Какой диапазон электрических напряжений существует?
Я раньше не задумывался о том, какой заряд самый маленький, а какой самый большой? А потом поинтересовался и увидел, что диапазон напряжений оказался очень внушительным. Можно пробежаться от самого примитивного и до самого гигантского. И так…
Самый маленький заряд. Очевидно – это заряд одного электрона или одного протона. Эти частицы имеют отрицательный и положительный заряд соответственно. Есть и меньше электрона, например «нейтрино», но эта частица электрически нейтральна, т.е. не имеет ни положительного, ни отрицательного заряда. А заряд электрона составляет 1,602176634 ⋅ 10−19 Кл. Получается напряжение, которое в теории может создать один электрон, притягиваясь к одному протону можно назвать минимальным. И в одном из источников оно указывается равным 5,68563006209109202350432899289 ⋅ 10−12 Вольт или если округлить - 5,68 пиковольт. Попробуйте найти меньше!
Следующее очень малое напряжение возникает в «митохондриях» внутри организма. Об этом я писал в статье «Сам себе батарейка?». Эти клетки разделяют протоны и электроны внутри себя, как бы «откусывая и складывая» (протоны в одно место, а электроны в другое). За счет такого отдельного размещения (между своими собственными мембранами) возникает разность потенциалов в 120 милливольт на очень малом расстоянии в 1 толщину внутренней мембраны. Такое напряжение ни увидеть глазом или как-то почувствовать не удастся.
Мир видимого. Наука становится все более технологичной и для познания нашей сущности, в частности в медицине использует все более высокоточные и при этом миниатюрные приборы и датчики. Как один из примеров перспективного применения в микроскопических приборах, можно привести недавно созданную специалистами Технологического университета Хемница батарейку размером всего в пылинку и при этом обладающей характеристиками, способными поддерживать работоспособность миниатюрных датчиков. Здесь напряжение может меняться в зависимости от задачи и модели такого элемента питания, но речь идет уже о разряде в целые вольты. Достаточно вспомнить смартфоны и прочие гаджеты и их зарядные устройства, которые в среднем передают напряжение заряда порядка 5 вольт.
Стандарты напряжений в мире.
Мы подошли к широко распространенным и классифицированным величинам напряжений. Начинается такая классификация со «сверхнизкого» и составляет не более 50 вольт. Используется такой уровень в информационных системах для сбора, передачи, хранения информации. Это напряжение в целом, безопасно для человека и массово распространено. Следующий класс переходит границу сверхнизкого в категорию низкого и хоть остается в одном разряде среди других, но имеет различия от страны к стране. Низкий класс напряжения используется в каждом доме и квартире (розеточная сеть, освещение и т.д.) и является привычным для нас в стране, но может отличаться более чем в 2 раза между странами. Например, в Японии эта величина составляет всего 100 вольт и от Тринидад и Табаго (где стандарт 115 вольт) отличается незначительно. А вот с Брунеем со стандартом в 240 вольт или Российским стандартом в 230 вольт – разница уже более чем в два раза. А вот в Афганистане напряжение вообще нестабильно и может варьироваться от 160 до 280 вольт.
Три фазы. До этого описывалось однофазное напряжение. Это компромисс между условной безопасностью обычных людей и небольшими расстояниями между потребителями в одной квартире. Следовательно, и минимальным снижением напряжения при передаче энергии. Но для более требовательных потребителей оказалось практичнее использовать трехфазное решение, основанное на принципе выработки электроэнергии в синхронном генераторе. 220 вольт – это напряжение между фазой и нулевым проводом, поэтому для большинства конечных бытовых приборов оно подходит идеально. Но если есть необходимость большего напряжения, то используют уровень 0,4 киловольта (или точнее 380 вольт), направляя все три фазы к одному потребителю. К низшему классу напряжений относятся и специфические стандарты в 660 вольт, (используемый в метрополитене), или 480 вольт (стандарт США) и прочие, вплоть до 1 000 вольт (т.е. 1 киловольта).
Далее следует класс от 1 000 до 35 000 вольт. Его называют «средним» напряжением. Внутри этого класса основными распространенными стандартами являются такие величины как: 1 000, 6300, 10 750, 35 000 вольт. Хоть его и принято назвать средним, но относительно любого живого существа это крайне высокое, смертельное при контакте напряжение, которое используется для передачи энергии на значительные расстояния «мелким оптом». Внутри малых и больших населенных пунктов. Запитать многоэтажку или небольшое предприятие - как раз подойдет.
Высокое напряжение!
Включает в себя диапазон от 110 тысяч вольт до 220 тысяч вольт! Такое напряжение призвано передавать электричество между городами. Оптом дешевле и эффективнее. Из широко представленных в мире выше этого класса только сверхвысокое в которое входит 330, 500 и 750 тысяч вольт. Эти масштабы говорят о том, что электричество идет от крупной электростанции и к таким линиям даже близко подходить смертельно опасно. Это связано с тем, что при таких высоких токах электрическая дуга может пробить воздух на значительном расстоянии, без прямого контакта. Поэтому самые высокие токи, как правило, стараются защитить и оградить от несанкционированного доступа.
Ультравысокое!!!
Несмотря на редкость и единичное присутствие в мире все-таки есть напряжение, которое целенаправленно создано человеком с соответствующим кричащим названием. Призваны они осуществлять транспорт энергии на огромные расстояния и фантастической мощностью. Так, если повысить напряжение с 500 до 1000 кВ, то предаваемая мощность увеличится c 1 до 5 ГВт, а расстояние передачи до 1500, а при постоянном токе до 3000км! Это экономически обосновано и выгодно. Такие объекты есть в Бразилии. А в Китае государственная электросетевая корпорация может передать до 12 000 000 000 Ватт энергии на расстояние более чем в 3200 км.
Еще сильнее? Да!
Американец Рой Кливленд Салливан из Виргинии, стал известен всему миру тем, что с 1942 по 1977 годы его поразили СЕМЬ молний, при этом он остался в живых и получил прозвище «человек-громоотвод». А ведь напряжение молнии выражается цифрой в 100 миллионов вольт! Никому не пожелаем пережить такое один раз, а тут целых семь!
Пределы фантазии. Так какое напряжение смогут воспроизвести ученые далее? Остается только дать комментарий к статическому разряду и освободить свою фантазию: вся вселенная состоит из заряженных частиц, поэтому, чем больше собранных в одном её месте электронов, надежно отдаленных от таких же собранных в другом месте протонов, тем выше разница потенциалов и ограничена она только воображением. Еще во время первой мировой войны на эту тему рассуждали ученые Г. Райснер и Г. Нордстрём, которые описали «электрически заряженную черную дыру».
