Всего лишь сто лет назад она была безмолвной...
Электричество со знаком "плюс" и "минус"
Изобретение и усовершенствование электрической машины и как следствие возможность получения больших количеств электроэнергии относительно простым путем оказали поистине магическое влияние на изобретателей. Слово "электрический" стало ставиться буквально перед всеми понятиями повседневной жизни. Именно тогда в Европе появились первые электрические утюги, электрические звонки, электрические плиты, электрические органы, электрические силки, электрические ружья, электрические хлысты для выездки лошадей, электрические зонды для поиска пуль в телах пациентов, электрические сети для ловли рыбы и т. д. и т. п.
Американские изобретатели тоже внесли свою лепту в новое увлечение, предложив в числе прочих устройств электрический стул. В качестве прототипа они использовали установку для убоя скота, Устройство было предельно простым: деревянный стул с захватами и два электрода. На электроды с помощью выключателя дежурный электротехник (чуть не написал "палач") подает две тысячи вольт переменного тока.
По замыслу авторов, этот метод должен был продемонстрировать всему миру гуманность американского правосудия: традиционные французская гильотина, английская виселица, испанская гаррота и безотказный китайский способ отрубать мечом голову, ухваченную предварительно за косу, должны были смениться новым, более прогрессивным способом. Уже в январе 1896 года власти штата Огайо издали закон об обязательном применения электрического стула.
Первым под действие этого закона попал убийца Кеммслер. Авторы изобретения с волнением собрались в Аусбурнской тюрьме Нью-Йорка, где должно было состояться испытание их детища "в работе". Вот преступник зажат в кресле. Включается ток. Через семнадцать секунд после этого преступник был, по-видимому, еще жив. Пришлось включить ток более высокого напряжения на длительное время. Еще долго и мучительно "эксперимент" доводили "до конца". Казнь вызвала много протестов со стороны американской и мировой общественности.
Электрический стул и по сей день является непременным атрибутом американских тюрем. Он стал одним из ярких символов американского образа жизни, а после казней Сакко и Ванцетти, Этели и Юлиуса Розенберг в это понятие народами был вложен новый, совершенно определенный смысл.
Широкое распространение переменного тока высокого напряжения вызвало волну протестов со стороны невежественных людей. Как ни странно, дирижировал этим хором Томас Альва Эдисон, на этот раз выступавший не в качестве великого изобретателя, а как владелец акций компании, производящей и эксплуатирующей оборудование постоянного тока. Эдисон даже внес в сенат штата предложение издать закон, запрещающий применение переменного тока, как богопротивного, опасного и аморального. Эдисон говорил на митингах:
- Меньшей опасности подвергались бы города, закопавшие в самом своем центре громадные количества нитроглицерина, чем помещающие под землей провода переменного тока высокого напряжения!
Его союзники (в основном совладельцы акций компании) подтверждали эту опасность тем, например, что, 23 ноября 1890 года, наступив на крышку люка, где был уложен кабель, мгновенно сдохла лошадь; в подобных случаях недостатка не было.
Именно вмешательством Эдисона объясняется и факт введения электрического стула в практику американского правосудия. Дело в том, что это зловещее устройство действовало на переменном токе, и Эдисон рассчитывал на психологический эффект.
Здравый смысл в конце концов взял верх - переменный ток до сих пор является основным видом тока. Но проблема осталась: проблема безопасности при работе с электрическими токами как постоянными, так и переменными (кстати говоря, специалисты считают, что постоянный ток опаснее).
Врачи должны были как можно скорее решить задачу безопасности людей, работающих с электрическими токами. Один из врачей, доктор Вебер из Цюриха, решил провести эксперименты на себе. Он создал небольшую установку переменного тока частотой 50 герц, в которой можно было получать напряжения разной величины. Оголенные концы, идущие от установки, Вебер держал в руках.
30 вольт - руки до предплечий парализуются, но есть возможность слабо шевелить пальцами. Согнуть руки невозможно. Вебер смог выдержать все это не более десяти секунд, после чего оторвать руки от оголенных концов стоило громадных усилий.
50 вольт - руки парализуются, выдержать можно лишь в течение двух секунд.
