Еженедельник "Снабженец"
http://www.snab.ru

Полная версия этой статьи в формате PDF:
СКАЧАТЬ

Ежесекундно на Земле вспыхивает около 100 молний. Для их формирования необходимо разделение положительных и отрицательных зарядов в облаке. После накопления достаточно больших зарядов происходит искровой разряд между облаками или между облаком и поверхностью земли. Температура молнии может достигать 30 000 °С, что почти в 5 раз горячее, чем поверхность солнца! Изучением этого явления природы занимались М. В. Ломоносов, Г. Рихман, Б. Франклин. Создание громоотвода началось после смерти русского ученого Георга Рихмана (1711–1753 гг.). С 1745 г. он занимался опытами по электричест­ву и первым начал количественное изучение элек­т­рических явлений, построив электроскоп. При­бор Рихмана состоял из железной линейки, против ребра которой была подвешена льняная нить длиной 45 см и весом 33 мг. Внизу был устроен квадрат с делениями. С помощью этого прибора ученый исследовал электрическое поле, которое назвал «тончайшей возбужденной материей», окружающей наэлектризованные тела. Рихман наэлектризовывал металлы трением и изучал электрический разряд. Работая с М. В. Ло­моносовым, он готовил академическую речь об атмосферном электричестве, но 26 июля 1753 г. был убит во время наблюдения грозы. Весть о его трагической гибели потрясла Европу и Аме­рику. Именно под впечатлением этого события чешский физик Прокоп Дивиш (1698–1765 гг.) пос­т­роил в 1754 г. первый в Европе заземленный молниеотвод. Американский ученый Бенджамин Франклин (1706–1790 гг.) любил повторять, что нет ничего более полезного и благодарного (а также в наибольшей степени способствующего удов­летворению тщеславия), чем реализация проек­тов, которые улучшают не только жизнь общества, но и собственное существование. Он давно подозревал, что молния — всего лишь электрический разряд, а вовсе не знамение Божье. Во время грозы Франклин как-то запустил воздушного змея, привязав к веревке железный ключ, вокруг которого засверкали искры (1752 г.). Так он получил подтверждение своей гипотезы: молния — это электричество. А вскоре изобрел громоотвод. Однажды увлекательные опыты с элек­тричеством едва не лишили изобретателя жизни, когда со свойственной ему склонностью к остроумным решениям он попытался умертвить индюшку с помощью электрического разряда. Не тогда ли впервые родилась идея «электрическо­го?стула»? Интерес Франклина к науке был спро­во­цирован не только природным умом и лю­бознательным тщеславием самоучки, но и при­сущим ему прагматизмом. Когда губернатор Пенсильвании предложил ему запатентовать же­лезную печь (она была более безопасной, тре­бовала меньше дров и лучше прогревала дома, до сих пор ее называют «печью Франклина»), он отказался: «Получая удовольствие от чужих изобретений, приятно сознавать, что и ты можешь оказать услугу людям». Искусством извлечения самой важной выгоды — удов­летворения своего самолюбия — Бенджамин ов­ладел в совершенстве. Ну а слава не заставила себя ждать: Оксфордский университет в 1762 г. присвоил ему докторское звание. Позже он был удостоен золотой медали Лондонского ко­ролевского общества и стал его почетным членом. Описание первого способа защиты от молний появляется в ежегоднике «Альманах Бедного Ричарда». «Способ этот таков, — писал Франк­лин. — Возьмите тонкий железный стержень (каким, например, пользуются гвоздильщики) длиною, достаточною для того, чтобы три-четыре фута одного конца опустить во влажную землю, а шесть-семь другого поднять над самой высокою частью здания. К верхнему концу стержня прикрепите медную проволоку длиной в фут и толщиной с вязальную спицу, заостренную как игла. Стержень можно прикрепить к стене дома бечевой (шнуром). На высоком доме или амбаре можно поставить два стержня, по одному на каждом конце, и соединить их протянутой под коньками крыши проволокой. Дому, за­щи­щенному таким устройством, молния не страшна, так как острие будет притягивать ее к себе и отводить по металлическому стержню в землю. И она уже никому не причинит вреда. Точно так же и суда, на верхушке мачты которых будет прикреплено острие с проволокой, спускающейся вниз на палубу, а затем по одному из