41. Траншеи в каменистой или сухой почве должны быть длиной от 30 до 120 футов, чтобы получить как можно больше влаги.
42. Соединения в траншеях могут быть выполнены из старого железа, образуя непрерывную металлическую поверхность; траншеи следует заполнить шлаком или угольной золой. Водопроводные трубы образуют отличные заземлители, но газовые трубы опасны.
43–44. Часто осматривайте молниеотводы, особенно в местах соединений различных металлов и на предмет дефектов в железе из-за ржавчины.
45–46. Оцинковывайте железо, следя за тем, чтобы покрытие было качественным.
47. Следует проявлять большую осторожность в случае контакта цинкового покрытия с другими металлами, особенно с медью.
April 8th, 1875.
FRED. E. CHAPMAN.
Inspector General of Fortifications.
Приложение А. — Покойного сэра У. Сноу Харриса, члена Королевского общества.
1. Поверхность земли и облака являются граничными поверхностями электрических воздействий, а здания и т. д. — это лишь точки, так сказать, поверхности земли, в которых все действие исчезает.
2. Электричество, будучи ограниченным веществами, препятствующими его прохождению, такими как воздух, стекло, сухое дерево, камни и т. д., проявляет ужасающую взрывную силу.
3. Но когда оно ограничено телами, такими как металлы, оказывающими малое сопротивление, его бурное расширение или искровой разряд значительно уменьшаются или вовсе исключаются, и оно становится непрерывным током, сравнительно спокойным. Но если тело мало, как проволока, оно может нагреться или расплавиться. Сопротивление настолько мало, что удар прошел по медной проволоке со скоростью 576 000 миль в секунду; сопротивление увеличивается с длиной и уменьшается с площадью сечения проводника.
4. Таким образом, здание, металлическое во всех своих частях, или человек в доспехах находятся в безопасности.
5. Поэтому стремитесь привести здания в такое же пассивное или не оказывающее сопротивления состояние, как если бы они были из металла.
6. Поэтому медные токопроводящие каналы должны систематически наноситься на стены либо в виде пластин, соединенных последовательно одна над другой, шириной не менее 3½ дюймов и толщиной от 1/16 до ⅛ дюйма, либо в виде прочной медной трубы толщиной не менее 3/16 дюйма и диаметром от 1½ до 2 дюймов, закрепленной на здании с помощью скоб, медных гвоздей или зажимов. Приемники молниеотвода должны быть сплошными металлическими стержнями, выступающими вверх на умеренную и удобную высоту. Заземлители должны быть выполнены из одной или двух ветвей, выходящих примерно на фут под землю — по возможности во влажную почву, но если она сухая, используйте старое железо или другие металлические цепи, чтобы обеспечить большую металлическую поверхность.
7. Все металлы на крыше и т. д. здания должны быть соединены с основными молниеотводами; любой выступающий дымоход должен иметь заостренный молниеотвод, проведенный вдоль него к металлам крыши.
8. Электрический разряд никогда не покидает идеальный проводник, чтобы перейти на очень плохой, поэтому опасения бокового разряда абсурдны. Яростные разряды падали на молниеотводы мачт кораблей Ее Величества и проходили через медные болты в днище без вреда даже для людей, прислонившихся к молниеотводам.
9. Металлические тела не обладают специфическим притяжением к электричеству больше, чем дерево или камень; вся материя безразлична в отношении специфического притяжения. Молния падает без разбора на деревья, скалы и здания, независимо от того, есть ли на них металлы или нет; например, на верфи в Плимуте в мае 1841 года был поражен гранитный дымоход высотой 120 футов, в котором не было металла, хотя он находился в 300 футах от часовой башни такой же высоты, имеющей металлический флюгер, купол, покрытый металлом, и большой молниеотвод вдоль него до земли. Повреждения прекратились там, где дымоход проходил через массивную металлическую крышу, имеющую молниеотвод от нее до земли. Здесь молния упала на здание, которое, согласно популярному представлению, не содержало «приглашения», в отличие от конструкции, которая действительно содержала такое «приглашение».
10. Если эффективные молниеотводы обеспечивают свободный и беспрепятственный путь для электрического разряда, он последует этим путем без опасности для общей структуры; если нет, то эта непреодолимая сила найдет путь для себя и при этом разнесет в щепки всю несовершенно проводящую материю. Великая цель — обеспечить линию или линии малого сопротивления в заданных направлениях, меньшего, чем сопротивление в любой другой линии здания. Молниеотвод не притягивает молнию больше, чем желоб или водосточная труба притягивает поток воды.
11. Отсюда следует, что пороховой склад, если бы он был из металла, был бы безопаснее, чем построенный обычным способом. Металлические желоба и коньки с непрерывными металлическими соединениями с землей вполне приемлемы.