90 вольт - руки парализуются так сильно, что оторвать их невозможно. Прибор отключен ассистентом.
Опыты проводились в самых неблагоприятных условиях: с влажными руками, стоя без обуви на полу. Другие опыты - с сухими руками, в сухих сапогах показали, что можно безопасно касаться одного оголенного конца, находящегося под напряжением до 1300 вольт относительно земли.
Подобные эксперименты проводились и русскими врачами. В результате были разработаны научно обоснованные нормы безопасности при работе с электрооборудованием. Если бы эти нормы строго соблюдались и руководителями предприятий, и рабочими, несчастные случаи с электрооборудованием при работе практически исчезли бы. В интересной книжке "Электричество не прощает. 100 случаев поражения электрическим током" (Профиздат, 1960 г.) убедительно показано, что практически все поражения электрическим током происходят из-за халатности. Само электричество тут ни при чем.
Но не всегда поражение электричеством, даже смертельное, нежелательное явление. Проблема борьбы с сельскохозяйственными вредителями поставила задачу и перед электротехниками. Вот как справились с ней украинские ученые.
"Мы установили в садах - говорит Б. Р. Лазаренко, - специальные светильники, излучающие световые волны разной длины, на разной высоте от почвы. Ведь главная часть вредителей - вечерние и ночные бабочки... Выяснилось, что для каждого вида вредителей нужна своя оптимальная длина световой волны, своя наилучшая высота расположения источника излучения. Установив наиболее подходящие параметры для всех деталей нашей установки, мы снабдили ее крестообразными двойными сетками, на которые подали высокое напряжение. Попадая между нитями, а насекомые, прилетев на зов луча, неизбежно начинают кружиться вокруг источника света, - они замыкают контакт, и крошечная искра уничтожает вредителя.
По утрам, выходя в сады к нашим установкам, мы находим около них на земле тысячи убитых вредителей. Каждая из этих установок привлекает к себе вредителей садов с расстояния до километра. Оказалось, что они уничтожают около двухсот видов вредителей садов, более ста видов лесных вредителей, а всего - около пятисот видов различных вредных насекомых! При этом установки абсолютно безвредны для полезных насекомых, например, для пчел, которые летают днем, а не ночью.
За короткие часы летней ночи каждый такой "фонарь" уничтожает несколько тысяч насекомых. Кстати, очень скоро их останки к утру стали исчезать: наши ловушки пристрастились навещать лягушки, мыши, ежи - природные союзники человека. Им понравился даровой обед, поставляемый нашими аппаратами".
Приведенный текст свидетельствует о могуществе техники и о том, что нам наверняка удастся собирать в наших садах еще более высокие урожаи и яблок, и миндаля, и инжира, и всего, чего мы пожелаем. Однако настораживают слова о пятистах (!) видах насекомых. Видимо, нужна большая избирательность аппарата.
Здесь, быть может, окажутся небесполезными исследования, проведенные в Институте энтомологии в Лейпциге (ГДР), где удалось записать на магнитную ленту и тенту осциллографа радиосигналы, которые посылают комары. Оказалось, что у комаров разных видов различные, характерные только для данного вида длина волны, форма импульсов и другие характеристики. Например, горные комары "переговариваются" на волнах длиной 14 - 17 миллиметров, а болотные и полевые - используют диапазон волн длиной 13 - 14 миллиметров. Удалось даже уловить разницу между радиосигналами, посылаемыми самцом, самкой, комаром, наполняющим желудок, и голодным. Удалось даже записать "храп" спящего комара!
Вероятно, такие записи можно использовать для подманивания к ловушкам определенных (и только определенных) категорий насекомых, относительно которых точно доказано, что их уничтожение не принесет человеку ничего, кроме пользы.
...Список жертв электричества недавно пополнился строкой, входящей одновременно в список жертв исследователей космического пространства.
Это было 27 января 1967 года. Лифт поднял в небо троих. В капсуле космического корабля "Аполлон" должны были они провести несколько часов, привыкая к новой обстановке, лежа в сделанных специально по их телам креслах ложементах, дыша чистым кислородом на вершине громадной ракеты "Сатурн-1".
Лифт поднял в небо троих, спускать было некого.
