Jak funguje hromosvod (Viktor Tomilov) /

Téměř každý ví, co je to hromosvod (dříve se mu říkalo hromosvod), mnozí vědí, jak funguje. Ale jen málokdo ví, jak funguje hromosvod. Naprostá většina lidí má nesprávnou, hluboce mylnou představu o tom, jak funguje hromosvod. Zdá se, že pokud by se na ulici prováděl průzkum mezi kolemjdoucími s jedinou otázkou – Jak funguje hromosvod, pak by z 1000 respondentů správně odpověděl pouze 1 člověk. 990 lidí z 1000 by samozřejmě odpovědělo špatně, několik lidí (9) by upřímně přiznalo, že odpověď na tuto otázku nezná. V chápání naprosté většiny lidí je hromosvod navržen a funguje následovně – na střeše domu je upevněna železná tyč, spojená železným drátem se zemnící elektrodou (železný předmět umístěný v zemi) , blesk během bouřky zasáhne hromosvod (hromosvod, stejná železná tyč) a elektrický náboj jde do země, aniž by způsobil poškození budovy nebo lidí. To, že blesk při bouřce udeří do hromosvodu a náboj jde do země, a že přesně takhle funguje hromosvod, je špatná odpověď. Správná odpověď je, že hromosvod funguje přesně opačně – se správně zkonstruovaným a v dobrém stavu hromosvod do tohoto místa blesk nikdy neuhodí! Proč mají lidé tak špatný názor na provoz hromosvodu?! Jednak proto, že ve školních hodinách fyziky učitel nevysvětluje, jak funguje hromosvod. I když by se zdálo, že právě takové vysvětlení by bylo užitečné a bylo by dobrým příkladem toho, jak se fyzika v životě uplatňuje. Ve školních učebnicích nebylo místo pro vysvětlení principu fungování hromosvodu. Proč ve školních učebnicích, v učebnicích fyziky pro ústavy také nebylo pro takové vysvětlení místo.
Za druhé, důvodem nepochopení principu fungování hromosvodu jsou četné knihy jako „Elektřina doma a na venkově“, ve kterých je černobíle napsáno: „Hromosvod dostane úder blesku a odvádí bleskový proud do země.” Ale ve serióznější referenční literatuře lze vidět podobný výklad principu činnosti hromosvodu. Jako příklad můžeme uvést vydání Sovětského encyklopedického slovníku z roku 1979, ve kterém se na straně 832 dočtete: „RADITOR BLESKŮ, zařízení k ochraně budov, průmyslových, dopravních, zemědělských. a další stavby budou zničeny. následky přímého úderu blesku. Skládá se z kovu. tyč nebo kabel, který se zvedne nad chráněný objekt a dostane úder blesku, a ze spolehlivého uzemnění (přes které jde výboj do země) s celkovým odporem asi 10 ohmů.“
Nyní žijeme v éře internetu a zdálo by se to jednodušší, stačí zadat do vyhledávacího řádku prohlížeče – Jak funguje hromosvod? A vše bude jasné a srozumitelné. Vůbec ne! Uvidíte četné odpovědi odborníků (v uvozovkách odborníků), kteří svými slovy naprosto sebevědomě vysvětlí, že princip fungování hromosvodu spočívá v tom, že do hromosvodu udeří blesk a elektrický náboj jde do země. Zcela jinou odpověď dostanete, pokud do vyhledávacího řádku prohlížeče napíšete Wikipedia bleskosvod. Ke cti Wikipedie a autorovi článku, že si tam můžete přečíst správnou verzi principu fungování hromosvodu (z pohledu moderní fyziky). Článek začíná principem činnosti hromosvodu. Čteme – „Princip fungování“. Během bouřky se na Zemi objeví silné elektrické pole. Síla pole je zvláště vysoká v blízkosti ostrých vodičů, a proto se na konci hromosvodu zapálí korónový výboj. Vzduch v blízkosti hromosvodu je vysoce ionizován v důsledku korónového výboje. V důsledku toho se intenzita elektrického pole v blízkosti hrotu snižuje (jako uvnitř každého vodiče), indukované náboje se nemohou hromadit na budově a snižuje se pravděpodobnost blesku. V případech, kdy dojde k blesku (takové případy jsou velmi vzácné), blesk pochází z hromosvodu, aniž by způsobil poškození. Zde by se zřejmě mělo uvést vysvětlení. Někteří pozorní čtenáři mohou být při čtení slov „blesk pochází z hromosvodu“ zmateni. Obvykle v různých literárních zdrojích můžete číst takové výrazy jako: blesk udeřil do hromosvodu, blesk udeřil do stromu, blesk udeřil do budovy atd. atd. Je celkem pochopitelné, proč se to tak píše. Od pradávna byl stvořitelem blesků bůh jménem Zeus a bohové, jak víte, žijí na obloze a Zeus přirozeně vrhal blesky z mraků na zem . V dávných dobách Perun vrhal blesky do Rusa později, Eliáš