Примечание. — Столь же неправильно изолировать молниеотводы от зданий стеклом или смолой, как и размещать водосточные трубы в 10 футах от здания, от которого они должны отводить воду.
Приводится пример железного молниеотвода, который был размещен в 10 футах от дома, при этом последний, несмотря на это, был поражен в точке, ближайшей к молниеотводу, который остался нетронутым.
12. Заостренные наконечники способствуют ослаблению силы молнии, когда она падает на них. Перед взрывом большое количество разряда уходит через заостренные молниеотводы.
Заостренные молниеотводы должны представлять собой сплошные медные стержни диаметром около ¾ дюйма и длиной в фут, соединенные пайкой с токопроводящей трубкой. Нет необходимости золотить наконечники или изготавливать их из платины. Иногда это было бы даже вредно, так как платина обладает лишь половиной проводимости меди. Окисление поверхности молниеотвода имеет малое значение; а в случае меди — весьма незначительное. В любом случае проводящая поверхность лучше, чем плохой или непроводящий воздух. Провода электрического телеграфа работают хорошо, даже будучи заключенными в гуттаперчу или другой непроводящий материал. Достаточно, если конечный сплошной стержень будет даже грубо заострен. Но даже шар диаметром в фут был бы точкой по сравнению с 1000 акров заряженных облаков.
Примечание. — Опыт противоречит идее о том, что молниеотвод защищает определенную площадь. Фок-мачта корабля была поражена, хотя грот-мачта была защищена молниеотводом.
13. Медная обшивка дверей и окон пороховых складов не является нежелательной, но бесполезна для защиты от молнии. Они должны быть соединены с общей системой молниеотводов.
Приложение B. — О сплошных или полых молниеотводах. Сэр У. Сноу Харрис, член Королевского общества.
1. Данное количество электричества расплавляет одно и то же количество металла, будь то в сплошной или полой форме. В этом отношении не имеет значения, какую форму имеет молниеотвод. Но если предположить, что масса металла настолько велика, что тепловым эффектом можно пренебречь. Доказано, что чем больше поверхность, тем меньше ее интенсивность или сила в любой точке, при этом интенсивность обратно пропорциональна квадрату поверхности. Важно дать заряду свободное пространство для расширения за счет увеличения поверхности молниеотвода, чтобы свести механическую активность удара к минимуму. Можно использовать прямоугольные плоские стержни.
2. Водосточная труба, сообщающаяся с основным молниеотводом, должна иметь заземление. Все несовершенные вещества, такие как каменная кладка и мачты кораблей, передают определенную часть электричества без взрывного действия. Одно из главных назначений молниеотвода — избавить дерево или кладку от количества, которое они не могут разрядить без взрыва.
3. Молниеотводы из тонкого железного стержня или проволоки крайне нежелательны. Они обычно ржавеют в местах соединений, распадаются на части и часто разрушаются молнией. Железо, безусловно, можно использовать с выгодой, но оно должно быть оцинковано. Цинк является даже лучшим проводником, чем железо; и, будучи распределенным по поверхности, он не вызывает возражений, связанных с созданием молниеотвода из двух металлов с неравной проводимостью. Хороший и эффективный молниеотвод может быть изготовлен из оцинкованного железа. Он должен быть из кованого железа, оцинкованного, диаметром 2 дюйма, с резьбовыми соединениями увеличенной толщины. Однако медные трубки всегда предпочтительнее.
4. В сухой или каменистой почве завершите молниеотвод, выведя старые железные цепи из стен в нескольких направлениях или направив над ними поток воды. К счастью, гроза обычно сопровождается сильными дождями. Железные цепи должны простираться на 30–50 футов и находиться на глубине фута или 18 дюймов под землей. Заземление на большой поверхности влажной почвы предпочтительнее, чем в колодце, так как действие является поверхностным расширением во всех направлениях. В оловянных покрытиях лейденской банки заряд не зависит от толщины металла.
W. SNOW HARRIS.
ОТЧЕТ О РАЗРУШЕНИИ МОЛНИЕЙ ПОРОХОВОГО СКЛАДА В БРАНТКЛИФФЕ, ЙОРКШИР. Майор И. Д. Мадженди, Королевская артиллерия.
(Abstracted by G. J. Symons, F.R.S.)