Непосредственной причиной взрыва и пожара в кабине была электрическая искра. Она проскочила между двумя кусочками меди в поврежденном проводнике под сиденьем Гриссома.
Обогащенная кислородом атмосфера и горючие материалы обшивки, казалось, только и ждали этой искры. Все занялось в один миг, и кабина моментально превратилась в пылающий ад. От астронавтов поступило лишь несколько слов: "Кажется, мы горим", "В кабине пожар!" и крики ужаса. За двадцать секунд все было кончено. Чьи-то обгоревшие пальцы остались на внутренней стороне крышки люка. Но спасение было невозможным - люк можно было открыть, в спокойных условиях, минуты за две. А этих двух минут ни у спасателей, ни у астронавтов не было.
Горький урок извлекли конструкторы кабины из этого случая: необходимо изменить состав атмосферы, необходимо создать быстродействующую систему аварийного выхода космонавтов и, конечно, необходимо еще более тщательно проверять всю электрическую схему космического корабля. Наш верный друг электричество может при неосторожном с ним обращении превратиться в опасного и коварного врага.
Ждет ли нас нашествие электромобилей?
Незадолго до своей трагической смерти от пули убийцы кандидат на пост президента Соединенных Штатов сенатор-демократ Роберт Кеннеди, говоря о задачах, стоящих перед его страной, сказал: "Мы должны изучить возможности электромобиля. Последние достижения в области электрических аккумуляторов для ракет и подводных лодок могут быть использованы для создания электромобилей автомобилей, движущихся с помощью электричества". И эта задача ставилась сенатором наряду с такими, как окончание вьетнамской войны, война с бедностью в Соединенных Штатах, решение негритянского вопроса.
Возможно, это закономерно. Автомобиль, "сделавший" Америку, вполне способен ее погубить. 94 миллиона фабрик для производства ядовитых газов, поставленных на колеса, грозят здоровью населения Соединенных Штатов. 85 миллионов тонн (!) отработавших газов выброшено этими урчащими чудовищами в атмосферу американских городов - чуть не тонна на каждую машину! Недаром наблюдается сейчас повальное бегство богатых американцев из душных городов в зеленые пригороды, где воздух несколько чище.
Примерно десять процентов топлива, заправленного в машину, не сгорает и превращается в выхлопные газы. В их составе - окись углерода, бесцветный газ, вытесняющий из крови кислород. В Лос-Анджелесе и Детройте в часы пик содержание окиси углерода на улицах становится настолько большим, что иных пешеходов, оказавшихся в местах наибольшего скопления его, приходится на машинах "скорой помощи" отправлять в больницу.
Кроме того, в выхлопных газах содержатся разнообразные углеводородные соединения - их ежегодно выделяется более 25 тысяч тонн. В результате фотохимических реакций эти вещества на солнце разлагаются, претерпевая порой зловещие изменения, вплоть до образования ядовитых соединений, действующих в первую очередь на легкие. Как показали опыты над животными, вдыхание этих веществ приводит к раковым заболеваниям.
Число ньюйоркцев, умирающих от легочных заболеваний, удваивается каждые пять лет. Дышать в ньюйоркской атмосфере целый день - это, по данным исследователей, все равно, что ежедневно выкуривать две пачки крепких сигарет. А ведь от пятидесяти до девяноста процентов ядовитых атмосферных газов создается именно автомобилями!
Хельмут Ландсберг, директор Управления климатологии США, обрисовал страшные черты города будущего: если срочно не будут предприняты меры против заражения воздуха городов автомобилями, то через несколько лет города превратятся в громадные очаги заразы, где дышать - равносильно самоубийству.
Комиссия, созданная мэром Нью-Йорка, потребовала проведения срочных мероприятий "грандиозного" масштаба по устранению заражения автомобилями атмосферы, иначе, по ее утверждению, Нью-Йорк через десять лет превратится в место, не пригодное для жизни. Аллергия, хронические бронхиты, эмфизема легких, рак, сердечная недостаточность будут постоянными спутниками людей, решивших, несмотря ни на что, в нем жить.