prorok jel na voze, hřměl a házel blesky. Dospělí včetně ateistů vyprávěli dětem, jak z mraků udeří blesky, což potvrdily obrázky v knihách. Rychlost vývoje hlavního náboje je 0,05 – 0,5 rychlosti světla. Protože doba trvání hlavního výboje blesku je 0,1 sekundy, lidské oko není schopno vidět, kde začíná jasně zářící výboj blesku. Ve skutečnosti pouze předběžný výboj předchází výboji blesku, kterému se říká vedoucí, z mraku směrem k Zemi. Tento výboj je pro lidské oko prakticky neviditelný. Když vůdce dosáhne Země, blesk udeří ze Země směrem k mraku. Autor článku tedy slova „blesk pochází z hromosvodu“ napsal správně, zde není chyba. Zaznamenat, kam se blesky šíří, se stalo možné s vynálezem fotoaparátu, který dokáže pořídit desítky tisíc snímků za sekundu. Dobré vysvětlení tohoto procesu je k dispozici v knize „Fyzika v přírodě“, jejímž autorem je L. V. Tarasov. V knize se o tom píše takto: „Hlavní proud se řítí po cestě, kterou položil vůdce. Je příznačné, že jak záře, tak ohřev plazmového kanálu se vyvíjí ve směru od země k oblaku. , tj. je dolů nahoru. Pojďme si to vysvětlit rozdělením celého kanálu na několik částí. Jakmile se kanál vytvoří (hlava vůdce dosáhla na zem), seskočí nejprve ty elektrony, které byly v jeho nejnižší části; proto nejprve spodní část kanálu začne svítit a zahřívat se. Poté elektrony z další (vyšší) části kanálu spěchají k zemi; začne záře a ohřev této části.
Otázka zní: bylo možné před příchodem internetu a odpovídajícího článku na Wikipedii najít správné vysvětlení principu fungování hromosvodu?! Ano. V knize „Rozhovory o fyzice ve 3 částech“. Autor Michail Ivanovič Bludov. Jedná se o knihu pro dočtení fyziky pro středoškoláky (učebnice pro studenty). Kniha prošla mnoha vydáními, svým významem je srovnatelná s knihou Ya.I. Perelmanovu „Zábavnou fyziku“ a v některých ohledech ji dokonce předčí. Ve třetím vydání této knihy (1985) čteme: „Chci vás jen varovat a varovat před chybou, která se často dělá při vysvětlování role hromosvodu. Říká se, že hromosvod přijímá a vypouští výboje blesku do země. Ve výjimečných případech je to možné, ale přesto hlavním účelem hromosvodu není udeřit, ale nedovolit, aby k takovému zásahu došlo. Toho je dosaženo tím, že z hrotu hromosvodu dochází k tichému výboji. Zároveň se v určitém objemu prostoru kolem hromosvodu snižuje intenzita elektrického pole, v důsledku čehož klesá pravděpodobnost úderu blesku.“
Obecně je otázka výkladu principu činnosti hromosvodu, navzdory jednoduchosti jeho konstrukce, kontroverzní od doby jeho vynálezu Benjaminem Franklinem v roce 1752 až do současnosti, a to i pro vědce, kteří popularizovat vědu. Pokud jde o Benjamina Franklina, zaslouží si, abychom o něm řekli trochu podrobněji. Jak víte, američtí prezidenti jsou vyobrazeni na amerických bankovkách. Na 100dolarové bankovke je portrét Benjamina Franklina, ačkoli nebyl prezidentem Spojených států. Franklin byl prominentní sociální a politická osobnost, vynálezce, vědec, spisovatel a jeden z otců zakladatelů Spojených států. Podílel se na vývoji Deklarace nezávislosti, jeho podpis zdobí i takový dokument, jako je Ústava USA. A měl koníčka – studoval elektřinu. Nyní každý ví, že elektrické náboje mohou být kladné a záporné a jsou označeny znaménky ,,+” a ,,-“. Takže, značeno znaky ,,+” a ,,-“ – toto vymyslel Benjamin Franklin. Mělo by se zřejmě říci, že pojmy dielektrikum (izolátor) a vodič zavedl Benjamin Franklin. On také razil termín elektrická baterie. Hledal také důkazy, že blesk je elektrické povahy. Je zajímavé, že když Franklin prováděl pokusy s drakem během bouřky a dostal potvrzení o elektrické povaze blesku, napsal o tom anglickým vědcům a angličtí vědci se tomuto výroku Benjamina Franklina vysmáli! Výsledkem bylo, že v procesu hledání těchto důkazů vynalezl hromosvod. Zkoumání podstaty elektřiny Benjaminem Franklinem je dostatečně podrobně popsáno v knize Waltera Isaacsona, Benjamin Franklin. Životopis”. Zmiňuje také Franklinův objev, že generování kladného náboje je doprovázeno vytvořením stejného záporného náboje, což je známé jako zachování náboje (zákon zachování náboje). Některé informace o experimentech s elektřinou