость.

Ковкий чугун (TG)

Только в сочетании с огневым цинкованием поверхности (TG/F) или горячеоцинкованный (TG/tZn). Из за своей ударопрочности из него делают наконечники для заземлителей.

Очень редко встречаются еще такие сочетания основного материла и обработки поверхности:

• латунь гальванически омедненная (Ms/gal Cu)
• латунь гальванически луженая (Ms/gal Sn)
• латунь никелированная (CuZn/N)
• медь гальванически луженая (Cu/gal Sn)

Как правило использование таких вариантов обусловлено опять же удешевлением или облегчением детали с сохранением свойств основного материала или желанием изменения цвета ее поверхности.

Бетон

Устанавливается самостоятельно либо в качестве блочной вставки в пластиковый корпус как утяжелитель для крышных держателей проводника или молниеприемника.

Бетонные основания (или опоры) имеют технологические отверстия для монтажа и установки переходников (клиновых или резьбовых) для крепления молниеприемников. Они рассчитываются по весу на разные длины молниеприемных стержней или отдельно стоящих молниеприемников на треногах, с которыми применяются в основном для защиты небольших выступающих конструкций на плоских кровлях.

Могут использоваться для монтажа дистанционных держателей под изолированные проводники.

Марка бетона должна удовлетворять требованиям стандартов по морозостойкости и EN 1338 (для мостовых камней).

Пластики (GFK, PA, PE, PP, PS)

Широко применяются в системах изолированной молниезащиты и как элементы кровельных и фасадных держателей.

GFK – основной тип пластика для систем изолированной молниезащиты, обладает высокой термо-, коррозионно- и стойкостью к ультрафиолету. Из GFK-изолятора изготавливают траверсы (или дистанционные держатели) для выдерживания безопасного расстояния и предотвращения пробоя при прохождении тока молнии (бывают обычные и телескопические на разные расстояния).

Полиамид (PA), Полиэтилен (PE), Полипропилен (PP) не сильно отличаются друг от друга характеристиками (немного по разному взаимодействуют с химическими соединениями и имеют разный рабочий температурный диапазон). Из них изготавливают разнообразные зажимы проводника для держателей молниезащиты.

Купить комплектующие и материалы отчественных и зарубежных производителей можно в нашем Интернет-магазине: более 1.000 позиций оборудования (элементы систем заземления, молниеприемное оборудование, проводники, держатели, соединители, клеммы, УЗИП, уравнивание потенциалов и т.д.).

длине электрода равно 1 (а/1 = 1). Предварительно определяем число электродов в за-землителе, равное 3, и по табл. 6 определяем коэффициент использования rj, который принимаем равным 0,8. Это означает, что действительное сопротивление одного электрода в заземлителе из трех стержней вследствие их взаимного влияния будет равно:

г 187,4 г_э = — =- = 233,75 Ом,

П 0,8 а число электродов Пэ:

Устанавливаем, что заземляющее устройство состоит из трех электродов, связанных между собой металлическим прутком, диаметр которого 12 мм и длина 10 м, заглубленных в грунт на 0,7—1,0 м. С этого прутка также будет происходить растекание тока, что дает нам право уменьшить количество электродов с 3,34 до 3,0 штук.

Конструкция молниеотводов и их сооружение

Молниезащита сельской индивидуальной малоэтажной застройки в соответствии с широко распространенным опытом должна осуществляться при помощи молниепри-емников на крышах домов или на высоких деревьях, высота которых в 2—2,5 раза выше домов застройки. Эти рекомендации исходят из того, что сооружение предлагаемых молниеотводов не потребует значительных материальных затрат, при этом забывая, что кровля стоит больших денег и требует бережного к ней отношения, а установка мол-ниеприемнйков на деревьях на высоте 15— 20 м не может быть рекомендована по соображениям техники безопасности.

Подавляющее большинство строений в сельской местности покрыты шифером, дранкой или соломой, не допускающими без опасности их повреждения установки мол-ниезищитных устройств. И только строения, покрытые металлом, могут быть оборудованы такими молниеприемниками.

В качестве универсального молниеза-щитного устройства может быть предложен одиночный стержневой молниеотвод с заземляющим устройством, представленный на рис. 2.

Преимуществом одиночного стержневого молниеотвода является его универсальность, возможность путем выбора соответствующего места защитить значительные площади с несколькими строениями, а также долговечность, простота обслуживания и т.д.

Цель нашей статьи — не только ознакомить читателей с методикой расчета молниеотводов, но и предложить конструкцию, на основе которой можно спроектировать и построить молниеотвод меньшей высоты. Для изготовления молниеотвода могут быть использовны бывшие в употреблении трубы, швеллеры и уголки.

Изготовление молниеотвода доступно тем, кто способен выполнять простейшие слесарные работы: резку металла, в том числе и абразивным кругом, сверление, опиловку и т. п. Сварочные работы должны выполняться сварщиком или тем, кто имеет опыт сварочных работ. Подъем мачты рассчитан на то, что эта операция будет производиться без использования специальных машин силами 3—4 человек. Как следует из рис. 2, молниеприемник и молниеотвод должны крепиться на мачте, высота которой зависит от размеров зоны защиты молниеотвода.

На рис. 8 представлена конструкция молниеотводов, выполненная из металла, в силу чего она может быть использована и как молниеприемник и как молниеотвод.

Представленный молниеотвод состоит из узлов мачты и основания, соединенных между собой осью. На оси узел мачты, находящийся при изготовлении в горизонтальном положении, поворачивают и устанавливают в вертикальное положение. Такая конструкция позволяет избежать работ на высоте и дает возможность производить осмотр, окраску и ремонт мачты в более удобном горизонтальном (опущенном) положении.

Для предотвращения раскачивания мачты под действием ветров ее укрепляют с помощью трех растяжек.

Узел мачты представляет собой платформу, к которой приваривают мачту, состоящую из 5 труб (рис. 8, дет. 1—5), соединенных сваркой. Узел основания состоит из платформы, аналогичной платформе узла мачты, но сваренной в зеркальном отражении (то есть полки однозначных деталей должны быть обращены навстречу друг другу), как это показано на рис. 8.

К платформе с нижней стороны приваривают три ноги, к нижней части которых также приваривают пластины. Длина ног зависит от глубины промерзания почвы и вы-

Молниезащитные устройства (молниеотводы) состоят из молниеприемников, установленных на опорах или непосредственно на здании, токоотводов и заземлителей.

Молниеприемники непосредственно воспринимают прямой удар молнии, По конструкции они могут быть стержневыми (укрепленный на опорах) или тросовыми (подвешиваемыми над защищаемым объектом).

В качестве молниеприемника может быть также использована, сетка, сваренная из стальной проволоки диаметром 6—8 мм, с ячейками 6х6 мм, уложенная на кровлю или под слой негорючего утеплителя.

Стержневые молниеприемники изготавливают из стали любых марок и профилей сечением не менее 100 мм2 (наименьший диаметр 12 мм). Минимальная длина молниеприемника 200 мм. Наиболее рациональная длина — 1—1,5 м. Типовые конструкции молниеприемников изображены на рис. 1.

Рис. 1. Конструкции молниеприемников: а — из круглой стали; б — из стальной проволоки; е — из стальной трубы; г — из полосовой стали; д-из угловой стали

Для защиты от коррозии молниеприемники оцинковывают или окрашивают. Меднение или, тем более, золочение и серебрение острия молниеприемника не требуется.

Тросовые молниеприемники выполняют из стального многопроволочного оцинкованного троса сечением не менее 35 мм2 (диаметр около 7 мм), натягиваемого над протяженным защищаемым объектом. Соединять молниеприемники с токоотводами нужно сваркой.

Опоры отдельно стоящих молниеотводов можно изготавливать из стали, антисептированного дерева и железобетона. Допускается использовать в качестве опор молниеотводов стволы деревьев, растущих на расстоянии 5—10 м от защищаемого объекта (рис. 2).

Рис. 2. Молниезащита здания при помощи молниеотвода установленного на дереве

Для объектов II и III категории молниезащиты при III, IV и V степени огнестойкости деревья, растущие на расстоянии менее 5 м от зданий или сооружений, могут быть использованы в качестве опор молниеотводов, если выполняется одно из следующих условий:

1. по стене защищаемого здания против дерева по всей высоте здания прокладывается токоотвод, нижний конец которого заглубляется в земле и присоединяется к заземлителю;

2. от молниеприемника, установленного на дереве, токоотвод перекидывается на другое дерево, расположенное на расстоянии более 5 м от защищаемого здания. Токоотвод спускается по этому дереву и соединяется с заземлителем.

У деревьев, как оборудованных, так и не оборудованных молниеприемниками, со стороны дома должны быть обрублены ветви на расстоянии не менее 3 м от строения.

Токоотводы — это проводники, соединяющие стержневые или тросовые молниеприемники или молниеприемную сетку на кровле с заземлителем.

В качестве токоотводов допускается использовать металлические конструкции: колонны, продольную арматуру железобетонных колонн, пожарные лестницы, трубы и т. п.

Токоотводы нужно располагать в отдалении от входов в здания, чтобы люди не могли к ним прикоснуться.

Для защиты от коррозии они должны быть оцинкованы или окрашены. Их рекомендуется прокладывать по защищаемому зданию по кратчайшему пути к заземлителю. Все стыки токоотводов и соединения их с заземлителями должны быть сварными.

Рис. 3. Конструкция разъема между токоотводом и заземлителем: а — токоотвод из полосовой стали; б — токоотвод из круглой стали

Величина импульсного сопротивления заземлителя может быть определена из значения сопротивления для тока промышленной частоты по формуле:

где α — коэффициент импульса, зависящий от величины тока молнии, длины горизонтальных проводников заземлителя и удельного сопротивления грунта; R

— сопротивление растеканию тока промышленной частоты.

Тип заземлителя выбирается исходя из удельного сопротивления грунта и требуемой величины сопротивления,

Если вблизи защищаемого сооружения (на расстоянии 25 — 35 м) имеется защитное заземление, предназначенное для электротехнических установок, например заземление подстанции, то оно должно быть использовано и для целей молниезащиты зданий. В большинстве случаев сопротивление защитных заземлений меньше, чем требуется для молниезащиты.

Пример. Необходимо выбрать заземляющее устройство для молниеотвода, защищающего жилой дом. Грунт — суглинок нормальной влажности.

По данным удельного сопротивления грунтов находим для суглинка ρ =40— 150 Ом•м. .Принимаем среднее значение 100 Ом•м.

По справочной таблице находим, что защищаемый объект относится к III категории молниезащиты, и следовательно, импульсное сопротивление заземлителя должно быть не более 20 Ом:

Подбираем для р=100 Ом•м сопротивление заземлителя, близкое к 20 Ом.

Наиболее близко и удобно с точки зрения монтажа заземляющие устройства по эскизу 2; двухстержневой заземлитель из стержней диаметром 10—16 мм или уголков 40х40х4 мм длиной 2,5 м на расстоянии 3 м друг от друга, соединенных стальной полосой размером 40х4 мм на глубине 0,8 м (сопротивление R (2)

= 15 — 14 Ом), или по эскизу 7: горизонтальный полосовой заземлитель из полосы 40х4 мм длиной 5—10 м на глубине 0,8 м с подводом в середину (сопротивление R(7)

=12 — 19 Ом). Для первого варианта необходимо найти импульсный коэффициент по справочным таблицам.

Для ρ = 100 Ом•м α=0,7

Для заземлителя по эскизу 2 : R (2) н= α • R (2)

Для заземлителя по эскизу 7 импульсный коэффициент не учитываем, поэтому: R (7) н= R (7)

=19 Ом при длине 5 м (или 12 Ом при длине 10 м).

В обоих случаях обеспечивается требуемое нормами сопротивление заземления. Принимаем вариант по эскизу 2 как менее трудоемкий и дающий некоторый запас надежности. Если по местным условиям имеются трудности в забивании уголка или ввертывании круглых стержневых электродов, вполне допустимо выполнить заземление молниеотвода по эскизу 7 (длина полосы 5—10 м).

Искра жизни. Электричество в теле человека читать онлайн бесплатно Фрэнсис Эшкрофт

Введение

О теле электрическом я пою[1]

• Так звездочет вдруг видит, изумлен,
• В кругу светил нежданный метеор;
• Вот так Кортес, догадкой потрясен,
• Вперял в безмерность океана взор,
• Когда, преодолев Дарьенский склон,
• Необозримый встретил он простор[2].

Джон Китс. Сонет, написанный после прочтения чапменовского Гомера

Когда Джеймсу было всего несколько месяцев от роду, у него неожиданно обнаружился диабет, причем в такой форме, что потребовалась госпитализация. Перед ним маячила перспектива колоть инсулин на протяжении всей жизни. К тому же в процессе лечения выяснилось, что он развивается медленнее других детей. К пяти годам Джеймс только начал ходить, у него были проблемы с речью и случались приступы детских капризов, характерные для двухлетнего возраста. Жизнь обеспокоенных его судьбой родителей была не сладкой.

Как оказалось, Джеймс страдал очень редкой формой диабета, вызванной генетическим дефектом (мутацией) в белке, известном, как АТФ-зависимый калиевый канал, который играет важную роль в секреции инсулина и функционировании мозга. Чаще всего мутации АТФ-зависимых калиевых каналов вызывают только диабет, однако примерно в 20 % случаев, как и в случае с Джеймсом, они влекут за собой целый букет неврологических расстройств, включая задержку развития, гиперактивность, поведенческие расстройства и мышечную дисфункцию. Все связано с тем, что АТФ-зависимые калиевые каналы влияют на электрическую активность клеток, вырабатывающих инсулин, а также клеток мышечной ткани и мозга. Наши с Джеймсом истории переплелись, поскольку именно изучение АТФ-зависимых калиевых каналов – дело моей жизни – позволило ему отказаться от ежедневных инъекций инсулина и перейти на прием нескольких таблеток.

Диабет возникает тогда, когда бета-клетки поджелудочной железы не удовлетворяют потребности организма в инсулине и уровень сахара в крови повышается. Еще в 1984 г. я обнаружила в мембране, окружающей бета-клетку, АТФ-зависимые калиевые каналы, которые регулируют электрическую активность клетки и, таким образом, выделение инсулина. Каналы функционируют как крошечные молекулярные поры, открывающиеся и закрывающиеся в ответ на изменения содержания сахара в крови. Когда поры закрыты, секреция инсулина стимулируется, а когда открыты – ингибируется{1}.

Я очень ясно помню тот день, когда произошло открытие. Как это часто бывает, озарение пришло поздно вечером. У меня были предположения, что введение глюкозы в раствор для культивирования бета-клеток должно привести к закрытию каналов. Однако, когда так и произошло, я решила, что это – техническая ошибка. Уверенность была настолько сильной, что я чуть не прекратила эксперимент. Все же, чтобы лишний раз убедиться в своей неправоте, мне захотелось посмотреть на эффект удаления сахара. Я рассудила, если глюкоза действительно регулирует активность каналов, то ее удаление должно привести к их открытию. Ну а в случае простой технической ошибки они так и останутся закрытыми. Через несколько томительных минут ожидания каналы открылись. Я была на седьмом небе. Я танцевала на улице, прыгала от радости, а звезды рассыпались вокруг меня разноцветными огнями. Воспоминание об этом моменте до сих пор будоражит кровь и заставляет улыбаться. Ничто – ничто на свете – не может сравниться с радостью открытия, с осознанием того, что ты первый на планете, кто увидел нечто новое и понял, что оно означает. Такое не часто выпадает на долю ученого, возможно, раз в жизни, и обычно требует многих лет упорного труда. Но восхитительное чувство открытия воистину волшебно, это событие переворачивает жизнь и держит тебя в седле даже в трудные времена. Оно превращает науку в захватывающее приключение.

Тем вечером я чувствовала себя подобно отважному Кортесу, который безмолвно стоял на горном пике в провинции Дарьен, но видела не Тихий океан вдали, а перспективы, нарисованные воображением. Я совершенно ясно видела, куда мне надо двигаться, какие эксперименты нужно провести и что должно получиться. Наутро, как водится, уверенность испарилась, и чудесный результат стал казаться простой ошибкой. Найти истину можно было только одним путем – снова, снова и снова повторять эксперимент, иными словами, вернуться к повседневной рутине научных исследований, очень далекой от восторга открытия.

Даже в те далекие годы все понимали, если каналы не будут закрываться при повышении уровня глюкозы в крови, то результатом станет прекращение секреции инсулина и диабет. Чтобы доказать это, нам нужно было найти изменения в структуре ДНК, которая отвечает за синтез АТФ-зависимого калиевого канала у людей, больных диабетом. Для идентификации нужной последовательности ДНК потребовались 10 лет и усилия множества людей по всему миру, но когда мы наконец попытались определить мутации, то так ничего и не нашли.

Мутации все же были обнаружены, но еще 10 лет спустя, и сделал это мой друг Эндрю Хаттерсли. Эндрю – удивительный человек. Высокий, худощавый, рыжеволосый, с проницательным складом ума и отзывчивым характером, это и замечательный врач, и блестящий ученый. Он не только догадался, что мутации, за которыми мы охотимся, вероятнее всего, встречаются у родившихся с диабетом (а не у тех, кто приобрел его позднее), но и инициировал глобальный поиск таких людей. Когда в 2003 г. Эндрю со своей коллегой Анной Глойн идентифицировал первую мутацию, он позвонил мне и предложил работать вместе. Этот звонок я никогда не забуду.

В процессе совместной работы мы показали, что мутации АТФ-зависимых калиевых каналов вызывают диабет потому, что держат канал в открытом состоянии, блокируют электрическую активность и секрецию инсулина. Но главное, оказалось, что дефектные каналы закрываются под действием препаратов из группы производных сульфонилмочевины, которые эффективно применяются уже более полувека для лечения диабета 2-го типа (диабет зрелого возраста) и которые, как было известно, закрывают нормальные АТФ-зависимые калиевые каналы.

В прошлом пациентам с врожденным диабетом назначали инъекции инсулина, поскольку по симптоматике их заболевание походило на необычно раннюю форму диабета 1-го типа (ювенильный диабет). При этом заболевании бета-клетки разрушаются самим организмом, и впрыскивание инсулина на протяжении всей жизни просто необходимо. В результате лечение Джеймса и других, подобных ему больных, начиналось не с лекарств, а сразу с инсулина. Наше исследование говорило о том, что таким больным можно назначать таблетки сульфонилмочевины. К всеобщему восхищению, новое средство не только работало, но и действовало намного лучше инсулина. Более 90 % страдающих неонатальным сахарным диабетом смогли перейти на новый метод лечения.

Редко какому исследователю выпадает счастье увидеть, как результаты его работы становятся клинической практикой, и еще реже удается встретиться с людьми, жизнь которых они изменили. Мне в этом смысле очень повезло. Словами невозможно выразить чувства и переживания, возникающие при встрече с детьми и семьями, которым помогла твоя работа. Ну вот, например, миловидная девочка-подросток говорит: «Благодаря вам я могу носить платье». «Почему?» – не понимаю я. «Теперь, – отвечает она, – мне не нужен ремень на поясе юбки или брюк, чтобы крепить к нему дозатор инсулина». Дозатор инсулина, быстро соображаю я, это страшно неудобная штука. С ним не поплаваешь и не поныряешь в удовольствие в теплом море – каждый раз его приходится снимать, а потом подсоединять. А потом, он безнадежно портит фигуру, если надеть что-нибудь обтягивающее. Таблетки устраняют эту проблему и позволяют отказаться от болезненных инъекций. Но у этого метода есть и более серьезные преимущества. По невыясненным пока причинам (мы, конечно, занимаемся этим вопросом) сульфонилмочевина дает намного более устойчивый уровень глюкозы в крови, чем инсулин. Сильные колебания концентрации сахара в крови уходят в прошлое, и гипогликемические приступы становятся значительно более редким явлением (а в некоторых случаях практически исчезают). К тому же понижается средний уровень сахара в крови, а вместе с ним и риск диабетических осложнений (почечная недостаточность, сердечная недостаточность, слепота и ампутация конечностей).

Страдающие неонатальным диабетом и их семьи восприняли новый метод лечения как чудо. Однако ничего сверхъестественного в нем не было – только чистая наука. Это понимание того, как ионные каналы регулируют электрическую активность бета-клеток поджелудочной железы и, таким образом, секрецию инсулина, позволило больным отказаться от инъекций и дозаторов инсулина и перейти на прием таблеток. Лишь более ясное представление о механике электрической активности нервных и мышечных клеток дало возможность найти более действенные методы борьбы с их неврологическими проблемами.

Все знают, что электричество приводит в действие машины, гораздо менее известно, что это же самое можно сказать о нас самих. Ваша способность читать и понимать написанное, видеть и слышать, думать и говорить, шевелить руками и ногами и даже осознавать собственное «Я» обусловлена электрическими явлениями, происходящими в нервных клетках мозга и в клетках мышечной ткани конечностей. Электрическая активность в клетках инициируется и регулируется ионными каналами. Эти малоизвестные, но критически важные белковые образования есть в каждой клетке нашего тела и в каждой клетке всех организмов на Земле. Они регулируют наши жизненные процессы с момента зачатия и до последнего вздоха. Ионные каналы являются в подлинном смысле «искрой жизни», поскольку от них зависят все без исключения аспекты нашего поведения. Активность ионных каналов лежит в основе всего – от движения хвостика сперматозоида до сексуального влечения, биения сердца, желания съесть еще одну конфетку и ощущения солнечного тепла кожей. Учитывая их вездесущность и функциональную важность, стоит ли удивляться тому, что действие массы медицинских препаратов нацелено на регулирование активности этих крошечных молекулярных механизмов, а нарушение функционирования ионных каналов становится причиной многих болезней человека и животных. Свиньи, которых тремор приводит к гибели, козы, столбенеющие и теряющие равновесие при испуге, люди, страдающие фиброзно-кистозной дегенерацией, эпилепсией, нарушением сердечного ритма и (как и я) мигренью, – все они жертвы дисфункции каналов.

В Музее современного искусства в Париже есть необычный памятник ученым и естествоиспытателям, внесшим вклад в открытие электричества. Гигантское панно «Фея электричества» высотой 10 м и длиной 60 м было написано по заказу Парижской электрической компании для украшения французского павильона на Всемирной выставке 1937 г. в Париже. Эта работа принадлежит кисти французского художника, представителя фовизма Рауля Дюфи, который больше известен своими удивительно яркими изображениями кораблей. Для ее завершения художнику с двумя помощниками потребовалось четыре месяца. Фея электричества парит в небесах в левом углу картины над самыми известными творениями человечества, среди которых Эйфелева башня, Биг-Бен и собор Святого Петра в Риме. За нею следуют почти 110 человек, так или иначе приложивших руку к освоению электричества, – от древних греков до наших времен. По мере смены эпох на панно сельские пейзажи уступают место паровозам, доменным печам, прочим прелестям промышленной революции и, наконец, гигантским мачтам линий электропередачи, несущих энергию планете.

Величественная картина Дюфи прославляет ученых и инженеров, определивших облик нашего сегодняшнего мира, – Ампера, Архимеда, Ома, Фарадея, Франклина, Эдисона и других. Однако существует еще плеяда менее известных ученых, последователей Гальвани, открывателя «животного электричества». Им мы обязаны существованием лекарств и технологий, которые ныне воспринимаются в больницах как нечто само собой разумеющееся, а также знаний о том, как наш организм функционирует. Именно им посвящается эта книга. В ней раскрывается процесс развития наших представлений о животном электричестве и их связь с углубляющимся пониманием природы самого электричества, объясняется происхождение электричества в организме и излагаются драматические, захватывающие, а иногда трагические истории о том, что случается, когда разлаживаются тонкие механизмы. Что происходит во время сердечного приступа? Можно ли действительно умереть от страха? Почему некоторые не могут остановиться, когда едят бананы? Что в действительности делает ботокс? Почему электрический угорь может ударить током? Как летучие мыши-вампиры отыскивают свои жертвы? Можно ли утверждать, что один человек воспринимает красный цвет точно так же, как и другой?

Настоящая книга дает ответы на эти и другие вопросы. Она объясняет, как работают ионные каналы и как они дают начало электрической активности нервной и мышечной ткани. Из нее вы узнаете, что ионные каналы являются нашими окнами в мир и что все наши чувственные восприятия – от наслаждения квартетом Моцарта до определения точки, где теннисный мяч коснется земли, – зависят от их способности преобразовывать информацию от органов чувств в электрические сигналы, которые могут интерпретироваться мозгом. В ней мы рассмотрим, что происходит, когда человек засыпает или теряет сознание, и обсудим, как более глубокое понимание электрической активности мозга сказывается на объяснении связи между интеллектом и мозгом.

По существу в книге написана почти детективная история об особой разновидности белковой материи – ионном канале, – которая переносит нас из античной Греции на передний край современных исследований. Во многом это рассказ о сегодняшнем дне. Хотя о воздействии статического электричества и молнии на живой организм известно уже не первый век, лишь в последние десятилетия ученые смогли открыть ионные каналы, разгадать их функции и впервые увидеть прекрасную, тонкую и невероятно сложную структуру. Книга, помимо прочего, панегирик тем уникальным белкам, которые захватили мое воображение еще в молодости и не отпускают меня до сих пор. Это всепоглощающая страсть моей жизни. Выражаясь высоким слогом Уолта Уитмена[3], «о теле электрическом я пою».

Глава 1

Эпоха чудес

Я нахожусь под огнем критики двух расположенных на разных полюсах сект – ученых и невежд. И те и другие насмехаются надо мной и называют меня «повелителем танцующих лягушек», но я знаю, что открыл одну из величайших сил природы.

Луиджи Гальвани{2}

«В одну из ненастных ноябрьских ночей я наконец подошел к завершению моих трудов. Едва сдерживая волнение, я расставил вокруг приборы, с помощью которых можно было вдохнуть искру жизни в бесчувственное тело, лежавшее у моих ног. После полуночи прошел час, дождь уныло барабанил в окно, свеча почти догорела, когда в ее неверном свете я увидел, как открылись мутные желтые глаза, как существо начало дышать и судорожно подергивать конечностями». Так Виктор Франкенштейн в романе Мэри Шелли «Франкенштейн», вышедшем в 1818 г., описывал создание монстра.

Принято считать, что для оживления монстра Франкенштейн использовал энергию молнии. Это заблуждение связано, скорее всего, со знаменитым фильмом 1931 г., в котором монстра сыграл Борис Карлофф. Сама Шелли была намного более осмотрительной и упомянула только «приборы». Тем не менее роман заставляет предположить, что именно электричество позволило вдохнуть в монстра «искру жизни». Франкенштейн дает очень красочное описание увиденного им в молодости удара молнии, которая разнесла в щепки старый дуб. А когда он интересуется у своего отца природой молнии, то узнает, что это – «электричество». Шелли еще в предисловии пользуется случаем, чтобы отметить связь физиологии и электричества: «не исключено, что умершего можно реанимировать; гальванизация стала символом таких вещей».

И Мэри, и ее возлюбленный Перси Биши Шелли очень живо интересовались нарождающейся наукой об электричестве и влиянием электричества на человеческий организм. Перси был настоящим энтузиастом и экспериментировал с электричеством в Итоне, Оксфорде и даже дома – его сестра вспоминает, как ей было страшно, когда с братом они «ходили, взявшись за руки, вокруг стола, чтобы электризоваться». Перси, в конце концов, выставили из Оксфорда за атеистические взгляды. В 1810 г. во время зимних каникул перед его последним семестром в университете он написал своему руководителю, что, по его мнению, человек – «масса электризованной плоти, способной вмещать, связывать и разрушать вездесущий разум вселенной». Спустя 200 лет «электризованная плоть» по-прежнему остается довольно хорошим описанием человеческого мозга.

Хотя идея оживления умершего создания с помощью электричества может показаться нам смешной и мы знаем, что удар молнии нередко несет смерть, даже сегодня вряд ли кто будет отрицать, что электричество – это искра жизни. Идущая поздно вечером британская телевизионная программа по искусству (The South Bank Show) начинается с демонстрации стилизованной версии знаменитой картины Микеланджело «Сотворение Адама», на которой с указующего перста Господа срывается электрическая искра. Не покажется нам полностью фантастической и идея о том, что люди, как и все остальные организмы, являются электрическими механизмами. Как вы увидите в этой главе, углубление знания о «теле электрическом» тесно связано с нашим пониманием самого электричества.

Начальные представления

В сухой холодный день каждый может получить удар электрическим током, когда открывает дверцу автомобиля или берется за металлическую дверную ручку, и услышать, как потрескивают электрические искры при стягивании нейлоновой рубашки. Нижняя юбка, прилипающая к ногам, слипшаяся одежда, вытащенная из стиральной машины после сушки, кончики волос, приподнимающиеся, когда вы снимаете шляпу, электрический удар, когда вы целуетесь с кем-нибудь, слабое потрескивание электрических разрядов при расчесывании волос – все это проявления статического электричества, накапливающегося на нашем теле. Во влажной атмосфере заряд быстро исчезает, в сухой же он может достигать тысяч вольт. При приближении к металлическим предметам или даже к другому человеку происходит разряд. Прикосновение вовсе необязательно, поскольку электричество пробивает зазор, образуя искру. «Электрическое» притяжение, возникающее между двумя людьми, тот самый особый импульс, может быть не просто рассказами влюбленных.

Электростатика начинается с пристрастия древних греков к янтарю. Это греческое название янтаря, «электрум», производное от «электор» – «сияющий», дало нам слова «электрон» и «электричество». Поскольку янтарь обычно находят на морском побережье, куда его выносит прибой, происхождение этого камня всегда считалось загадочным. Историк Демострат считал, что это окаменевшая моча рыси. Овидий предлагает другую историю. Он рассказывает, что Фаэтон направил колесницу Аполлона (Солнце) прямо на Землю и был сражен Зевсом, чтобы избежать катастрофы. Безутешные сестры Фаэтона превратились в тополя, а их золотые слезы – в янтарь, который упал в реку Эридан, где утонул Фаэтон.

Теперь мы знаем, что янтарь – это окаменевшая смола когда-то росших на Земле сосен. Он знаком нам как материал для изготовления ювелирных украшений и как среда, в которой встречаются превосходно сохранившиеся доисторические насекомые. Однако янтарь интересен не только этим, у него есть еще одно любопытное свойство. При трении о шерсть в нем генерируется статическое электричество, под действием которого притягиваются легкие сухие предметы вроде небольших кусочков бумаги, перышек, частичек мякины и волос. Возможно, поэтому сирийские женщины, использовавшие веретена с декоративными янтарными грузиками на концах, называли его «захватом». Считается, что первым, кто упомянул способность янтаря притягивать предметы, был Фалес Милетский[4] в V в. до н. э., хотя с полной уверенностью утверждать это нельзя, поскольку истории о его деятельности передавались устно до тех пор, пока их не записали более поздние философы, такие как Теофраст.

Янтарь генерирует статическое электричество потому, что он притягивает электроны из атомов шерсти и, таким образом, приобретает отрицательный заряд, оставляя шерсть положительно заряженной. Заряд возникает в результате соприкосновения янтаря и шерсти – трение при этом не играет никакой роли, оно лишь увеличивает площадь контакта двух поверхностей. Поскольку противоположные заряды притягиваются, любой материал, имеющий естественный положительный заряд, прилипает к отрицательно заряженному янтарю. И наоборот, поскольку одноименные заряды отталкиваются, волосы в результате электризации отклоняются друг от друга насколько это возможно и топорщатся как у Петера Волосы Дыбом из немецкой иллюстрированной книжки для детей. Между прочим, в «статическом» электричестве нет ничего статического. Термин свидетельствует лишь о том факте, что положительный и отрицательный электрические заряды физически разделены. Как только положительно заряженный материал оказывается достаточно близко к отрицательно заряженному материалу, возникает электрический ток, который проявляется в виде проскакивающей искры.

Первым, кто изобрел чувствительный прибор для демонстрации индикации статического электричества (прототип электроскопа), был Уильям Гильберт, врач королевы Елизаветы I. Он использовал его для составления перечня материалов, которые могут электризоваться в результате трения. Гильберт, кроме того, отличал притягивающую силу янтаря от притягивающей силы магнитов и утверждал, что это два разных явления. Гильберт был ученым в полном смысле этого слова и исходил из того, что написанному не следует верить и все нужно проверять экспериментально. Он писал, что «в наш век появилось много книг о скрытых, неясных и таинственных причинах и чудесах, в которых янтарь и гагат представляются как занятные безделушки; однако в них предмет рассматривается лишь на словах, без попыток найти объяснения или доказательства путем экспериментов, такие высказывания еще больше затуманивают вопрос». Таким образом, по его заключению, «вся их философия бесплодна». Слова Гильберта были пророческими – сегодняшние ученые предъявляют те же претензии защитникам астрологии и альтернативной медицины.

Огненные шары

Первый прибор, способный генерировать статическое электричество, создал Отто Герман фон Герике в 1663 г. Он представлял собой шар из самородной серы размером с голову ребенка. Через центр шара проходил деревянный стержень, который лежал на опоре и позволял вращать шар вокруг оси с помощью кривошипного механизма. Когда к вращающемуся шару прижимали сухую руку или кусок ткани, возникал электростатический заряд. Вряд ли фон Герике понимал, что его аппарат генерирует электричество в современном смысле этого слова, однако от него не ускользнула способность шара притягивать пушинки и другие легкие материалы, а также то, что после соприкосновения с шаром пушинки отталкивались от него, и их можно было разогнать по комнате, если снять шар с аппарата. Осторожные манипуляции даже позволяли ему посадить пушинку на другой предмет, например на нос коллеги.

Фронтиспис[5] книги Novi profectus in historia electricitatis, post obitum auctoris Христиана Августа Гаузена (1743 г.) с изображением опыта Стивена Грея с «летающим мальчиком». Справа виден шар фон Герике. Маленький мальчик слева, похоже, стоит на изолирующем барабане и не чувствует электрического удара при соприкосновении с летающим мальчиком. Однако, когда это делает мужчина, летят искры, и через его заземленное тело проходит ток.

Одним из наиболее известных случаев применения аппарата фон Герике был опыт с «летающим мальчиком», поставленный Стивеном Греем в 1730 г. За него Грей был первым удостоен медали Копли, высшей награды Королевского научного общества Великобритании. Ребенка подвешивали на неэлектропроводных шнурах из шелка и заряжали, прижимая ноги к вращающемуся шару из серы. Папиросная бумага, тонкие волокна и другие легкие предметы притягивались к его рукам, и искры летели с них, когда происходил разряд.

Крупные шары из серы было непросто добыть, поэтому позднее в электростатических генераторах стали использовать круглые пластины (или шары) из стекла, которые терлись о неподвижную ткань. В одном из таких аппаратов, изготовленном для императора Наполеона, диаметр пластины достигал 125 см. Современным аналогом такого аппарата является генератор Ван-де-Граафа, который позволяет получить напряжение в миллионы вольт и хорошо известен по зрелищным демонстрациям с «волосами, встающими дыбом».

Удар током

Способа сохранять электростатический заряд не существовало до появления в октябре 1745 г. лейденской банки, которую изобрел немецкий священнослужитель Эвальд Юрген фон Клейст. Всего несколько месяцев спустя нидерландский ученый Питер ван Мушенбрук доложил Парижской академии наук об аналогичном независимом изобретении. Его письмо было переведено Жаном-Антуаном Нолле, аббатом картезианского монастыря в Париже, который и назвал устройство лейденской банкой в честь города Лейден в Нидерландах, где работал Мушенбрук.

Лейденская банка напоминает пустую стеклянную банку из-под джема, внутренняя и наружная поверхность которой примерно на две трети высоты покрыты тонкой металлической фольгой. Через неэлектропроводную крышку в горловину банки вставляется латунный стержень, соединенный с внутренней металлической фольгой цепочкой. Если наружный слой фольги заземлить, то внутренний слой можно зарядить от генератора статического электричества через стержень. Это происходит потому, что стеклянная стенка банки служит изолятором и не позволяет заряду перетекать к наружному слою фольги. Разность потенциалов между двумя слоями фольги может быть очень высокой. Устройство разряжается путем соединения внутреннего и наружного слоя фольги с помощью двух проводников, между которыми при их сближении проскакивает впечатляющая электрическая искра, или, что не рекомендуется, с помощью рук.

Заряд, накопленный в лейденской банке, может быть очень значительным и чрезвычайно опасным, как убедился Мушенбрук. Он написал, что «прикоснувшись правой рукой [к банке], я испытал удар такой силы, словно в меня ударила молния… это было так болезненно, что невозможно описать. Я думал, мне пришел конец». Мушенбрук также сказал, что не согласился бы повторить этот эксперимент, даже если бы ему предложили за него целое королевство, и предостерег других от подобных попыток. Но они все равно продолжались, и результат их был предсказуем. У некоторых наблюдались судороги и даже временный паралич. Один немецкий профессор после того, как получил сильный удар током и разбил нос, стал экспериментировать на своей жене!

Эти эффекты были, конечно, прекрасно известны Жюлю Верну, который описал фантастическое устройство в своем приключенческом романе «Двадцать тысяч лье под водой». В романе капитан Немо объясняет господину Аронаксу, что его подводное ружье стреляет стеклянными капсулами, которые представляют собой «настоящие лейденские банки в миниатюре, несущие электрический заряд высокого напряжения. При самом легком ударе они разряжаются, и животное, каким бы могучим оно ни было, падает замертво». Несмотря на некоторые художественные вольности, автор ясно показывает, насколько опасными считались лейденские банки.

Сила удара электрическим током из лейденской банки поражала экспериментаторов по той причине, что она была намного сильнее эффекта отдельной искры от электростатического генератора. Это объяснялось тем, что банка позволяла накапливать и хранить заряд множества электрических искр, который затем высвобождался весь сразу. Первоначально считалось, что электричество представляет собой текучую среду, а потому использование бутылок и банок для его накопления было естественным. Однако впоследствии выяснилось, что это не так, и сегодня на смену лейденским банкам пришли конденсаторы. Принцип их работы абсолютно тот же. Они состоят из двух параллельных металлических пластин, разделенных тонким слоем неэлектропроводного материала, например слюды, стекла или воздуха. Величина заряда, который конденсатор способен накапливать, зависит от площади пластин и расстояния между ними и может быть значительной. В первом ускорителе частиц, построенном в 1930-е гг. в Кембриджском университете Джоном Кокрофтом и Эрнестом Уолтоном, использовались батареи конденсаторов, разность потенциалов в которых доходила до миллиона вольт.

Прыгающие монахи

Одна из первых демонстраций воздействия электричества на человека была организована аббатом Нолле. В 1746 г. он велел 200 своим монахам образовать цепь окружностью почти в милю и взяться руками за длинные железные прутья. Когда они выстроились, аббат незаметно присоединил концы цепи к лейденской банке. Результат был очень эффектным, поскольку электрический разряд заставил монахов подпрыгивать поочередно и наглядно показал, что ток течет очень быстро. Французский ученый Лемонье отметил в своих записках, что «было любопытно видеть, как получившие удар током подпрыгивали и вскрикивали». Узнав об этом представлении, король Людовик XV вернулся в Версаль и заставил прыгать 180 солдат, взявшихся за руки. Адам Уокер, известный британский экспериментатор конца XVIII в., пошел еще дальше и хвастался тем, что «наэлектризовал два полка солдат, 1800 человек».

Эти эксперименты стали сенсацией. Публичная демонстрация эффектов электричества превратилась в повальное увлечение, и странствующие лекторы заполонили города. Одним из самых известных организаторов представлений был Бенджамин Мартин, виртуозный затейник, который открыл сезон лекций 1746 г. в английском городе Бат показом ярких электрических разрядов, «удивительных потоков лилового огня». В затемненном помещении они выглядели красочно и необычно. Как и аббат Нолле, он интриговал зрителей тем, что предлагал им взяться за руки и испытать на себе воздействие электрического тока, которое было не «таким сильным и опасным, как их убеждали, и его мог выдержать любой человек (особенно мужчина)». Автор одного из писем того времени отмечал, что эти публичные представления были «общепринятой темой светских разговоров. Аристократки забывали о своих картах и скандалах и рассуждали об эффектах электричества».

Были случаи, когда представителям публики предлагали зарядиться статическим электричеством и зажечь бренди или эфир искрой, срывающейся с пальца. Дамы надевали стеклянные туфли, изолирующие их от земли, заряжались статическим электричеством, и, когда сердечный друг приближался к ним для поцелуя, между губами проскакивала искра. Поцелуй наэлектризованной Венеры, так это называлось, был жгучим. Появилась масса электрических игрушек. Скрытые слова проявлялись на «искровых досках», когда в небольших зазорах проскакивали искры, бумажные балерины оживали в результате притяжения и отталкивания электрических зарядов, «грозовые домики» демонстрировали эффект попадания молнии в здание. Еще более эффектными были пистолеты и игрушечные пушки, которые стреляли под действием тепла, выделяемого электрической искрой.

Многие поначалу относились с подозрением к этим опытам, как и к тем, кто их демонстрировал, – электричество считалось атрибутом высшей силы, манипулирование которым было богохульством. Другим оно представлялось формой огня, именно поэтому Мэри Шелли дала своей книге подзаголовок «Современный Прометей» – в честь героя древнегреческих мифов Прометея, который украл огонь у богов и отдал его людям{3}. В целом электричество считалось новой «штучкой», любопытной, но не имеющей практического значения. Затем на сцене появился Бенджамин Франклин и коренным образом изменил существовавшие представления. Под его влиянием электричество покинуло салоны и стало разделом науки.

Похищение молнии у небес

{4}

Франклин, по общепринятому мнению, первым показал, что молния – это форма электричества. Его самый известный эксперимент был поставлен в июне 1752 г. Франклин тогда запустил воздушного змея при приближении грозы в стремлении доказать, что молния представляет собой поток электризованного воздуха. На верхушке змея он установил короткий, жесткий, заостренный проводник, привязал металлический ключ к концу удерживающей змея веревки, а к ключу привязал шелковую ленту, чтобы изолировать его от земли. Когда грозовая туча приблизилась, Франклин увидел, что волокна пеньковой веревки встали дыбом, и понял, что веревка наэлектризовалась. Он также обратил внимание на то, что между ключом и его пальцами стали проскакивать искры и что от ключа можно было зарядить лейденскую банку. Франклину повезло, что в него не ударила молния, – это был очень опасный эксперимент.

В действительности, однако, Франклин был не первым среди тех, кто продемонстрировал, что молния является электрическим разрядом. Пальма первенства принадлежит французу Тома-Франсуа Далибару. В мае того же года Далибар установил 12-метровый железный шест толщиной 2,5 см на тщательно изолированном от земли основании из доски, лежащей на трех винных бутылках, и укрепил его растяжками из шелковых веревок. Во время грозы электрический заряд мог поступать от шеста к лейденской банке. По признанию Далибара на этот эксперимент его вдохновила работа Франклина с описанием «экспериментов и наблюдений» за электричеством, в которой американец выдвигал предположение, что такой заостренный шест должен притягивать молнию из облака, и советовал, как экспериментатору избежать опасности. Опыт Далибара произвел сенсацию в Европе и вызвал у многих желание повторить его. К сожалению, не все были так осторожны и удачливы, как Далибар. Год спустя во время экспериментов с молнией и проводниками от удара током погиб российский ученый Георг Вильгельм Рихтер. Его трагическая гибель запечатлена в возвышенной поэме Эразма Дарвина (деда более известного Чарльза Дарвина):

• …И в изумленье наблюдая
• Серебряные струи, сапфировое пламя;
• Как вдруг, взорвавши сталь, электрическое жало
• Сразило мудреца, и смерть его настала!

В Мемориале Франклина в Филадельфии высечено мудрое изречение этого политического деятеля и ученого: «Если вы не хотите, чтобы о вас забыли сразу после смерти, напишите что-нибудь достойное прочтения или сделайте что-нибудь, о чем будут писать». Сам Франклин сделал и то и другое. Одним из его не теряющих ценности изобретений является молниеотвод. Зная, что молния – это разновидность электрического разряда и что она бьет в самые высокие точки, он рекомендовал устанавливать на «самых высоких частях зданий вертикальные железные стержни, заостренные, как иглы, и позолоченные, чтобы не ржавели, и пропускать снаружи здания проволоку от нижнего конца этих стержней до земли». Такие заостренные стержни, по его разумению, должны безопасно отводить электрический разряд в землю, предотвращая повреждение здания, или, как он более возвышенно выразился, «защищать нас от самой неожиданной и ужасной беды!».

Поначалу идея Франклина получала поддержку не везде. Одни говорили, что молниеотвод будет притягивать молнии к зданию и повышать опасность. Другие считали, что это бесцеремонное вмешательство в волю Божию. Во времена Франклина многие видели в молнии наказание Божие за грехи. Франклин утверждал, что в молнии «не больше сверхъестественного, чем в дожде, граде или солнечном свете, от которых мы защищаемся с помощью крыш и навесов без всяких сомнений». Его аргументы и явная ценность изобретения вскоре привели к тому, что молниеотводы появились на большинстве пороховых погребов и даже на соборах.