Как же случилось, что друг человека - автомобиль стал врагом, да таким, что некоторые авторитетные лица, в том числе начальник санитарной службы штата Калифорния Франк Стэд, призывают полностью запретить его уже к 1980 году? Автомобиль оказался пригретой на груди ядовитой змеей, и пришла пора решить вырвать ли ей смертоносные железы или просто выкинуть ее?
А ведь когда-то бензиновый автомобиль не был еще столь всемогущим властителем дорог, сверкающим и неописуемо длинным, изготовляемым на заводах, как шутят американцы, километрами, а потом нарезаемый на куски нужной длины. В начале века, да и в двадцатых годах выпускалось различными заводами множество типов электромобилей, действующих на свинцовых аккумуляторах, бесшумных, недорогих и не имеющих никаиих выхлопных газов. Скорость их была порядка 35 километров в час, дальность пробега - 70 километров. Электромобили особенно усиленно рекламировались для "женщин из общества"; при этом упор делался на простоту управления и чистоту в коляске - автомобили с бензиновым двигателем того времени были, как говорится, "не сахар" в этих отношениях.
Но аккумуляторные батареи того времени были близки к совершенству (по сути дела свинцовые аккумуляторы наших дней мало отличаются от свинцовых аккумуляторов того времени), а автомобиль с бензиновым двигателем своих преимуществ еще не исчерпал. Вот почему год от года автомобили совершенствовались, они становились все экономичней, мощней, удобней. Электромобиль не мог угнаться за бензиновым автомобилем, содержащим в двигателе на килограмм веса энергию 2400 ватт-часов, способным двигаться со скоростью до 200 километров в час и преодолевать без дозаправки полтысячи километров. В тридцатых годах производство электромобилей было почти полностью свернуто - остались в употреблении лишь заводские электрокары, троллейбусы да... коляски для перевозки состоятельных игроков на гольфовом поле - там загрязнение воздуха не допускалось.
А производство автомобилей пошло такими фантастическими темпами, что количество их достигло сейчас чуть не ста миллионов в Соединенных Штатах, и достигнет там же в 1976 году ста шестидесяти миллионов. В других странах, хотя и в несколько меньшей степени, наблюдается та же картина. В Советском Союзе с пуском автомобильного гиганта в Тольятти и строительством новых автомобильных заводов автомобили тоже начнут выпускаться ежегодно миллионными тиражами.
Москва сейчас - одна из самых чистых по своему воздушному бассейну столиц мира. Но с ростом числа автомобилей атмосфера неминуемо начнет загрязняться. Вот почему и нам, пока еще не поздно, необходимо внимательно отнестись к электромобилям.
Залог успеха электромобилей - разработка новых аккумуляторов. Ведь только малая энергоемкость, определяющая низкую скорость и малый пробег между заправками, ограничивает их применение. Старые свинцовые аккумуляторы имели удельную энергоемкость 16 ватт-часов на килограмм веса (против 2400 у бензинового двигателя!). Воздушно-цинковый аккумулятор, разработанный в последние годы, имеет энергоемкость уже 160 ватт-часов на килограмм, литий-никелевый - до 200, натрий-серный - до 300, литий-хлорный - до 500 ватт-часов на килограмм. Но, последние типы, так же как и наиболее перспективный источник электроэнергии - топливные элементы, еще не доведены до стадии практического использования.
Удобны серебряно-цинковые аккумуляторы, предложенные американской фирмой "Ярдни"; они дают 150 ватт-часов на килограмм. Но применение таких аккумуляторов порождает две проблемы. Первая - они дороги. Электромобиль, оснащенный ими, подскочит в цене в несколько раз. Предприимчивые американцы тут же предлагают выход: берите аккумуляторы напрокат.
Хорошо. Но как быть с другой проблемой, несколько неожиданной: аккумуляторы фирмы "Ярдни" сделаны, естественно, из цинка и серебра, причем в каждом автомобиле будет использовано несколько десятков килограммов драгоценного металла. Проблема - как не искушать воров этим "валяющимся на мостовой" серебром?
Та же проблема - в топливных элементах, электроды которых изготовляются из платины и не могут пока быть изготовлены из чего-нибудь менее соблазнительного.
Электромобиль образца 1898 года.