Транспортные средства, работающие от молнии - возможны ли они? Реально ли их использовать для повседневного транспорта?

Итак, математика работает.
Молния содержит около 5 гигаджоулей энергии, или, как любезно сообщает нам Википедия, 38 галлонов бензина. Так что, если бы вы могли получить удар молнии и сохранить всю энергию со 100% эффективностью, этого достаточно, чтобы проехать на Acura 2019 года 1000 миль. (Ровно 1000 - это оценивается как 3,8 галлона / 100 миль).

Даже если вы потеряете 90% энергии, это все равно 100 миль за удар. Даже если ваши тележки расходуют топливо на 7,6 галлона / 100 миль, это все равно мили за удар.

Но молния не

Проблема в том, чтобы молния ударила в тебя. Из-за этого точный дизайн не будет работать.

Молния движется шагами примерно в 60 м, жадно ища путь наименьшего сопротивления, как вода, стекающая с холма. (Вот почему молния может ударить в дерево в нескольких сотнях метров от высокого здания.)

Вы притягиваете к себе все молнии на расстоянии d, основываясь на этом уравнении (из «что, если» XKCD).

Если в вашем автомобиле торчит 3-метровый стержень, он будет отбрасывать молниеносную тень шириной 18,7 м, поэтому все, что попадет в окружающие 19 м, придет за вашим громоотводом.

10 м? радиус 33 м. Как только вы достигнете 60 м, тень достигнет своего пика. Легкая четырехколесная тележка с 60-метровой башней может перевернуться на малейшем склоне.

Так что будет?

Однако; Около 60-метровых башен, расположенных на расстоянии около 100 метров друг от друга, с громоотводами, питающими близлежащую сеть электропоездов. Это становится возможным.

4 опоры, удерживающие углы большой сетки из толстой проволоки размером 100x100 м, будут улавливать все молнии, приходящие в область под сеткой.

Также возможно использование молний в сочетании с некоторыми технологиями для преобразования энергии в жидкое или газовое топливо. Например, электролиз для создания водородного топлива и насосы для его сжатия. Вы теряете немного мощности в преобразованиях, но гипотетическая математика JBH может быть реальностью с большим заводом, производящим сжатый водород.

Не думаю, что на практике это сработает...

Хотя у молнии более чем достаточно энергии, у вас будут проблемы с ее использованием . Проблема в огромной мощности (высокое напряжение и ток), т.е. много энергии, которая доставляется за очень короткий период времени.

И для передачи/сохранения этой высокой мощности вам нужны большие проводники (для передачи большого тока) с чрезвычайно низким сопротивлением (в идеале: сверхпроводники). В противном случае у вас были бы большие потери мощности в небольшом пространстве, что равносильно экстремальному нагреву, что означает превращение металла в пар за очень малую долю секунды, т.е. взрыв (недостаточно толстые проводники будут перегорать, как перегруженные предохранители )

Что может работать для мобильных юнитов, так это косвенное использование молнии, достаточно изолированное, чтобы молния никогда не ударяла транспортное средство, и использование других эффектов для использования ее энергии, например:

• индукция , которая обычно отвечает за поджаривание вашей электроники при ударе молнии. например. любой движущийся ток (например, молния) создает изменяющееся ЭМ поле, и любое напряжение индуцируется в любом проводнике в изменяющемся ЭМ поле. Чем длиннее проводник, тем выше напряжение. Вот как работает современная беспроводная зарядка телефона (хотя для беспроводной зарядки телефона используется гораздо более низкое напряжение и НАМНОГО более быстрое изменение)

• с использованием ступенчатых напряжений - потенциал земли НЕ одинаков на разных радиусах от центра удара молнии. Чем больше расстояние (и более перпендикулярно к точке возникновения удара молнии), тем выше разность потенциалов.

Эти два непрямых метода генерируют НАМНОГО меньше энергии, чем прямой удар молнии, поэтому они делают необходимыми электрические устройства возможными для автомобиля, похожего на автомобиль. Однако, если в землю рядом с вами не попадает молния ОЧЕНЬ часто, собранной энергии, вероятно, будет слишком мало для использования такой машины (если вы не оставите ее на несколько дней в такой грозовой местности, чтобы зарядить ее перед использованием).

Это не сработает, но думать об этом здорово

Хорошие новости: о, да, вы можете управлять автомобилем при ударе молнии. Lightning может производить 10 ГВт электроэнергии . Эта статья преуменьшает мощность молнии, говоря вам, что, если экстраполировать мощность на кВтч, это немного (и, с точки зрения управления целым городом, это немного). Но это все еще 10 ГВт для работы (вы не делите мощность на длину удара молнии, иначе заявленная мощность будет 50 МВт).