В Англии, однако, все было не так просто. Там развернулся ожесточенный спор между теми, кто соглашался с идеей заостренного стержня на конце молниеотвода, и теми, кто считал более предпочтительным круглый набалдашник на том основании, что заостренный наконечник чересчур эффективно притягивает молнии. Автором второй идеи был Бенджамин Уилсон. Он развернул активную кампанию против Франклина и приобрел влиятельных друзей. Спор достиг критической точки в 1777 г., когда в пороховой погреб Артиллерийского управления в Пурфлите на Темзе ударила молния и выбила несколько кирпичей. Заостренные стержни, установленные там в соответствии с рекомендацией Франклина и его коллег, не защитили здание. Уилсон воспользовался этим событием и устроил феерическое зрелище, призванное доказать опасность высоких шпилей и предпочтительность низких тупых набалдашников. Демонстрация проходила в присутствии короля Георга III и многих министров, на которых аргументы Уилсона произвели сильное впечатление. К тому же все это происходило во время войны за независимость в Америке, которая придавала вопросу политическую окраску. То, что начиналось как научное разногласие, быстро превратилось в непримиримую вражду между сторонниками британских тупых набалдашников и американских остроконечных стержней. Уилсон играл на этом и заявлял, что патриотический долг британцев – отказаться от изобретения врага. Сторонники Франклина отвечали не менее язвительными политическими нападками. В спор вмешалось Королевское научное общество, которое после серии экспериментов пришло к заключению, что прав Франклин. Король Георг, однако, принял сторону Уилсона, приказал снять заостренные стержни со всех королевских дворцов и зданий Артиллерийского управления и потребовал от Королевского научного общества изменить заключение. Джон Прингл, президент Королевского научного общества, отказался подчиниться, заявив, что «долг и ответственность всегда побуждают меня прилагать все силы для исполнения королевской воли; но “сир… я не в состоянии изменить законы природы”». Король в ответ предложил ему уйти в отставку. Вскоре после этого один из сторонников Франклина написал следующую эпиграмму:

• Пока король Георг, довольный сам собою,
• Все острое вокруг меняет на тупое,
• В стране единства нет:
• Франклина курс верней,
• Тем лучше молниезащита,
• Чем проводник острей.

Нельзя было назвать гладким процесс внедрения молниеотводов и во Франции. Месье де Виссери из Арраса было приказано снять молниеотвод, который он установил на трубе своего дома. Он обжаловал это решение. К тому времени, когда дело дошло до суда последней инстанции в 1783 г., через три года после начала спора, оно стало темой для разговоров в Париже и приобрело политическое значение. Никому не известный адвокат Максимилиан Робеспьер сделал себе имя, встав на защиту науки от предрассудков и выиграв это дело. Он исходил из того, что если теория требует экспертов для ее интерпретации, то факты нет. Десять лет спустя Национальный конвент, возглавляемый Робеспьером, использовал аналогичную аргументацию, чтобы избавиться от правительственных экспертов и всех национальных академий и литературных обществ. Робеспьер известен как инициатор «большого террора», в период которого были казнены многие французские аристократы. Не исключено, что без успеха в защите месье де Виссери и его молниеотвода Робеспьер так и не попал бы в Париж и история Франции пошла бы по иному пути.

В наши дни практически на всех высоких зданиях можно увидеть молниеотводы того типа, который предлагал Франклин. Они отводят электрический ток в землю и обеспечивают надежную защиту. На крупных сооружениях устанавливают несколько молниеотводов. На соборе святого Павла в Лондоне, например, они размещены с равными интервалами по всему периметру крыши. И это не прихоть: в небоскреб Empire State Building в Нью-Йорке регулярно попадают молнии, наглядно доказывая ошибочность расхожего представления о том, что молния никогда не попадает в одно и то же место.

Франклин говорил, что во время грозы неразумно прятаться под одиноко стоящим деревом, поскольку оно может притянуть к себе молнию. Он также указывал на то, что мокрая одежда имеет низкое сопротивление и позволяет электрическому току уйти в землю по поверхности тела, а не через него. Именно поэтому, отмечал он, «мокрую крысу нельзя убить разрядом из лейденской банки, а сухую можно». Это соображение позволяет объяснить известный случай, когда один юноша остался невредимым после удара молнии. На нем в тот момент был плащ (дождевик), который намок от сильного дождя. Отец, видевший, что произошло, поспешил доставить сына в больницу, но мальчика через час отпустили, поскольку никаких вредных для здоровья последствий у него не нашли. Большинству людей везет намного меньше, и количество погибших и пострадавших от ударов молнии исчисляется сотнями каждый год.

Гром среди ясного неба

Молния зарождается в дождевых облаках, тех кучевых облаках в форме наковальни с вздымающимися краями и плоской нижней частью, которые образуются при подъеме теплого влажного воздуха на такую высоту, где достаточно холодно, чтобы вода замерзла. В таких грозовых облаках частицы льда и капли воды непрерывно соударяются под действием завихрений воздуха. Крошечные кристаллы льда при этом приобретают положительный заряд и поднимаются к верхней части облака, а более массивные частицы льда и снега величиной с небольшие градины заряжаются отрицательно и опускаются вниз. В результате происходит разделение зарядов, и верхние слои облака приобретают положительный заряд, а нижние – отрицательный. Разность потенциалов между отрицательными нижними слоями облака и землей может достигать 100 млн вольт. В некоторых точках разность потенциалов настолько велика, что происходит пробой воздуха, и между облаком и землей возникает электрическая дуга, которую мы называем молнией[6]. Она длится всего лишь доли секунды. Изредка молния рождается в верхней части облака. Такая «положительная молния» очень опасна, поскольку может ударить в землю за много километров от места рождения, где нет облаков и ярко светит солнце. Она становится полной неожиданностью – воистину громом среди ясного неба.

Молния распространяется очень быстро – со скоростью до 60 000 м/с, а ее температура достигает 30 000 °С, что в пять раз выше температуры поверхности Солнца. Она имеет среднюю длину порядка 4 км и диаметр всего 1 см. Каждая молния фактически представляет собой несколько разрядов, которые происходят слишком быстро, чтобы наш их глаз различал их. По этой причине молния кажется мерцающей. В результате удара молнии высвобождается энергия, равная энергии детонации тонны тринитротолуола, а интенсивный нагрев порождает взрывообразное расширение воздуха. Когда расширяющийся воздух преодолевает звуковой барьер, мы слышим раскаты грома. Хотя гром и молния возникают одновременно, мы слышим раскаты с запозданием в зависимости от расстояния из-за того, что свет распространяется намного быстрее звука – 300 000 км/с по сравнению с 0,3 км/с.

Поражение молнией

Если вам не повезло и в вас попала молния, то часть электрического тока пройдет по поверхности, а часть – через тело в пропорции, определяемой сопротивлением. Прохождение тока по поверхности менее опасно, и люди, которые остались в живых после удара молнии, скорее всего, испытали «поверхностный разряд». Если вы намокли под дождем, то вода может превратиться в пар, способный сорвать одежду и обжечь кожу. Ток, проходящий через тело, может вызвать серьезные внутренние повреждения. У многих поражение молнией вызывает остановку сердца. В таких случаях необходимо немедленно начать непрямой массаж сердца и искусственное дыхание во избежание повреждения головного мозга (после поражения молнией люди теряют заряд, и прикасаться к ним не опасно). Если у пострадавшего поражен дыхательный центр в мозге, то он перестает дышать. Бывали случаи, когда люди не могли дышать самостоятельно до 20 минут после удара молнии, хотя их сердечная деятельность восстанавливалась. Это говорит о том, что очень важно продолжать искусственную вентиляцию легких пострадавшего, который внешне кажется мертвым. Очень часто при поражении молнией наблюдается неврологическая симптоматика, например потеря сознания, потеря ориентации, потеря памяти и частичный паралич, особенно нижних конечностей. В числе других последствий можно назвать потерю слуха, потерю зрения, расстройство сна и сильные ожоги. Электрический ток также вызывает сокращение мышц. Именно поэтому люди подпрыгивают или отлетают от стены при ударе. Поскольку все мышцы сокращаются одновременно, они подбрасывают человека в воздух.

Повелитель танцующих лягушек

Удивительные эффекты электрического разряда, наблюдаемые при работе электростатических генераторов и ударе молнии, заставили многих экспериментаторов XVIII в. задуматься над его физиологическими последствиями. В их числе был и выдающийся итальянский ученый Луиджи Гальвани, первым открывший «животное электричество». Хотя Гальвани первоначально намеревался принять духовный сан, родителям удалось убедить его заняться медициной, и к 1762 г. он получил звание профессора анатомии в своем родном городе Болонье. Как и многих других ученых того времени, Гальвани интересовало статическое электричество, и в 1780 г. он начал исследовать его воздействие на мышечную ткань. В устроенной прямо дома лаборатории ему помогала небольшая исследовательская группа в составе его жены Лучи и двух племянников, Камилло и Альдини.

В своем дневнике Гальвани сделал 26 января 1781 г. запись о том, что, когда его ассистент прикоснулся металлическим инструментом к нерву лапки недавно умерщвленной лягушки, все мышцы лапки резко сократились. Это, однако, происходило только в момент проскакивания искры, генерируемой электрической машиной. Гальвани повторял эксперимент много раз и при разных условиях и неизменно получал один и тот же результат. Как следствие он выдвинул гипотезу, что именно электрическая искра заставляет мышцы сокращаться. Это заставило Гальвани задаться вопросом: сможет ли и молния вызвать сокращение мышц лягушки? Для проверки он с помощью своего племянника Камилло присоединил к нерву лягушачьей лапки длинную проволоку, которая была связана с металлическим стержнем на крыше его дома. Как и ожидалось, лапка лягушки резко дернулась, когда во время грозы над домом сверкнула молния.

На гравюре 1 из «Трактата о силах электричества при мышечном движении» Гальвани показаны несколько препарированных лягушачьих лапок. На столе слева расположен электростатический генератор, а справа – лейденская банка. Небольшие изображения кисти руки с кружевной манжетой, указывающие на инструменты, которые смахивают на атрибуты из фильма о Монти Пайтоне[7], – обычный прием указания на что-либо в эпоху Возрождения.

Как очень методичный исследователь, Гальвани повторил эксперимент для контроля в тихий день. На этот раз он подвесил лягушачьи лапки к чугунной ограде своего балкона с помощью медных крючков, пронизывавших спинной мозг. Поначалу ничего не происходило. Потеряв терпение, Гальвани стал дотрагиваться до лапок. К его удивлению, они начали часто и самопроизвольно подергиваться, при этом сокращения не зависели от изменения погоды, а происходили, когда крючки прижимали к ограде.

Гальвани воспринял такой результат как свидетельство того, что клетки живого существа не только возбуждаются электричеством, но и сами могут генерировать его. Он предположил, что именно электрическое (само) возбуждение приводит к сокращению мышц. В 1791 г. Гальвани написал о своем открытии в «Трактате о силах электричества при мышечном движении», где утверждал, что животное электричество отличается по своему характеру от электричества, возникающего при ударе молнии или вырабатываемого электростатическим генератором, и настаивал на том, что «электричество присуще самому животному». Гальвани отпечатал несколько экземпляров трактата за свой счет и разослал их коллегам, в том числе своему другу и земляку Алессандро Вольта, профессору физики в университете Павии.

В первый момент коллеги приняли идеи Гальвани прохладно, однако, повторив его эксперименты, они получили те же результаты. Кончилось все тем, что живые лягушки стали дефицитом, и год спустя после публикации работы Гальвани Эузебио Валли жаловался своему коллеге: «Мне нужны лягушки. Вы должны найти их. Если вы не найдете их, я никогда не прощу вам этого. Обращайтесь ко мне без церемоний, ваш покорный слуга, Валли».

Эксперименты заставили Вольта, который поначалу согласился с выводами Гальвани, пересмотреть взгляды. Он стал настаивать на том, что причиной подергивания мышц, наблюдаемого Гальвани в отсутствие внешнего стимулирования электрическим током, было не внутренне животное электричество. По его умозаключению (и оно было правильным), подергивания вызывал электрический ток, который возникал при соприкосновении двух разных металлов – чугунной ограды балкона и медных крючков, связанных с нервом лягушачьей лапки. Это вызвало жаркий спор между двумя учеными о том, какой была причина возбуждения мышц – биологической или физической.

Хотя Гальвани и признал возражение Вольта, оно не разубедило его в существовании животного электричества. Он неопровержимо доказал, что даже контакта нерва с мышцей достаточно, чтобы вызвать сокращение – никакого металла для этого не требовалось. Сейчас мы знаем, что эксперимент давал такой результат, поскольку поврежденная ткань генерирует электрический ток, достаточный для сокращения мышцы. Гальвани не подозревал об этом. К сожалению, он опубликовал результаты эксперимента анонимно, и это в определенной мере снизило убедительность его аргумента.

Энергия для людей

Тот факт, что контакта нерва и мышцы было достаточно для инициирования сокращения, означал триумф гальванизма и поражение Вольта. Однако тот не сдался и продолжил развивать идею о том, что все дело в контакте разнородных металлов. В уверенности, что у электричества было неживотное происхождение, он решил полностью отказаться от лягушек. Вольта составил столб из чередующихся серебряных и цинковых дисков, разделенных намоченными в соленой воде картонными прокладками, и доказал, что при замыкании цепи, соединяющей верх и низ столба, в ней начинает течь электрический ток. Это была первая электрическая батарея. На деле его ударило током, когда он прикоснулся одной рукой к вершине столба, а другой – к его нижней части. Вольта также обратил внимание на удивительное сходство его изобретения с электрическими органами электрических угрей и скатов, рыб, способность которых поражать людей током была хорошо известна. Их электрические органы состояли из рядов клеток, разделенных электропроводной жидкостью, аналогично столбу Вольта из серебряных и цинковых дисков.

Удар тока от первой батареи Вольта был слабее, чем удар тока при разряде лейденской банки, однако батарея обладала одним исключительным достоинством: ток постоянно генерировался в ней самой, и ее не нужно было предварительно заряжать от электростатического генератора. Более сильный ток, а значит, и более сильный удар, можно было получить, увеличивая высоту столба дисков. Вольта описал свое изобретение в письме Королевскому обществу в Лондоне в 1800 г., озаглавленном «Об электричестве, возбуждаемом простым соприкосновением различных проводящих веществ». Письмо, написанное по-французски итальянским ученым и направленное в английское научное общество, наглядно показывает, что уже в 1800 г. наука была международной деятельностью. Позднее Вольта преподнес Королевской ассоциации в Лондоне в дар один из своих «вольтовых столбов», который по сей день хранится там.

Схватка титанов

Разногласия между Гальвани и Вольта в вопросе интерпретации экспериментов с лягушками иногда изображают как непримиримую научную схватку, которую Гальвани проиграл, а изобретение батареи представляют как триумф Вольта и победу физики над биологией. Однако говорить, что Гальвани был совершенно неправ, нельзя, поскольку идея генерирования живыми организмами электрических сигналов в нервах и волокнах мышечной ткани оказалась правильной. Как ни печально, но из-за того, что идеи Вольта взяли верх, развитие науки о животном электричестве остановилось на некоторое время.

Хотя этот вопрос расколол научное сообщество и последователи одной и второй идеи всерьез бились друг с другом, спор между самими Вольта и Гальвани не был ожесточенным. Вольта писал, что работа Гальвани содержит «одни из самых прекрасных и удивительных открытий» и что именно с его именем связан термин «гальванизм». Вольта даже информировал Королевское общество в Лондоне о работах Гальвани, представив «отчет о некоторых открытиях, осуществленных г-ном Гальвани из Болоньи; с экспериментами и их описанием». Любопытно, что в первом предложении он обозначает тему своего письма как описание открытий и исследований по «животному электричеству», хотя далее следует вывод, что оно не существует.

Идеи Гальвани отошли на задний план, возможно, отчасти из-за того, что он продвигал их не так активно, как его соперник. Гальвани по характеру был скромным человеком. Он опубликовал свою работу только в 1791 г., по меньшей мере десятилетие спустя после начала экспериментов, и сделал это (на латыни) в трудах Болонского научного института, которые не имели широкой известности. Дело осложнялось и тем, что Гальвани не любил дальних поездок, был плохим партнером по переписке, не публиковал никакой информации о некоторых экспериментах и вообще сообщал о своих открытиях только ближайшему окружению. Негативно сказывались на работе Гальвани и политические проблемы. В 1794 г. Болонью завоевал Наполеон, и через два года Гальвани пришлось оставить профессорскую должность, поскольку требование университета присягнуть Французской цизальпинской республике противоречило его политическим и религиозным принципам. Он укрылся в доме своего брата Джакомо и находился в отчаянии. Друзья добились для него освобождения от присяги ввиду значительности его научных достижений, но Гальвани скончался, так и не успев воспользоваться им. Ему шел всего 61 год.

Вольта обладал совершенно другим характером и вел иной образ жизни. Он был харизматичным и динамичным оратором и плодовитым (порою самонадеянным) автором, который публиковался на нескольких языках, широко распространял свои работы и с готовность принял новый режим. Вольта приобрел очень широкую известность, и его с почестями принимали по всей Европе. В 1801 г. он получил приглашение в Париж, где был удостоен золотой медали и прочитал три лекции с демонстрацией опытов. На всех трех лекциях присутствовал Наполеон. Вольта получил много других призов и знаков отличия, в 1805 г. Наполеон вручил ему орден Почетного легиона, а впоследствии он стал итальянским сенатором и графом. В его честь единица электрического потенциала была названа вольтом. Намного более дальновидный политически, чем Гальвани, Вольта продолжал пользоваться успехом даже после падения Наполеона и перемещения центра власти в Австрию.

«Безумные» ученые

Эксперименты Гальвани вызвали ажиотаж. По всей Европе ученые и просто любители пытались воспроизвести его эксперименты не только на препарированных лягушках, но и на других мертвых живых существах. Джованни Альдини, племянник Гальвани, представлял эффекты электричества вниманию публики особенно неординарным способом. Жутковатые публичные демонстрации экспериментов этого ученого и одновременно организатора представлений, возможно, были навеяны романом Мэри Шелли «Франкенштейн». Воздействия электрическим разрядом на лягушачьи лапки показалось Альдини мало, и он стал использовать тела недавно казненных преступников. Как ни парадоксально с учетом его яростного неприятия идей Вольта, ему все же приходилось применять вольтов столб для генерирования электричества.

В записях Альдини отмечено, что в 1802 г. «первые обезглавленные преступники были доставлены в помещение неподалеку от места казни. Сначала голова подвергалась воздействию тока от столба из сотни серебряных и цинковых пластин. Металлическая проволока вводилась в ухо, увлажненное соленой водой. Другой конец проволоки присоединялся к верхней либо к нижней части вольтова столба. Сначала наблюдались сильные сокращения всех мышц лица, которое искажалось непредсказуемым образом, изображая самые ужасные гримасы. Особенно поражали движения век, хотя на человеческой голове они были не такими четко выраженными, как на голове быка».

Иллюстрация из тракта Альдини о его экспериментах на обезглавленных телах преступников под названием «Теоретическое и экспериментальное эссе о гальванизме». Высокий, похожий на карандаш предмет – это вольтов столб (примитивная батарея), который использовался для получения электрического тока. Ток подавался к трупу через изогнутый металлический стержень, присоединенный к неэлектропроводной стеклянной рукоятке. За нее держался экспериментатор, чтобы не получить удар током.

Самая известная демонстрация опытов состоялась в Лондоне 17 января 1803 г., когда Альдини провел эксперимент на трупе убийцы Томаса Фостера. Сразу после казни (через повешение) тело преступника привезли в Королевский хирургический колледж, где уже собралась большая аудитория. Альдини взял два электропроводных стержня, соединенных с концами вольтова столба, и приложил один ко рту трупа, а другой – к уху, после чего «челюсть начала подергиваться, лицо скорчилось в ужасной гримасе, а левый глаз открылся». Когда стержни прикладывали к рассеченным мышцам большого пальца, «кисть руки сжималась в кулак». В другом эксперименте электрический ток вызывал резкие сокращения всех мышц руки. Но самое удивительное произошло, когда стержни ввели в ухо и в прямую кишку. Это «привело к такому сильному сокращению мышц… что создавалось впечатление оживления организма».

Однако Альдини был не первым, кто начал проводить опыты на трупах людей. Еще в 1798 г. Ксавье Биша экспериментировал с телами гильотинированных во времена Французской революции спустя 40 минут после казни. Недостатка объектов исследования у него не было. Его эксперименты показали, что сокращения сердца можно восстановить электрическим разрядом при непосредственном контакте, и вызвали жутковатое восхищение как в науке, так и литературе.

Не менее фантастические эксперименты проводились в 1818 г. доктором Эндрю Юром, который наэлектризовывал аудиторию так же эффектно, как и труп. В своей книге «Словарь химии и минералогии» он пишет, что в анатомический театр Университета Глазго привезли труп чрезвычайно мускулистого молодого человека через 10 минут после казни. На теле сделали разрезы для подсоединения батареи через электропроводные стержни прямо к нервам. Прикладывание одного стержня к спинному мозгу, а другого к седалищному нерву вызывало сильные судороги всего тела. А «при прикладывании второго стержня к пятке нога, которая была согнута, распрямилась с такой силой, что чуть не опрокинула одного из ассистентов, пытавшегося помешать разгибанию». В следующем эксперименте стержень приложили к диафрагмальному нерву на шее. Результат оказался «поистине удивительным. В то же мгновение тело начало тяжело дышать. Грудь поднималась и опускалась; живот надувался и опадал в такт движению диафрагмы». Прикосновение стержнем к надглазничному нерву вызывало появлению самых невероятных гримас – «гнева, ужаса, отчаяния, мучения и страдальческой ухмылки на лице убийцы». Некоторые зрители поспешили покинуть зал, чтобы их не стошнило, а одному человеку стало дурно. Но самой ужасной была картина электростимуляции локтевого нерва, в результате которой стали шевелиться пальцы, «двигавшиеся так быстро, как пальцы скрипача», а в какой-то момент рука вздрогнула и, казалось, ткнула указательным пальцем в сторону зрителей. Некоторые решили, что труп ожил.