Порох взорвался в 16:30 6 августа 1878 года во время грозы величайшей интенсивности. Здание было кирпичным, с кирпичной сводчатой крышей, длиной 9 футов, шириной 5 футов, высотой 6 футов (внутренние размеры). Склад имел равномерную толщину в три кирпича и был оборудован с одного конца железной дверью, а с другого — молниеотводом. Молниеотвод состоял из медного проволочного каната, медная проволока 10-го калибра, канат толщиной 7/16 дюйма, имеющий четыре наконечника наверху (один большой в центре и три меньших вокруг него), он поднимался примерно на 13 футов над верхом здания, и примерно такой же длины участок был проведен в землю и заканчивался в стоке. Молниеотвод был установлен в 1876 году мистером Джоном Бисби из Лидса и был закреплен на столбе на расстоянии около 2 дюймов от конца здания, противоположного тому, в котором была установлена железная дверь; он никак не был соединен с железной дверью. Никого не было рядом со складом, когда порох взорвался, и представляется вероятным, что заземление молниеотвода было плохим, что масса железа в двери предлагала по крайней мере столь же хороший путь, и что порох был воспламенен вспышкой, прошедшей между двумя несовершенными проводниками.
«Единственный структурный ущерб был вызван ударами кирпичей, которые, ударяясь с большой силой, в нескольких случаях частично пробили или сместили кирпичную кладку в жилых домах и постройках, а часть железа железной церкви была сломана куском выброшенных обломков. Кирпич пробил окно в одном из домов на расстоянии трехсот ярдов и сломал кровать. Насколько мне удалось обнаружить, никакого другого структурного ущерба не было нанесено».
Этот случай, по-видимому, предполагает несколько выводов:—
«Во-первых, мне кажется, что он дает поразительное подтверждение принципа, который неоднократно и решительно провозглашался сэром Уильямом Сноу Харрисом и другими авторитетами в области молниеотводов, что для обеспечения эффективной защиты данного здания весь металл здания и, насколько это возможно, вся структура в целом должны быть приведены в фактическое соединение с системой молниеотвода; другими словами, что общая проводимость массы здания должна быть завершена, а все привлекающие и выступающие части объединены в одну защитную комбинацию, чтобы «привести все» (как выразился сэр Уильям Сноу Харрис) «настолько близко, насколько это возможно, к тому пассивному или не оказывающему сопротивления состоянию, которое оно приняло бы, если бы все было массой металла». В данном случае, предполагая, что сам молниеотвод был эффективным, в чем нет достаточных оснований сомневаться, система молниеотвода была явно дефектной. Мало того, что вся длина здания осталась незащищенной, так как молниеотвод находился на столбе с одного конца и был тщательно изолирован от здания, но и железная дверь, которая была на противоположном конце, была абсолютно не соединена с ним и сама не была снабжена никаким заземлением».
«Поэтому представляется ясным, что даже то, что можно считать per se эффективным молниеотводом, т. е. проводник, который сам по себе предлагает путь с малым или нулевым сопротивлением даже для мощного электрического тока, не обеспечивает надежной защиты здания, если он не применен научно и с должным вниманием к тем принципам, в отношении которых согласны наиболее выдающиеся авторитеты в области электрической науки. Пренебрежению этими принципами, особенно в отношении того, что железная дверь была оставлена вне системы молниеотвода и не соединена с ней, я полагаю, можно приписать настоящий несчастный случай».
ОТЧЕТЫ КОМИТЕТОВ ПО ПОРОХОВЫМ СКЛАДАМ В ПЕРФЛИТЕ.
(Phil. Trans., 1773, p. 42, and 1778, Part I., p. 232.)
(Abstracted by Prof. W. G. Adams, F.R.S.)
Отчет комитета в составе достопочтенного Генри Кавендиша, доктора Уотсона, доктора Франклина, мистера Дж. Робертсона, мистера Уилсона и мистера Делаваля, назначенных Королевским обществом «рассмотреть метод обеспечения безопасности порохового склада в Перфлите».
Пороховая мельница в Брешии взорвалась в результате удара молнии, и Управление артиллерийского вооружения обратилось к мистеру Б. Уилсону, чтобы узнать, каким образом можно защитить пороховой склад. Он рекомендовал использовать тупой молниеотвод, тогда как доктор Франклин рекомендовал заостренный. Комитет встретился, и доктор Франклин зачитал доклад по этому вопросу, и отчет комитета соответствовал взглядам доктора Франклина.
Комитет отправился в Перфлит и осмотрел здания. Они обнаружили, что бочки с порохом, когда склады были полны, лежали сложенными друг на друге до пяты арок; на каждой бочке было четыре медных обруча, которые вместе с вертикальными железными прутьями образовывали разорванные проводники внутри здания. Эти железные прутья было приказано удалить.