vedených Benjaminem Franklinem lze nalézt také v knize Ivanova R. ,,Franklin”. Říká se tedy, že při provádění svých domácích experimentů Franklin upozornil na „úžasnou schopnost špičatých předmětů extrahovat a uvolňovat elektrický oheň“ (jak nazval elektřinu). Proto Franklin velmi důrazně doporučoval, aby byl čep hromosvodu (hromosvodu) velmi dobře nabroušený. Franklin věřil, že pomocí hromosvodu je možné výbojům blesku zcela zabránit, protože hromosvod opatřený špičkou zajišťuje pomalý tok elektrického náboje bez způsobení blesku. Odpůrci Franklinovy ​​myšlenky tvrdili pravý opak. Podle jejich názoru špičatý hromosvod přitahuje elektřinu a uměle vytváří podmínky pro výboje blesku, které by nemusely existovat. Argumentovali také tím, že budova, na které byl hromosvod instalován, by představovala velké nebezpečí pro sousední budovy. Kniha zmiňuje slavný případ, kdy ve Francii v roce 1780 pan de Vissery nainstaloval na svůj dům hromosvod a jeho sousedé, vyděšení, ho zažalovali. Soud byl hlučný a trval od roku 1780 do roku 1784. Na obranu hromosvodu promluvil tehdy málo známý mladý právník Maximilian Robespierre. Tento proces mu přinesl slávu. Na straně žalobce byl jedním z odborníků Jean-Paul Marat, který považoval hromosvod za nebezpečný a škodlivý experiment. Konečným výsledkem bylo, že majitel domu s hromosvodem spor přesto vyhrál. Vášně ve Francii a Anglii o hromosvodu byly v plném proudu. Francouzský král Ludvík XV. požádal v roce 1752 francouzské vědce, aby prostudovali teorii Benjamina Franklina a provedli experimenty. Slavný francouzský vědec Dalibard provedl svůj slavný experiment na získávání elektřiny z bouřkového mraku a Ludvík XV., před kterým svůj experiment opakoval, mu přidělil doživotní penzi 1200 livrů. Anglický král Jiří III. byl horlivým zastáncem hromosvodů s tupou špičkou a dokonce požadoval, aby vědci proklínali špičatý hromosvod. Nyní je pro nás těžké pochopit, proč tehdy téměř po celém světě (alespoň v civilizovaných zemích) byly kolem hromosvodu takové vášně v plném proudu, protože pro nás je dnes hromosvod běžnou záležitostí. A pak, před příchodem hromosvodu, byli lidé po mnoho tisíciletí naprosto bezmocní tváří v tvář hrozivému přírodnímu jevu – blesku. Vynález hromosvodu přijalo lidstvo s velkou vděčností. Benjamin Franklin žil dlouhý život, zemřel v roce 1790, dožil se věku 84 let.
Vrátíme-li se k problému lidského nepochopení principu fungování hromosvodu, co můžeme říci?! Pravděpodobně by měly být provedeny vhodné změny především ve školních a vysokoškolských učebnicích fyziky a poté v knihách pro elektrikáře. Zdá se, že autoři knih pro elektrikáře svého času fyziku příliš pilně nestudovali. Má otázka na princip činnosti hromosvodu pouze teoretickou hodnotu, nebo má hodnotu praktickou (ekonomickou)?! Průměr železného drátu, který spojuje hromosvod se zemí, by měl být podle doporučení (včetně GOST) 8 mm (Zajímavé je, že GOST R IEC 62561.2-2014 předepisuje stejný průměr pro měděný a hliníkový drát, což je poněkud. zvláštní, protože všechny mají různou elektrickou vodivost a mechanickou pevnost. ). (Host používá slovo ocel, přesněji žárově zinkovaná ocel). Je jasné, že tak docela velký průměr (8 mm) je brán na základě toho, že princip činnosti hromosvodu spočívá v tom, že blesk udeří do hromosvodu a elektrický náboj jde do země. A protože proud v blesku je enormní (10000 100000-8 10000 A), tak ano, zemnící vodič se musí brát o průměru 100000 mm, aby se při zásahu bleskem neroztavil a nespálil. Pokud předpokládáme, že principem činnosti hromosvodu je tiché vybíjení nábojů ze zahroceného konce hromosvodu, pak nemůže být řeč o proudu 4 4-8 XNUMX A, což znamená, že je možné řekněme , vzít železný drát pro zemnící vodič o menším průměru, například o průměru XNUMX mm, což ušetří kov XNUMXkrát. Možná by to stálo za zamyšlení. A přesto na základě toho, že konkrétní hromosvod nemusí být navržen úplně správně, má například nedostatečně dobré uzemnění a blesk do něj přesto může udeřit, samozřejmě by bylo rozumnější vzít kovový jeden vodič o průměru XNUMX mm. Jen pro případ. Doufám, že tento článek poslouží ke zjištění pravdy v otázce principu fungování hromosvodu.