Такие представления не могли не привести к распространению мнения о том, что все врачи являются шарлатанами. Неудивительно, что лорд Байрон писал:

• Каких только чудес не видим мы сейчас:
• Вакцина против оспы, трактор, гальванизм и газ.
• Они подогревают толпы ажиотаж,
• Покуда не растает он как дым или мираж.

Богохульный характер, придаваемый экспериментам «возможностью воскрешения» мертвых, также не остался незамеченным. Вкупе с франкенштейновским монстром они рождали представление об ученых как о «безумных» и «порочных» людях. Этот образ не покидает средства массовой информации даже сегодня.

Современные научные знания позволяют очень легко объяснить результаты экспериментов Гальвани и его коллег. Клетки организма не умирают в тот же момент, когда животное (или человек) делает последний вздох. Именно поэтому возможна пересадка органов одного человека другому, а переливание крови дает результат. Если многоклеточный организм не разорван на мелкие клочья, его смерть редко наступает мгновенно. Это постепенный процесс – многоэтапное угасание. Клетки нервной и мышечной ткани остаются живыми еще некоторое время после смерти человека, и их можно «анимировать» с помощью электричества. Электрический разряд, который возбуждает наши нервные волокна и заставляет управляемые ими мышцы сокращаться, точно так же действует и на нервы трупа. На деле эксперименты Юра и Альдини дают ясное представление о том, какими мышцами управляет тот или иной нерв. Понятно, что реакция будет тем вероятнее, чем меньше времени пройдет с момента смерти.

Эпоха чудес

К концу XVIII в. люди уже умели генерировать электричество, аккумулировать его и передавать по проводам на значительные расстояния. Его удивительные свойства интриговали ученых и стимулировали исследования. Культура эпохи Просвещения с присущим ей стремлением к популяризации научных достижений требовала организации зрелищных представлений, которые пробуждали интерес в более широком сообществе. Публичные лекции директора Королевского института в Лондоне Майкла Фарадея были настолько популярными среди аристократии, что на Албемарл-стрит возникала пробка, когда экипажи развозили слушателей. Это заставило власти сделать ее первой улицей в городе с односторонним движением.

Широко пропагандировалось использование электричества для лечения всех видов недугов, как отмечено в главе 12. Молниеотводы и первые электрические батареи представляли другие направления практического применения электричества и возвещали начало новой эры электричества. Однако возможности, открываемые электричеством, производили впечатление не на всех. Лабораторию Фарадея однажды посетил Уильям Гладстон, канцлер казначейства в то время. Он молча посмотрел на сложные электрические устройства ученого и сказал: «Все это очень любопытно, мистер Фарадей, однако имеют ли они практическое значение?» Фарадей за словом в карман не полез, он ответил: «Сэр, я не знаю, для чего именно будут использоваться эти машины, но уверен, что когда-нибудь вы станете облагать их налогом».

Помимо этого признание получила возможность стимулирования нервных и мышечных волокон электрическим разрядом. Хотя идею Гальвани о животном электричестве и поставили под сомнение, она не лишилась сторонников, поскольку с глубокой древности люди знали, что некоторые рыбы способны поражать добычу и врагов электрическим разрядом. К тому же в 1797 г. молодой ученый и исследователь Александр фон Гумбольдт установил, что правильны представления и Гальвани, и Вольта, и предположил, что сокращение мышечной ткани должно вызываться электрическим разрядом от управляющего ею нерва. В этом свете до идеи о том, что с помощью гальванизма можно оживить какое-нибудь мертвое существо наподобие франкенштейновского монстра, был всего лишь один шаг. Возможность регистрировать токи, связанные с нервной и мышечной деятельностью, и понять механизмы этой деятельности, появилась, однако, только с созданием соответствующей измерительной аппаратуры и с получением более глубоких представлений о природе самого электричества.

Глава 2

Молекулярные поры

• Американский скакун
• По кличке Импрессив,
• Свинья, которую трясет лихорадка,
• Стадо коз в Техасе, и кто-то
• Из вас в первом ряду
• Со своими пороками
• Вздрогнут,
• Почувствуют трепет в ионных каналах,
• Увидев, как я падаю в бездну.

Джо Шапкотт. Рассуждения

Во время устного экзамена в Оксфордском университете примерно в 1890 г. студента спросили, может ли он объяснить феномен электричества. Тот, запнувшись, ответил, что знал это, но забыл. «Какая жалость! – заметил экзаменатор. – Доселе всего лишь двое знали, что такое электричество: Создатель и вы. А теперь остался один».

Сегодня все мы хорошо знакомы с электричеством, поскольку именно оно обеспечивает энергией наше индустриальное общество. Почти все, что мы используем, – транспорт, осветительная и коммуникационная аппаратура, в том числе и компьютер, на котором я набираю эти строки, приводится в действие электричеством. Намного менее известен тот факт, что мы тоже являемся своего рода электрическими машинами и что электрический ток лежит в основе самой жизни. Этот ток, в свою очередь, возникает в процессе функционирования ионных каналов. Чтобы понять, как связаны эксперименты Гальвани с лягушачьими лапками с нашей способностью лечить расстройства электрической активности организма вроде эпилепсии или неонатального диабета, которым страдает Джеймс, нужно выяснить, что такое ионные каналы и какова их роль в электрических процессах в клетках.

Более полутора столетий после Гальвани ученые искали методы измерения электрических импульсов нашей нервной системы и пытались понять, что они означают. Еще больше времени потребовалось для обнаружения ионных каналов, которые отвечают за электрическую активность, однако их открытие перевернуло наши представления. Идеи, которые я пыталась постичь в студенческие годы и которые не раз были причиной бессонных ночей (особенно накануне экзаменов), вдруг обрели предельную ясность. В этой главе мы перенесемся в сегодняшний день и познакомимся с современными представлениями о работе ионных каналов. Сначала, однако, полезно дать определение электричеству и понять, чем электричество в наших головах отличается от электричества в розетке.

Святая троица

Электричество представляет собой форму энергии, связанную с электрическим зарядом – одним из фундаментальных свойств внутриатомной материи. Электрический ток, который течет по проводам в наших домах – и по нашим нервным волокнам, – описывается количественно с помощью трех базовых единиц: ампера (А), вольта (V) и ома (Ω). Они названы так в честь трех выдающихся европейских физиков XVIII в.: француза Андре Мари Ампера, итальянца Алессандро Вольта и немца Георга Ома. Ток измеряют в амперах, сопротивление току – в омах, а напряжение, силу, которая вызывает электрический ток, – в вольтах.

Как называется петушок на крыше дома?

Флюгер – метеорологический прибор, который когда-то пользовался большой популярностью. Его устанавливали на крышах частных домов, а главной его функцией было измерение показателей ветра.

Сейчас флюгера встречаются редко, в основном их заказывают для украшения дома.

Из нашей статьи читатели смогут узнать об основных функциональных возможностях флюгера и об особенностях его установки.

Что означает флюгер Сова?

Совы символизируют стремление к познанию и безграничную мудрость. … Флюгер «Сова» станет отличным талисманов для Вашего дома и убережет дом от ненастья.

Интересные материалы:

Как убрать липкий слой от наклейки с пластика? Как убрать мастику со стен? Как убрать на айфоне запрет 18+? Как убрать нагар с противня? Как убрать налет на стекле душевой кабины? Как убрать напоминание об обновлении MIUI? Как убрать ненужные объекты в фотошопе? Как убрать нижний колонтитул только с последней страницы? Как убрать нижнюю панель на андроид планшете? Как убрать Новости в опере внизу?

Назначение и принцип работы

Компактный флажок вращается вокруг оси от порывов воздуха. Конструкция одновременно играет практичную и декоративную роль. Ранее устройство использовали для измерения силы ветра, потом стало оригинальным украшением крыши.

Что такое флюгер

Флюгер – простой метеорологический прибор, который под воздействием воздуха поворачивается в сторону меньшего сопротивления. Конструкция наглядно показывает силу и направление ветра. Устройство защищает дымоход от порывов, препятствует возвращению смога обратно в жилье.

Конструкция с собакой Источник orgpage.ru

Традиционно флюгеры устанавливали на крышах домов в Европе. Запоминающаяся деталь редко повторялась, поэтому каждое жилье становилось оригинальным. Элементы визуально акцентировали род деятельности владельцев недвижимости или несли защитную функцию.

Составные части

Конструкция флюгера состоит из обязательных деталей. Флажок – запоминающаяся, декоративная часть устройства, которую располагают на вертикальной оси. Чтобы уравновесить флюгарку, с противоположной стороны нужен противовес. Элементы имеют одинаковую массу, поэтому при установке стоят ровно.

Корпус используют в качестве опоры для флюгера. В остов устанавливают вертикальную ось конструкции. Несущий стержень (мачта) удерживает вес декоративной детали и при сильном ветре не ломается. Подшипники (шарики, цилиндры) внутри устройства обеспечивают свободное вращение.

Из чего состоит ветряк Источник build-experts. ru

Защитный колпачок выполняют в форме конуса или сферы, располагают над остовом. Задача элемента – ограждение корпуса и движущихся деталей от влаги и мусора. Для фиксации устройства на крыше используют крепежи:

• уголки;
• накладки;
• ботлы;
• гайки.

Роза ветров – указатель сторон света, который крепят под флажком. Деталь состоит из двух ровных прутьев, соединенных под прямым углом. На 4 конца монтируют румбы с буквенными символами. Скорость ветра поможет определить пропеллер, созданный из пластин. В современных устройствах дополнительно устанавливают электронные датчики (энкодеры).

Виды конструкций

Выбор дизайна флюгера зависит от роли, которую будет исполнять устройства. По функциональности делят на 6 видов:

• Анеморумбометры. Метеорологические модели измеряют скорость и направление ветра. В профессиональных приборах установили блоки питания и датчики, которые преобразуют характеристики воздуха в сигналы. Фиксируют точные показания и передают данные в аппаратуру через кабель.
• Флюгеры Вильда. Механические конструкции для замера направления и силы ветра в домашних условиях. Дополнительно несут декоративную функцию.
• Дымоходные. Монтируют над отверстием, перекрывают доступ ветру. За счет вращения устройства предупреждают обратную тягу в трубе и защищают помещение от проникновения продуктов горения.
• Пугала. Флюгеры издают неприятные звуки, отпугивающие птиц от гнездования в трубах или посадок на участке.
• От грызунов. Устройства с пропеллером монтируют в землю на опоре. Вращающиеся лопасти вентилятора создают вибрации, которые передаются в почву и прогоняют мышей, землероек и кротов.
• Электростанции. Во время работы ветряные флюгеры генерируют электричество.

Профессиональный анеморумбометр Источник ru.lifehackk.com
Устройства устанавливают на козырьке дома, на крыше веранды или беседки. Часто конструкции совмещают 2-3 функции, позволяя экономить место на кровле. Отпугивающие варианты от птиц монтируют на трубе или деревьях. От грызунов рекомендуют размещать несколько аппаратов в разных местах участка (по периметру, в центре).

Модель на трубное отверстие Источник odymohodah.ru

Флюгер-пугало от пернатых Источник m-dachnik.com

Символическое значение

Подвижные фигурки на крыше помогали не только определять направления ветра или отпугивать пернатых, но и несли смысловую нагрузку. Устройство украшало и выполняло функцию оберега. Перед тем, как сделать флюгер в домашних условиях, нужно разобраться в значении символов.

Петух

Традиционная модель была популярной не только в Западной Европе, но и на Руси. Птица просыпается первой, криком оповещая о рассвете. По народным поверьям изображение защищало жильцов от опасности и предупреждало о приближении врагов. Флюгер в виде петуха ограждал дом от пожаров и грабителей.

Птица на флюгере Источник arno-group.ru

Аист

Модель пользовалась популярностью в Скандинавии. Пернатое считали символом счастья, уюта и обновления поколений. Конструкция в виде одной птицы призывала в дом любовь, успех и процветание. Семьи, желающие детей, устанавливали ветряк в форме двух аистов.

Красивая конструкция Источник eurofluger.ru

Лебеди

Флюгер состоял из пары пернатых, которые плыли или летели навстречу друг другу. Лебеди были приметой супружеской верности, мудрости и взаимной поддержки. Птиц считали символом естественной красоты, целомудрия и олицетворяли большую любовь.

Пара птиц на флюгере Источник livemaster.ru

Ангел или христианский святой

Конструкцию часто используют верующие люди. Фигурка ангела на флюгере означает духовную близость и символ истинной веры. Георгий Победоносец защитит от зла и неприятелей. Если в доме маленькие дети, то изображение святого Николая принесет в жилище мир и доброту.

Кошка и собака

Животное символизирует стремление к свободе, любовь к независимости. У кошек 7 жизней, которые они посвятят защите семьи до седьмого колена. Домашний питомец одновременно живет в мире людей и духов, поэтому оградит жильцов от завистливых глаз и потустороннего вмешательства.

Ветряк с животными Источник fotokto.ru

Пес символизирует преданность, верность. У собаки отличное зрение и нюх. Зверь бдительно следит за всем происходящим в зоне видимости. Фигурка на крыше распознает посетителей с плохими мыслями и прогонит от порога.

Дракон

В Европе мифическое животное присутствовало на гербах вельмож и символизировало победу над врагами. В Китае дракон привлекал в дом успех, финансовое благополучие и защищал от болезней. На флюгере западного зверя изображали с крыльями и остроконечным хвостом. Восточный вид напоминал длинного змея с лапами и с жемчужиной в пасти.

Мифическое животное на флюгере Источник westcoastweathervanes.com

Рыцарь

Фигурка вооруженного человека держится за древко флажка. Символ обозначал отвагу, духовное совершенство и силу. Установив конструкцию на крышу, жильцы дома показывали о готовности защитить слабых и угнетенных.

Баба-Яга

Ведьма на флюгере символизирует знание, хитрость и мудрость. В сказках персонаж обитает на границе мира живых и мертвых, не позволяет злу проникнуть в человеческие земли. По приметам, Баба-Яга на крыше защитит от сглаза, материальных потерь и привнесет в дом спокойствие.

Ветряк с колдуньей Источник 26.teplozhar.ru

Лев или медведь

Гордые звери символизирует смелость, великодушие и благородство. Фигурка льва на флюгере означает способность или желание властвовать окружающими. Конструкция с медведем оградит жильцов дома от потерь и неудач.

Орел или сова

Огромная птица с распахнутыми крыльями – это воплощение силы, ума и внимания к окружающим. Благородный орел на флюгере становился защитником от злых людей и предательства. Благодаря хорошему зрению сова предупредит о враге, проникшему в жилье.

Грифон

Мифическое животное сочетает в себе черты орла и льва. Крылатый зверь обозначает процветание, богатство и могущество. Конструкцию на крышу устанавливают люди, желающие подчеркнуть высокий статус и влиятельность, поэтому не стоит монтировать фигурку на крохотный дачный домик.

Мифическое существо на флюгере Источник динора.рф

Конь

Лошадь на флюгере символизирует силу, жизненную энергию и благородство. Мощное животное придаст живущим под крышей выносливость, рассудительность и выдержку. Человек на коне (всадник) олицетворяет уверенность в себе.

Парусник

Фрегат на флюгере – символ надежды, целеустремленности и безопасности. Ветряки с парусниками часто устанавливали моряки, которые сходили на берег. Изображение корабля поможет разрушить границы, сдерживающие амбиции и желания.

Правила установки

Устанавливать флюгер любого вида следует в самой высокой точке крыши (на колпаке дымохода или на коньке). Для максимальной точности показаний прибор должен находиться на высоте от 10 до 12 метров от земли. Это позволит обеспечить свободное поступление воздушных потоков к флюгеру. Чтобы правильно сориентировать его по сторонам света, нужно использовать компас.

Флюгарка устанавливается на трубу из стали, которая надета на вертикальную арматуру. Важно обеспечить строго вертикальную установку устройства.

Корректировка положения флюгера осуществляется с помощью специальных креплений. Надежность монтажа конструкции обеспечивают за счет дополнительных полос металла на боковых сторонах опоры.

Новые виды флюгеров комплектуются надежным узлом вращения, включающим 2 металлографитных подшипника закрытого типа. Они повышают чувствительность устройства к слабому ветру.

Нужно принять меры, чтобы влага не попадала в узел вращения. Добиться этого можно за счет установки специального колпака над гильзой подшипника.

Металлическая конструкция на кровле здания может выполнять функцию молниеотвода. Для этого необходимо обеспечить ее заземление согласно «Инструкции по устройству молниезащиты зданий и сооружений».

Выбор материала

Практичность, простота обработки – вот основные критерии при выборе сырья для изготовления флюгера в домашних условиях. Материал должен быть красивым, долговечным и нетребовательным к уходу, иначе владельцу придется часто ремонтировать конструкцию. Среди популярных выделяют 6 видов.

Древесина

Легкое, практичное сырье не требует от человека наличия сложных навыков и профессионального оборудования. Для создания флюгера в домашних условиях можно использовать лиственницу и осину. Хвойные виды быстро разрушаются, дуб слишком твердый. Ветряк перед монтажом пропитывают составами, защищающими от насекомых, влажности и рассыхания. Чтобы подвижные детали не изнашивались, в конструкции допускают сочетание деревянных и металлических элементов.

Древесина для флюгера Источник volgograd-sp.ru

Композиты

Фанеру делают из прессованных тонких листов древесины. Для изготовления флюгеров в домашних условиях подойдет многослойный водостойкий вид, который устанавливают на железный остов. Чтобы увеличить срок эксплуатации, конструкцию окрашивают или покрывают прозрачным защитным лаком.

Композитные плиты на основе стружки очень тяжелые и громоздкие. При постоянном воздействии влаги материал разрушается, а от солнца – рассыхается. Из ДСП сложно вырезать затейливые фигуры, поэтому не подходит для создания флюгеров.

Сталь

Крепкое сырье устойчиво к механическим воздействиям. Для изготовления ветряков в домашних условиях используют легированную нержавейку, которую обрабатывают на специальном оборудовании. Терпимость к неблагоприятной погоде позволит эксплуатировать металлическую конструкцию в дождь и жару.

Металлический флюгер Источник ironvane.com

В домашних условиях можно собрать как простенькую модель из проволоки, так сделать флюгер сложной формы. При правильном и регулярном обслуживании ветряк прослужит десятки лет без деформации. Более капризную черную сталь перед установкой нужно обработать антикоррозийным составом.

Медь

Стойкий, прочный и пластичный металл выдерживает перепады температуры, влажность и яркое солнце. У меди естественная устойчивость к коррозии, поэтому в домашних условиях конструкцию не нужно дополнительно защищать. Флюгер из практичного материала «стареет», приобретая дорогой, красивый вид.

Вариант из металла Источник e-pard.com

Как установить противовес

В завершении монтажа устанавливают противовес. Необходимо учитывать вес и пластины, и противовеса, в противном случае устройство будет функционировать неправильно. При наличии чертежа монтаж выполняется легче.

После того, как флюгер закреплен, его окрашивают наружной краской, или покрывают эмалью. Правильно выполненная установка предполагает относительную жесткость – не следует сильно затягивать флюгер крепежными элементами. Иначе они будут сильно подвержены ветровым нагрузкам.

Оригинальный флюгер можно приобрести в магазине стройматериалов, ориентируясь на его функциональное назначение с учетом символики.

Как сделать флюгер своими руками из подручных средств

Для сооружения флюгера для дачного домика не имеет смысла применять дорогостоящие материалы. Конструкция будет смотреться очень оригинально, если заложить в нее дополнительный динамичный элемент.

Например, можно соорудить клюющую птичку или фигурку коня, которая будет приводиться в движение вращающимся пропеллером (посредством передающей детали).

Чтобы изготовить такие флюгера, требуется определенная степень творческой фантазии. Легче всего воплотить идею с помощью применения особой влагостойкой фанеры.

Колесо пропеллера можно вырезать из жести с помощью ножниц по металлу. Лопасти формируются посредством отгибания краев материала.

Чтобы не нарушать динамику, деревянные подвижные элементы соединяются не очень жестко. Не следует забывать и о необходимости их окрашивания при помощи эмали для наружных работ.

Использование динамичного флюгера на дачных домиках оправдано тем фактом, что по высоте они уступают коттеджам, и это дает возможность хорошо рассматривать вращающийся элемент декора.

Помимо улучшения эстетического вида здания, он также будет отгонять с кровли птиц.

Кроме фанеры, для изготовления садового флюгера подходят и пластиковые бутылки. Одну бутылку разрезают особым образом и получают крыльчатку пропеллера.

Из корпуса другой бутылки вырезается флюгарка. После изготовления детали надо насадить на металлический прут и закрепить на вершине кровли домика.

Есть еще более простой вариант: горлышко и днище бутылки обрезают, а оставшуюся часть закрепляют асимметрично на вертикальном стержне. Ветер станет разворачивать получившуюся трубу, и можно будет узнать его направление.

Металлический указатель

Гораздо эффектней на крыше будет смотреться флюгер, где для изготовления петуха применялся металл.

Варианты чертежей и способы их переноса на металл

Предлагаем на выбор несколько фото с интересными эскизами фигур петуха, используя которые будет нетрудно составить собственные чертежи флюгера.

Менее распространены, но не менее привлекательно смотрятся на крыше флюгеры с аистами. Возможно, вам захочется установить на крышу именно такуюконструкцию, изготовленную по предложенным ниже фото с чертежами:

Обратите внимание, оптимальное изображение петуха для крыши располагается таким образом, чтобы хвостовая часть превышала переднюю в 1,5-2 раза. Это обеспечит поворот стрелки флюгера в сторону ветра.

Предварительно вырезав на бумаге все отверстия, которые содержит фигура петуха, изображение переносят на металл. Для этих целей подходит нержавеющая сталь толщиной 1,0-1,5 мм. Сделать это можно следующим образом:

• Бумажный чертеж фиксируется на базовой основе флюгера и обводится специальным инструментом, оставляющим на металле заметную царапину.
• Второй способ перенести чертеж – закрепив его на выбранном материале, распылить над эскизом петуха краску. Тогда все ненужные участки для будущего флюгера будут закрашены.
• Для формирования фигуры петуха на крыше работают зубилом, после чего заостренные края обрабатывают наждаком.
• В производственных масштабах для создания флюгера применяется лазерная резка, где чертеж обрабатывается с помощью компьютерной программы.
• Фигуру до установки на крышу покрывают антикоррозийным средством, после чего раскрашивают или оставляют петуха однотонным.

