движение электрического тока

Электрический угорь

Несмотря на свое название, электрический угорь не принадлежит к отряду угреобразных, он более близок к карпам и сомам.
Люди узнали про электрических рыб довольно давно: ещё в Древнем Египте для лечения эпилепсии использовали электрического ската, анатомия электрического угря подсказала Алессандро Вольте идею его знаменитых батарей, а Майкл Фарадей, «отец электричества», использовал того же угря в качестве научного оборудования. Современные биологи знают, что можно ждать от таких рыб (почти двухметровый угорь может сгенерировать 600 вольт), кроме того, более-менее известно, что за гены формируют такой необычный признак – нынешним летом группа генетиков из Университета Висконсина в Мадисоне (США) опубликовала работу с полным сиквенсом генома электрического угря. Предназначение «электроспособностей» тоже понятно: они нужны для охоты, для ориентации в пространстве и для защиты от других хищников. Неизвестным оставалось лишь одно – как именно рыбы пользуются своим электрошоком, что за стратегию используют.

Сейчас мы об этом и узнаем …

Для начала немного о самом главном герое.

В таинственных и мутных водах Амазонки скрывается множество опасностей. Одну из них представляет электрический угорь (Electrophorus electricus) — единственный представитель рода электрических угрей (Electrophorus) из отряда гимнотообразных (Gymnotiformes). Он водится на северо-востоке Южной Америки и встречается в небольших притоках среднего, а также нижнего течения мощной реки Амазонки.

Средняя длина взрослого электрического угря метр-полтора, хотя иногда встречаются и трехметровые экземпляры. Весит такая рыбка порядка 40 кг. Тело у нее удлиненное и немного сплющенное с боков. Собственно, на рыбу этот угорь не очень-то и похож: чешуи нет, из плавников только хвостовой да грудные, и плюс ко всему дышит он атмосферным воздухом.

Фото 3.

Дело в том, что притоки, где обитает электрический угорь, слишком мелкие и мутные, а вода в них практически лишена кислорода. Поэтому природа наградила животное уникальными сосудистыми тканями в ротовой полости, с помощью которых угорь усваивает кислород прямо из наружного воздуха. Правда для этого ему приходится каждые 15 минут подниматься на поверхность. Зато если угорь вдруг окажется вне воды, он сможет прожить несколько часов, при условии, что его тело и рот не пересохнут.

Окрас у электрического угля оливково-коричневый, что позволяет ему оставаться незамеченным для потенциальной добычи. Только горло и нижняя часть головы ярко-оранжевые, но вряд ли это обстоятельство поможет несчастным жертвам электрического угря. Стоит ему содрогнуться всем своим скользким телом, как образуется разряд, напряжением до 650В (в основном 300-350В), который моментально убивает всю находящуюся поблизости мелкую рыбешку. Добыча падает на дно, а хищник подбирает ее, заглатывает целиком и умащивается неподалеку, чтобы немного отдохнуть.

Электрический угорь имеет особые органы, состоящие из многочисленных электрических пластинок — видоизмененных мышечных клеток, между мембранами которых образуется разность потенциалов. Органы занимают две трети массы тела этой рыбы.

Впрочем, электрический угорь может генерировать разряды и с меньшим напряжением — до 10 вольт. Поскольку у него плохое зрение, он использует их как радар, для навигации и поиска добычи.

Электрические угри могут быть огромных размеров, достигая 2, 5 метра в длину и 20 килограммов в весе. Они обитают в реках Южной Америки, например, в Амазонке и Ориноко. Там питаются рыбой, земноводными, птицами и даже мелкими млекопитающими.

Поскольку электрический угорь усваивает кислород непосредственно из атмосферного воздуха, ему приходится очень часто подниматься к поверхности воды. Он должен это делать, по крайней мере, один раз в пятнадцать минут, но обычно это происходит чаще.

На сегодняшний день известно мало случаев гибели людей после встречи с электрическим угрем. Тем не менее многочисленные электрические удары могут привести к дыхательной или сердечной недостаточности, из-за чего человек может утонуть даже на мелководье.

Все его тело покрывают специальные органы, которые состоят из особых клеток. Эти клетки последовательно соединены между собой при помощи нервных каналов. В передней части тела «плюс», в задней «минус». Слабое электричество образуется в самом начале и, проходя последовательно от органа к органу, оно набирает силу, чтобы ударить как можно более эффективно.

