В ходе последовавшей дискуссии было упомянуто, что почва вокруг Торки настолько изолирована, что для обеспечения хорошего заземления телеграфа там пришлось выводить пластины в море, и что из многочисленных осмотренных церквей не было ни одного молниеотвода, который можно было бы признать исправным. Было отмечено, что когда медные молниеотводы крепились железными стенными держателями — что случается часто, — возникали гальванические токи, и молниеотвод разрушался на уровне земли.
Было заявлено, что сопротивление заземления якобы совершенного молниеотвода составило 1000 Ом.
В дискуссии приняли участие г-н Прис, майор Малкольм (Королевские инженеры), д-р Манн, г-н Пиджон, г-н Кемп, г-н Грейвс, г-н Спаньолетти и г-н Латимер Кларк.
ЗАМЕЧАНИЯ по некоторым ПРАКТИЧЕСКИМ вопросам, связанным с конструкцией МОЛНИЕОТВОДОВ. Д-р Р. Дж. Манн, член Королевского астрономического общества (Ежеквартальный журнал Метеорологического общества, октябрь 1875 г.).
(Abstracted by G. J. Symons, F.R.S.)
Утверждает, что существуют определенные принципы, принятые как установленные факты, например, что молниеотводы должны быть из металла с высокой проводимостью и иметь адекватные размеры. Что в 1854 году французские электрики считали, что «четырехугольный железный стержень диаметром ¾ дюйма обладает достаточной проводимостью для всех целей». С тех пор проволочные канаты из-за своей гибкости почти вытеснили сплошные стержни, а медь предпочли железу из-за ее более высокой проводимости и меньшей склонности к окислению. Но при условии, что железо оцинковано и имеет сечение в пять раз больше, чем у медного молниеотвода, считает материал неважным.
Автор утверждает, что сопротивление молниеотвода увеличивается с его длиной, поэтому для высоких зданий сечение проводника должно быть увеличено. Современные французские электрики используют медный канат диаметром от 0,4 до 0,8 дюйма. М. Р. Франсиск Мишель считает оцинкованный железный проволочный канат диаметром 0,8 дюйма достаточным для всех обычных случаев. Медный проволочный канат диаметром 0,5 дюйма (6¾ унции на фут) недавно применен в соборе Святого Павла.
Настаивает на важности идеального заземления, но это сопряжено с некоторыми трудностями, и окисление заземлителей, а также их неэффективность, несомненно, приводят к большинству зарегистрированных отказов молниеотводов. Автор цитирует Пуйе и Беккереля, которые говорят, что для эффективного отвода молнии, которую мог бы пропустить медный стержень диаметром 0,8 дюйма, необходим контакт с 1200 квадратными ярдами влажной земли, но это большое требование в городах можно легко выполнить только путем соединения с водопроводными магистралями. Описаны различные способы получения адекватного контакта с землей с помощью железных борон, кошки Калло в корзине с коксом и т. д.
Объясняет обоснование проверки качества заземления с помощью гальванометра. Обращает внимание на разрушение приемников молниеотводов на заводских дымоходах из-за выделения сернистых газов и предлагает покрывать их свинцом.
Обращает внимание на важность того, чтобы каждое соединение было абсолютно безупречным.
Настаивает на превосходстве наконечников для приемников молниеотводов, поскольку они способствуют тихому разряду и делают боковые разряды от молниеотвода менее вероятными.
Считает, что множественные медные наконечники, поддерживаемые в достаточно остром и чистом состоянии, являются в целом лучшими приемниками молниеотводов.
Считает, что все крупные металлические массы в здании должны быть соединены с молниеотводом; но цитирует М. Калло, который придерживается противоположной точки зрения. Д-р Манн, однако, указывает, что если молниеотвод эффективен и безупречен, то несчастные случаи, которые рассматривает М. Калло и на которых он основывает свои аргументы, не могут произойти.
Обращает внимание на легкий путь, обеспечиваемый столбом нагретого дыма, выбрасываемого дымоходами, и поэтому упоминает о размещении коронного молниеотвода, а также множественного наконечника на важных дымоходах.
Предлагает использовать водосточные трубы, усовершенствовав их соединения и обеспечив хороший контакт с землей у их основания.
О ЗАЩИТЕ ЗДАНИЙ ОТ МОЛНИИ. Р. С. Бро, 4to, Муссури, 1878.
(Abstracted by W. H. Preece, C.E.)
Тщательно подготовленная теоретическая и практическая работа, адаптированная для использования в Индии. Автор выступает за использование железа из-за его более высокой температуры плавления и большей удельной теплоемкости по сравнению с медью, его длительной защиты от разрушения путем оцинкования и его дешевизны. Он предпочитает проволочные кабели из-за отсутствия в них соединений. Он дает точные инструкции по формированию хорошего заземления и выступает за периодические электрические испытания.
