Всё о науке за 60 минут - Марти Джопсон

но отраженный пучок электронов создавал узор, свидетельствовавший о наличии на поверхности льда жидкости. Родившееся объяснение состояло в том, что молекулы воды на поверхности льда просто не удерживаются столь же плотно, как в глубине, и могут свободно перемещаться, как в жидкости. Это дополнительное движение и создает слой жидкой воды толщиной в несколько молекул на поверхности даже самого холодного льда. Конечно, слой слишком тонкий, чтобы его можно было увидеть, но его достаточно, чтобы сделать скользким любой лед независимо от его температуры.

И, казалось бы, все сложилось, но несколько лет спустя, в 2002 году, Мигель Сальмерон, коллега доктора Соморджая из лаборатории в Беркли, использовал последнюю модификацию изобретенного ранее сканирующего атомно-силового микроскопа для определения рельефа поверхности льда. В первых версиях микроскопов этого типа было что-то вроде крошечной иглы проигрывателя грампластинок, которая перемещалась по поверхности. Ее отклонение фиксировалось по изменению величины тока, и результаты записывались. В частности, такой микроскоп мог дать представление о том, насколько шероховата поверхность в почти атомарном масштабе. Доктор Сальмерон обнаружил, что поверхность льда в атомарном масштабе не гладкая, а скорее шероховатая. А значит, малейшее движение по льду порождает трение с его шероховатой поверхностью, что, в свою очередь, приводит к выделению тепла. Это, по предположению Сальмерона, и было тем, что смазывало лед. Трение на атомарном уровне создает тепло, которое плавит поверхность льда, делая его скользким.

Итак, у нас есть одна устаревшая теория и еще два возможных объяснения, подкрепленных научными данными. Хотя эти объяснения не противоречит друг другу, они друг друга не доказывают и не дополняют. Так почему же тогда лед скользкий? Присяжные заседатели еще не определились с вердиктом. Самое странное, на мой взгляд, заключается в том, что столь обыденный вопрос до сих пор не имеет окончательного ответа. Может быть, чтобы его найти, необходима компиляция теорий, а может, дело в чем-то совсем другом. Ну а пока, когда вы в следующий раз поскользнетесь на льду и шлепнетесь на спину, больно ударившись, успокаивайте себя тем, что даже наука не в силах объяснить истинную причину произошедшего.

Метаморфозы электричества

В комнате, где я сейчас нахожусь, есть в общей сложности восемь электрических устройств. Шесть из них подключены через адаптеры, которые меняют переменный ток сети на нужный устройствам постоянный ток 12 В. Седьмое, мой компьютер, тоже работает от постоянного тока, но блок питания встроен в корпус самого устройства. И последнее – измельчитель бумаги, стоящий под моим столом. Я не совсем уверен, что у него нет адаптера, но все же, скорее всего, это единственное устройство в моей комнате, которое работает от переменного тока. И подобная картина повторяется по всему дому. Бóльшая часть электрических устройств функционирует за счет постоянного тока, а не переменного, который подается во все домашние розетки.

Это может показаться странным, но преобразователи энергии, которые есть в наших домах, в лучшем случае эффективны на 90 %. Более старые их разновидности также потребляют ток, даже будучи просто подключенными к сети, но фактически не питая то или иное устройство. Потраченная впустую энергия теряется в виде тепла, и это легко заметить, просто отключив преобразователи и потрогав их рукой. Но почему же нельзя и вовсе исключить из цепочки последние и сразу подавать в наши дома постоянный ток?

Эта идея не нова. На самом деле именно она стояла у истоков. Еще в 1880-х годах два гиганта американской промышленности сражались за то, как будут снабжать электричеством дома людей. Томас Эдисон, великий изобретатель и предприниматель, выступал за постоянный ток, утверждая, что он безопаснее и действеннее. На тот момент электродвигатель постоянного тока уже давно превратился в эффективный и практичный агрегат, тогда как электродвигатель переменного тока только сошел с чертежной доски. Эдисон был готов на крайние меры, чтобы дискредитировать своего соперника, Джорджа Вестингауза. Даже приступил к беспощадной клеветнической кампании против переменного тока, предавая гласности несчастные случаи и снимая на пленку убийства бездомных кошек и собак переменным током. Эдисон дошел до того, что изобрел и построил электрический стул, работавший на переменном токе[23]. Этот стул использовали для казни осужденных заключенных. Кроме того, Эдисон придумал ироническое выражение being Westinghoused (что-то вроде «вестингаузить»), которое означало казнь на электрическом стуле на базе переменного тока. Однако Джордж Вестингауз, сотрудничая с такими гениями, как Никола Тесла, в конце концов победил. Еще бы! Никто не хочет жить по соседству с электростанцией, так что лучше уметь передавать электричество на большие расстояния.

Всякий раз, когда ток течет по проводу (независимо от его диаметра и материала), происходит потеря энергии. Ее величина зависит от силы тока. Увеличьте ток вдвое, и потеря энергии вырастет в четыре раза, уменьшите ток вдвое, и она сократится в четыре раза. Кроме того, при заданной электрической мощности, когда ток уменьшается, напряжение пропорционально растет.

Взятые вместе, эти два фундаментальных факта влияют на то, как лучше передавать электричество по проводам на большие расстояния. Чтобы минимизировать потерю энергии, стоит использовать низкий ток, но, чтобы обеспечить приличное количество энергии при таком токе, напряжение должно быть очень высоким. Сегодня при передаче электроэнергии от электростанций по воздушным линиям электропередач напряжение превышает 765 000 В, или 765 кВ. Это обеспечивает эффективную передачу с минимальными потерями энергии. Трудность же заключается в создании столь высокого напряжения.

С переменным током очень легко преобразовать низкое напряжение в высокое и обратно. Еще Майкл Фарадей изобрел трансформатор – примерно за 50 лет до так называемой войны токов, о которой шла речь выше. Используя трансформатор, мы можем увеличить напряжение на электростанции до сотен тысяч вольт и передать электроэнергию на небольшую местную подстанцию, где оно преобразуется в разумное напряжение, и его подадут в ваш дом.

Если бы вы попытались направить постоянный ток 12 В от электростанции сразу в дом, пусть и находящийся всего в километре, вам потребовалось бы уменьшить сопротивление в кабелях до такой степени, что провод стал бы просто непрактичным. Его диаметр составил бы 50 см. Даже для дома средних размеров с источником постоянного тока в 12 В в гараже вам понадобятся провода в четыре раза толще тех, что у вас есть сейчас. Оказывается, вплоть до того момента, когда вам необходим уже собственно постоянный ток, гораздо проще использовать переменный.

Я понимаю, что едва ли вы хотели бы стать коллекционером разнообразных электрических адаптеров, но ничего с этим не поделать. К сожалению, все наши электронные устройства полагаются на тонкие кремниевые