Сам электрический угорь считает, что наделен надежной защитой, поэтому не спешит сдаваться даже более крупному противнику. Бывали случаи, когда угри не пасовали даже перед крокодилами, а уж людям и вовсе стоит избегать встреч с ними. Конечно, вряд ли разряд убьет взрослого человека, однако ощущения от него будут более чем неприятные. К тому же есть риск потери сознания, а если при этом находиться в воде, можно запросто утонуть.

Электрический угорь весьма агрессивен, нападает он сразу и не собирается никого предупреждать о своих намерениях. Безопасное расстояние от метрового угря составляет не меньше трех метров — этого должно хватить, чтобы избежать опасного тока.

Кроме основных органов, вырабатывающих электричество, есть у угря и еще один, при помощи которого он разведывает окружающую обстановку. Этот своеобразный локатор испускает низкочастотные волны, которые, возвращаясь, оповещают своего хозяина о находящихся впереди преградах или наличии подходящей живности.

Зоолог Кеннет Катания (Kenneth Catania) из Университета Вандербильта (США), наблюдая за электрическими угрями, которые жили в специально оборудованном аквариуме, заметил, что рыбы могут разряжать свою батарею тремя разными способами. Первый – это низковольтные импульсы, предназначенные для ориентации на местности, второй – последовательность двух-трёх высоковольтных импульсов, длящихся несколько миллисекунд, наконец, третий способ – относительно долгий залп высоковольтных и высокочастотных разрядов.

Когда угорь нападает, он посылает добыче много вольт на высокой частоте (способ номер три). Трёх-четырёх миллисекунд такой обработки хватает, чтобы обездвижить жертву – то есть можно сказать, что угорь использует дистанционный электрошок. Причём частота его намного превышает искусственные приспособления: например, дистанционный шокер Тайзер подаёт 19 импульсов в секунду, тогда как угорь – целых 400. Парализовав жертву, он должен, не теряя времени, быстро схватить её, иначе добыча придёт в себя и уплывёт.

В статье в Science Кеннет Катания пишет, что «живой электрошокер» действует так же, как искусственный аналог, вызывая сильное непроизвольное сокращение мышц. Механизм действия удалось определить в своеобразном опыте, когда в аквариум к угрю клали рыбу с разрушенным спинным мозгом; между собой их разделял электропроницаемый барьер. Контролировать мышцы рыба не могла, однако они сокращались сами в ответ на электроимпульсы извне. (Угря провоцировали на разряд, подкидывая ему червей в качестве корма.) Если же рыбе с разрушенным спинным мозгом вводили ещё и нервнопаралитический яд кураре, то электричество от угря никак на неё действовало. То есть мишенью электроразрядов были именно моторные нейроны, управляющие мышцами.

Однако всё это происходит, когда угорь уже определил себе добычу. А если добыча затаилась? По движению воды её тогда уже не найдёшь. К тому же сам угорь охотится ночью, и при том не может похвастаться хорошим зрением. Чтобы найти добычу, он использует разряды второго рода: короткие последовательности из двух-трёх высоковольтных импульсов. Такой разряд имитирует сигнал моторных нейронов, побуждая сокращаться все мышцы потенциальной жертвы. Угорь как бы приказывает ей обнаружить себя: по телу жертвы проходит мышечный спазм, она начинает дёргаться, а угорь ловит колебания воды – и понимает, где спряталась добыча. В похожем опыте с рыбой с разрушенным спинным мозгом её отделяли от угря уже электронепроницаемым барьером, однако волны воды от неё угорь мог чувствовать. Одновременно рыбу соединяли со стимулятором, так что её мышцы сокращались по желанию экспериментатора. Оказалось, что если угорь испускал короткие «импульсы обнаружения», и одновременно рыбу заставляли дёргаться, то угорь нападал на неё. Если же рыба никак не отвечала, то угорь на неё, естественно, никак не реагировал – он просто не знал, где она находится.

В целом электрический угорь демонстрирует довольно изощрённую охотничью стратегию. Время от времени посылая во внешнюю среду «псевдомышечные» разряды, он заставляет затаившихся жертв обнаружить себя, затем подплывает туда, откуда в воде распространяются волны, и подаёт уже другой разряд, парализующий добычу. Иными словами, угорь просто получает контроль над мышцами жертвы, приказывая им двигаться или замереть тогда, когда ему это нужно.

Японцы создали двуногого робота с приводом из живой мышечной ткани

Экспериментальная конструкция не отличалась сложностью. Мышечная ткань была натянута вдоль гибкой конструкции каждой из пластиковых ног робота. Ноги заканчивались поплавком, и вся конструкция была помещена в сосуд с питательным раствором. Мышечные клетки хоть и искусственные, но живые, поэтому требовали подвода питания.