МОЛНИЕОТВОДЫ. Профессора Айртон и Перри. (Журнал Общества инженеров телеграфа. Том V., 1876, стр. 412.)
(Abstracted by W. H. Preece, C.E.)
Авторы оспаривают взгляды Клерка Максвелла о том, что здание было бы идеально защищено от молнии, если бы оно было заключено в сеть или клетку из проводов без использования заземления. Они возражают против применения законов статического электричества только к такому случаю. Вмешивается токовая индукция, и она не подвержена экранирующему действию клетки. Следовательно, хотя металлическая клетка может способствовать защите дома, она не делает этого идеально.
О НАДЛЕЖАЩЕЙ ФОРМЕ МОЛНИЕОТВОДОВ. В. Г. Прис, инженер-строитель (Отчет Британской ассоциации, 1880).
(Abstracted by G. J. Symons, F.R.S.)
Автор утверждает, что с тех пор, как используются молниеотводы, ведутся споры о том, проходит ли разряд по поверхности проводников или через их массу. Сноу Харрис, Генри, Мельсенс и Гильмен придерживались мнения, что он проходит по поверхности; Фарадей придерживался противоположной точки зрения.
Аргументы в пользу поверхностной формы, по мнению автора, являются выводами из опровергнутых теорий, несовершенных экспериментов или ошибочных интерпретаций хорошо установленных фактов. Насколько известно автору, прямых экспериментов для решения этого вопроса никогда не проводилось. Количества электричества, то есть статические разряды от конденсаторов, постоянно используются в телеграфных целях и, как установлено, в точности следуют законам Ома, даже при использовании самого чувствительного оборудования. Знание о протекании электричества через проводники, о замедляющем влиянии электростатической емкости на этот поток и о распределении заряда стало настолько обширным в последние годы благодаря значительному расширению подводной телеграфии и трудам сэра Уильяма Томсона, Клерка Максвелла и других, что автор сомневается, найдется ли теперь хоть один английский электрик, который стал бы спорить в пользу поверхностной формы. Тем не менее, поскольку ленты и трубки продолжают использоваться, и казалось весьма желательным решить этот вопрос экспериментально, автор решил попытаться сделать это.
Первые эксперименты, 28 июня 1880 г.
Д-р Уоррен де ла Рю, который всегда готов предоставить свою великолепно оборудованную лабораторию на службу науке, не только позволил автору использовать свою огромную батарею и различные приборы, но и помогал ему своими советами и содействовал в проведении экспериментов.
Сначала были получены медные проводники длиной 30 футов, имеющие точно такую же массу: (a) вытянутые в сплошной цилиндр, (b) сделанные в виде тонкой трубки и (c) свернутые в тонкую ленту. Источником электричества служили 3240 хлорсеребряных элементов. Заряд накапливался в конденсаторе емкостью 42,8 микрофарада. Он разряжался через платиновую проволоку диаметром 0,0125 дюйма различной длины. Внезапный разряд такого большого количества электричества, как то, что содержится в 42,8 мкФ, поднятого до потенциала 3317 вольт, очень трудно измерить. Он во многом носит характер молнии. Фактически, разность потенциалов на единицу длины воздуха, вероятно, больше, чем у обычной молнии. Он полностью дефлагрирует (испаряет) 2½ дюйма платиновой проволоки, но путем увеличения длины проволоки можно было заставить ее воспроизвести все различные фазы нагрева, которые указываются различными оттенками красного, пока мы не достигнем белого каления, плавления и дефлаграции. Следовательно, характер дефлаграции, который (своими рассеянными частицами) точно записывается на белой карточке, к которой прикреплена проволока, является довольно приблизительной мерой прошедшего заряда, в то время как длина проволоки, нагретой до тускло-красного каления, является лучшей мерой, ибо любое изменение силы тока в умеренных пределах точно фиксируется изменением цвета.
5. Электродвижущая сила хлорсеребряного элемента составляет 1,03 вольта.
Эксперимент 1.—Аналогичные заряды пропускались через ленту, трубку и проволоку, и в каждом случае дефлагрировало 2½ дюйма проволоки. Никакой разницы в характере дефлаграции обнаружить не удалось.
Эксперимент 2.—Было взято десять дюймов проволоки, и через них пропускались аналогичные заряды. В каждом случае проволока нагревалась до очень яркого красного цвета, граничащего с точкой плавления, а в двух случаях проволока рвалась. В каждом случае проволока скручивалась в складки и проявляла признаки сильного механического воздействия. Одна и та же проволока второй раз не использовалась. Никакой разницы в эффекте при использовании разных проводников обнаружить не удалось.
Эксперимент 3.—Использовалась серебряная проволока того же диаметра и длины, через которую пропускались аналогичные заряды. Красный цвет был едва виден, но поведение проволоки было одинаковым в каждом случае.
Вывод, к которому пришли без колебаний, заключался в том, что изменение формы не дает никакой разницы в характере разряда и что он зависит просто от массы.
Вторые эксперименты, 19 июля 1880 г.
Поскольку можно было возразить, что длина испытанного проводника была настолько мала, а его сопротивление настолько незначительно, что могли возникнуть значительные вариации, оставаясь при этом невидимыми, были получены аналогичные длины (30 футов) свинца — очень плохого проводника, сопротивление которого в двенадцать раз больше, чем у меди, — вытянутого в виде проволоки, сделанного в виде трубки и свернутого в виде ленты, причем каждый из них имел одинаковый вес.
Эксперимент 4.—Заряды от того же конденсатора, 42,8 мкФ, но с 3280 элементами, пропускались через них, и разряды наблюдались на 6 дюймах платиновой проволоки диаметром 0,0125 дюйма, которая в каждом случае нагревалась до ярко-красного цвета. Никакой вариации обнаружить не удалось, независимо от того, использовалась ли проволока, трубка или лента.
Эксперимент 5.—Чтобы составить некоторое представление о том, насколько точно можно оценить любое изменение в характере разряда, был использован длинный кусок платиновой проволоки, и длина регулировалась до тех пор, пока не было получено едва заметное красное каление; затем уменьшение на 10 процентов (3 фута) вызывало заметное изменение до тускло-красного цвета, а дальнейшие сокращения повышали температуру до более яркого и еще более яркого красного.
Вывод, к которому пришли, заключался в том, что любое изменение сопротивления на 5 процентов было бы ясно и легко различимо.
Таким образом, доказано, что разряды электричества высокого потенциала подчиняются законам Ома и не зависят от изменения формы. Следовательно, протяженность поверхности не способствует разрядам молнии. Поэтому невозможно придумать более эффективный молниеотвод, чем цилиндрический стержень или проволочный канат.
УСТАНОВЛЕНИЕ ФОРМУЛЫ, ОТНОСЯЩЕЙСЯ К РАДИУСУ ДЕЙСТВИЯ МОЛНИЕОТВОДОВ. Эмиль Лакуан. (L’Electricité, октябрь 1880 г.)
(Abstracted by G. J. Symons, F.R.S.)
Этот автор дает формулу для определения защищаемой площади, которая, по его мнению, меняется в зависимости от высоты грозового облака и высоты земли. Он заявляет, что средняя высота грозовых облаков в Константинополе составляет всего около 325 футов. Он говорит, что у молниеотводов, расположенных вблизи краев здания, радиус защиты уменьшается, и поэтому рекомендует линейный молниеотвод, проходящий вокруг здания. (Circuit des faites Парижской муниципальной комиссии, см. выше, стр. 68).
Он говорит, что его формула приводит почти к тем же результатам, которые были приняты до сих пор, но он приводит три примера, результаты которых таковы: длина молниеотвода 1,00, защищаемый радиус составляет соответственно 3,80, 1,10 и 2,20.
О ПРОСТРАНСТВЕ, ЗАЩИЩАЕМОМ МОЛНИЕОТВОДОМ. В. Г. Прис, инженер-строитель (Phil. Mag., дек. 1880 г.)
(Abstracted by G. J. Symons, F.R.S.)
В начале этой статьи автор обсуждает распределение электричества в пространстве между грозовым облаком и поверхностью земли и указывает, что воздух в электрическом поле находится в состоянии напряжения или деформации; и это напряжение возрастает вдоль силовых линий вместе с электродвижущей силой, создающей его, до тех пор, пока не будет достигнут предел, когда в воздухе происходит разрыв или раскол вдоль линии наименьшего сопротивления — это и есть искровой разряд, или молния.
Поскольку сопротивление, которое воздух или любой другой диэлектрик оказывает этому разрушающему напряжению, ограничено, должна существовать определенная скорость падения потенциала на единицу длины, которая соответствует этому сопротивлению. Следовательно, число эквипотенциальных поверхностей на единицу длины может представлять этот предел, или, скорее, напряжение, которое ведет к искровому разряду. Следовательно, мы можем представить этот предел длиной. Мы можем вызвать искровой разряд либо путем сближения наэлектризованных поверхностей, создающих электрическое поле, либо путем увеличения количества электричества, присутствующего на них; ибо в каждом случае мы увеличили бы электродвижущую силу и, так сказать, сомкнули бы эквипотенциальные поверхности за пределами предела сопротивления. Конечно, этот предел сопротивления варьируется для каждого диэлектрика; но мы сейчас имеем дело только с воздухом при обычном давлении. Из экспериментов д-ров Уоррена де ла Рю и Хьюго Мюллера следует, что электродвижущая сила, определяющая искровой разряд в воздухе, составляет около 40 000 вольт на сантиметр, за исключением очень тонких слоев воздуха.