Итак, 10 ГВт. Это громадная мощность. Из этого источника мы узнаем, что для того, чтобы проехать 400 миль, «средний» автомобиль (и это только одна дикая догадка. Машины повсюду на карте, так что вы должны относиться к этому как к приблизительной цифре) сожжет 560 кВтч. И... 10 ГВт / 60 / 60 = 2775 кВтч или почти в 5 раз больше энергии, необходимой для движения автомобиля на 400 миль. Таким образом, вы можете легко пробежать 800 миль (10 часов вождения со скоростью 80 миль в час) с включенным кондиционером, всеми лампочками, которые вы можете подключить, и вашей стереосистемой, работающей достаточно громко, чтобы вас было слышно в Исландии.

РЕДАКТИРОВАТЬ: Любопытно, как бы плохо я ни считал, похоже, я все равно был в основном прав. Из этого источника мы узнаем, что «Одиночный разряд молнии несет в себе относительно большое количество энергии (примерно 5 гигаджоулей или около энергии, содержащейся в 38 галлонах бензина)». Средний легковой автомобиль потребляет 30 миль на галлон, так что один болт стоит 1140 миль - намного больше, чем дневной запас.

Но это не проблема

Проблема в том, как привлечь молнию. Электричество следует по пути наименьшего сопротивления к наименьшему электрическому потенциалу, которым почти никогда не будет заниматься автомобиль (и это касается не только шин из вулканизированной резины с высокой изоляцией). Даже если вы вымостили дороги серебром (отличный проводник) и использовали золото вместо резины для шин (отличный проводник), лучшее, что вы получите, — это средний электрический потенциал, равный земле в радиусе примерно 3 метров от ты. Если вы взбираетесь на вершину холма, у вас есть большой шанс быть пораженным. Если вы находитесь в самой низкой точке вокруг себя... не так уж и много.

Но надежда на хорошую научную фантастику не потеряна!

Потому что вы могли бы управлять своей машиной при отрицательном напряжении по сравнению с «землей». А в автомобиле это «масса шасси» или напряжение металла шасси. (Другими словами, чтобы обеспечить безопасность пассажиров, шасси автомобиля используется в качестве эталона 0 В.) Обычно автомобиль работает при +6 В постоянного тока, + 12 В постоянного тока или + 24 В постоянного тока (в зависимости от того, что это за транспортное средство).

Ваш работает при -480 В постоянного тока. И этот гудок может возить почту! Выгода? Вы можете разместить зарядный терминал -480 В постоянного тока на верхней части автомобиля, где он (научная фантастика) будет притягивать все молнии, с которыми вы можете справиться!

А когда ваш автомобиль заряжен, пластина +24 В постоянного тока закрывает разъем, чтобы молния отталкивалась от него. И мы не будем обращать внимания на то, что происходит, когда две пластины с разностью потенциалов 504 В постоянного тока делают это. Конденсатор называется. Просто игнорируйте это. Научная фантастика. :-)

Но безопасно ли это?

Это твой мир. Объявите, что это безопасно. Эти люди выросли на нем, так что управление молнией будет фундаментальной технологией. Кабина оператора будет электрически изолирована (очень хорошо изолирована) от остальной части машины. Был бы какой-то способ разрядить электрическую «вскрышу» (я, я хочу дуговую лампу, которая может соперничать с отелем «Луксор» ).

И имейте в виду, вам нужно будет получать удары не чаще одного раза в день , чтобы машина продолжала двигаться. Вы не можете управлять городом на молнии — но автомобиль? Совсем не сложно.

Большие старые грузовики, возможно, придется бить несколько раз в день.

Мотоцикл, возможно, придется ударить один раз в жизни. Твоя жизнь, а не мотоцикла. Вероятно, ваши люди давно отказались от мотоциклов. Радиус поиска гонщика в 2 км был слишком большой работой для поисково-спасательной команды.

Да , такую ​​машину можно сделать. Удар молнии принес бы около одного миллиарда ( 1 000 000 000 ) джоулей энергии. Авиационное топливо содержит 43 миллиона джоулей на килограмм. Следовательно, мы имеем эквивалент 23 кг топлива от одного удара, 6 галлонов. BMW i3 Giga может проехать 846 миль, 1361 км! Даже такому маленькому самолету, как Cessna 172, требуется всего около 10 галлонов на целый час. Так что при любом сносном КПД молниеотвода машина, получающая удар в минуту, могла бы не только ехать, но и летать, пусть даже тяжелая и малоэффективная. Или, наверное, удара в полчаса должно хватить.

Некоторые источники оценивают энергию одиночного удара примерно в 20 раз меньше (и бывают разные типы молний). Это еще сработало бы даже для упомянутого самолета Cessna, если считать удар в минуту.

