Юный техник, 2001 № 01

Стоит сказать, что мы повсеместно недооцениваем возможности электростатических сил.

В знаменитых Фейнмановских лекциях по физике (т.5. Мир, 1977) приведены интересные выкладки о величине электрической силы: «Если бы в вашем теле или теле вашего соседа, стоящего от вас на расстоянии вытянутой руки, электронов оказалось бы всего на 1 % больше, чем протонов, то сила вашего отталкивания была бы невообразимо большой… Ее хватило бы, чтобы поднять вес, равный весу Земли».

На главенствующую роль электростатических сил в природе, даже по сравнению с гравитационными, указывал еще академик А.Д. Сахаров.

Тот же солнечный ветер, исходящий от нашего светила, представляет собой плазму, состоящую из потока различных частиц: электронов, протонов, нейтральных частиц. Так как скорость движения солнечного ветра достигает 700 км/с, может происходить усиление магнитного поля за счет так называемого удвоения магнитных трубок: возникает гидромагнитное динамо.

Первые публикации об ионолетах появились еще лет тридцать тому назад, однако до сих пор сколь-нибудь практичные конструкции пока не созданы. Впрочем, уже сегодня можно предвидеть следующее.

Вместо химического топлива ракеты XXI века будут оснащаться мощными источниками энергии. Мысль ученых сосредоточена сейчас над проектами ракет, работающих на потоке электризованных частиц.

Они хотят наилучшим образом решить техническую задачу, поставленную еще гением К.Э. Циолковского. Старт таких кораблей будет происходить, конечно, не с поверхности Земли, а с перевалочных станций на орбитах. Там солнечного света в изобилии, а гравитация составляет лишь небольшую часть земной тяжести. Это позволяет довольствоваться очень малыми ускорениями, то есть скорость ракеты можно будет накапливать постепенно. Да, продолжительность полетов при этом увеличится, но для грузового транспорта скорость может и не быть решающим фактором.

Я хочу сказать, что перевод грузовых ракет на солнечное электропитание — вполне разумная перспектива. Не исключено, что именно по этому пути пойдет в будущем значительная часть межпланетного транспорта.

Скажем, недавно американское космическое агентство НАСА сделало сенсационное заявление: профессор Вашингтонского университета Роберт Уингли нашел способ значительно увеличить скорость космических кораблей, благодаря чему путешествия за пределы Солнечной системы могут стать реальностью уже через 10 лет.

Несмотря на то, что изобретение ученого существует только в виде прототипа, эксперименты НАСА, намеченные на осень этого года, должны дать окончательный ответ на вопрос, найдет ли практическое применение изобретение Уингли. При этом многих исследователей поражает простота идеи, заложенной в основу данного изобретения.

Она состоит в том, что вокруг космического корабля необходимо создать так называемый «магнитный конверт», который будет отклонять солнечный ветер, способствуя тем самым его ускорению до 80 км в секунду, или 288 тыс. км в час.

Солнечный ветер, как, наверное, знают читатели «ЮТ», представляет собой газообразные потоки, идущие от Солнца, при этом их скорость достигает 3,6 млн. км/ч.

Земля защищена от них магнитным полем. Аналогичное поле и предлагает создать американский профессор вокруг космических кораблей. На такой скорости потребуется лишь 3–4 года, чтобы долететь до границ Солнечной системы, в то время как сейчас для этого необходимо 42 года.

В заключение следует отметить, что изобретение Роберта Уингли основано на давно известных законах физики. Неужто никто не придумает, как использовать «молниевую машину»?

ВЕРСИИ

И вновь о молниях

Слово И. Полунину.

Молния — это природная электрическая искра. В лабораторных условиях для ее возникновения необходимо приложить напряжение в 3 млн. вольт на метр. Если учесть потери, неизбежные в облаке, это число необходимо увеличить как минимум вдвое. Непосредственные же измерения показывают, что в облаке имеет место лишь напряжение в 200 тыс. вольт на метр. И тем не менее молниевая машина облака исправно работает.

Тем более удивительно, что в грозовом облаке энергия аккумулируется на каплях, изолированных друг от друга воздухом, который, как известно, представляет собой неплохой изолятор. Каким же образом за тысячные доли секунды — а именно столько длится молниевый разряд — миллионы миллиардов капель, находящихся в облаке объемом в несколько кубических километров, успевают соединить свои заряды?

Американский профессор Дж. Фоллин считает, что и накопление заряда в туче, и сам разряд молнии происходят под воздействием космического излучения. Исследователь полагает, что именно космические лучи, попадая в атмосферу Земли, разбивают на атомы молекулы воздуха, ионизируя их. При этом из атомов выбиваются электроны, которые, в свою очередь, низвергаются электронной лавиной в нижние слои облака, накапливаются там и за короткий промежуток времени создают потенциал в сотни миллионов вольт. Именно этот потенциал и разряжается в конце концов огромной электрической искрой — молнией.

Причем самому разряду опять-таки способствуют космические лучи, ионизируя молекулы воздуха ниже облака, подготавливая ионизированные каналы. Таких молниевых каналов образуется великое множество, они пересекают друг друга. Поэтому молния, переходя из канала в канал, движется такими странными зигзагами, а не по прямой.

Однако этой гипотезе Фоллина, по-моему, присущ один недостаток. Космическое излучение поступает в атмосферу Земли практически постоянно, а вот грозы бывают не каждый день. Стало быть, тут есть еще какие-то причины.

Интересную гипотезу на этот счет некогда выдвинул один из старейших наших метеорологов И.Е.Воробьев, долгое время работавший на высокогорных метеостанциях. Однажды он стал свидетелем такого явления. Тяжелое грозовое облако надвигалось прямо на метеостанцию, находившуюся на высоте 3250 м над уровнем моря. Оно буквально зацепилось за крышу станции, и туча, дотоле сыпавшая громы и молнии, разразилась…снегопадом. Причем снежинки оказались весьма необычного вида — они представляли собой длинные ледяные иголки, даже нити, переплетавшиеся между собой таким образом, что в воздухе как бы медленно опадали серпантиновые ленты.

А что, если такой «серпантин» — довольно обычное явление в грозовом облаке? Из электростатики известно: на острие того или иного предмета напряженность магнитного поля увеличивается. Заряды стекаются на концы нитей, и, когда они соприкасаются между собой, величина суммарного заряда быстро возрастает. Такое увеличение в конце концов и приводит к пробою — молнии.

ДАВАЙТЕ РАЗБЕРЕМСЯ

Конденсатор по имени Земля

На уроках вы знакомились с электрическими конденсаторами и определением их емкости (см. рис. 1).

Для шарового (рис. 1а) она определяется из формулы:

Когда изолятором служит вакуум или воздух, то величина диэлектрической постоянной е = 0,88·10^-13 Фарад/см.

Если неограниченно увеличивать внешний радиус нашего конденсатора R₂, то он превратится в изолированный шар с емкостью: