Когда вы остановитесь и подумаете об этом, то просто поразительно, как мы использовали электричество для строительства и питания наших обществ. Это почти похоже на волшебство: взять тот же природный феномен, который питает наш мозг и мышцы, и использовать его для всего остального. Конечно, мы все учились в школе, как открытие и использование электричества навсегда изменили человеческое общество, но эта технология существует так долго (линии электропередачи были изобретены раньше, чем вы можете себе представить), что мы принимаем ее как должное. Тем не менее, электричество — это тема, которая продолжает удивлять вас, чем глубже вы в нее копаетесь. Вы даже услышите, как электрики говорят, что они не до конца это понимают, и что никто на самом деле не понимает. В этом духе мы хотим взглянуть на несколько вещей, которые вы, возможно, не знали об электричестве.
Очевидно, что школьный опыт каждого уникален. Возможно, вы узнали некоторые или все из следующего. Если это так, поздравляем, мы рады, что ваша школа получила финансирование и ваши учителя позаботились о ней. Тем не менее, мы надеемся, что по крайней мере несколько следующих моментов станут для вас сюрпризами и углубляют вашу признательность за то, о чем вы не задумываетесь дважды, подключая зарядное устройство для телефона.
Бенджамин Франклин не открывал электричество, и его эксперимент с воздушным змеем, возможно, не состоялся
Каждый американский ребенок знает историю о том, как Бенджамин Франклин во время грозы запускал воздушного змея с ключом, прикрепленным к веревке, и чуть не погиб от удара током, когда ударила молния. Поскольку это предположительно произошло в 1700-х годах, до того, как электричество стало обычным явлением, предполагается, что его открыл Франклин. Не совсем. Люди наблюдали электричество на протяжении тысячелетий, хотя их понимание было более примитивным, чем наше сегодня.
BBC Science Focus предоставляет отличный обзор научных открытий, связанных с электричеством. Фалес Милетский был одним из первых людей в зарегистрированной истории, наблюдавших статическое электричество, греческий философ, действовавший около 585 г. до н.э. Мы получили слово «электричество» из 15-го века, а эксперименты последующих столетий расширили наши знания о том, как его проводить, изолировать и хранить, задолго до рождения Франклина. Также важно отметить, что Бенджамин Франклин был человеком эпохи Возрождения, человеком, у которого было много интересов, а не только электричество. После Франклина пришли многие ученые, которые посвятили свою жизнь более глубокому изучению этого явления и сформировали то, что мы имеем сегодня.
Возможно, что еще более важно, исторические данные вызывают сомнения в отношении знаменитого эксперимента Франклина с воздушным змеем. Хотя записано, что это произошло в июне 1752 года, никто точно не знает, где Франклин это сделал и совершил ли он это сам. Не помогает и то, что он не рассказал об этом людям в течение нескольких месяцев после этого и не смог четко задокументировать, что именно он проводил эксперимент (через NPS). Справедливости ради надо сказать, что для этой версии есть некоторые доказательства, а не сплошная выдумка вроде вашингтонского мифа о вишнёвом дереве. Франклин был невероятным человеком, который внес много неоценимого вклада, но его история о воздушном змее, возможно, не входит в их число.
Молния становится в 5 раз горячее Солнца
Да, молния на Земле — месте, известном тем, что находится в зоне обитаемости Златовласки, — может каким-то образом стать горячее, чем наша собственная звезда. Конечно, здесь есть небольшой нюанс. Сама по себе молния не является той, которая достигает 10 больших размеров. Электричество, технически говоря, нельзя измерить с точки зрения температуры, но материю (например, воздух) можно измерить. Электрическое сопротивление может выделять массу тепла, поэтому вам нужны инструменты, которые должным образом изолированы, прежде чем использовать их для электромонтажных работ. Еще один фактор, который следует учитывать, заключается в том, что воздух является одним из самых плохих проводниковых материалов, поэтому из-за этого температура может подняться примерно до 50 000 градусов по Фаренгейту (27 760 градусов по Цельсию).
Кроме того, солнце не имеет единой и одинаковой температуры повсюду. По данным Britannica, температура поверхности Солнца составляет около 10 000 градусов по Фаренгейту (5 537,78 градуса по Цельсию), но глубже внутри она достигает 27 миллионов градусов по Фаренгейту (14 999 982,22 градуса по Цельсию). Температура над Солнцем, например, в короне, также может достигать около 1,8 миллиона градусов по Фаренгейту (999 982,22 градуса по Цельсию). Таким образом, в этом случае молния становится горячее, чем поверхность Солнца и окружающая его атмосфера.
Это пугающие цифры, но на практике они склонны преувеличивать угрозу, которую представляют молнии. Молния может ударить в вашу машину, и вы сможете выжить без единой царапины. Молния также постоянно поражает самолеты и меркнет по сравнению с сильной турбулентностью. Конечно, удары молнии убивают людей, но ознакомьтесь с «Историями выживших после удара молнии» Национальной метеорологической службы и удивитесь длинному списку людей, которые выжили, чтобы рассказать эту историю.
Электричество распространяется (почти) со скоростью света
Говорят, что скорость света — это предел скорости Вселенной. Насколько нам известно, путешествие со скоростью света или быстрее останется научной фантастикой. Однако некоторые вещи могут приблизиться, и электричество — одно из них. Вы можете наблюдать этот эффект сами прямо сейчас; просто включите свет, и он загорится практически мгновенно. Наше человеческое оборудование недостаточно чувствительно, чтобы отличить скорость света от чего-то, что немного медленнее скорости света, но электричество проходит около 90% пути. Свет распространяется по Вселенной со скоростью 299 792 км/с, а электричество немного отстает со скоростью примерно 270 000 км/с. Более интересный вопрос почему электричество движется так быстро.