Однако технически сложно извлечь всю энергию из молнии. Требуется какой-то усовершенствованный суперконденсатор, который мог бы очень быстро потреблять много энергии и заряжаться до очень высокого напряжения. Затем не менее совершенный преобразователь напряжения должен преобразовать энергию в то, что мог бы использовать обычный электрический двигатель. Так что наверное не с технологией стимпанк и не со 100% эффективностью. Но если действительно удар в минуту, то кажется, что существует огромный запас эффективности для создания чего-то, что просто движется по земле.

Это, вероятно, было бы гораздо более «практичным», если бы удар молнии должен был генерировать пар, а не храниться в виде кучи электронов.

Подойдем к нему с другой стороны .

Давайте проверим технологию, доступную в то время.

Электрические автомобили были в изобилии, легкодоступны и просто работали . Они были предпочтительным транспортным средством для светских дам, которые хотели личной мобильности. Бензиновым двигателям требовался «водитель», который был бы настолько же механиком, чтобы поддерживать работу суетливых двигателей — в « Аббатстве Даунтон» это была первоначальная работа Тома Брэнсона .

Без какого-либо приложения для запуска двигателя свинцово-кислотные аккумуляторы становятся плохим выбором, который используется только на самых дешевых автомобилях. Таким образом, другие технологии, особенно никель-железные батареи Эдисона , являются огромным победителем. (Никель-железные батареи долговечны и почти неразрушимы, но имеют высокое внутреннее сопротивление, поэтому плохо справляются с «запуском двигателя». Это не проблема для электромобилей, но здесь это может быть проблемой.)

Тем не менее, я хороню лед.

600-килограммовой гориллой начала 20 века были электрические железные дороги . Эта технология ворвалась на сцену, и трамваи заменили конные вагоны, но, что гораздо важнее, междугородние электрические железные дороги .

Это скоростные (для того времени) поезда, которые ходили со скоростью 70-100 миль в час. Они ходили маленькими, как одиночные вагоны (немного длиннее трамвая) или довольно длинные поезда. Электроэнергия обычно составляла 600 вольт, но достигала 4000 вольт постоянного тока или 12 000 вольт переменного тока.

Это подводит нас к выводу: правильный способ сделать это — переправить автомобили на платформах по междугородной железной дороге.

Ловля молнии

Контактный провод будет магнитом для ударов молнии . Вы строите эту систему с огромной емкостью на уровне мегавольт, поэтому вы делаете железнодорожную сеть как можно более обширной, без разрывов цепи.

Теперь здесь нам нужно знать полярность молнии. Если ваша молния постоянно имеет одну и ту же полярность, это будет хорошо сочетаться с системой постоянного тока. В противном случае некоторые из ваших ударов сработают против вас, и эти удары, как правило, будут более сильными. Помните, что в этой половине века у нас не будет диодов.

Не получится иметь одну дорожку положительной, а другую отрицательной полярности. Молнии либо было бы все равно, либо она потянулась бы к более противоположному.

AC прямо. Во-первых, половина ваших ударов будет неправильной полярности (из-за времени), и чистая энергия будет равна нулю. Во-вторых, обширная система с большой емкостью будет иметь много проблем как из-за емкости, так и из-за фазового дрейфа из-за большого расстояния.

На подстанциях во всех возможных местах будет какая-то неизвестная ультраконденсаторная технология, в том числе, возможно, очень высокая стопка этих прекрасных, неразрушимых батарей Эдисона.

Другой вариант — провести линию электропередачи намного выше (вертикально) контактного провода. Линия передачи поймала бы молнию. Эта передача будет самым высоким напряжением постоянного тока, которое может быть реализовано с учетом технологий того времени. У него будут преобразования постоянного тока в постоянный на подстанциях. В 1915 году это было непросто, но не невозможно.

Я бы сказал нет. Безопасность, пожалуй, главный вопрос.

Воздух вокруг молнии нагревается до 50 000 градусов по Фаренгейту . Воздух — ужасный проводник, но если устройства, используемые для хранения и заземления молнии, не являются сверхпроводниками, вокруг него обязательно будет огромное тепло. Поскольку можно ожидать один раз в несколько минут, ловить два подряд в течение нескольких секунд может быть слишком опасно.

Ударных волн от грома достаточно, чтобы причинить материальный ущерб и ушибы . Это похоже на взрыв или «стрелу» сверхзвукового самолета.

Предположим, жара и ударные волны вас не убьют. Мы рассматриваем 10 ГВт электроэнергии . Жизнь в пределах 50 м от линии электропередач 765 кВ сопряжена с риском развития рака . Молния более чем в 1000 раз сильнее, и находится гораздо ближе. Вы, вероятно, получите много смертельной радиации за одну поездку.