Сокращение мышц происходило после пропускания тока через жидкость вблизи мышц от одного электрода к другому. Учёные вручную приближали электроды то к одной ноге, то к другой, заставляя их подниматься и совершать шажок вперёд. Отключение тока расслабляло мышцы, и нога совершала движение. Таким образом, были проверены режимы ходьбы по прямой и развороты на месте, когда сокращалась только одна мышца на той или иной ноге.

Сурс

Очередной прорыв физического дна: изобретатель Герман Измалков разработал бесколлекторный электродвигатель постоянного тока с КПД 300%.

На данный момент изобретатель ищет инвесторов для организации производства электродвигателей. Записывайся в очередь анон!

Опытный образец на выполнен из ротора - жесткого диска системного блока компьютера, на котором наклеены постоянные ферритовые магниты, одинаковые полюса которых направлены от оси вращения. 

Далее текст не для кабинетных физиков-теоретиков, а для продвинутых практиков! 

"Статор – это радиально установленные обмотки, соединенные последовательно с одинаковым направлением тока и с ферритовым магнитопроводами. В цепи обмоток установлен электронный ключ на полевом транзисторе, управляемый однополюсным датчиком Холла, который установлен позади – в сторону оси вращения постоянных магнитов ротора на радиусе проходящем через осевую линию одной из обмоток.Это позволяет датчику Холла отключать питающий электродвигатель постоянный ток в момент, когда очередной постоянный магнит ротора покинет этот радиус через осевую линию этой обмотки.Так как длины постоянных магнитов ротора по окружности вращения равны промежуткам между ними, то ток через обмотки идет ровно пол-периода, когда датчик Холла находится в зоне магнитной силы очередного постоянного магнита, а потом не идет, но ЭДС самоиндукции дармовым током обратного направления питает обмотки и на обмотке возникает магнитная сила обратного направления, которая воздействует на постоянные магниты ротора в прежнем направлении и поэтому КПД больше 100% и примерно равен 300%.Если магнитопроводы обмоток заменить на ферритовые магниты (неодимовые магниты будут греться токами Фуко из-за их большой электрической проводимости), то этот электродвигатель может стать бестопливным при условии равенства и однонаправленности магнитных сил у ротора и статора." 

и еще откровения изобретателя:

Ученые из Сингапура создали ткань, производящую электричество

Немного радиохеда в этот воскресный вечер

Авария в энергетике как возможность внезапной смерти от поражения том высокого напряжения

Это может случиться совершенно неожиданно, внезапно...

Февраль 2024 года. Сфера электроэнергетики. ПодСтанция.

Вот свежий пример случайной аварии, при которой, по идее, я мог быть поражен электрическим током высокого (110 000 Вольт) напряжения с вероятность смерти 90%.

Вчера 22.02.2024. утром в 10.35 провод вместе с верхушкой изолятора и ножом шинного разъединителя ШР-1 (как на фото в центре, зеленый, фаза "B", отключённый!) просто отломился и упал на землю, задевая мет.конструкции. 

Т.к. провод шёл к ШР-2, то 2-я Система Шин 110кВ получила замыкание на землю и должна была отключиться Защитой Шин (ДЗШ). Но не отключилась :( Тогда отключился Автотрансформатор 220/110 кВ и две транзитные линии 110кВ (на тех подстанциях, откуда эти линии). Результат аварии: полное погашение 110/35/10 кВ на ПодСтанции, почти всего города и района... 

Что интересно, я имею привычку ходить на осмотр утром (когда дежурю в день) именно примерно в 10.35. (да и прохожу под ним 3 раза каждую смену). И этот провод свалился бы на мою голову (каска тут уже не поможет...). Но. В этот день моя смена была не в день, а в ночь, и возможная внезапная смерть была отменена :)

Кроме того, ещё давно (несколько лет назад) я почувствовал, и запомнил, что когда-нибудь именно такой провод между ШР-1 и ШР-2 вдруг упадет при обходе и мне возможен капец :| 

Китайские космонавты провёли испытания двигателя Стирлинга на космической станции

Все это делает технологию привлекательной для разработчиков космических аппаратов, которые рассматривают ее как средство обеспечения энергией космических аппаратов и космических баз. Использование преобразователей Стирлинга поможет уменьшить зависимость от солнечной энергии, которая ограничена эффективностью солнечных батарей и не всегда доступна. Например, в районе Южного полюса Луны, где многими агентствами планируется строительство лунных баз, лунная ночь длится четырнадцать земных суток.

