Один из самых больших конденсаторов, когда-либо созданных человеком, имел площадь пластин примерно с четыре с половиной футбольных поля. Но парадоксально вовсе не это. Его основное предназначение заключалось в перевозке 100 членов экипажа и пассажиров через Атлантический океан и обратно. Получился он... случайно...
Вы когда-нибудь слышали про немецкий пассажирский дирижабль "Гинденбург"? Трагический пожар, уничтоживший дирижабль при заходе на посадку в Лейкхерсте, штат Нью-Джерси, описвается как результат утечки водорода, используемого для обеспечения плавучести, из отсека в хвостовой части и его воспламенения.
Однако причина возгорания стала известна только в конце 2010-х годов.
Группа исследователей авиакатастроф и доктор Константинос Джиапис, профессор химической инженерии из Калифорнийского технологического института, использовали оригинальные материалы для воспроизведения обшивки корпуса и посадочных тросов дирижабля и сделали неожиданное открытие.
Начнём с базы этой проблемы. Все летательные аппараты естественным образом накапливают статическое электричество в полете из-за трения о воздух. Нам кажется, что это совсем незначительные показатели, ну а, например, крылья самолётов снабжаются специальными устройствами, чтобы заряд "стекал" по ним в окружающее пространство.
Впрочем, обычно накопление заряда - это не проблема, поскольку это просто статическое электричество. Оно никуда не перемещается, а потому, как ни странно, и называется статическим. Чтобы появился электрический ток и заряд потенциально смог быть опасным, нужно создать условия для формирования электрической цепи. Можно сравнить это всё с той же водой - пока миска с водой стоит на столе, она просто остаётся на своём месте. Как только миску перевернут или наклонят и для воды образуется более выгодное место, она туда потечёт. Такая же история и со статикой.
Посадочные канаты дирижабля "Гинденбург" были сделаны из толстой пеньковой веревки. В тот неприятный день было пасмурно и моросил дождь, поэтому влага сделала посадочные канаты электропроводящими, что доктор Джиапис легко воспроизвел в лаборатории с помощью пульверизатора, наполненного деионизированной (химически чистой) водой. Именно такая вода в идеальном случае выпадает в виде дождя. Это заземлило электрический заряд, накопившийся на исследуемой оболочке.
Оболочка дирижабля была сделана из ткани, покрытой слоями металлизированной краски, натянутой на алюминиевый каркас, как показано ниже.
Критическая инженерная ошибка заключалась в том, что в качестве прокладок использовались деревянные дюбели, чтобы защитить ткань от трения о голый металл каркаса. Пока дирижабль находился в полете, это не имело значения - оболочка и надстройка имели схожие уровни потенциала.
Однако, когда оболочка заземлялась с помощью посадочных тросов, это создавало разность зарядов между оболочкой и каркасом, при этом между ними находился диэлектрик - воздух. Ничего не напоминает такая конструкция?
Дирижабль "Гинденбург" случайно стал крупнейшим в мире конденсатором с воздушным зазором. Конденсатора - это устройство, состоящее из двух электрически заряженных пластин, разделенных диэлектрическим "зазором". Так и вышло.
Худшее произошло примерно через четыре минуты, как видно на видеозаписях аварии. Диэлектрические материалы являются электрическими изоляторами, а изоляторы имеют так называемое напряжение пробоя, при котором они становятся проводящими.
Воздух - это очень хороший изолятор с напряжением пробоя около 3 миллионов вольт на метр, но ничто не идеально. Молния - пример статического электричества в воздухе, превышающего напряжение пробоя воздуха.
Поскольку водные растворы проводят электричество, напряжение пробоя снижается во влажном воздухе, например, в пасмурную погоду с моросящим дождем. Как это и было в Лейкхерсте 6 мая 1937 года. Напряжение постепенно нарастает, пока, наконец, воздух не ионизируется и не станет путем для выравнивания зарядов.
Доктор Джиапис замерил время с помощью своей модели дирижабля, и заметил, что примерно через четыре минуты между оболочкой и металлическим каркасом начали возникать искры.
Это происходило не в одном месте, а по всей оболочке, включая кормовую часть дирижабля, где газовый баллон терся о конструкцию с момента первого запуска дирижабля и дал течь. Специалисты по пожарам говорят о так называемом "треугольнике огня". А именно, для возникновения пожара необходимы три вещи: топливо, кислород и источник тепла. Тут всё это было. Увы.
Водород - это топливо, а окружающий воздух, с которым он смешивается, обеспечивает обилие кислорода. Искры от ионизированного воздушного зазора обеспечивают тепло. Вот и всё.
Часто тут спрашивают - а почему речь идёт именно о касании троса? А потом обсуждается пробой диэлектрика? Почему без касания Земли ничего бы не было? Дело в том, что пока дирижабль в воздухе оболочка и каркас одинаково заряжались статикой от трения воздуха. Они были электрически изолированы, но имели примерно одинаковый потенциал. Разности напряжений почти не было вот и искр тоже. Зато когда одну из оболочек разрядили и заряды стали отличаться, случился идеальный шторм.
Получаем не менее идеальный пожар и последствия. Потому самый гигантский конденсатор был создан вовсе не в лаборатории, а получился совершенно случайно из дирижабля.
Не забываем ставить лайки 👍 и писать своё мнение в комментариях! Подписывайтесь, чтобы не пропускать новые статьи.
⚠️ Телеграм канал моего проекта. Заходи, подписывайся, читай самое интересное!