Анатолий Томилин - Рассказы об электричестве

Интересным и перспективным направлением работ является разработка топливных элементов. Правда, некоторые исследователи считают, что эти системы, занимающие промежуточное положение между гальваническими элементами и аккумуляторами, относятся скорее к электрическим машинам. Они их так и называют: электрохимические генераторы — ЭХГ. В топливных элементах свободная энергия электрохимической реакции переходит непосредственно в электрическую энергию. Вот, например, схема водороднокислородного топливного элемента: газ водород поступает из баллона-термоса, где хранится в сжиженном состоянии, к отрицательному электроду-катализатору. Здесь он ионизуется. Точно так же к положительному электроду поступает кислород. Ионы водорода проходят через ионообменную мембрану, соединяются с ионами кислорода. Образовавшаяся в результате реакции вода — единственный «выхлоп» такого элемента-генератора. Заманчивая перспектива, не так ли?

В качестве топлива может применяться не только сжиженный водород, но и другие вещества. Немало научно-исследовательских лабораторий сегодня работают над тем, чтобы довести водородно-кислородный топливный элемент до промышленного состояния. И есть мнение, что в ближайшее десятилетие нас ожидает здесь настоящая техническая революция.

Недавно в завязавшемся разговоре с приятелями физиками услышал я любопытное суждение: «Самым энергоемким аккумулятором относительно единицы массы была бы шаровая молния…»

Что же это такое? «Шаровая молния — редко встречающаяся форма молнии, представляющая собой светящееся шарообразное или грушевидное тело диаметром 10–20 сантиметров и больше, образующееся обычно вслед за ударом линейной молнии. Существует от 1 секунды до нескольких минут». (Советский энциклопедический словарь. Москва, 1980, с. 1517.)

Не знаю, как вам покажется, но для меня информации в этой статье «не густо». Может быть, попробовать прочитать в том же словаре статью «Молния»? Откроем страницу номер 832… «Молния, гигантский электрический искровой разряд между облаками или между облаками и земной поверхностью, длиной несколько километров, диаметром десятки сантиметров и длительностью десятые доли секунды. Молния сопровождается громом».

Не очень много в этих определениях общего. Да это и понятно. С тех пор как люди перестали видеть в явлениях природы «гнев божий», о шаровой молнии написано множество заметок, статей, книг, и все равно никто из ученых не знает, что это такое.

Вот характеристика этого удивительного явления, составленная по огромному количеству наблюдений:

1. Внутренняя емкость — от 0,1 до 4 кВт·ч.;

2. Время существования — от нескольких секунд до 4 минут;

3. Масса — от 0,5 до 50 г.;

4. Плотность — от 0,0013 до 0,015 г/см 3.

Смотрите, какая точность! И все равно никто не знает, что такое шаровая молния. Просто досада какая-то!

Одним из первых ученых, вполне грамотно описавших шаровую молнию, был Доменик Франсуа Араго. Правда, и он больше спрашивал, чем объяснял: «Как и где образуются эти скопления весомой материи, сильно пропитанные веществом молний? Какова их природа?.. По этому поводу в науке существует пробел, который необходимо заполнить».

Эти слова он писал в середине прошлого века, выпуская интереснейшую книгу «Гром и молния». В 1885 году она была переведена и издана у нас в Петербурге.

Араго был уверен, что шаровая молния — это шар с гремучими газами — соединением азота с кислородом, — насквозь пропитанный «веществом молнии». Такой шар, по мнению ученого, возникал в грозовых облаках, заряжался наподобие конденсатора электричеством разных знаков и падал на землю. Изолятором в таком конденсаторе мог служить сухой, уплотненный электрическими силами слой воздуха между заряженными оболочками.

В случае «пробоя» изоляции искра поджигала гремучие газы — и шар взрывался. Если же «пробоя» не происходило, электрическая энергия могла тихо «стечь» с шара — и он так же тихо исчезал.

К сожалению, в гипотезе Араго слова не говорилось о «магниевой материи», игравшей не последнюю роль в жизни шаровой молнии.

Потом было еще много предположений о природе этого загадочного явления. Одни авторы считали, что шаровая молния несет в себе весь запас имеющейся энергии. Другие, напротив, предполагали, что источник ее находится вне шаровой молнии. Может возникнуть вопрос: если положение дел настолько неопределенно, то как могли составить ту конкретную характеристику, которую я привел? Ведь там даны и масса, и плотность, будто шаровую молнию взвесили и пощупали, есть даже энергоемкость… Как ее определили?

В 1936 году в редакцию английской газеты «Дейли мейл» пришло письмо одного читателя из графства Херфордшир. Вот что он писал:

«Сэр! Во время грозы я видел большой раскаленный шар, спустившийся с неба. Он ударил в наш дом, перерезал телефонные провода, зажег оконную раму и затем исчез в кадке с водой, стоявшей под окном.

Вода кипела затем в течение нескольких минут, но когда она достаточно остыла, чтобы можно было поискать шар, я ничего не смог обнаружить в бочке.

У. Моррис. Дарстоун, Херфорд».

Королевский астроном, которого попросили прокомментировать это письмо, сообщил: «По-видимому, то, что видел ваш корреспондент, представляет собой очень редкое явление, известное под названием… шаровой молнии…»

Это сообщение вызвало интерес среди ученых, и они подсчитали примерную энергию, затраченную на кипячение воды в кадушке. Получилось от одного до трех киловатт-часов. Это в свою очередь позволило оценить удельную энергоемкость шаровой молнии как минимум в 100 кВт·ч.

Интересно, что аналогичный «опыт» наблюдал у нас в Закарпатье близ города Перечина С. С. Мах. «В августе 1962 года, — пишет он в письме, — около 11–12 часов вечера в корыто с водой для скота упала шаровая молния размером с теннисный мяч; она светилась цветами радуги в течение около 10 секунд. Вода из корыта почти полностью выкипела, на дне лежали сварившиеся лягушки. Размер корыта 0,3×2,5 м. Глубина слоя воды — 15 см. В двух других корытах также были обнаружены сварившиеся лягушки».

В этом случае описываемая шаровая молния должна была иметь значительно большую удельную энергоемкость. Ведь масса выкипевшей воды — почти 100 килограмм.

Из чего же должна состоять шаровая молния, чтобы произвести такое действие? Это наверняка не «горючее вещество», потому что тогда оно должно обладать фантастической эффективностью.