Комитет посоветовал, чтобы на каждом конце каждого склада был вырыт колодец в мелу или через него, настолько глубокий, чтобы в нем было не менее четырех футов стоячей воды. Со дна этой воды должен подниматься кусок свинцовой трубы к поверхности земли или близко к ней, где он должен быть прочно соединен с концом вертикального железного прута диаметром полтора дюйма, прикрепленного к стене свинцовыми хомутами и выступающего на десять футов над коньком здания, сужающегося от конька вверх к острому наконечнику, верхние двенадцать дюймов из меди, железо должно быть окрашено.
Свинец был упомянут для подземной части как менее подверженный ржавчине, в форме трубы — как придающий большую жесткость материалу, а железо для части над землей — как более прочное и менее подверженное разрушению. Куски, из которых может состоять прут, должны быть прочно свинчены друг с другом плотным соединением с тонкой свинцовой пластиной между плечиками. Каждый стержень при прохождении над коньком должен быть прочно и плотно соединен железом или свинцом, или тем и другим, со свинцовым покрытием крыши, тем самым создавая металлическую связь между двумя стержнями каждого здания.
Также было рекомендовано вырыть два колодца в пределах двенадцати футов от дверей, один к северу от северного здания и другой к югу от южного здания, и установить металлические соединения между водой в них и свинцовым покрытием крыши.
Здание Управления стояло в 150 ярдах от складов, на возвышенности, и было «высоким зданием с остроконечной вальмовой крышей, свинцовые покрытия спускались к желобам, от которых свинцовые трубы спускались на каждом конце здания в воду колодцев глубиной сорок футов для целей подачи воды, нагнетаемой насосами в цистерну на крыше».
Что касается здания Управления, они сочли его уже хорошо оборудованным молниеотводами посредством нескольких вышеупомянутых свинцовых соединений от точки крыши вниз в воду, и что благодаря своей высоте и близости оно может служить некоторой защитой для здания под ним; поэтому они не предложили никакого другого молниеотвода для этого здания, а лишь посоветовали установить заостренный железный стержень на вершине, подобный тем, что были описаны ранее, и сообщающийся с этими молниеотводами.
Мистер Уилсон не согласился с той частью Отчета, которая рекомендовала, чтобы каждый молниеотвод был заостренным, потому что, говорит он, «остриями мы приглашаем молнию и можем способствовать беде, извлекая заряды из заряженных облаков, которые вообще не разрядились бы на здание, если бы на молниеотводах не было острий». Согласно экспериментам, проведенным и представленным в Комитете, разница в эффектах между заостренными и тупыми молниеотводами составляет двенадцать к одному. Мистер Уилсон заявляет, что «грозовое облако, следовательно, если бы оно действовало на расстоянии 1200 ярдов на острие, потребовало бы приближения тупого конца на расстояние 100 ярдов, а за пределами этих пределов оно прошло бы над ним, не затрагивая его вовсе». Он также говорит: «Чем длиннее молниеотводы над зданием, тем больше опасности следует ожидать от них. Я всегда считал заостренные молниеотводы небезопасными из-за их большой готовности собирать молнию слишком мощным образом».
Мистер Уилсон добавляет отчет о несчастном случае в церкви Святого Павла и некоторые любопытные рассуждения о нем в поддержку своих собственных взглядов. (См. Phil. Trans. 1773, стр. 59–61.)
15 мая 1777 года здание Управления в Перфлите было поражено молнией, и часть кирпичной кладки была повреждена (см. Phil. Tran., 1778, ч. I, стр. 232). Около 18:00, после сильного дождя в течение дня, тяжелое облако висело над домом некоторое время, и мистер Никсон, который наблюдал за ним из дома и дает отчет, говорит, что подозревал, что некоторые из молниеотводов могут найти применение от него. Он недолго пробыл у окна, как раздались сильная вспышка молнии и удар грома одновременно. Молния ударила в один из железных зажимов, удерживающих покрытие, и сделала вмятину в свинце зажима и прилегающем камне, сбросив немного камня и слегка потревожив около кубического фута кирпичной кладки в точке А. Железный зажим был расположен над свинцовой пластиной, и его концы, вставленные в камень, подходили на 7 дюймов к этой пластине, которая сообщалась с желобом и служила для него филенкой; этот желоб был частью основного молниеотвода здания. Молния ударила через камень и т. д. в угол пластины, расплавив очень малую ее часть. С этой точки никакого дальнейшего эффекта молнии проследить не удалось. На расстоянии семи с половиной футов от места удара большая свинцовая труба спускалась от желоба к цистерне с водой во дворе. Примечательно, что поверхность одного из вальмовых стропил диаметром четыре с половиной дюйма, покрытая свинцом (сообщающаяся с желобом) и достигающая двадцати восьми дюймов от места удара, по-видимому, совсем не пострадала. Расстояние от точки молниеотвода на доме до пораженной части составляло сорок шесть футов.