Виды

• Декоративные – используются только для украшения кровли. Чаще всего на них нет даже меток сторон света (если и есть – точных измерений по ним провести невозможно).
• Дымоходные – изготавливаются строго по размеру трубы дымохода. Предназначены для защиты последней от попадания внутрь осадков, мусора и птиц.
• Метеорологические – сбалансированные и самые точные приборы, изготовленные при помощи ковки. Используются на современных метеорологических метеостанциях.
• Флюгеры Вильде показывают не только направление ветра, но и их силу. Оснащены подвесом – пластиной на веревке (или пропеллером небольшого размера). Нулевой отметкой ставят вертикальное положение подвеса, отклонение от него как раз и показывает силу воздушных масс. Кроме того, пропеллер способен пугать птиц.

Для получения более точных данных устанавливайте флюгер на высоте не менее 12 метров. Советуют соблюдать следующие параметры: ширина — 40 см, высота – 70-80 см.

Использование в качестве молниеотвода

Необязательно жить в регионе с частыми грозами, чтобы беспокоиться за безопасность своей семьи и имущества во время непогоды. Особенно актуальна проблема молниеотводов и заземления для домов с крышами из разных видов металла, на которых склонно накапливаться статическое электричество.

Обычно флюгер устанавливается на самой высокой точке здания, Вполне закономерно его использование в качестве молниеотвода. Молниеотвод включает в себя следующие элементы:

• Заземлители;
• Соединение заземлителей;
• Токоотвод;
• Вертикальный опуск;
• Молниеприемник;
• Соединитель приёмника с крышей.

В роли молниеприёмника и соединителя приёмника с крышей служит флюгер. На металлических кровлях токоотводом является само покрытие. Металлическая проволока проведённая до точки, где соединяются несколько заземлителей может быть вертикальным опуском. Если стены состоят из пожаробезопасных материалов, опуск может размещаться внутри.Таким образом, к практическим и декоративным функциям флюгера добавится ещё одна, не менее полезная и значимая, чем все остальные. За безопасность в доме с флюгером-молниеотводом можно будет не беспокоиться даже в самую сильную грозу.

Рабочие инструменты

Список инструментов, с помощью которых можно создать свой шедевр, невелик. Небольшая разница будет только в том, из какого материала будет изготавливаться флюгер – из дерева или из металла.

Необходимо подготовить.

• Электролобзик. Нужно учесть, что необходимо брать разные насадки в зависимости от материала, с которым будут работать. Этот инструмент будет нужен, чтобы вырезать саму конструкцию и ее декоративную часть.
• Дрель и сверла к ней.
• Паяльник.
• Молоток.

• Тиски.
• Струбцины.
• Плоскогубцы.
• Если делать металлический флажок, то понадобятся либо напильники, чтобы вручную отшлифовать изделие, либо машинка для шлифовки.
• Если есть опыт работы с металлом, то тогда могут пригодиться наковальня, аппарат для сварки и даже токарный станок.
• Наждачная бумага.

Громоотвод: не слишком шокирующее изобретение

Питер Хархольдт

Верхняя часть громоотвода , разработанный Бенджамином Франклином. Этот экземпляр из коллекции Франклинианы в Институте Франклина в Филадельфии. Предоставлено сайтом, посвященным трехсотлетию Бенджамина Франклина.

Молния — это сила, с которой нужно считаться. Он может ударить со скоростью, равной одной трети скорости света, и при температуре, превышающей 50 000 градусов по Фаренгейту. Мы все видели красивые вспышки света и слышали рев ударных волн грома, но большинство людей не имеют личного опыта в отношении ущерба, который молния может нанести зданиям, кораблям и многим другим сооружениям, не говоря уже о травмах и смертях, которые она может вызвать. людям. За это мы можем поблагодарить гениальное изобретение Бенджамина Франклина — громоотвод.

На протяжении веков молния была загадкой, которую часто считали действием Бога. Многие философы и ученые середины восемнадцатого века подозревали, хотя и не могли доказать, что молния — это электричество. Теперь мы знаем, что молния возникает, когда в облаках накапливается избыточный электрический заряд. Когда заряд станет достаточно большим, его можно выпустить, спрыгнув с облаков на землю внезапным выстрелом. Когда были проведены эксперименты по «вытягиванию искр» из молнии, наконец было доказано, что грозовые облака электризуются, а молния представляет собой электрический разряд.

Первый эксперимент был проведен по указанию ученого Томаса-Франсуа Далибара, который перевел некоторые книги Франклина с английского на французский. 10 мая 1752 года в деревне Марли-ла-Виль близ Парижа они установили высокий железный стержень, изолированный от земли винными бутылками, и сумели извлечь искры из молнии.

В знаменитом эксперименте с воздушным змеем в Филадельфии Бенджамину Франклину удалось извлечь искры из грозовых туч. Считается, что эксперимент Франклина действительно состоялся 15 июня 1752 года — после эксперимента в Марли-ла-Виль, но до того, как он получил известие об его успехе. Филип Дрей обсуждает спорность эксперимента Франклина в своей книге 9.0015 Похищение Божьего грома: громоотвод Бенджамина Франклина и изобретение Америки . Он утверждает, что Франклин был очень скрытен в отношении плана и проведения экспериментов, и единственным очевидцем был его сын Уильям, который никогда не делал никаких заявлений по этому поводу. В результате нет конкретных доказательств того, что эксперимент действительно имел место; однако это обычно считается правдой. Тайна, окружающая эксперимент с воздушным змеем, делает его одной из самых любимых историй в Америке.

Карриер и Айвз, Библиотека Конгресса

Американская легенда гласит, что Франклин открыл электричество с помощью знаменитого эксперимента с воздушным змеем. Эта версия изображена самыми известными литографами XIX века Карриером и Айвзом.

В описании Дреем эксперимента с воздушным змеем «Франклин нес с собой воздушного змея, которого он сделал из шелка и кедра. К вершине вертикальной палки он прикрепил остроконечную проволоку, которая возвышалась на фут или более над деревом. Шпагат, ведущий вниз от воздушного змея, был привязан к шелковой ленте, а на шелковой ленте висел ключ. Было важно, чтобы Франклин и Уильям стояли в помещении, потому что шелковая лента должна оставаться сухой… Лента должна была быть сухой, чтобы действовать как электрический изолятор. Без шелка, изолирующего ключ от земли, любой электрический ток проходил бы прямо в землю, а не собирался бы в ключе. Франклин сообщил, что видел, как отдельные нити конопли стояли дыбом во время ожидания, и поднес костяшки пальцев к ключу, получив легкий удар. Как только начался дождь и намочил струну, искры начали «испаряться от ключа к руке Франклина».

Доказав, что молния действительно является электричеством, и зная, что для ее притяжения можно использовать железный стержень, Франклин установил первый громоотвод на крыше собственного дома, чтобы продолжить испытания. В своей книге «Эксперименты и наблюдения за электричеством», он утверждает, что «железный стержень, помещенный снаружи здания, от самой высокой части вниз во влажную землю… будет принимать молнию своим верхним концом, притягивая ее таким образом». чтобы предотвратить его удар по любой другой части; и, предоставив ему хорошую транспортировку в землю, предотвратит повреждение какой-либо части здания». Эта книга, изданная в Лондоне в 1751 году, была переведена и распространена по всей Европе, оказав огромное влияние на мир науки. Осенью 1752 г. он опубликовал отрывок в газете 1753 г. Альманах Бедного Ричарда с подробным описанием того, как можно защитить свой дом или судно от молнии:

Как защитить дома и т. д. от МОЛНИЯ.
Это было угодно Богу в его благости к человечеству, наконец, открыть им средства защиты их жилищ и других зданий от вреда громом и молнией. Метод таков: возьмите небольшой железный стержень (он может быть сделан из стержневого железа, используемого гвоздезабивателями), но такой длины, чтобы один конец находился во влажной земле на три или четыре фута, а другой — на шесть или шесть. восемь футов над самой высокой частью здания. К верхнему концу стержня прикрепите примерно фут латунной проволоки размером с обычную вязальную спицу, заточенную до острого острия; Жезл можно прикрепить к корпусу несколькими небольшими скобами. Если дом или амбар длинные, на каждом конце может быть стержень и наконечник, а вдоль хребта от одного до другого может быть промежуточная проволока. Дом, обставленный таким образом, не будет поврежден молнией, она притягивается точками и проходит через металл в землю, не повреждая ничего. Суда также, имеющие остроконечный стержень, закрепленный на вершине их мачт, с проволокой от основания стержня, идущей вниз, вокруг одного из кожухов, к воде, не будут повреждены молнией.

«Современный Прометей», всемирно известный немецкий философ Иммануил Кант по имени Бенджамин Франклин, как записано в книге историка Х.В. Книга Брэндса Первый американец: жизнь и времена Бенджамина Франклина . В греческой мифологии Прометей был известен как разумный, гуманный Бог, принесший огонь с небес на землю на благо человечества, что, безусловно, отражает вклад Франклина в обеспечение безопасности «небесного огня».

Библиотека Конгресса

Эксперимент с воздушным змеем и полученный из него громоотвод сделали Франклина всемирно известным. Эта японская версия истории называется «Фуранкурин то каминари но дзу».

Франклин так и не запатентовал свое изобретение. Дрей рассказывает, что Франклин «верил, что продукты человеческого воображения не принадлежат ни одному человеку и должны быть общими для всех». Хотя Франклин воздерживался от патентования по моральным соображениям, получить патент в колониальной Америке было непросто. Поскольку не существовало стандартного национального процесса патентования, приходилось получать отдельный патент от каждой отдельной колонии.

Хотя сегодня широко признано, что громоотводы эффективно уменьшают повреждение конструкций, ведутся споры о том, как именно они должны работать и какая форма лучше. Франклин считал, что наилучшей формой является острый заостренный стержень. Похоже, он считал, что, хотя громоотвод действует как канал для молнии, он также может помочь предотвратить удар молнии, оттягивая часть заряда от облаков к земле. По его собственным словам, «заостренный стержень либо предотвращает удар от облака, либо, если удар был нанесен, проводит его на землю с безопасностью к зданию».

Поскольку эксперименты продолжались и развивались, теперь считается, что заостренный стержень не предотвращает удар. К. Б. Мур, Г. Д. Олич и Уильям Рисон пришли к выводу в Journal of Applied Meteorology , что «никогда не было представлено никаких достоверных доказательств, демонстрирующих, что громоотводы разряжают грозовые облака или что они предотвращают возникновение ударов внутри грозовых облаков». Принято считать, что заостренный стержень на самом деле притягивает молнию, вызывая повышенный заряд в окружающем воздухе. В этом аспекте жезл Франклина успешно создал точку контакта для удара молнии, а также безопасный путь для ее достижения земли.

Служба национальных парков

Франклин установил громоотвод в своем собственном доме по адресу 141 High Street (теперь Market Street) в надежде побудить других сделать то же самое. Это сработало.

Споры о том, какая форма стержня наиболее эффективна, продолжаются и сегодня. Поскольку громоотвод используется исключительно в качестве приемника молнии, были проведены исследования, чтобы проверить, будет ли стержень с круглым наконечником лучше остроконечного. Чарльз Б. Мур из Ленгмюрской лаборатории атмосферных исследований Горно-технологического института Нью-Мексико провел полевые исследования, чтобы сравнить эффективность заостренных и закругленных стержней. Заостренные и закругленные стержни были размещены в полевых условиях, где различные размеры обоих типов «соревновались» за удары молнии. По круглым стержням ударили тринадцать раз, а по заостренным стержням ударов не было. Это согласовывалось с результатами лабораторных испытаний, и группа, работавшая над проектом, пришла к выводу, что для привлечения ударов молнии лучше использовать круглый стержень. Однако споры все еще продолжаются, поскольку некоторые люди все еще считают, что заостренный стержень лучше.

С момента изобретения Франклина люди пытались улучшить громоотвод. Никола Тесла, известный изобретатель и внес огромный вклад в электротехнику, в 1916 году подал патент № 1266175 на громоотвод. В этом патенте он подробно описал стержень странной формы, состоящий из множества металлических стержней, расходящихся наружу от центрального стержня. Он утверждал, что форма предназначена для эффективного перехвата ударов молнии, не вызывая заряда окружающей среды, что может привлекать больше молний, ​​создавая опасность.

Теодор Хоридчак, Библиотека Конгресса

Монумент Вашингтона изображен здесь с громоотводом в стиле Франклина.

Сегодня у нас есть тонкие электрические системы, которых не было во времена Франклина. Молниеотводы помогают предотвратить возгорание и повреждение конструкций, но не предотвращают «вторичные последствия» поражения молнией, включая повреждение компьютеров и другого электрооборудования. В результате люди разработали другие методы молниезащиты. Устройства защиты от перенапряжения могут уменьшить повреждение электрических систем, сводя на нет скачки напряжения, вызванные ударом молнии. «Детекторы молнии», как следует из названия, могут обнаруживать риск удара молнии, что позволяет пользователю предпринимать такие действия, как отключение устаревшего электрического оборудования.

Пока продолжаются исследования, никто не спорит о важности и необходимости молниезащиты. По оценкам Национального института молниезащиты, «ежегодно в США молния вызывает более 26 000 пожаров с ущербом собственности, превышающим 5-6 миллиардов долларов». Невозможно представить, какими были бы эти цифры без систем молниезащиты и предотвращения. В то время как более совершенные системы предотвращения молнии продолжают развиваться, их корни можно проследить до Бенджамина Франклина и его изобретения.

Источники:

• Brands, HW Первый американец: жизнь и времена Бенджамина Франклина . Нью-Йорк: Doubleday, 2000.
.
• Дрей, Филип. Похищение Божьего грома: громоотвод Бенджамина Франклина и изобретение Америки . Нью-Йорк: Рэндом Хаус, 2005.
.
• Финк, Мика. «Дикая планета: смертоносное небо — как формируется молния». ПБС . 17 марта 2010 г. html>.
• Франклин, Бенджамин. «О молнии и методе (используемом в настоящее время в Америке) защиты зданий и людей от ее пагубного воздействия». Эксперименты и наблюдения за электричеством, сделанные в Филадельфии в Америке . 4-е изд. Лондон: напечатано для Дэвида Генри и продано Фрэнсисом Ньюбери, 1769 г. 479–85. Franklinpapers.org . Американское философское общество, Йельский университет, Гуманитарный институт Паккарда. 18 марта 2010 г.
• «Основы молниезащиты – Национальный институт молниезащиты». Национальный институт молниезащиты (NLSI). 25 февраля 2010 г. .
• Крайдер, Э. «Бенджамин Франклин и первые громоотводы». Meteohistory.org . Международная комиссия по истории метеорологии, 2004 г. 14 марта 2010 г. .
• «Громоотвод». Британская энциклопедия . 2010. Британская энциклопедия онлайн. 17 марта 2010 г. .
• Маллик, С. Лабораторное исследование молниезащитных характеристик рассеивающих устройств. Дисс. Университет штата Миссисипи, 2009 г.
.
• Мур, К.Б., Г.Д. Олич и Уильям Рисон. «Дело об использовании молниеотводов с тупыми наконечниками в качестве приемников удара». Журнал прикладной метеорологии 42.7 (2003): 984.
• Тесла, Никола. Молниеносный защитник. Патент 1266175. 14 мая 1918 г.
.

Как получить громоотвод в Minecraft и использовать его

Перейти к основному содержанию

GamesRadar+ поддерживается своей аудиторией. Когда вы покупаете по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот почему вы можете доверять нам.

(Изображение предоставлено Mojang)

Громоотвод Minecraft — это устройство, которое особенно полезно, если вы попали в шторм, поскольку оно может защитить вас от разрушительного гнева Зевса. Удары молнии, как правило, безвредны, если они попадают на открытом воздухе, но они могут легко убить ваш скот или сжечь ваш деревянный дом Minecraft дотла, если вам не повезло выдержать прямое попадание. Последнее, чего вы хотите, это вернуться домой и найти тлеющую кучу там, где вы когда-то жили, поэтому вам следует уделить первоочередное внимание строительству Молниеносной дороги для некоторого душевного спокойствия.

Громоотвод Minecraft довольно легко изготовить, но рецепт и поиск материалов для его изготовления могут быть немного сложными, поэтому ниже мы познакомим вас с обоими этими элементами. Мы также объясним некоторые из менее очевидных применений этого устройства в Minecraft, чтобы вы знали, как использовать его максимально эффективно.

(Изображение предоставлено Mojang)

Как работает громоотвод Minecraft?

Громоотвод Minecraft отклоняет удары молнии, заставляя ее ударять по стержню, а не по окружающим его блокам. В Minecraft Java Edition площадь, покрываемая громоотводом, составляет 32x4x32. В редакции Bedrock это 64x64x64. Вы должны установить его на негорючий блок, например, на камень, иначе основание и другие близлежащие легковоспламеняющиеся блоки могут загореться от удара.

Естественно, громоотвод ничего не сделает в ясную погоду или в обычный дождь. Вы можете отличить обычный дождь от грозы, взглянув на громоотвод: если он испускает крошечные белые искры, приближаются удары молнии, так что будьте готовы!

Вы всегда можете убрать свой громоотвод и разместить его в другом месте, но обязательно используйте камень или кирку лучшего качества, чтобы удалить громоотвод, иначе он ничего не уронит.

Как получить Громоотвод в Майнкрафт

(Изображение: © Mojang)

Рецепт изготовления громоотвода Minecraft прост — просто поместите три медных слитка Minecraft друг на друга, которые имеют ту же форму, что и сам громоотвод. Единственная трудность, с которой вы можете столкнуться, — это найти медную руду, но если вы просто посмотрите на некоторые близлежащие входы в пещеры или немного покопаетесь, обнаружение достаточного количества медной руды не займет много времени. Затем вы можете переплавить их в печи, чтобы получить три необходимых медных слитка.

(Изображение предоставлено Mojang)

Как упоминалось ранее, громоотвод Minecraft может защитить ваш деревянный дом от ударов молнии, но это определенно не единственное использование громоотвода в Minecraft. Вот несколько примеров его других функций: 

1. Предотвратить превращение мобов во что-то более опасное. Например, сельский житель, пораженный молнией, превращается в ведьму.
2. Целенаправленное создание мобов (и сбор их дропа). Просто поместите жителя деревни в крошечное пространство с громоотводом посередине и подождите, пока он не ударит. Это немного грубо, но эффективно.
3. Удалить окисление с медных блоков. Просто поместите громоотвод поверх меди и подождите, пока он не ударит; зеленоватый цвет исчезнет.
4. Громоотвод посылает сигнал красного камня, когда в него попадает молния, что означает, что вы можете использовать его в цепи красного камня.

Все, что вам нужно сделать, это пойти и найти немного медной руды, и вы получите громоотвод Minecraft в кратчайшие сроки!

Майнкрафт зачарование | Майнкрафт Нетерит | Инструменты Minecraft Netherite | Майнкрафт Незеритовая броня | Якорь возрождения Minecraft | Как приручить лису в Майнкрафт | Как зачаровать топоры в Майнкрафт | Алмазы Майнкрафт | Майнкрафт Аксолотль | Осколки аметиста Minecraft | Светящиеся ягоды Minecraft | Аллей Майнкрафт | Лягушки Minecraft | Майнкрафт Железный Голем

Я независимый журналист, который (сюрприз!) любит видеоигры. Когда я не работаю над руководствами для GamesRadar, вы, вероятно, можете найти меня где-нибудь в Тейвате, Новиграде или Вайтране. Если я не чувствую соперничества, в этом случае вам стоит попробовать Erangel. Вы также можете найти мои слова на PCGamesN, Fanbyte, PCGamer, Polygon, Esports Insider и Game Rant.

GamesRadar+ является частью Future plc, международной медиагруппы и ведущего цифрового издателя. Посетите наш корпоративный сайт (откроется в новой вкладке).

© Дом на набережной Future Publishing Limited, Амбери, Ванна БА1 1UA. Все права защищены. Регистрационный номер компании в Англии и Уэльсе 2008885.

«Громоотвод» Человек»

«Громоотвод» Человек» Громоотвод Человек

Какой грандиозный неправильный гром, подумал я, стоя на моем очаге среди Акроцераунских холмов, как разбросанные болты грохотали над головами и падали в долины, каждый стрела, за которой следуют зигзагообразные лучи и стремительные наклоны острых дождь, который отчетливо звенел, как заряд наконечников копий, по моему низкая черепичная крыша. Я полагаю, однако, что горы поблизости раздаются и взбивают гром, так что это гораздо более славнее здесь, чем на равнине. Слушай! — Кто-то у двери. Кто это выбирает время грозы для звонков? А также почему бы ему, по-мужски, не воспользоваться молотком вместо того, чтобы этот заунывный гробовщик стучит кулаком по полая панель? Но впустите его. А, вот и он. «Хорошего дня, сэр:» совсем незнакомец. «Садитесь, пожалуйста». Что это странного вида трость, которую он носит: «Штраф гроза, сэр».0003

«Хорошо? — Ужасно!»

— Ты мокрый. Встань здесь, на очаг, перед огнем.

«Не для миров».

Незнакомец все еще стоял ровно посередине коттеджа, где он впервые поселился. Его сингулярность побудила к более внимательному рассмотрению. Худощавая, мрачная фигура. Волосы темные и прямые, спутанные пряди на лбу. Его затонувший ловушки глаз были окружены ореолами цвета индиго и играли с безобидный вид молнии: блеск без молнии. весь человек капал. Он стоял в луже на голом дубе пол: его странная трость вертикально опирается на его сторона.

Это был полированный медный стержень длиной четыре фута, прикреплен к аккуратному деревянному стержню, вставив его в два шарика из зеленоватое стекло, окаймленное медными полосами. Металлический стержень оканчивались наверху треногой, тремя острыми зубцами, ярко золоченый. Он держал вещь только за деревянную часть.

— Сэр, — сказал я, вежливо кланяясь, — разве я честь визита этого прославленного Бога, Юпитера Тонаны? Так стоял он в древней греческой статуе, схватившись за удар молнии. Будь ты им или его наместником, я должен поблагодарить тебя. за эту благородную бурю, которую ты заварил среди наших гор. Слушать: это был славный звон. Ах, для любителя величественного это хорошо иметь самого громовержца в своей хижине. гром становится лучше для этого. Но, пожалуйста, садитесь. Этот старый порыв- кресло с низким дном, я согласен, плохая замена вашему вечнозеленый трон на Олимпе; но соблаговолите сесть».

Пока я так любезно говорил, незнакомец смотрел на меня, наполовину в удивление и наполовину в странном ужасе; но не двинул ступня.

«Садитесь, сэр, вам нужно вытереться перед выходом снова.»

Я призывно поставил стул на широкий очаг, где в тот день был разожжен небольшой костер, чтобы рассеять сырость, а не холод; потому что это было в начале месяца Сентябрь.

Но, не вняв моим просьбам, и все же стоя посреди комнаты, незнакомец смотрел на меня знаменательно и говорил.

«Сэр, — сказал он, — извините меня, но вместо этого что я принял твое приглашение сесть там у очага, Я торжественно предупреждаю вас , что вам лучше принять мой , и встань со мной посреди комнаты. Хороший Боже мой, — воскликнул он, начиная — есть еще один из этих ужасных сбои. Предупреждаю вас, сэр, оставьте очаг.

Мистер Юпитер Тонанс, — сказал я, тихонько перекатываясь по камню. — Я очень хорошо стою. здесь.»

«Вы настолько ужасно невежественны, что,» воскликнул он, «как не знать, что, безусловно, самая опасная часть дома, во время такая ужасная буря, как это, камин?»

«Нет, я этого не знал», невольно ступив на первую доску рядом с камнем.

Незнакомец принял теперь такое неприятное вид удачного предостережения, что — совершенно невольно опять — Я отступил к очагу и бросился в самая прямая, самая гордая поза, которую я мог себе позволить. Но я сказал ничего такого.

«Ради бога», воскликнул он со странной смесью тревоги и запугивания — «Ради бога, сойдите с очаг! Разве вы не знаете, что нагретый воздух и сажа проводники; — не говоря уже об этих огромных железных огненных псах? Уйди с места — заклинаю — приказываю тебе».0003

«Мистер Юпитер Тонанс, я не привык, чтобы мной командовали дом.»

«Не называй меня этим языческим именем. Вы нечестивы в это время ужаса.»

«Сэр, не будете ли вы так любезны сказать мне Ваш бизнес? Если вы ищете убежища от бури, вы добро пожаловать, если вы будете вежливы; но если вы пришли по делу, открой его немедленно. Кто ты?»

— Я торговец громоотводами, — сказал незнакомец, смягчаясь. его тон; — Мое особое дело — милостивые небеса! крушение! — Тебя когда-нибудь били — я имею в виду твое помещение? Нет? Лучше быть обеспеченным, — многозначительно загрохотал металлическим персонал на полу, — «от природы замков в грозы; еще, скажи только слово, и этого коттеджа я могу сделайте Гибралтар несколькими взмахами этой палочки. Слушай, что Гималаи сотрясений!»

«Вы прервали себя; ваш особое дело, о котором ты собирался говорить.»

«Мое специальное дело — ездить по стране за заказами на громоотводы. Это мой образец стержня, — постукивая по посоху, — я у меня самые лучшие рекомендации, — роясь в карманах. — В Кригган в прошлом месяце поставил двадцать три удилища только на пять зданий.»

«Посмотрим. Разве не в Криггане на прошлой неделе, около полночь в субботу, что шпиль, большой вяз и купол актового зала были поражены? Там есть какие-нибудь твои жезлы?»

«Не на дереве и куполе, а на шпиле.»

«Что толку от тогда твой жезл?»

«Используется не на жизнь, а на смерть. Но мой рабочий был беспечный. Прикрепляя стержень наверху к шпилю, он позволил часть металла, чтобы задеть оловянное покрытие. Отсюда и авария. Не моя вина, а его. Слушай!»

«Неважно. Этот хлопок лопнул достаточно громкий, чтобы его можно было услышать без тыканья пальцем. Вы слышал о мероприятии в Монреале в прошлом году? Служанка ударила ее изголовье с четками в руке; бусины металлические. Твой ритм простирается до Канады?»

«Нет. И я слышал, что там используются только железные прутья. У них должен быть мой , которые медные. Железо легко плавится. Затем они вытягивают стержень такой тонкий, что его тела недостаточно, чтобы провести полный электрический ток. Металл плавится; здание разрушено. Мой медные стержни так никогда не действуют. Эти канадцы дураки. Некоторые из них вместо этого поверните стержень наверху, что может привести к смертельному взрыву. незаметно унести ток в землю, как такой стержень делает. Шахта единственная правда стержень. Посмотри на это. Всего один доллар за фут».

«Это злоупотребление вашим собственное призвание в другом может вызвать недоверие к себя.»

«Слушайте! Гром становится менее бормотающим. это приближается к нам, и приближается к земле тоже. Слушай! Один забитый крах! Все вибрации сливаются воедино благодаря близости. Еще одна вспышка. Подожди.»

«Что Вы?» Я сказал, увидев его сейчас мгновенно оставив свой посох, наклониться вперед к окно, положив указательный и средний пальцы правой руки на левую запястье.

Но не успели слова ускользнуть от меня, как другой восклицание вырвалось у него.

«Крушение! всего три импульса — меньше трети мили — вон там, где-то в том лесу. Я прошел мимо трех пораженных дубов там, вырванные новые и блестящие. Дуб притягивает молнии больше, чем другая древесина, содержащая в соке растворенное железо. Ваш пол здесь кажется дубовым.»

«Сердце дуба. С того особенного времени, когда ты зашел ко мне, я предположим, что вы намеренно выбираете штормовую погоду для своих путешествий. Когда гремит гром, ты считаешь час особенным благоприятны для производства впечатлений, благоприятных для вашего ремесла».0003

«Слушай — Ужасно!»

«Для того, кто хотел бы вооружить других бесстрашием, ты кажешься неподобающе боязливый сам. Обычные мужчины выбирают справедливость погода для их путешествий; вы выбираете грозы; и все еще —»

«Что я путешествую в грозу, я согласен; но не без особые меры предосторожности, какие могут знать. Слушай! Быстро — посмотрите на мой образец стержня. Всего один доллар в фут.»

«Очень хорошая удочка, осмелюсь сказать. Но что это ваши особые меры предосторожности? Но сначала позвольте мне закрыться там жалюзи; косой дождь стучит в створку. Я буду бар вверх.»

«Вы с ума сошли? Разве вы не знаете, что этот железный прут — это быстрый проводник? Воздержитесь.»

«Я просто закрою ставни, затем позови моего мальчика, чтобы он принес мне деревянный брусок. Молитесь, коснитесь позвони туда.»

«Ты в бешенстве? Этот звонок может взорваться ты. Никогда не прикасайтесь к проводу звонка во время грозы и не звоните в колокол любого вида.»

«Ни тех, что на колокольнях? Молитесь, вы скажете мне, где и как можно быть в безопасности в такое время? Есть ли какая-то часть к моему дому я могу прикоснуться с надеждой всей моей жизни?»

«Есть, но нет где ты сейчас стоишь. Отойдите от стены. Текущая будет иногда сбегают по стене, и — мужчина лучше проводит чем стена — она ​​оторвется от стены и наткнется на него. Налет! Этот , должно быть, упал очень близко. Должно быть, это было шаровая молния.»

«Очень вероятно. Скажи мне сразу, что есть, на ваш взгляд, самая безопасная часть этого дома?»

«Эта комната, и это одно место в нем, где я стою. Иди сюда.»

«В причины сначала.»

«Слушайте! — после вспышки порыв — дрожат створки — дом, дом! — Подойди ко мне!»

— Причины, если позволите.

«Подойдите ко мне!»

«Спасибо снова, я думаю, я попробую свою старую подставку — очаг. А теперь, мистер Человек-громоотвод в паузах грома будь так добр, скажите мне, почему вы считаете эту комнату самое безопасное, и ваша собственная точка зрения там самое безопасное место в это.»

Шторм немного утих. Человек с громоотводом, казалось, почувствовал облегчение и ответил —

«Ваш дом одноэтажный, с мансардой и подвалом; это комната находится между. Отсюда его относительная безопасность. Потому что молния иногда переходит с облаков на землю, а иногда с землю к облакам. Вы понимаете? — и я выбираю середине комнаты, потому что, если молния ударит в в доме вообще сойдет дымоход или стены; так, очевидно, чем дальше вы от них, тем лучше. иди сюда мне, сейчас»

«В настоящее время. Что-то, что вы только что сказали, вместо встревожило меня, странным образом внушило мне уверенность.»

«Что я сказал?»

«Вы сказали, что иногда из земли к облакам.»

«Да, обратный удар, как он есть называется; когда земля, перенасыщенная жидкостью, вспыхивает его излишек вверх.»

«Возвратный удар; то есть с земли к небу. Лучше и лучше. Но иди сюда на очаг и просуши себя.»

«Здесь мне лучше, и мне лучше промокнуть.»

«Как?»

«Это это самое безопасное, что вы можете сделать. Слушайте, еще раз! — чтобы получить себя насквозь промокший в грозу. Мокрая одежда лучше проводники, чем корпус; и поэтому, если ударит молния, может пройти через мокрую одежду, не касаясь тела. буря снова усиливается. У тебя есть ковер в доме? Коврики непроводники. Возьми одну, чтобы я мог стоять на ней здесь, а ты, слишком. Небо чернеет — в полдень сумерки. Слушай! — ковер, ковер!»

Я дал ему один; в то время как покрытые капюшоном горы казались закрывается и кувыркается в коттедж.

«А теперь, поскольку наш быть немым нам не поможет, — сказал я, возвращаясь на свое место, — позвольте мне услышать ваши меры предосторожности в путешествии во время грозы.»

«Подождите, пока это пройдет.»

«Нет, соблюдайте меры предосторожности. Вы стоите в самом безопасном месте место в соответствии с вашим собственным счетом. Продолжайте.»

«Тогда кратко. я избегайте сосен, высоких домов, одиноких амбаров, горных пастбищ, проточная вода, стада крупного рогатого скота и овец, толпа мужчин. Если я ходить пешком — как и сегодня — я не хожу быстро; если в моем багги, я не касаюсь его спины или боков; если верхом, я спешусь и вести лошадь. Но больше всего я избегаю высоких мужчин».0003

«Я мечтать? Мужчина избегает человека? а также во время опасности. »

«Высокие мужчины в грозы я избегаю. Вы настолько невежественны, что не можете знать, что высоты шести футов достаточно, чтобы разрядить электрическое облако на него? Кентукки не одиноки, пахать, ковырять в непроделанной борозде? Нет, если шестифутовый стоять у проточной воды, облако иногда выбирает его проводником к этой проточной воде. Слушай! Конечно, черный вершина расколота. Да, мужчина хороший дирижер. Молния проходит сквозь человека, но только чистит дерево. Но сэр, вы так долго заставляли меня отвечать на ваши вопросы, что я еще не пришел к делу. Вы закажете одну из моих удочек? смотреть на этот образец один? Смотрите: это лучшая из меди. Медь лучший дирижер. Ваш дом низкий; но находясь в горах, эта низость ни на йоту не угнетает его. Вы альпинисты наиболее подвержены. В горных странах человек-громоотвод должен иметь большую часть бизнеса. Посмотрите на образец, сэр. Один стержень будет отвечать за такой маленький дом, как этот. Посмотрите на эти рекомендации. Только один стержень, сэр; стоимость, всего двадцать долларов. Слушай! Вот и все гранитные таконики и хусики разбиты вместе, как камешки. По звуку, который, должно быть, поразил что-нибудь. Высота в пять футов над домом защитит радиус двадцати футов вокруг стержня. Всего двадцать долларов, сэр… доллар за фут. Харк — Ужасно! — Прикажете? Вы будете купить? Мне записать ваше имя? Подумайте о том, чтобы быть кучей обугленных потроха, похожие на сожженную в стойле лошадь с задержкой; и все в одном вспышка!»

«Вы притворились чрезвычайным посланником и министром полномочный представитель Юпитера Тонанса и обратно, — рассмеялся я, — вы просто человек, который пришел сюда, чтобы поставить вас и вашу трубку между глиной и небо, вы думаете, что потому что вы можете ударить немного зеленого свет из лейденской банки, что вы можете полностью предотвратить сверхъестественный болт? Твой стержень ржавеет или ломается, а ты где? Кто уполномочил тебя, ты, Тетцель, продавать свои индульгенции вразнос от божественного рукоположения? Волосы на голове нашей сочтены, и дни нашей жизни. В грозу, как в солнце, я стою спокойно в руках моего Бога. Фальшивый переговорщик, прочь! Смотрите, свиток буря откатывается назад; дом невредим; и в голубых небесах я читаю в радуге, что Божество не будет, цель, вести войну на земле людей».

«Нечестивый негодяй!» — вспенился незнакомец, почернев в лице, как сияла радуга. «Я опубликую твой неверный понятия.»

«Прочь! быстро двигаться! если быстро ты можете ли вы, сияющие во влажные времена, как червь.»

Хмурый взгляд стал чернее на его лице; синие круги расширенные вокруг его глаз, когда буря звенит вокруг полуночи луна. Он прыгнул на меня; его тройное разветвление в моем сердце.

я схватил его; Я щелкнул его; я разбил его; я наступил на нее; и перетаскивание Темный король молний вышел из моей двери, выбросил локтями медный скипетр за ним.

Но, несмотря на мое обращение и несмотря на мое разубедительные разговоры о нем с моими соседями, громоотводом все еще живет в земле; все еще путешествует во время бури и водит смелая сделка со страхами человека.

Громоотвод Определение и значение

• Основные определения
• Викторина
• Связанное содержимое
• Примеры
• Научная

Показывает уровень сложности слова.

Сохрани это слово!

См. синонимы слова громоотвод на сайте Thesaurus.com

Показывает уровень обучения в зависимости от сложности слова.

---

сущ.

стержнеобразный проводник, установленный для отвода молнии от конструкции путем обеспечения прямого пути к земле.

человек или предмет, который притягивает и поглощает сильные и особенно негативные или враждебные чувства, мнения и т. д., тем самым отвлекая такие чувства от других целей: Непопулярный начальник служил громоотводом для критики, которая должна была быть направлена ​​на руководство.

ТЕСТ

ЭТОТ ТЕСТ ПО СИНИМ ПРОТИВОПОЛОЖНОСТЯМ ОБЯЗАТЕЛЬНО ВЫБЕРЕТ ВАС «СИНИЙ»

Как вы думаете, что является противоположностью синего? Посмотрите, как много вы знаете о множестве способов, которыми мы можем описать противоположность синего.

Вопрос 1 из 6

Что символизирует шафран в индуистских традициях?

Происхождение громоотвода

Американизм, восходящий к 1780–1790 гг. , свет-о’-любовь, включи свет, светлая опера, погаси свет

Dictionary.com Полный текст На основе Random House Unabridged Dictionary, © Random House, Inc. 2022

Слова, относящиеся к громоотводу

заземление, молниеотвод, молниеотвод

Как использовать громоотвод в предложении громоотвод для гольфа, получивший прозвище «Капитан Америка» после того, как сборная США проиграла Европе в Le Golf National во Франции.

Патрик Рид госпитализирован, что ставит под сомнение плей-офф Кубка FedEx и Кубка Райдера|Синди Борен|24 августа 2021 г. |Washington Post

Рикардо Саллес, министр окружающей среды Бразилии, который стал громоотводом гнева по поводу вырубки лесов в тропических лесах Амазонки, ушел в отставку в среду после обвинений в том, что он препятствовал федеральному расследованию незаконных рубок.

Министр охраны окружающей среды Бразилии ушел в отставку. Что это значит для Amazon?|Ciara Nugent|24 июня 2021 г.|Time

Правление отказалось принять свою роль громоотвода компании, вернув решение Facebook.

Наблюдательный совет Facebook взорвался на глазах|Николас Риверо|6 мая 2021|Quartz

Законопроект стал громоотводом для республиканской оппозиции, подстегнув заявления о том, что это предвзятая попытка переписать федеральные законы о выборах демократами ‘ услуга.

Демократы Палаты представителей принимают масштабный законопроект о выборах, поскольку законодательные органы Республиканской партии настаивают на ограничении голосования|Майк ДеБонис|4 марта 2021|Washington Post громоотвод для грязных шуток моих братьев и пьяных прозвищ моего отца и дяди.

Кэролайн Хэкс: Высмеивать своего мужа на самом деле не весело|Кэролин Хэкс|11 января 2021|Washington Post

Если ударит молния и Хиллари Клинтон откажется от участия в президентских выборах, у демократов будет кандидат в ожидании.

Крестовый поход сенатора Уоррена на Мейн-Стрит с целью оказать давление на Клинтон|Элеонора Клифт|8 января 2015|DAILY BEAST

Итак, я попросил водителя посигналить, что он и сделал, и Род оглянулся.

История улыбки Ли Марвина Liberty Valance Smile|Роберт Уорд|3 января 2015 г.|DAILY BEAST

И, конечно же, Род, будучи Родом, идет на все сто процентов; его рот открывается, и он говорит: «Что?»

История улыбки Ли Марвина Либерти Вэлэнс|Роберт Уорд|3 января 2015 г.|DAILY BEAST

Род Стюарт и Дайан Сойер Это просто очень интересно.

Самые WTF-каверы «Baby, It’s Cold Outout», всеми любимая классика праздника изнасилования на свидании|Кевин Фэллон|19 ноября 2014|DAILY BEAST

Создатель Род Серлинг был вынужден «не просто развлекать а просвещать».

Как утомленный войной ветеринар создал «Сумеречную зону»|Рич Гольдштейн|13 ноября 2014|DAILY BEAST

Левая пятка последовала за ней, как молния, правая лапа тоже соскользнула, позволив медведю снова тяжело упасть на лед внизу.

Великан Севера|Р.М. Ballantyne

Однако, несмотря на наказания и запреты, употребление табака распространилось со скоростью молнии.

Табак; Его история, разновидности, культура, производство и торговля|E. Р. Биллингс.

И выйдет стержень из корня Иессея, и цветок вырастет из корня его.

Библия, версия Дуэ-Реймса|Разное

Шатун приводил в действие балансир, который приводил в действие воздушный насос, питающий насос и шток-плунжер для перемещения клапанов.

Жизнь Ричарда Тревитика, Том II (из 2)|Фрэнсис Тревитик

Кусок железа, торчащий из траверсы, нес вилку для работы рукояток переключения передач.

Жизнь Ричарда Тревитика, Том II (из 2)|Фрэнсис Тревитик

Научное определение громоотвода

молниеотвод

---

Заземленный металлический стержень, размещенный высоко на конструкции для прямого отведения электрического тока от удара молнии на землю, чтобы токи не поранили людей или животных или не повредили предметы. Молниеотводы обычно имеют острый заостренный наконечник, поскольку электрические силовые линии в большей степени концентрируются вокруг заостренных предметов, что в этом случае увеличивает привлекательность стержня по сравнению с другими близлежащими объектами. См. также огонь Святого Эльма.

Научный словарь American Heritage® Авторские права © 2011. Опубликовано издательством Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Все права защищены.

Журнал прикладной метеорологии и климатологии, том 39, выпуск 5 (2000 г.)

Исследования поведения громоотводов

В попытке понять функцию громоотводов было использовано несколько различных подходов для изучения их поведения. Эти исследования, которые обсуждаются ниже, включали

1. организация соревнования между острыми и тупыми стержнями, выставленными на горном хребте, над которым часто образуются грозовые тучи, для определения того, в какой из них ударит молния,

2. измерение токов, протекающих от земли к наконечникам различных молниеотводов различных размеров и форм,

3. высокоскоростная оцифровка и запись этих токов на выбранные стержни,

4. проведение лабораторных измерений разрядов с эллипсоидальных электродов,

5. теоретический анализ электрических полей вокруг эллипсоидальных электродов до начала разряда,

6. изучение процессов точечного разряда и инициирования возвратного удара, и

7. применение результатов для разработки усовершенствованных молниеотводов.

До сих пор усилия были направлены на исследование защиты от молнии нормальной полярности, в которой отрицательно заряженный ступенчатый лидер спускается из отрицательно заряженных нижних областей грозового облака и вызывает выброс положительно заряженной «возвратной молнии». обводка» лидера от выставленных объектов на земле внизу. До сих пор в измерениях не встречалось ни одного из менее частых положительных грозовых разрядов, подобных тем, которые иногда возникают на стадиях рассеивания грозы и при смерчах. В результате исследования положительной молнии не проводились.

Полевые части этого исследования были проведены недалеко от вершины Южной Лысой вершины высотой 3287 м в горах Магдалена в центральной части Нью-Мексико. Записывающие приборы, использованные в исследовании, были установлены в Kiva II, комнате со стальными стенами, расположенной недалеко от вершины. Ниже приводится краткое описание каждого из этих исследований.

Соревнование по приему молнии между острыми и тупыми молниеотводами

В течение последних пяти лет несколько молниеотводов разной формы подвергались воздействию атмосферных электрических полей над Южной Болди в попытке определить, какая форма молниеотвода будет предпочтительнее. удар молнии, вызванной летними грозами. В этих испытаниях экспонировались стержни Франклина с острыми концами, а рядом с ними устанавливались более тупые стержни (на расстоянии от 5 до 20 м). Пять тупых стержней использовались в 1994, семь в 1995 г. и восемь в 1996, 1997 и 1998 гг. -высокая металлическая мачта, изготовленная из электропровода номинальным диаметром 44 мм. Каждый стержень был соединен с землей «токоотводом» из медной проволоки, в который был вставлен либо предохранитель на 2 А, либо счетчик вспышек молнии, чтобы обеспечить индикацию любого прямого удара молнии. (Последующий «перегоревший» предохранитель был достаточным доказательством удара.)

В этом исследовании использовались стандартные молниеотводы Франклина, одобренные Underwriters Laboratory, Inc. (UL), полученные от компании East Coast Lightning Equipment Co. из Уинстеда, штат Коннектикут. Большинство стержней было изготовлено из алюминиевого круглого ложа; некоторые из них были медными. Стержни имели диаметр 12,7 мм и длину 305 мм. Верхняя часть каждого стержня была сужена к его кончику, причем конусы начинались примерно на 76 мм от вершины и продолжались до тех пор, пока диаметр не уменьшался примерно до 3,5 мм. Затем вершина каждого стержня была грубо обработана в виде конуса с углом прилегания примерно 45°. Хотя конические кончики изначально были очень острыми, после воздействия погоды и сильных электрических полей под грозовыми облаками эти кончики обычно становились несколько менее острыми. Радиусы кривизны нескольких стержней, наблюдаемых после воздействия во время этого исследования, были измерены и составили около 0,1 мм, значение, которое позже используется в некоторых расчетах.

Затупленные стержни, которые использовались в этом соревновании, были изготовлены из круглого материала высотой 305 мм и диаметром от 9,5 до 51 мм. Большинство стержней были изготовлены из алюминия, но также использовались и другие стержни из латуни и нержавеющей стали. Верхние концы всех более тупых стержней были обработаны таким образом, что вершина превратилась в полусферу того же диаметра, что и исходная круглая ложа. После механической обработки полусферы и верхние цилиндрические части каждого стержня были отполированы до зеркального блеска, чтобы исключить любые выступы, которые могли бы локально концентрировать электрические поля. При установке этих стержней на мачты высотой 6,1 м все их концы находились на высоте 6,4 м над уровнем земли.