© Copyright: Victor Tomilov, 2021
Osvědčení o zveřejnění č. 221070301452

Požádal jste mě, abych řekl něco k tomuto tématu. Nikdy jsem se touto problematikou nezabýval a se zájmem si článek přečetl. Otázka se týká spíše oblasti elektrodynamiky a abyste mohli něco říci, musíte být odborníkem v této oblasti. Ale šel jsem do jiné oblasti, a proto vám zde jako specialista nemohu být nápomocný. Pokud se však otázka týká výběru průřezu vodiče, pak v otázce výběru 4 nebo 8 mm pevně řeknu, že musíte zvolit 8 mm. Důvodem je, že byste nevsadili život na tvrzení, že potenciální vyrovnávací výboj nikdy neproteče vodičem celý a bude pouze doutnat. Právo? Ať už jsou vlastnosti hromosvodu jakékoliv, vždy existuje možnost, že výboj bude maximální. Pokud ano, jaká je otázka? Nezáleží na tom, kterým směrem poteče proud, pokud se při špatně zvoleném průřezu vodiče zabije.

tak docela s tebou nesouhlasím. Také si myslím, že je lepší vzít 8 mm. Důvod je tento: pokud z nějakého důvodu blesk udeří do hromosvodu, pokud je plocha průřezu nedostatečná, může jednoduše shořet a způsobit požár. Výboj blesku bude stále na správné cestě, neměl by nikoho zabít.

V každém případě děkujeme za zpětnou vazbu.

Pochopit. Léta zdraví nepřidají. Co se stane v hromosvodu, když do něj udeří blesk? Proud teče, a protože proud v (kovových) vodičích je usměrněný pohyb elektronů, pak vlastně dojde k usměrněnému pohybu elektronů.

