Просто электричество

Санкт-Петербург.2017

Олег Фейгин 

Автор идеи  
и научный редактор серии 
Сергей Деменок

ПРОСТО

УДК 537
ББК 22.33
Ф 36

ISBN 978-5-9500888-0-3

 
Фейгин О. О. 
 
 Просто электричество. / Олег Фейгин. — СПб.: 
Страта, 2017. — 176 с., илл. — (серия «Просто»)

 
ISBN 978-5-9500888-0-3

Чем отличается призрачное свечение молниеносных 
эльфов от молний-тигров? Как решить загадку шаровой 
молнии? Что такое ионосферная суббуря? Можно ли 
«стрелами Перуна» сварить «пластмассовую сталь»? Где 
живут сверхпроводящие существа?
Эти и многие другие удивительные вопросы, связанные 
с таинственными электрическими явлениями в природе, 
науке и технике, до сих пор преподносящими сюрпризы 
ученым, рассматриваются в предлагаемой книге. Автор 
популярно рассказывает о современных тайнах электрофизики, истории удивительных научных достижений 
и их авторах.
Книга рассчитана на самый широкий круг вдумчивых 
читателей, желающих проникнуть в суть проблем современной науки и техники.

Все права защищены. Никакая часть настоящей книги не может 
быть воспроизведена или передана в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами, будь то электронные или механические, включая фотокопирование и запись на магнитный носитель, 
а также размещение в Интернете, если на то нет письменного разрешения владельцев.
All rights reserved. No parts of this publication can be reproduced, 
sold or transmitted by any means without permission of the publisher.

Ф 36

УДК 537
ББК 22.33

© Фейгин О. О., 2017, текст
© ООО «Страта», 2017

Пожалуй, разгадка тайн 
электромагнетизма дала нам 
столько, сколько мы не получали 
от покорения всего, что было 
накоплено людьми за всю 
их историю. Подумайте: миллионы 
лет и век — каких-то сто лет, 
в течение которых выросла 
и окрепла вся электротехническая 
промышленность Земли! Время, 
в течение которого люди создали 
себе «электрический мир». 
Невозможно думать об этом 
без восхищения. И вместе с тем еще 
далеко не всё мы в этой отрасли 
знаем…

А. Томилин. 
Заклятие Фавна

  
ПредиСловие

Ч

еловек за многие тысячелетия своей истории проделал 
гигантский путь познания природы, и не последнее место 
в окружающих его чудесах играла «янтарная субстанция» — электричество, названное так в честь янтаря — электрона по-древнегречески. Эта окаменевшая смола, привозимая 
из Прибалтики по Янтарному пути, по Днепру и Бугу, поражала эллинов своей способностью притягивать мелкие частички, 
будучи потерта тканью или шерстью. Но должны были пройти 
тысячелетия, прежде чем выяснилось, что мельчайшие, еле заметные искорки от натертого янтаря ничем не отличаются по своей 
природе от колоссальных молниевых разрядов.
Сегодня даже малообразованного суеверного человека 
не пугают грозовые явления — электризация воздуха, молнии, 
раскаты грома, — ведь ему хотя бы понаслышке известна их природная причина. Однако и сейчас в природе электрических явлений встречаются загадочные, досконально не изученные процессы, такие как шаровая молния, молния красный призрак, молния 
голубая струя, призрачные спрайты, суть которых мы еще не знаем и для которых только строятся полные научные модели.
Удивительна история использования солнечного вещества 
на Земле, а именно так можно понимать электрическую сварку 
и разрезание дугой из высокотемпературной плазмы электрического разряда, открытой еще в XVIII веке русским академиком 
Петровым. Поражает воображение спектр применения электросварочных технологий, их влияние на развитие современной нау ки и техники — здесь и открытие академика Корнеева, 
и космические технологии, и строительство подводных городов.
Столетие назад было открыто явление сверхпроводимости, указывающее прямой путь избегания потерь при передаче электроэнергии. Путь этот непрост, ведь чтобы проводник 
полностью потерял свое электрическое сопротивление, его 