Давно хочу написать про работу в трамвае. Но и времени свободного не дофига, плюс столкнулся с тем, что информации выходит слишком много. И в этом ворохе информации, каждый второй термин ещё и объяснять приходится. Так что, разминки ради, трындим за пантографы.

Начнём с различия между токоприёмником и пантографом. Так вот, каждый пантограф -- токоприёмник, но не каждый токоприёмник -- пантограф. Например, бугель -- не пантограф

И "троллейбусная" штанга не пантограф

Третий момент -- обслуживание. Штанга взаимодействует с контактной сетью в одной точке, через это и конташка должна быть прямая, но всё равно, вставки ("угольки") менять приходится чуть ли не каждый круг. А ещё, и стрелки верхние ему подавай, чтоб на нужный провод перескакивал.

(это, понятное дело, троллейбусная, но вы поняли)

С бугелем проще, но износ вставок у него тоже побольше, по сравнению с пантографом. А, ну да, надо же рассказать, что такое "контактная вставка". Это взаимозаменяемая часть пантографа, непосредственно взаимодействующая с контактной сетью. Пантограф, обладает устройством("каретка"), благодаря которому вставка лучше прижимается, выравнивается, и, соответственно, меньше изнашивается. И да, различие между контактной сетью трамвая и троллейбуса. Чем прямее провода у троллейбуса, тем лучше. Меньше вероятность, что штанга соскочит. Чем кривее провода у трамвая, тем равномернее изнашивается вставка.

ссылка на гифку

 А теперь, пантографы.

Больше всего слов у меня про токоприёмник Белова. 

Фактически, его единственное достоинство -- что может отрабатывать зацепы (см гифку). 

ссылка на гифку

 В остальном, херня та ещё. Сложная в обслуживании, проблемная в ремонте, задним ходом -- только с оттяжкой, места на крыше много занимает -- тот же бугель, только в профиль.

Следующим пунктом у нас --  пантограф ЛМ-68, или "машковский" (по названию трамвая)

Токоприёмник КТМ, опять-таки отсылка в вагону, на этот раз КТМ-5, для которого они изначально предназначались, и, после списания оных, перекочевали на другие трамваи.

Полупантограф -- занимает на крыше вдвое меньше места, чем пантограф, он регулируемый, на него можно повесить электропривод (управлять им не верёвкой, а кнопкой), но прочность меньше тоже в два раза. По моим наблюдениям, ломается чаще, чем все остальные пантографы, вместе взятые.

(на фотке, кстати, с приводом)

ЗЫ. Довольно забавное устройство, крюк, на который пантограф сажают. При выключении трамвая, надо пантограф опустить, чтобы не возникало ненужных электрических цепей. Фишка крюка в том, что если пантограф поднимать резко, крюк его удерживает, а если плавно - нет.

ссылка на гифку

Напоследок, отвечу на парочку вопросов о трамвае, с которыми мне приходилось так или иначе сталкиваться.

- Правда ли, что водители трамвая, в среднем, получают столько, сколько пишут в рекламных объявлениях?

 Правда. Проблема в том, что конкретно ты, устроившись водителем, эти деньги увидишь ой как не скоро. Сначала ты полгода будешь учиться. Где-то половина народу отсеивается на этом этапе. Потом приходит практика, где тебе надо сесть за ручку и выехать на линию. Здесь уходит ещё две трети из оставшихся. Тупо страшно управлять в людском потоке 20-тонной слабо тормозимой махиной. Из тех, кто выжил, примерно девять из десяти сваливают в течении первого года. Если ты остался, отработал без аварий и замечаний пару лет, получил второй класс, то плюс-минус, заявленную сумму будешь получать. Но это пипец как сложно.

- Может ли трамвай ехать назад (странный вопрос, но встречался)?

 У трамвая нет трансмиссии. Всё управление двигателями осуществляется токами. Поэтому, трамваю вообще похер, вперёд ехать, или назад, и то, и другое, он осуществит с одинаковой резвостью. Вы не видели едущий задом трамвай по одной простой причине: должностная инструкция водителей запрещает это делать на линии.

- Даёт ли работа в трамвае бесплатный проезд?

 Авотхер. Даже грёбанной скидки не имеем. И штраф, если застукают, в десять раз выше, чем у простых смертных. Вообще, это от кондуктора зависит, кто-то улыбнётся, и сядет рядом позвездеть о работе, иные скажут "платите".

Электропикап Rivian научили делать «танковый разворот»