“Storm Cloud” je fikce. Elektrický výboj se hromadí v horní vrstvě atmosféry a je mnohem větší nad suchými oblastmi než nad oblastmi, kde prší. Další. Když prší, vlhkost vzduchu prudce stoupá na 100 %. Vlhký vzduch se proto stává o něco elektricky vodivější než vzduch suchý. V souladu s tím existuje závislost na šířce vzduchové vrstvy, kterou může spontánní výboj proniknout. U vlhkého vzduchu je tato délka při stejném napětí delší. Při silném dešti proto dochází k poruchám. Říká se jim „zipy“. Ale ani dvě stě blesků radikálně nesníží potenciální rozdíl mezi povrchem země a horní vrstvou. K rozbití dochází náhodně. Tam, kde je ionizace vzduchu z nějakého důvodu vyšší, to znamená, že je větší elektrická vodivost, nebo tam, kde dešťové kapky proudí o něco hustěji díky turbulenci. Je velmi obtížné předpovědět místo poruchy. Prakticky nemožné. Můj kolega provedl tento výzkum. Výzkum je zaměřen na optimalizaci hromosvodů pro elektrické vedení. Výsledek je tento: ŽÁDNÉ OPTIMUM. Žádná forma hromosvodu prakticky nefunguje. Můžete udělat hromosvod dvakrát vyšší než elektrické vedení, ale výboj zasáhne jiné místo. Pokud jde o Franklina, jeho zkušenost s drakem během bouřky je falešná. Nepouštěl draka v bouřce. Je nemožné pouštět draka během bouřky. Během bouřky je vítr nárazový a spuštění draka vyžaduje laminární proudění větru. V dešti drak zmokne. ztěžkne a nevznese se do vzduchu. Had se pouští na hedvábné nebo nylonové šňůře. Přivažte k drakovi drát a ten se nezvedne, drát je pro draka příliš těžký. Franklin zveřejnil výsledky svého MENTÁLNÍHO experimentu v novinách, které sám podporoval a platil. Falešný. Bleskosvod může teoreticky výboj obejít. Ale ani 4mm, ani 8mm, ba ani 20mm průřez drátu nestačí k odvedení výbojového proudu. Jakýkoli takový drát okamžitě shoří. Nevěříš mi? Podívejte se do referenční knihy, který vodič je potřeba pro 15 A a podívejte se do referenční knihy, jaký proud je ve výboji blesku.

Napětí až miliardy voltů. Proud dosahuje 30 kiloampérů. Průřez 8 mm zajistí v nejlepším případě proudový tok 300 A bez ohřevu. A tady máme 30000 8 Ampérů. Potřebujete tedy průřez desetkrát větší – XNUMX centimetrů v průměru. Toto je „měděný drát“. Nemyslete si tedy, že proud protékající „hromosvodem“ ochrání před ohněm.
Ohledně šíření potenciálu, snížení napětí a toho všeho. Bouřkový mrak visí ve výšce 10 až 20 km. Výška budovy je 20 metrů. Dobře, ať je to 40 metrů. 500krát méně než celá izolační vrstva vzduchu. nakreslete graf na obrazovce počítače. Celá obrazovka. Jeden nebo dva pixely na tomto grafu představují výšku vašeho domova. A 500 pixelů je výška obrazovky. Zvyšujete potenciál zemského povrchu blíže k oblaku o 0,2 %. Teoreticky pomáháte k tomu, aby zde k poruše došlo, ale prakticky to není nic ve srovnání se skutečným vývojem blesku. Nevšimli jste si, že výboj bouřky je vždy rozvětvený a vinutý, a ne přímý? Výboj mezi deskami ve formě průrazu se zpravidla vyskytuje v přímce, podél nejkratší cesty. Ale nebeský výboj je rozvětvený, sleduje náhodné nárůsty elektrické vodivosti, náhodné odchylky potenciálu. Na pozadí těchto 20 km je výška domu a hromosvodu zanedbatelná. Ale nedoporučuji používat mobilní telefony během bouřky; Mobilní telefon vždy funguje pro příjem a tedy alespoň mírně, ale ionizuje vzduch, to znamená, že zvyšuje elektrickou vodivost kolem vás. To zvyšuje pravděpodobnost, že jedna větev výboje blesku bude sledovat tuto cestu. Hodně štěstí!

Vadime, děkuji za odpověď. Přesto nám GOST ukládá zhotovit svod pro hromosvod, pokud se jedná o tyč o průměru 8 mm. Toto je asi 50 mm čtverečních. Jsou tam jemnosti, jednou z nich je, že proud teče velmi krátkou dobu – milisekundy, a za druhé – dojde zde ke kožnímu efektu?!