  Предисловие

необходимо охладить до очень низких температур, а это само 
по себе является серьезной технической задачей. Тем не менее 
уже десятки лет сверхпроводники удачно используют в научных 
приборах и медицине.
До недавнего времени высокая стоимость сверхпроводящих материалов и необходимость сверхглубокого охлаждения 
сильно препятствовали их массовому применению. Ситуация 
существенно изменилась после открытия в 1986 году высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП). Это позволило приступить к созданию сверхпроводящих линий электропередач на основе сверхпроводников, погруженных в сравнительно дешевый 
жидкий азот. Уже созданы многокилометровые опытные линии, 
а через десятилетие прогнозируется широкое промышленное 
применение ВТСП-кабелей на тысячи километров линий электропередачи и сотни гигаватт передаваемой мощности.

Автор выражает глубокую признательность 
своим учи те лям и коллегам — 
Льву Самойловичу Палатнику, 
Игорю Ивановичу Фалько 
и Дмитрию Ивановичу Корнееву

Глава 1.  
Стрелы небеСных 
Громовержцев

Атмосферное электричество — 
грозы и земной магнетизм — 
едва ли не первые неразрешимые 
загадки природы, о которые 
споткнулся разум. Они долго 
не поддавались разгадке. Каждое 
время, каждая эпоха толковали 
наблюдаемые феномены 
в соответствии с накопленными 
знаниями. Сначала на уровне 
мифов, пока знаний было 
совсем мало. Позже, когда 
фактов накопилось побольше, 
самовластие богов перестало 
удовлетворять мыслителей. Они 
стали пытаться объяснять природу 
исходя из нее самой, без помощи 
сверхъестественных сил. Возникли 
первые натурфилософские 
догадки. Сначала наивные, чисто 
спекулятивного характера. Но уже 
и они высоко поднимали разум 
человека, ставили его обладателя 
на одну ступень с богом.

А. Томилин.  
Заклятие Фавна

Н

аводнения, землетрясения, извержения вулканов, пожары — эти стихийные бедствия сравнительно редки 
по сравнению с постоянными грозами. Именно поэтому 
с грозами связано больше всего мифов, легенд и поверий. В самом 
начале изустной истории человечества гроза воспринималась как 
ярость некоего фантастического существа, например, гигантской 
птицы, хлопающей громом крыльев и сверкающей молниями глаз. 
Затем пришла пора человекоподобных богов, и на небесах засверкали молниями Митра, Тор, Зевс, Юпитер с множеством других 
сверхъес тественных существ. Так, у славян богом грома и молнии 
был Перун, как оплодотворяющее и карающее божество, приносящее весенние тепло, дождь и грозы, а после Крещения Руси 
роль небесного громовержца перешла к Илье-пророку.
Развитие науки привело к первым представлениям о сущности грозы. Греческие ученые Анаксимен и Анаксагор рассматривали явление грозы как результат сгущения воздуха в облаках. 
Сократ видел основную причину возникновения гроз в столкновении облаков, Демокрит — в их соединении. Эти представления были обобщены и развиты Аристотелем, считавшим, что 
молния и гром образуются благодаря воспламенению в облаках 
разнообразных горючих испарений и завихриванию их между 
облаками. В эпоху Средневековья представления о природе грозовых процессов не получили существенного развития.
Сегодня мы называем грозой процесс развития в атмосфере 
мощных электрических разрядов — молний, обычно сопровождаемых громом и связанных в большинстве случаев с укрупнением облаков и ливнеобразным выпадением осадков. Прохождение грозы над местностью, как правило, сопровождается 
довольно значительными изменениями метеорологических параметров приземного слоя воздуха. Это хорошо знакомые всем нам 
явления: падение температуры, повышение влажности воздуха, 