вантов и обшивке в воду, будут предохранены от молнии». Постоим за себя Несмотря на сокрушительную мощь молнии, уберечься от нее довольно просто. Во время грозы следует немедленно уходить с открытых мест, ни в коем случае нельзя прятаться под от­дельно стоящими деревьями, а также находиться вблизи высоких мачт и ЛЭП. Не следует держать в руках стальные предметы. Кроме того, во время гроз нельзя пользоваться средствами ра­диосвязи, мобильными телефонами. В по­ме­щении нужно обесточить телевизоры, радиоприемники и бытовые электроприборы. Для защиты радиотехнических антенн раз­работан молниеотвод (пат. 2019002), пред­став­ляющий собой заземленную радиопрозрачную ди­электрическую трубу, закрытую снизу. Пони­жение давления внутри трубы создается набе­гающим ветром. Развивающаяся молния создает в трубе газоразрядный градиент. Разряд молнии отводится в землю плазмой внутри трубы. Ана­логичное устройство (пат. 2229763) защищает электроприемники от воздействия разрядов молнии. Молниеотвод (пат. 2352042), созданный уче­ными ВНИИ электрификации сельского хо­зяй­ст­ва, включает мелкоячеистую сетку, собственно штыревой молниеотвод, токопроводящие спуски и заземлители. Для защиты железобетонных и кирпичных дымовых труб от разрушающего действия электрических грозовых разрядов С.?Хо­жаев предложил (пат. 2275722) зазем­лен­ные металлические электроды выполнять в виде перьев-завихрителей. Далее их нужно установить с разрывом на оголовке трубы, а между ними разместить наклонно-восходящие пластины, обра­зующие вместе с электродами аэро­дина­мическую решетку. Безопасность полетов Статистика показывает, что на 5–10 тыс. летных часов самолета приходится один удар мол­нии, к счастью, почти все поврежденные летательные аппараты продолжают полет. Без­опасность полетов в условиях грозы обес­пе­чи­вается интегрированием в состав конст­рук­ций из углекомпозита бронзовой сетки, которая сущест­венно увеличивает массу конструкции и снижает срок безопасной эксплуатации таких деталей. В Летно-исследовательском институте им. М.?М. Громова разработана молниеотводящая сег­ментная шина (пат. 2244664) для защиты обтекателя антенны самолета. МСШ пред­ставляет собой диэлектрическое полосное пок­-рытие, обеспечивающее горение дуги между сегментами при разряде молнии. На основе проведенных исследований и раз­работок специалисты ФГУП «ВИАМ» пред­ложили иное решение проблемы — с помощью молниезащитных покрытий (МЗП) на основе угленанокомпозитов (пат. 2217320, 2263581). Придание им молниестойкости достигается бла­годаря применению тканых структур (угле­тка­ней), прошедших обработку углеродными нано­частицами с последующей пропиткой поли­мер­ным связующим. Это способствует повыше­нию электро- и теплопроводности, теплостой­ко­сти и прочности материала. Предложенное решение — использовать в ка­честве МЗП слои углекомпозита — по сути, яв­ляется революционным. Введение в полимерную матрицу углеродных наночастиц не только обеспечивает молниезащищенность конструкции, но и существенно повышает эксплуатационные и аэродинамические характеристики за счет сни­жения массы планера самолета. Молниеносные факты На Руси повелителем грома и молний счи­тался Илья-пророк, который раскатывал по небу на громыхающей колеснице. Святой Илья жил в IX в. до н. э. и единственный из пророков был живым взят в Царство Небесное. Как обычно, позднее в образе этого святого смешались языческие и христианские верования: прототип Ильи — грозный славянский бог Перун. Илья-пророк приносит землянам большую пользу. Молнии успевают выхватить из воздуха миллионы тонн азота, связать его и направить в землю, удобряя почву. В последние годы разработаны методы и устройства для активной молниезащиты и отбора энергии молнии (пат. 2277744 и 2369991). Более того, электрические разряды в ат­мо­сфере расчищают небо для полетов космических кораблей. В радиационных поясах Земли су­щес­т­вует промежуток, в котором почти нет за­ря­жен­ных частиц благодаря тому, что радиоволны от земных молний отбирают энергию у заряженных частиц и расталкивают их. В результате кос­ми­ческие корабли на средней орбите не под­вер­гаются вредному воздействию радиации. Алексей Ренкель, патентовед