Все сложно. Ответ на этот вопрос демонстрирует, насколько разрушительно электричество. Профессор физики Кристофер С. Бэрд из журнала «Научные вопросы с неожиданными ответами» объясняет, почему. Электричество связано со свободно движущимися электронами, квантовыми частицами и их взаимодействующими электромагнитными полями, когда они движутся по проводу. На этом субатомном уровне происходят странные вещи, например, тот факт, что электрический ток технически движется быстрее, чем сами электроны. Электроны не мчатся по проводу; вместо этого изменения в их электромагнитных полях позволяют эффектам тока распространяться гораздо быстрее, чем эффект любого отдельного электрона. Чтобы еще больше запутать ситуацию, нужно измерить несколько различных скоростей: от скорости дрейфа отдельных электронов до скорости, с которой электрические эффекты распространяются через систему.
Если вы запутались, не волнуйтесь. По сути, электричество в проводе может приближаться к скорости света, по крайней мере, если оно находится в вакууме. Но скорости его составных частей (как и скорость отдельного электрона) меняются, иногда на порядок медленнее. Таким образом, электричество может парадоксальным образом двигаться со скоростью, близкой к скорости света, даже если его электроны находятся далеко от него.
Электрические транспортные средства до бензиновых
Это своего рода рефлекторное предположение, что с самого начала автомобили были бензиновыми двигателями внутреннего сгорания, а затем, когда технология была усовершенствована, появились электромобили — более чистые, тихие и, возможно, лучшие варианты. Удивительно, но это неправда. Первый электромобиль старше, чем вы думаете, он появился на сцене в 1832 году. десятилетия до Гражданской войны в США. Сумасшествие, да? Опять же, если углубиться в историю, появляется еще больше нюансов. Двигатели внутреннего сгорания действительно предшествовали электродвигателям на сотни лет, но они использовали порох, водород, газ (не бензин) и другие виды топлива до того, как нефть стала доминировать в 1858 году. Итак, если мы говорим о современном внутреннем сгорании, каким мы его знаем, по сравнению с электродвигателями, электродвигатели фактически выиграли гонку – каламбур.
Имейте в виду, что первый электромобиль имел огромные ограничения. По сути, это была улитка на колесах, которая, вероятно, не могла доехать до другого конца города, прежде чем умереть, и ее батареи требовали замены после каждого использования. Аккумуляторные батареи появились примерно 30 лет спустя, в 1859 году.
Было бы также упущением не упомянуть, что в то время электрическая сеть была не такой, как сегодня; для справки, Кливленд был первым американским городом, в котором появилось общественное электрическое освещение, и это произошло только в 1879 году. Найти надежные зарядные устройства для электромобилей в современных США все еще является проблемой, поэтому представьте, что в то время заряжался электромобиль, не говоря уже о том, чтобы владеть им. Однако все изменилось, и какое-то время электромобилями владело больше американцев, чем в 2023 году. Эта известность закончилась благодаря Ford Model T и дешевому бензину, а остальное уже история.
Электрический стул стал результатом спора по поводу источников переменного и постоянного тока.
Сегодня разница между переменным и постоянным током — это небольшой забавный научный урок, но вначале это был жаркий спор. Томас Эдисон был категорически против использования переменного тока конкурента Джорджа Вестингауза вместо его собственного постоянного тока. В его кругу были сторонники, в том числе электрик Гарольд Браун, который публично заявил, что переменный ток более опасен. Был также дантист Альфред Саутвик, который выступал за быструю, безболезненную, не уродующую смерть от переменного тока — особенно как решение для штата Нью-Йорк, который тогда рассматривал более «гуманные» методы казни. Поэтому Эдисон решил запятнать имя Вестингауза, сделав слова «переменный ток» и «смерть от поражения электрическим током» синонимами.
В зависимости от того, какой источник вы спрашиваете, Эдисон, возможно, сделал это ради беспощадной капиталистической конкуренции, чтобы вытеснить кондиционер Westinghouse из гонки, или он, возможно, искренне считал, что кондиционер — плохая идея. Был один тревожно вводящий в заблуждение трюк прессы, когда Эдисон поддержал демонстрации, в ходе которых примитивный электрический стул с питанием от переменного тока убивал различных животных, как «доказательство» предполагаемой опасности переменного тока для потребительского использования. Позже он даже способствовал внедрению в тюрьмах электрических стульев переменного тока. Однако здесь важно то, что Эдисон на самом деле не знал достаточно о казни электрическим током, чтобы быть авторитетным специалистом в этом вопросе; теперь мы знаем, что электрический стул – не безболезненный и гуманный вариант.
Независимо от его мотивов, усилия Эдисона были полууспешными; «Вестингаузед» стал синонимом поражения электрическим током, по крайней мере, на какое-то время. Но в конечном итоге переменный ток оказался лучшим из двух для передачи электроэнергии, в то время как постоянный ток лучше всего подходил для приложений на короткие расстояния — и это остается верным и сегодня. Да, и Westinghouse Electric Corporation все еще существует на момент написания статьи, в то время как GE, по иронии судьбы, переживает неверные решения другого бывшего генерального директора, Джека Уэлча.