Если мы возьмем плоский участок земной поверхности и предположим, что сильно заряженное грозовое облако парит на некотором конечном расстоянии над ним, они вместе с воздухом образуют наэлектризованную систему. Возникнет электрическое поле; и если мы возьмем небольшую часть этой системы, она будет однородной.
Если облако постепенно приближается к поверхности земли, поле становится более интенсивным, эквипотенциальные поверхности постепенно смыкаются, напряжение воздуха возрастает, пока, наконец, не будет достигнут предел сопротивления воздуха; произойдет искровой разряд, сопровождаемый громом и молнией.
Рис. 1.
Если поверхность земли не плоская, а имеет на себе холм или здание, как A или B, то силовые линии и эквипотенциальные плоскости будут искажены, как показано на рис. 1. Если холм или здание настолько высоки, что расстояние HD равно пределу сопротивления (рис. 2), то мы снова получим искровой разряд.
Рис. 2.
Если вместо холма или здания мы установим сплошной металлический стержень G H, то поле будет искажено, как показано на рис. 2. Теперь совершенно очевидно, что независимо от относительного расстояния облака и земли или движения облака, должно существовать пространство d d´, вдоль которого силовые линии должны быть длиннее, чем c c´ или H D; и, следовательно, вокруг G как центра должна быть описана окружность, которая менее подвержена искровому разряду, чем пространство за пределами этой окружности; и, следовательно, можно сказать, что эта область защищена стержнем G H. То же рассуждение применимо к каждой эквипотенциальной плоскости; и поскольку радиус каждой окружности уменьшается по мере нашего подъема, следует, что стержень фактически защищает коническое пространство, высота которого равна стержню, а основание — окружности, описанной радиусом G c. Важно выяснить, каков этот радиус.
Рис. 3.
Предположим, что грозовое облако приближается к стержню A B (рис. 3) сверху и достигло точки D´, где расстояние D´ B равно перпендикулярной высоте D´ C´. Очевидно, что если потенциал в точке D´ увеличивать до тех пор, пока не будет достигнуто расстояние пробоя, линия разряда пройдет вдоль D´ C´ или D´ B, и что отрезок A C´ находится под защитой. Теперь, чем ближе точка D´ к D, тем короче будет защищаемый отрезок A C´; но минимальная длина будет A C, поскольку облако никогда не опустится ниже перпендикулярного расстояния D C.
Предположим, однако, что облако действительно опустилось до D, когда произошел разряд. Тогда последний ударит в ближайшую точку; и любая точка внутри окружности части B C (радиус которой равен D B) будет находиться на меньшем расстоянии от D, чем точка B или точка C.
«Следовательно, молниеотвод защищает коническое пространство, высота которого равна длине стержня, основание — окружность, радиус которой равен высоте стержня, а боковая сторона — квадрант окружности, радиус которой равен высоте стержня».
По поводу этого правила автор делает следующие заключительные замечания:
«Я тщательно изучил каждую запись о несчастном случае, которую смог найти, и до сих пор не нашел ни одного случая, когда ущерб был бы нанесен внутри этого конуса, если здание было должным образом защищено. Есть много случаев, когда поражались шпили одной и той же башни церкви, где на одном из них был закреплен стержень; но ясно, что остальные шпили находились вне конуса; и поэтому для защиты каждый шпиль должен был иметь свой собственный стержень. Очевидно также, что каждая выступающая точка здания должна иметь свой стержень, и что чем выше стержень, тем больше защищаемое пространство».
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ УДАРА МОЛНИИ по ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМУ ВОКЗАЛУ в Антверпене 10 июля 1865 года. М. Мельсенс, член Королевской академии Бельгии.
(Abstracted by R. Van der Broek.)
В указанную дату, между тремя и четырьмя часами дня, над Антверпеном разразилась сильная гроза, во время которой молния ударила в железнодорожный вокзал, не причинив, однако, никакого иного ущерба, кроме пробития одного отверстия в одном из стеклянных квадратов крыши.
Автор утверждает, что воздействие разряда на этот квадрат стекла, толщина которого составляла около 4 мм (0,2 дюйма), было замечательным; казалось, будто его пробил снаряд снизу, причем отверстие, если смотреть сверху, было разбитым и со сколами, тогда как при взгляде снизу оно имело чистый край. Извилины, вызванные сколами на верхней поверхности, имели закругленные края, и стекло, по-видимому, подверглось начальной стадии плавления. Ни одного осколка стекла не было найдено на стеклянных квадратах или в желобах крыши.