Удары молнии в конкурирующие молниеотводы

В 1994 году молния ударила в алюминиевый тупой стержень диаметром 19 мм на мачте высотой 6,1 м, расположенный между двумя аналогичными фирменными «молниеприемниками» с острыми концами. инициируется небольшой ракетой, буксирующей незаземленный 90-метровый тонкий провод. Разряд распространялся как выше, так и ниже концов провода, создавая большой разряд молнии, который соединялся с тупым стержнем.

Во время летних гроз 1996 года четыре алюминиевых стержня с тупыми концами, соседствующие с более острыми стержнями Франклина, в разное время участвовали в облачно-земных разрядах. Два из этих случаев были вызваны ударами молнии естественного происхождения, в результате которых перегорели плавкие предохранители и образовались следы сварки на полусферических концах двух разных 19стержни диаметром мм. Третьим случаем был разряд от другого стержня диаметром 19 мм на летящую ракету с коротким отрезком незаземленного провода. На такой же мачте, расположенной на расстоянии 5,5 м, был выставлен неповрежденный острый стержень. Четвертым инцидентом с тупым стержнем стало срабатывание счетчика ударов в токоотводе из стержня диаметром 25,4 мм во время грозы, произошедшей при отсутствии наблюдателей в районе Кивы.

В 1997 году четыре тупых стержня снова участвовали в разрядах молнии, которые не попали в находящиеся рядом острые стержни. Дважды ударили по алюминиевому стержню диаметром 12,7 мм и ударили 19 раз.-мм стержень был поражен один раз, когда молния была инициирована ракетами, которые выбрасывали заземленные провода в воздух под грозовыми облаками; молния, идущая по заземленным проводам, переходила на тупые стержни и оставляла следы сварки на их полусферических концах. 10 сентября 1997 г. естественный удар пришелся по стержню диаметром 12,7 мм. Алюминиевые стержни Франклина с острым концом находились в нескольких метрах от тупых стержней, но ни один из них не участвовал ни в одном из этих ударов. Рисунок 1 представляет собой фотографию двух тупых стержней, которые были поражены во время этого соревнования.

Измерения токов, протекающих к наконечникам молниеотводов

В этом исследовании были исследованы восемь стержней различной конфигурации в течение трех разных летних грозовых сезонов. Каждый громоотвод был соединен с землей через резистор 10 кОм и предохранитель на 2 А проводом номер 10. Перегоревший предохранитель свидетельствовал о попадании молнии в стержень. Падение напряжения на резисторе, используемом для измерения тока, протекающего от земли к стержню, передавалось в Kiva через дифференциальный усилитель и регистрировалось в цифровом виде со скоростью 5 измерений в секунду. Как и следовало ожидать, большие токи текли к стержням с более острыми концами. Подача тока на одобренные UL стержни Франклина с острым концом начиналась, когда окружающее электрическое поле становилось сильнее 2 кВ·м ^-1 и увеличивается до значений около 15 мк А при напряженности поля более 10 кВ·м ^-1 . Выставленные тупые стержни также испускали разряды в сильных полях, но напряженность поля, необходимая для возникновения тока, обычно превышала 5 кВ м ^-1 ; эмиссия в сильных электрических полях была порядка 5 мк А или меньше.

Хотя эти токи могут показаться тривиальными, количество заряда, которое они выделяют в воздух вокруг наконечника, эквивалентно заряду, необходимому для нейтрализации окружающего электрического поля на площади поверхности со скоростью более 100 м ² с ⁻¹ . Влияние концентрированных зарядов, испускаемых вокруг кончика одного из таких стержней, очевидно, ограничивает напряженность локального электрического поля.

Оцифрованные измерения токов, протекающих по молниеотводам

Контрольно-измерительные приборы

Поскольку временное разрешение токоизмерительного самописца было плохим, был получен высокоскоростной дигитайзер, который использовался для измерения токов, протекающих к наконечникам трех различных форм стержней во время ударов молнии возле Кивы II. Дигитайзер модели Innovative Integration PC 31 содержал два аналого-цифровых канала. Входы в каждый из этих каналов были мультиплексированы, так что система позволяла оцифровывать четыре входных сигнала, каждый с частотой 2 МГц. Три молниеотвода, использованные в этом исследовании, были размещены по периферии Kiva II и располагались в вершинах равностороннего треугольника с длиной сторон 5,5 м. В течение 1996, одним из этих стержней был одобренный UL стержень Франклина диаметром 12,7 мм с заостренным концом под углом 45°. Второй стержень представлял собой цилиндрический латунный стержень диаметром 19 мм с закругленным в виде полусферы верхним концом. Третий стержень был изготовлен из нержавеющей стали диаметром 50,8 мм, а его кончик снова был закруглен в виде полусферы.

Нижний конец каждого из этих трех стержней был оснащен установочными винтами для захвата верхнего конца провода, который использовался в качестве коаксиального токоотвода и проходил вниз внутри мачты стального кабелепровода. Каждый из этих токоотводов проходил под монтажным гнездом в коробку с «искровым разрядником» в пространстве под юбкой, окружающей Kiva II. Назначение коаксиальных проводов и коробок с искровыми разрядниками состояло в том, чтобы обеспечить чувствительные измерения токов, протекающих к наконечникам в промежутках непосредственно перед ударом молнии в один из выводов, без серьезного повреждения измерительного прибора один раз. произошла забастовка. Из входной коробки Kiva сигналы подавались на делитель напряжения, 50-омную оконечную нагрузку и буферную схему повторителя напряжения, которая была подключена к четырехканальному дигитайзеру. Принципиальная схема токоизмерительной цепи показана на рис. 2.9.0003

Изменение окружающего электрического поля за пределами Kiva II регистрировалось изолированным круглым электродом, установленным в перевернутом корпусе на высоте около 1 м над землей. Этот электрод был соединен с землей через операционный усилитель, который измерял токи смещения, вызванные изменениями локального электрического поля. Сигнал с датчика изменения поля также прерывался на 50 Ом на входе четвертого буфера. Выход этого буфера подается на четвертый канал дигитайзера и триггерный генератор, состоящий из дифференциатора, выпрямителя и компаратора с регулируемым порогом.

Всякий раз, когда временная скорость изменения сигнала электрического поля превышала заданный порог, генератор выдавал триггер на дигитайзер, который затем сохранял четыре канала оцифрованных данных в течение 1-секундного периода вокруг времени триггера. Чтобы зафиксировать начало каждого разряда, система была настроена на запись около 130 мс данных с каждого канала до запуска и около 900 мс после него. Таким образом, система работала автоматически, собирая данные о близлежащих ударах молнии, которые приводили к скорости изменения электрического поля, превышающей заданный порог.

Текущие измерения

В конце лета 1996 г. было зарегистрировано более 50 наборов данных о молниях в радиусе примерно 2 км от вершины, но ни один из этих разрядов не поразил ни один из аэровокзалов или район непосредственно вокруг вершины. Примеры некоторых собранных данных показаны на рис. 3, 4 и 5. Измеряемые токи включали как токи смещения, вызванные изменениями окружающих электрических полей, так и выбросы заряда, связанные с образованием ионов вокруг наконечников. Как показывают эти и другие записи, острый стержень Франклина излучал сильные всплески положительного заряда во время близкого приближения инициирующего ступенчатого лидера, спускавшегося из грозового облака над головой. С другой стороны, подобных импульсных выбросов от тупых стержней при подходе этих отрицательных лидеров не было, хотя при инициировании ударов регистрировались большие токи смещения к тупым стержням. Текущие экскурсы, показанные на рис. 3 для 19-мм и 51-мм стержни непосредственно перед ударом молнии в основном связаны с токами смещения, вызванными быстрыми изменениями электрического поля, связанными с приближающейся молнией.

Лабораторные исследования разрядов от эллипсоидальных электродов в сильных электрических полях

С целью количественного определения зависимости между напряженностью приложенных электрических полей и излучаемыми точечными разрядными токами без учета возмущений, вызванных переменными ветрами, дующими на электроды, исследование было передано в лабораторию Сокорро. Лабораторное исследование было ограничено исследованием положительных разрядов, поскольку большинство возвратных ударов молнии возникает в результате эмиссии положительных зарядов из точки удара в землю. Кроме того, мы решили использовать вытянутые полуэллипсоидальные электроды для этой части исследования, потому что, как обсуждается позже (в разделе 5), потенциальная функция для этой формы известна (Смайт 19).50, 168–169) и можно было рассчитать напряженность электрических полей вокруг их кончиков.

Четыре таких латунных электрода с радиусами острия 0,0625, 0,125, 0,25 и 0,5 мм соответственно обточили на токарном станке с компьютерным управлением. Кроме того, в попытке получить электрод с еще меньшим радиусом кончика также использовалась стальная игла; его кончик был отшлифован и отполирован до тех пор, пока он не стал похож на вытянутый эллипсоид с радиусом кривизны примерно 0,01 мм, как определено с помощью микроскопа. Высота каждого электрода, использованного в этом исследовании, составляла 141 мм.

Каждый электрод по очереди помещали вертикально на горизонтальную алюминиевую пластину длиной 1 м ² , которая была соединена с землей, но изолировали ее тонким листом майлара. Вторая параллельная пластина ² длиной 1 м была установлена ​​на изоляторах на высоте 295 мм над нижней пластиной. Испытуемый электрод был подключен к земле через резистор 9875 Ом; падение напряжения на этом резисторе измерялось цифровым вольтметром и цифровым осциллографом для получения информации о токе, протекающем с электрода. Отрицательные напряжения В напряжением до 30 кВ затем подавали на верхнюю пластину, создавая положительные (направленные вверх) электрические поля в пространстве между пластинами с напряженностью, которую можно было контролировать от нуля до 100 кВ·м ^-1 . Создаваемые таким образом электрические поля, В _{прикладываемых} , разделенных на расстояние между пластинами, являются «приложенными электрическими полями», которые обсуждаются ниже.

Типичный график токов, излучаемых эллипсоидом с радиусом наконечника 0,0625 мм, показан на рис. 6, на котором видно, что выше порога ток изменяется пропорционально квадрату напряженности приложенного электрического поля . Эта квадратичная зависимость была впервые отмечена Варбургом (1899) нашедший связь между напряжениями В , которые он прикладывал к заостренным электродам в своей лаборатории для создания управляющих электрических полей, и токами С , которые текли в воздух, окружающий электрод,

С a ₀ V V M (1)

где a ₀ — коэффициент, зависящий от расстояния между кончиком электрода и собирающей пластиной, а М – пороговое напряжение, необходимое для возникновения разряда с острия. Более поздние измерения Чепмена и Пилье (Chapman, 1955) с использованием приподнятых электродов, установленных между параллельными металлическими пластинами, к которым прикладывалось напряжение для создания сильных электрических полей, показали, что в неподвижном воздухе ток точечного разряда I изменяется в зависимости от приложенного электрического поля. E ₀ как

I A E ₀ E _порог E ₀ (2)

где A – константа пропорциональности для данного электрода.

Зависимость измеренных токов точечного разряда от квадрата напряженности приложенного поля графически продемонстрирована с использованием подхода Пилье на рис. 7, в котором излучаемые токи I делятся на напряженности приложенного электрического поля E ₀ нанесены по сравнению с E ₀ . Эти участки побудили к тщательному изучению разрядов; Затем было обнаружено несколько интересных явлений при медленном увеличении силы приложенного электрического поля. Никакие токи выше порога обнаружения 0,01 мк А не регистрировались ни от одного из электродов до тех пор, пока приложенное поле не стало очень сильным. Когда поле, приложенное к острой стальной игле, превышало 25 кВ м ^-1 , наблюдались спорадические кратковременные всплески тока (с пиковыми амплитудами около 1 мкс А и длительностью менее 0,5 мкс с), детектировались осциллографом; эти разряды увеличивались по амплитуде и частоте по мере медленного увеличения напряженности поля. Периоды между импульсами уменьшились примерно до 0,35 мс, а средние токи достигли уровня примерно 0,2 мк А, когда напряженность приложенного поля превысила 30 кВ м ^-1 . Затем, по мере дальнейшего увеличения напряженности поля, падение напряжения на резисторе увеличивалось, что свидетельствовало об увеличении эмиссии тока, но всплески прекратились. При осмотре острия иглы в темноте вокруг острия можно было увидеть слабое свечение, свидетельствующее об изменении режима разряда с режима «заряд-импульс» на режим «свечения», описанный Гермштейном (19).60).

В режиме тления ионизация воздуха происходит непрерывно на кончике электрода под действием очень сильных локальных электрических полей. Электроны, освобождающиеся от нейтральных молекул, попадают в острие, а образовавшиеся положительные ионы мигрируют под действием полей, не вызывая дальнейшей ионизации. (Положительные ионы настолько массивны, примерно в 60 000 раз больше массы электрона, что они не ускоряются в достаточной степени для ионизации под действием электрических полей вокруг электрода в режиме свечения. ) В этом режиме напряженность поля при дальнейшем увеличении отношение излучаемого тока к напряженности приложенного поля линейно возрастало с превышением напряженности поля над порогом включения режима свечения, как показано на рис. 7.

Более тупые латунные электроды продемонстрировали в чем-то сходное поведение с увеличением напряженности поля, за исключением того, что импульсные режимы возникали во все более узких диапазонах напряженности поля по мере увеличения радиуса наконечника; с электродом радиусом 0,5 мм произошло увеличение среднего тока от 0,01 до 1,1 мк А при изменении напряженности поля примерно на 1 кВ·м ^-1 . Ток, протекающий от всех этих электродов, становился непрерывным при напряженностях поля, превышающих E 9.0016 _начало уровень. Характеристики линейных графиков, показанных на рис. 7, приведены в таблице 1. Наклон каждого из этих графиков определялся методом наименьших квадратов для данных. Заметим, что при напряженностях поля слабее тех, при которых линейные графики пересекали бы ось E на рис. 7, эмиссий не обнаружено; E _{пересечение} для данного электрода, по-видимому, является силой окружающего электрического поля, ниже которой существующие разряды гаснут. Эти лабораторные измерения показали, что исследование процессов разряда было бы целесообразным, начиная с более ранних исследований положительных точечных разрядов, проведенных Кипом и Лебом.

Внезапное начало тока и исследования Кипа положительных точечных разрядов

Феномен внезапного начала был открыт Кипом (1938, 1939), который также дал объяснение возникновения положительных точечных разрядов. Он продемонстрировал, что начало положительной эмиссии зависит от наличия свободных электронов в воздухе вокруг кончика электрода. Когда свободный электрон появлялся в воздухе над электродом, находящимся в сильном электрическом поле, он ускорялся по направлению к кончику, высвобождая электроны из нейтральных молекул на своем пути. Эти новые электроны, в свою очередь, ускорялись к кончику, высвобождая еще больше электронов и приводя к лавине электронов, которая оставляла только что электронно-дефицитные молекулы газа позади в виде столба более медленно движущихся положительных ионов. Кип обнаружил, что свободные электроны, необходимые для инициирования электронной лавины, могут возникать из-за космических лучей, из-за радиоактивных выбросов в воздух или, что еще проще, из-за действия сильных электрических полей, которые могут извлекать электроны из существующих поблизости отрицательных ионов.

Леб (1935) ранее обнаружил, что отрицательные ионы кислорода отдают свободные электроны всякий раз, когда напряженность локального электрического поля превышает 6,8 МВ·м ⁻¹ при давлении 1 атм, и что критическая напряженность поля изменяется в зависимости от атмосферного давления. . Кип установил, что критическое отношение напряженности поля E к давлению воздуха p для возникновения положительных разрядов составляет E / p 90 В см ⁻¹ торр ⁻¹ , в единицах использовались ранними исследователями в точечных разрядах.

Эти данные объясняют периодические всплески заряда от острого молниеотвода, показанные на рис. 4, и зависимость тока точечного разряда от превышения напряженностью окружающего поля некоторого порогового значения. Обе эти особенности возникают из-за того, что для инициирования электронной лавины требуются гораздо более сильные поля, чем те, которые необходимы для продолжения процесса. Продолжающиеся лавины электронов в этой фазе оставляют положительный объемный заряд ионов в воздухе вокруг иглы, который увеличивается до тех пор, пока не станет примерно эквивалентным разнице между начальным зарядом смещения на игле в начале и оставшимся на игле в момент, когда лавины прекращаются (из-за ослабления поля накоплением пространственного заряда). Никаких дальнейших выбросов не происходит, пока этот объемный заряд не отойдет от наконечника; он мигрирует под влиянием остаточных электрических полей и любого ветра, движущегося мимо острия, и в результате сил отталкивания ионов друг от друга. После того, как этот заряд был удален в достаточной степени, чтобы он больше не экранировал острие, напряженность поля там снова могла подняться выше E / p при 90 В см ^-1 торр ^-1 , после чего может возникнуть новая лавина электронов и создается новая вспышка экранирующих положительных ионов. В этом режиме система электрод–воздух в сильном электрическом поле действует как релаксационный осциллятор.

После инициации электронной лавины становится доступным много свободных электронов. (Во время отдельных лавинных эпизодов, наблюдаемых в момент начала тока, показанных на рис. 5, были измерены всплески заряда порядка 10 нКл, что указывает на то, что около 6 × 10 ¹⁰ электронов прибыли на острие после высвобождения единственного, инициирующего лавину, «затравочного» электрона.) Начавшись, лавинный процесс может продолжаться до тех пор, пока, согласно Кипу (1938), напряженность электрического поля не достигнет наконечник уменьшается ниже отношения E / p примерно 30 В см ^-1 торр ^-1 (около 22 В м ^-1 Па ^-1 ), что эквивалентно напряженности поля менее 2,3 МВ · м ⁻¹ на конце электрода под давлением 1 атм. Харрисон и Гебаль (1953) позже обнаружил, что 30 В см 90 610 -1 90 611 торр 90 610 -1 90 611 были уровнем, при котором ионизация и прилипание электрона в воздухе становятся примерно равновероятными.

Если, однако, окружающее поле вокруг острия усилилось достаточно быстро, в воздухе перед положительным объемным зарядом могут образоваться дополнительные электронные лавины, создающие больше положительных ионов, которые, в свою очередь, создают новые лавины на все больших расстояниях от Подсказка. Результатом этого процесса может быть формирование положительного стримера, способного распространяться самостоятельно под влиянием окружающих электрических полей. Фелпс (1971, 1974) обнаружил, что после возбуждения между параллельными пластинами положительный разряд будет распространяться в направлении поля всякий раз, когда локальное поле сильнее 400 кВ м ^-1 (при давлении 1 атм). В более слабых полях введенные им стримеры быстро гасли. Аллен и Гаффар (1995) усовершенствовали измерение Фелпса, исключив влияние поля вокруг инициирующего электрода; они определили критическую напряженность поля для распространения стримера в удаленных от источника районах 440 кВ м ^-1 , что эквивалентно E / p при 5,8 В см ^-1 торр ^-1 (4,3 В м ^-1 Па ^-1 ).

Эти измерения помогают понять, почему световой ореол вокруг точки разряда ограничен пространством в пределах нескольких миллиметров от наконечника. Конец свечения отмечает область, где напряженность поля упала ниже уровня, необходимого для создания электронных лавин; само свечение возникает в области, где лавинообразно возникающие электроны возбуждают молекулы воздуха и рекомбинируют с положительными ионами.

Выводы Лоэба, Фелпса, Аллена и других о том, что существуют критические отношения напряженности электрического поля к атмосферному давлению, поднимают вопросы о том, какие факторы определяют данное соотношение и какие энергии задействованы. Теперь обратимся к рассмотрению значимости значений E / p , о которых сообщалось.

Изменение напряженности электрического поля вокруг наконечника молниеприемника

Когда изогнутый проводник подвергается внешнему однородному электрическому полю E ₀ напряженность поля на кончике проводника значительно выше, чем в местах, удаленных от конца. Величина усиления относительно невозмущенного поля ( E _{наконечник} / E ₀ ) известна как коэффициент усиления поля k _e . Можно вычислить k _e для некоторых простых симметричных форм проводника, таких как проводящий полусферический выступ, выступающий над проводящей плоскостью (для которого k _e = 3,0), но для вертикальных сечений цилиндров простых аналитических решений не существует. В результате интересующие молниеотводы нельзя рассматривать аналитически, но их геометрию можно аппроксимировать путем моделирования молниеотвода с проводящим вертикальным вытянутым полуэллипсоидом (форма, для которой существует аналитическое решение) с таким же радиусом кривизны. для наконечника и той же высоты наконечника. Используемая система координат показана на рис. 8, а расчетные силовые линии электрического поля вокруг такого эллипсоидального проводника показаны на рис. 9..

С этим предположением об эквивалентной форме наконечника проводника приблизительное значение для k _e может быть рассчитано путем дифференцирования функции потенциала вытянутого полуэллипсоида Смайта (1950, 168–169) с использованием соответствующих метрик. . Эта функция в конфокальных эллипсоидальных и гиперболоидальных координатах равна

, где E ₀ — напряженность однородного внешнего аксиально направленного электрического поля; z — высота интересующей точки над плоской землей; η — положение точки интереса в эллипсоидальных координатах; η ₀ – эллипсоидальная координата поверхности эллипсоида, моделирующего громоотвод; и

Расчетный эллипсоидальный ( E _η ) и гиперболоид ( E _ξ ) Компоненты электрического поля в воздухе около моделируемого стержня 9063 9015 9015 9015 9015 9015501501515 гг. ₀ координата поверхности вытянутого эллипсоида определяется как

η ₀ a c ^−1/2 (13)

имитирующий вытянутый полуэллипсоид (т. е. высота наконечника громоотвода).

Электрическое поле на вершине полуэллипсоида сосредоточено из-за кривизны и высоты проводника. В верхней части эллипсоида, где гиперболоидальная координата ξ равно 1,0 и η равно η ₀ , k _e можно рассчитать по формуле (11) взяв отношение напряженности поля на наконечнике E _{наконечника} к напряженности невозмущенного окружающего поля E ₀ :

График этой зависимости показан на рис. 10.

Чтобы вычислить напряженность поля в любой точке вне эллипсоида, нужно сначала определить фокусную высоту эллипсоида и значение η в нужной точке. Высота фокуса эллипсоида ч _F приведен

H _F C η 0 C η 9060 0

1 ( η 9060 0

( η

1 ( 3 16169.

69.

