Как изобрести все - Райан Норт

Не хотите ли изобрести перезаряжаемую батарею прямо сегодня же?

Почему нет, верно?

Свинцово-кислотные батареи, придуманные в 1859 н. э., во всем похожи на штуковину с двумя контактами, только что вами изобретенную, разве что там использовались контакты на основе свинца, погруженные в смесь воды и серной кислоты в пропорции три к одному. Один контакт – чистый свинец, второй – диоксид свинца. Вещества эти реагируют с серной кислотой так, что на обоих контактах получается сульфат свинца, но эта реакция требует, чтобы оба контакта обменивались электронами. Поэтому, когда вы соединяете их проводом, вы создаете на проводе электрический ток, который течет, пока идет реакция.

Но важно то, что когда вы разворачиваете реакцию и подаете электричество на батарею, то процесс идет вспять: сульфат свинца распадается в электролит, и вы восстанавливаете два контакта, из чистого свинца с одной стороны, из диоксида свинца – с другой. Подобная обратимость реакции означает, что вы можете эффективно запасать энергию для будущего использования[115]!

Так что теперь у нас есть батареи, способные генерировать электрич ество, и другие батареи, которые в состоянии резво запасать уже существующее электричество. Несомненно, батареи прекрасная штука для экспериментов и для того, чтобы обеспечивать работу портативных музыкальных плееров последней модели, но печальный факт состоит в том, что на батареях цивилизацию не построишь!

Цивилизацию можно основать на устройстве, которое не требует добывать определенные металлы или синтезировать конкретные кислоты. Другими словами, опорой цивилизации могут стать электрические генераторы, известные также как электростанции. И хорошая новость состоит в том, что если вы уже поработали над водяными мельницами, ветряными или турбинами, то вы почти изобрели электростанцию.

Что это

Способ производить энергию мощностью до 1,21 гигаватта.

До того как были изобретены

Единственный способ добраться до мощности в 1,21 гигаватта состоял в том, чтобы дождаться удара молнии, но, увы, никогда не знаешь, где и когда он произойдет.

Изобретены

1819 н. э. (электричество и магнетизм были признаны единым феноменом под названием «электромагнетизм»);

1821 н. э. (первый электродвигатель);

1832 н. э. (первая динамо-машина, создающая электроэнергию из движения).

Предпосылки

Металл, водяные мельницы, турбины или другие способы получения вращательного движения.

Как изобрести

До этого мы затрагивали в основном электрическую часть электромагнетизма, но здесь мы воспользуемся тем фактом, что любой электрический поток также создает и магнитное поле. Вы можете доказать это, поместив компас (раздел 10.12.2) рядом с проводом: в тот момент, когда по проводу пойдет ток, стрелка компаса начнет движение. Изобразив подобный трюк, вы также случайным образом использовали магнетизм, чтобы превратить электроэнергию в физическое движение, и именно это превращение открывает путь к множеству изобретений.

Самое банальное – вы можете использовать его для изготовления первых средств измерения разных параметров электричества. Чуть сложнее – если обернуть ваш провод вокруг сердечника из железа, то магнитное поле усилится и получится первый в мире электромагнит, такой магнит, который можно включать и выключать.

Поместите магнит так, чтобы он мог свободно вращаться между двумя электромагнитами, и включайте их поочередно. И ваш магнит будет вращаться до тех пор, пока вы подаете энергию на получившееся устройство.

Все эти изобретения работают, используя электричество для порождения движения в магнитном поле, но можно все перевернуть: вы можете использовать движение в магнитном поле, чтобы породить электрический ток. Это и есть базовый принцип работы генератора, который вы технически придумали в разделе 10.5.3, когда превратили эолипил в динамо-машину, сейчас мы только применили его для производства энергии.

Базовая механика в данном случае чрезвычайно проста: возьмите нечто вращающееся, накрутите на этот предмет несколько витков провода, расположите в центре магнит, и вы будете генерировать электроэнергию. Электричество, полученное таким образом, именуется «переменным током», поскольку электроны двигаются туда-сюда по проводам во время вращения. Противоположный вариант – постоянный ток, который вы получали из описанных выше батарей.

Вот и все, что нужно для изобретения генератора.

Очень удобно, что переменный ток подходит лучше постоянного для передачи на большие расстояния, но это не предотвратило Войну токов в истории США, когда разные корпорации поддерживали разные стандарты производства электричества и в конкурентной борьбе пытались убедить широкую публику, что другой стандарт несет смертельную опасность[116].

Вы можете передавать энергию от генератора по проводам, но столкне тесь с ограничением: любой проводник обладает некоторым сопротивлением, определяемым потерей электричества на нагревание. Это значит, что любой провод может передать лишь определенное количество энергии, затем он начнет греться, а в худшем случае – плавиться. Сопротивление можно использовать продуктивно для изобретения тостеров, печей, электронагревателей, фенов и ламп накаливания, которые мы уже упоминали[117].