Глава 1. Стрелы небесных громовержцев 

резкое изменение атмосферного давления, а также силы и направления ветра.
Ученые-метеорологи доказали, что грозовые процессы невозможны без разделения зарядов в облаке путем их переноса 
воздушными потоками — конвекции. Поле конвекции в облаках 
распадается на несколько своеобразных ячеек.
Каждая конвективная ячейка проходит стадию зарождения, 
зрелости и затухания. В стадии зарождения во всей конвективной ячейке преобладают восходящие течения. Зрелая конвективная ячейка характеризуется развитием восходящих и нисходящих потоков, электрической активностью, выраженной 
разрядами молний и выпадением осадков.
В последнее время исследования с помощью метеоспутников 
и прочих орбитальных космических аппаратов показали, что в облачной оболочке тропосферы действует своеобразный ледяной 
генератор. При этом подтвердилась гипотеза еще позапрошлого 
века о том, что электрические заряды накапливаются при соударениях кристаллов льда в виде снежинок или градин с более 
крупными образованиями льда в грозовых облаках. При этом 
мельчайшие кристаллы льда устремляются с восходящими потоками воздуха в верхнюю часть облака и многократно соударяются 
с другими кристаллами. При этих столкновениях мелкие кристаллы льда теряют электроны и приобретают положительный заряд. 
В то же время более тяжелые частицы льда обретают отрицательный заряд и опускаются в нижнюю часть облака. Таким образом 
создается разделение зарядов с разностью потенциалов в миллионы вольт, которая и является причиной молний. При этом каждые 
десять тысяч тонн облачного льда приводят к молниеносному 
разряду атмосферного электричества.
Большинство молний приносит к Земле отрицательный заряд, но иногда встречаются разряды и противоположной полярности. В первом случае грозы значительно богаче молниями, чем во втором. При прохождении гроз через выступы скал 
и остроконечные детали сооружений на земной поверхности 
в воздух стекает преимущественно положительный заряд. Потеря земной поверхностью положительного заряда превышает 
потерю отрицательного в несколько раз. В высокогорных условиях вследствие разреженности воздуха разряд с острых оконечностей значительно интенсивнее, чем в равнинной местности.

Олег Фейгин. Просто электричество

Чаще всего молния представляет собой многократный 
разряд. Это обычное явление, молний может насчитываться 
до нескольких десятков. Паузы между отдельными «залпами» 
составляют несколько секунд. Средняя длительность полного 
разряда молнии измеряется десятыми долями секунды, отклонения от среднего значения в обе стороны возможны на порядок 
величины. Обычно разряд развивается лавинообразно, сначала 
в виде ионизованного канала, получившего название лидера молнии, он ступенчато продвигается от облака к земле.
В зонах умеренного климата разряды молний направляются 
по преимуществу к земле, в тропиках же большинство разрядов 
происходит между облаками или внутри одного облака.
Разряды молний могут происходить между соседними наэлектризованными облаками или между наэлектризованным 
облаком и землей. Разряду предшествует возникновение значительной разности электрических потенциалов между соседними облаками или между облаком и землей вследствие разделения и накопления атмосферного электричества в результате 
таких природных процессов, как дождь, снегопад. Возникшая 
таким образом разность потенциалов может достигать миллиарда вольт, а последующий разряд накопленной электрической энергии через атмосферу создает кратковременные токи 
от 3 до 200 кА. Для объяснения электризации грозовых облаков 
был разработан ряд теорий, например модель дробления дождевых капель потоками воздуха. В результате дробления падающие 
более крупные капли заряжаются положительно, а остающиеся 
в верхней части облака более мелкие — отрицательно.
Существует также конкурирующая индукционная теория. 
Она строится на предположении о том, что электрические заряды разделяются электрическим полем Земли, имеющим отрицательный знак. В основе этого механизма лежит явление 
электростатической индукции, заключающееся в появлении 
противоположного заряда вблизи заряженной поверхности. 
Воздушные массы, насыщенные атмосферным электричеством, 
в целом электронейтральны, но нижняя кромка тучи получает 
положительный заряд, а верхняя — отрицательный. Горизонтальные молнии происходят между противоположными зарядами самого облака, а вертикальные — между его нижней частью 
и земной поверхностью.