69. 9

616 9. 9 9

69. 9 9

9 (. точка вне эллипсоида определяется как

, где x — горизонтальное расстояние от оси вертикального полуэллипсоида. Координата η может варьироваться от η ₀ до бесконечности (что обозначает плоскую плоскость высоко над вершиной полуэллипсоида). Для местоположения на оси, непосредственно над эллипсоидом, уравнение. (16) упрощается до

Координата гиперболоида меняется от 0 до 1; он определяется как

Расчет напряженности электрического поля на различных расстояниях r над центром кривизны наконечника относительно напряженности поля на наконечнике показывает, что

для расстояний в пределах 50 радиусов наконечника от острых электродов.

На рис. 11 показан график рассчитанных E _r в зависимости от r, , измеренных в единицах радиуса кривизны вершины a. Из этого рисунка видно, что сильно усиленные поля вокруг кончика острого электрода быстро уменьшаются с расстоянием; напряженность поля на расстоянии одного радиуса острия от поверхности острия составляет треть от напряженности на острие. С другой стороны, поскольку напряженность поля обратно пропорциональна радиусу наконечника, она не уменьшается так быстро над более тупыми электродами. Такое поведение приводит к интересному результату: на расстояниях, превышающих 6 мм или около того, усиленное поле в отсутствие ионизации вокруг стержня радиусом 10 мм намного сильнее, чем поле над стержнем радиусом 0,1 мм при той же высоте и подвергается воздействию одного и того же окружающего электрического поля. Иллюстрации этого результата показаны на рис. 12 и 13. Этот вывод важен, потому что, исходя из предыдущего обсуждения, дальнейшее распространение положительных стримеров зависит от напряженности электрического поля перед положительными ионами на кончике. По-видимому, более сильные поля над тупыми стержнями за пределами зоны излучения точечного разряда способствуют распространению любого формирующегося стримера.

Эти расчеты изменения напряженности поля над кончиком электрода, находящегося в однородном электрическом поле, были использованы для оценки толщины ограниченных объемов, в которых возникают электронные лавины, то есть Кипа (1938) « чувствительных объемов. ” Эти оценки по лабораторным измерениям представлены в табл. 2.

Из табл. 2 видно, что при возникновении электронных лавин сильных электрических полей, необходимых для начального освобождения электронов от отрицательных ионов, не существует при расстояния более 0,25 мм от любого из этих наконечников; Чувствительные объемы Кипа сосредоточены прямо вокруг кончиков электродов. Перейдем теперь к изучению процессов точечного разряда.

Исследование процессов точечного разряда

Зависимость токов точечного разряда (в неподвижном воздухе) от квадрата приложенных электрических полей, указанная в работах Варбурга, Чепмена и др. , позволяет предположить наличие двух разных процессов во время этих излучений действуют силы окружающего поля. Это предположение подтверждается исследованием излучений заряда, таких как те, что показаны на рис. 3, 4 и 5, из которых следует, что количество положительного пространственного заряда ионов, создаваемого в каждой вспышке, зависит от избыточной напряженности электрического поля выше порога, а время, необходимое для очистки этого пространственного заряда, является функцией движения ионов. под влиянием окружающего электрического поля и ветра. Чепмен (1967) признал зависимость текущих эмиссий от скорости ионов и предложил соотношения, подобные уравнению (20) to fit his measurements:

I A _F h E ₀ E _threshold KE ₀ ² υ ^{2 1/2} (20)

где А _F — коэффициент пропорциональности, ч — высота электрода, ε — диэлектрическая проницаемость воздуха (8,85 пФ м ⁻¹ ), К — подвижность положительных ионов [номинально около 1,4 × 10 ⁻⁴ м·с ⁻¹ (В m ⁻¹ ) ⁻¹ для условий лаборатории Пилье], а υ — скорость ветра, проходящего мимо кончика электрода. Хотя Чепмен рассчитал значения коэффициентов A _F для различных электродов, он не представил анализа их изменений в зависимости от размера электрода. В результате его отношение не может непосредственно использоваться для анализа этих данных. Есть также некоторые проблемы в уравнении. (20). Чепмен предположил, что подвижности ионов в сильных электрических полях были такими же, как и в слабых электрических полях с хорошей погодой, в то время как Варни (1953) измерения скоростей положительно заряженных ионов азота показывают, что их подвижности в сильных полях могут составлять всего одну треть от значений в слабом поле. Кроме того, в своих расчетах Чепмен напрямую использовал напряженность приложенного электрического поля и не учитывал усиленную напряженность поля, действовавшую на ионы на концах его электродов. Тем не менее Чепмен дал объяснение связи Варбурга, приведенной в уравнении. (1), и, исходя из подхода Чепмена, можно предложить упрощенную модель процессов переноса заряда во время вспышечного режима.

Соотношения режима импульсного разряда

Для этой модели мы предполагаем, что после освобождения свободного электрона над кончиком электрода лавины электронов продолжаются, оставляя за собой положительные ионы до тех пор, пока электрическое поле, создаваемое этими ионами, не ослабит локальное поле, что лавины прекращаются. Величину объемного заряда ионов, создаваемого во время такого всплеска, можно оценить по изменению заряда смещения на острие, которое происходит при уменьшении локального поля от поля в начале лавины до поля в конце.

Теперь рассмотрим вертикальный цилиндрический металлический молниеотвод, сформированный в виде полусферы наверху, который подвергается воздействию окружающего однородного вертикального электрического поля напряженностью E ₀ . The displacement charge Q _d induced by the electric field on the hemispherical tip is taken to be

Q _d πa ² k _e E ₀ (21)

, где a — радиус полушария.

Мы ссылаемся на наблюдения Кипа (1938) о том, что точечные разряды начинаются после того, как напряженность локального электрического поля на игле превышает критическое значение E _начало и прекращаются, когда напряженность поля на игле падает ниже значения «выключения». E _{прекращение} . Далее мы предполагаем, что верхний предел количества нового объемного заряда в воздухе, окружающем иглу, после эпизода электронной лавины эквивалентен изменению Δ Q _d in the displacement charge on the tip, which is approximated by

Q _d πa ² E _tip E _cessation (22

Здесь E _{наконечник} и E _{прекращение} нельзя измерить напрямую, но можно измерить напряженность окружающего поля, E ₀ , а значения для k k 0660 e , можно рассчитать коэффициент усиления поля на наконечнике. Продукт k _e E ₀ можно использовать для оценки E _tip . Аналогично, E _{прекращение} можно аппроксимировать, используя напряженность окружающего внешнего электрического поля E _ex (напряженность окружающего поля при прекращении активности точечного разряда), умноженную на k _и . (В текущих лабораторных измерениях было обнаружено, что E _{точка пересечения} равна E _ex .) С этими приближениями уравнение. (22) can be rewritten as

Q _d πa ² k _e E ₀ E _ex (23)

In still В воздухе объемные заряды положительных ионов будут двигаться радиально наружу под действием локального электрического поля, которое уменьшается с расстоянием r от центра кривизны, а также в результате их отталкивания друг от друга. Продолжительность интервала между импульсами, вероятно, контролируется очисткой ионов вокруг острия, потому что для миграции ионов требуется период многих микросекунд, тогда как электронные лавины происходят довольно быстро; многие из измеренных лавин были завершены в течение одной микросекунды или меньше.

В этой модели средний ток 〈 I 〉 определяется изменением Δ Q _d в вытесняющем заряде на кончике стержня, вызванном последовательностью заряд-всплеск, деленном на время Δ t , необходимое для очистки образующихся положительных ионов, которые защищают кончик от окружающего электрического поля:

I πa ² K _E E ₀ E

0660 0 E 669

E 669 E 669 E 9060. (24)

Поскольку напряженность электрического поля над кончиком смоделированного эллиптического электрода (в отсутствие каких-либо ионов) зависит от радиуса кривизны кончика, Δ t может быть определено как

, где Δ N — число радиусов a наконечника, по которым проходят положительные ионы в интервале между вспышками точечного разряда, а 〈 υ 〉 — средняя скорость ионов, которая здесь зависит от силы локального электрического поля, действующего на ионы, и от любого ветра, движущегося мимо острия. Это отношение приводит к

Чтобы оценить уравнение. (26), 〈 υ 〉 и Δ N, ни одно из которых не может быть измерено напрямую, необходимо знать. Поэтому в этом анализе экспериментально определенные времена очистки от ионов Δ t используются в уравнении. (24). Перейдем теперь к рассмотрению токов режима свечения.

Зависимости режимов тлеющего разряда

Лабораторные эксперименты, рассмотренные в разделе 2d, показали, что по мере усиления приложенного поля частота вспышек увеличивалась, а время между вспышками становилось настолько коротким, что всплески, по сути, превращались в непрерывные разряды. В режиме свечения весь кончик электрода оказывается покрытым свечением, что свидетельствует о том, что электронное возбуждение происходит по всей площади острия под действием локальных электрических полей; это предполагает участие процессов фотоионизации. Следовательно, эквивалентная площадь для индукции почти полусферического наконечника может быть использована с рассчитанным коэффициентом усиления поля 9. 0015 k _e and the experimentally determined slopes of the I / E versus E plots in Fig. 7 to calculate relative ion-clearing times t _c and to исследовать, как они меняются с радиусом наконечника. Вставка наклона I / E ₀ ( E ₀ − E _ex ) из графика выбросов для данного электрода в уравнение. (24) дает

, который можно использовать для получения произведения t _c и напряженности приложенного поля E ₀ , при условии, что E ₀ больше 90 или _onset / k _e :

The E ₀ t _c values ​​calculated for the five electrodes used in the laboratory measurements are shown in Table 3 together with the values на t _c рассчитано для E _{наконечник} равен E _начало для каждого электрода. (Для этих расчетов предполагалось, что k _e не изменялись с началом ионизации; если значения k _e уменьшались с образованием продукты уменьшились бы пропорционально.) Соотношение a / E ₀ t _c в таблице 3 имеет единицы подвижности, но не является мерой истинной подвижности положительных ионов. Тем не менее интересно, что это отношение псевдоподвижности уменьшается с увеличением радиуса кончика. Из расчетов E ₀ t _c для стержней на заданной высоте видно, что расчетное относительное время радиус наконечника a (m) как

, из чего следует, что 〈 υ 〉/Δ N для положительных ионов, мигрирующих под действием электрических полей вокруг этих электродов в неподвижном воздухе, примерно равно 3,4 × 10 ⁻⁴ [м с ^-1 (В м ^-1 ) ^-1 ] умножить на E ₀ . В результате уравнение (24) можно переписать для неподвижного воздуха, тлеющего режима как0015 K _E E ₀ E _EX ^-4 E ₀ (30)

E ₀ (30)

E ₀ (30)

E ₀ (30)

, это может быть. испускаются в более слабых электрических полях от электродов с острым концом, они удаляются гораздо быстрее, чем вокруг более тупых, имеющих такую ​​же высоту и экспозицию. Теперь можно рассмотреть влияние этого открытия на молниезащиту; обратимся теперь к рассмотрению возвратных ударов молнии.

Благодарности

Многие из обсуждаемых здесь идей о природе положительных разрядов, эффектах столкновений ионов с молекулами воздуха и преобразовании положительных объемных зарядов в стримеры плазмы ранее обсуждались в ясных и поучительных статьях о проводимости и процессов распада газов — А. Ф. Кипа (1938, 1939), А. фон Хиппеля (1959), И. Галлимберти (1979).

Мы благодарим Чарльза Х. Акермана (East Coast Lightning Equipment Co.), Гарольда Дж. Ван Сикла (AC Lightning Security Co.), Патрисию Л. Роббинс (Robbins Lightning, Inc.), Томаса Дж. Коттла-младшего (Capital Lightning Protection Co.), Роберт Э. Крайп мл. (Independent Protection Co., Inc.), Деннис Диллон (Bonded Lightning Protection Systems Co.), Деннис А. Дженкинс (Power Technologies Co.), Г. Максвелл (Maxwell Lightning Protection of Florida Co.), Уилла Пристли (Priestley Lightning Protection Co.), Тони А. Райли (Advanced Lightning Technology Co.) и DJ Stepka (ERICO) за их щедрую поддержку, которая сделала возможным это исследование. Мы также глубоко признательны Уильяму П. Винну и Сандре Кифт за их большой вклад в это исследование, а также Марксу Бруку за предоставленный им дигитайзер. Мы благодарим рецензентов за их идеи и предложения.

ССЫЛКИ

• Аллен, Н.Л., и А. Гаффар, 1995: Условия, необходимые для распространения катодонаправленного положительного стримера в воздухе. J. Phys. Д, 28, 331–337.

• Бергер, К., 1977: Земная вспышка. Lightning, RH Golde, Ed., Academic Press, 119–189.

• Bondiou, A., and I. Gallimberti, 1994: Теоретическое моделирование развития положительной искры в длинных промежутках. J. Phys. Д, 27, 1252–1266.

• Чепмен, С., 1955 г.: разряд токов короны из точек на самолете или на земле. Серия отчетов Корнельской авиационной лаборатории, CAL 66, Корнельская авиационная лаборатория, Корнельский университет, 78 стр.

• Чепмен, С., 1967: Коронный разряд из изолированной точки. Серия отчетов Cornell Aeronautical Laboratory, CAL 161, Cornell Aeronautical Laboratory, Inc., Корнельский университет, 59 стр.

• Кобайн, Дж. Д., 1958: Газопроводники. Dover Publications, 606 стр.

• Франклин, Б., 1774: Эксперименты и наблюдения за электричеством. Перепечатано в 1941 г. Эксперименты Бенджамина Франклина, И. Б. Коэн, Эд., Издательство Гарвардского университета, 453 стр.

• Галлимберти, И., 1979: Механизм формирования длинной искры. J. Phys., Colloque, 40, 193–250.

• Harrison, MA, and R. Geballe, 1953: Одновременное измерение коэффициентов ионизации и прилипания. Физ. Рев., 91, 1–7.

• Hermstein, W., 1960: Die Stromfaden-Entladung und ihr Uebergang in das Glimmen (Стримерный разряд и его переход в свечение). Арх. Электротех., 45, 209–224.

• Кип, А.Ф., 1938: Плоскостной разряд в воздухе при атмосферном давлении. Физ. Рев., 54, 139–146.

• Кип, А.Ф., 1939: Начальные исследования положительной короны от точки к плоскости в воздухе при атмосферном давлении. Физ. Рев., 55, 549–556.

• Леб, Л.Б., 1935: Энергия образования отрицательных ионов в O2. Физ. Рев., 48, 684–689.

• NFPA 780, 1997 г.: Стандарт по установке систем молниезащиты, издание 1997 г. Национальная ассоциация противопожарной защиты, 46 стр.

• Фелпс, К. Т., 1971: Распространение коронных стримеров с усилением поля. Ж. Геофиз. Рез., 76, 5799–5806.

• Фелпс, К. Т., 1974: Инициирование системы положительных стримеров и ее возможная роль в инициировании молнии. Дж. Атмос. Террест. Phys., 36, 103–111.

• Шонланд, Б.Ф.Дж. и Х. Колленс, 1934 г.: Прогрессивная молния. Проц. Рой. соц. Лондон, 114, 654–674.

• Смайт, В. Р., 1950: Статическое и динамическое электричество. McGraw-Hill, 616 стр.

• Умань, Массачусетс, 1969: Lightning. McGraw-Hill, 264 стр.

• Варни, Р. Н., 1953: Скорость дрейфа ионов в кислороде, азоте и монооксиде углерода. Физ. Рев., 89, 708–714.

• фон Хиппель, А., 1959: Проводимость и пробой в газах. Молекулярная наука и молекулярная инженерия, А. фон Хиппель, изд., John Wiley and Sons, 39–57.

• Варбург, Э., 1899 г.: Ueber die Spitzenentladung (На момент выгрузки). Wiedemann Annalen Phys. хим., 67, 67–83.

• Уиллетт, Дж. К., Д. А. Дэвис и П. Ларош, 1999 г.: Экспериментальное исследование положительных лидеров, инициирующих ракетные молнии. Атмос. Рез., 51, 189–219.

Как работает громоотвод?

08.06.2020

Когда кто-то спрашивает нас, как работает громоотвод? Поясним, что громоотвод – это внешняя оконечная защита здания или других сооружений от прямых ударов молнии.

Индекс:

1. Что такое громоотвод?
2. История громоотвода
3. Эффекты ударов молнии
4. Операция
5. Внешние системы молниезащиты
6. Проектирование и монтаж
7. Как узнать, нужна ли вам внешняя система молниезащиты

Что такое громоотвод?

Молниеотвод   — это внешний терминал, установленный в здании или сооружении, предназначенный для привлечения молнии в контролируемую точку удара и предотвращения ее попадания в нежелательную область или людей.

Существует несколько типов молниеотводов с различными характеристиками. Но они состоят из металлических материалов, и их морфология основана на одной или нескольких выступающих точках, на которые воздействует разряд.

Вся установка называется Система молниезащиты, она в основном состоит из:

• Системы захвата (громоотводы)
• Токоотвод.
• Системы заземления.
• Ограничители перенапряжения.

Прежде чем объяснять, как работает молниеотвод , мы хотели бы представить его в контексте истории и представить вам возможные последствия ударов молнии.

История громоотвода

15 июня 1752 года, в ненастный день в Филадельфии изобретатель-ученый по имени мистер Бенджамин Франклин взорвал воздушного змея с металлическим каркасом, привязанного шелковым шнуром, в который он предварительно вставил металлический ключ. , положив его рядом с рукой. Благодаря этому опыту он смог наблюдать, как по шелковой нити электричество достигало ключа и летели электрические искры.

Он смог подтвердить, что металлический ключ был заряжен электростатическим электричеством, и продемонстрировал, что облака были электрически заряжены и что удары молнии были сильными электростатическими разрядами.

Франклин обнаружил, что если удар молнии или электрический огонь, как он это называл, когда он выходит из облаков и находит на своем пути к земле металлический канал, чтобы попасть внутрь, он остается там и рассеивается. В результате этого безумного эксперимента, год спустя, в 1753 году, он открыл громоотвод типа Франклина, и этот воздушный змей стал самым известным в истории.

Эффекты ударов молнии

Среди некоторых различных эффектов, которые могут вызвать удары молнии, мы можем упомянуть такие, как тепловые, физиологические, электродинамические, электрохимические эффекты и т. д. Из-за их важности мы подчеркнем тепловые и физиологические эффекты.

Термические эффекты возникают из-за высокой температуры, достигаемой каналом, по которому протекает ток молнии, она может достигать до 20 000 °С, что наносит большой ущерб при поражении электрическим током, например, дерева или ударов о конструкцию .

С другой стороны, физиологические эффекты, они в основном влияют на живые существа и возникают из-за шаговых и контактных напряжений, возникающих при разряде молнии на землю. Для борьбы с этими эффектами и смягчения их последствий правила защиты от молнии устанавливают меры безопасности для людей и животных, такие как те, которые изложены в Приложении D к стандарту UNE 21186: 2011.

Существуют также международные нормы, касающиеся воздействия тока молнии на организм человека и домашний скот (IEC TR 60479-4: 2011). И другие правила, которые устанавливают процедуры безопасности для снижения риска, когда мы находимся вне конструкции или здания (IEC/TR 62713).

Удар молнии также имеет два очень характерных сопутствующих эффекта: молния, являющаяся ее световым эффектом из-за сильной циркуляции тока (до 200 кА), и гром, являющийся звуковым эффектом из-за расширяющейся воздушной волны, которую он создает. нагревается за несколько микросекунд до очень высоких температур.

Операция

Когда люди спрашивают нас Как работает громоотвод ? Укажем, что это молниеприемник, дающий внешнюю защиту зданию или сооружению от прямых ударов молнии. Таким образом, громоотвод всегда должен быть установлен над самой высокой точкой здания или сооружения, которое мы должны защитить, он будет отвечать за улавливание и безопасное проведение грозового разряда на землю.

Для улавливания этого разряда молниеотвод имеет наконечник и металлический корпус, которые соединены токопроводящей сетью с системой заземления с низким импедансом (менее 10 Ом), в которой рассеивается разряд молнии.

В условиях грозы между системой облако-земля возникает высокое напряжение из-за большого количества электрических зарядов, присутствующих как в основании облака, так и на земле. Это высокое напряжение является спусковым крючком для запуска лидера, спускающегося с луча, который будет просверливать диэлектрический воздух между облаком и землей. Возникающее в этой зоне очень сильное электрическое поле Е (кВ/м) вызывает циркуляцию восходящих электрических зарядов по телу молниеотвода противоположного знака, инициируя восходящий трассер, который встретится и рекомбинирует с нисходящим лидером , захватывая его и выгружая на землю.

Внешние системы молниезащиты

В настоящее время существует 4 системы внешней защиты, которые одобрены правилами:

• Молниеотводы Franklin
• Клетки Фарадея
• Молниеотводы Early Streamer Emission
• Воздушные кабели

Благодаря своим преимуществам по сравнению с другими системами внешней защиты в настоящее время наиболее часто используется молниеотвод ESE (Early Streamer Emission), он обеспечивает больший радиус защиты, чем другие системы (радиус до 80 м при уровне защиты I). ) и его установка очень проста, поскольку в некоторых случаях требуется только токоотвод для передачи тока молнии и заземление для рассеивания всей его энергии. Вследствие всех этих факторов установка системы молниеотводов ESE проста, легка, быстра и имеет очень низкую стоимость по сравнению с другими системами.

Проектирование и установка

Для правильного проектирования системы молниезащиты в здании мы должны сначала провести анализ риска того же самого, чтобы определить, необходима ли ее защита. В утвердительном случае, что молниезащита необходима, мы должны рассчитать, какой уровень защиты или коэффициент безопасности следует применить к этой конструкции (I, II, III или IV). На веб-сайте INGESCO есть бесплатное онлайн-программное обеспечение для расчета и оценки этого риска.

После того, как будет рассчитан уровень защиты конструкции, мы выберем из этих 4 систем внешней молниезащиты, которая наилучшим образом соответствует вашим потребностям в каждом проекте.

Если в качестве внешней системы молниезащиты выбран молниеотвод ESE, мы будем соблюдать все рекомендации, установленные международными стандартами (UNE 21186:2011, NFC 17.102:2011, NP 4426:2013)

В статье установка громоотводы вы найдете более подробную информацию о том, как установить молниеотвод ESE в соответствии с указанными правилами.

 

Как узнать, нужна ли вам внешняя система молниезащиты

Решение об установке внешней системы защиты от поражения электрическим током зависит от действующих в каждой стране правил.

Для изготовления молниеотвода использовали железный прут: Для изготовления молниеотвода использовали железный прут