Vehículos impulsados ​​por rayos: ¿son posibles? ¿Son realmente utilizables para el transporte diario?

Así que las matemáticas funcionan.
Un rayo contiene ~5 gigajulios de energía, o como nos dice amablemente Wikipedia, 38 galones de gasolina. Entonces, si pudiera hacer que un rayo lo golpeara y pudiera almacenar toda la energía con una eficiencia del 100 %, eso es suficiente para conducir un Acura 2019 1000 millas. (Exactamente 1000 - está clasificado como 3.8 gal / 100 millas).

Incluso si pierde el 90% de la energía, todavía son 100 millas por golpe. Incluso si las cosas de su go-kart consumen combustible a 7.6 gal / 100 millas, eso sigue siendo millas por golpe.

Pero el relámpago no

El problema es hacer que te caiga un rayo. Debido a esto, el diseño exacto no funcionará.

Los relámpagos viajan en pasos de unos 60 m, buscando el camino de menor resistencia con avidez como el agua que fluye cuesta abajo. (Esta es la razón por la que un rayo puede caer sobre un árbol a unos cientos de metros de un edificio alto).

Atraes todos los rayos hacia ti a una distancia d basada en esta ecuación (del "qué pasaría si" de XKCD).

Si su automóvil tiene una barra de 3 m que sobresale, proyectará una sombra de rayo de 18,7 m de ancho, por lo que cualquier cosa que golpee los 19 m circundantes vendrá por su pararrayos.

10m? radio de 33m. Una vez que alcanzas los 60 m, la sombra está en su apogeo. Un carro ligero de 4 ruedas con una torre de 60 m se va a volcar a la menor pendiente.

Entonces, ¿qué será?

Sin embargo; Unas torres de 60 m, espaciadas unos 100 m entre sí, con pararrayos que alimentan una red de trenes eléctricos cercana. Eso está empezando a ser posible.

4 torres que sostienen las esquinas de una gran malla de alambre grueso de 100x100m capturarán todos los rayos que se ubiquen en la región debajo de la malla.

También es posible la combinación de rayos con alguna tecnología para convertir la energía en combustible líquido o gaseoso. Por ejemplo, electrólisis para crear un combustible de hidrógeno y bombas para comprimirlo. Pierdes un poco de poder en las conversiones, pero las matemáticas hipotéticas de JBH pueden ser una realidad con una gran fábrica produciendo hidrógeno comprimido.

No creo que funcione en la práctica...

Si bien los rayos tienen energía más que suficiente, tendrías problemas para aprovecharlos . El problema es la enorme potencia (alto voltaje y corriente), es decir. mucha energía que se entrega en muy, muy corto período de tiempo.

Y para transmitir/almacenar esa alta potencia, necesita grandes conductores (para transportar alta corriente), con una resistencia extremadamente baja (piense idealmente: superconductores). De lo contrario, tendría grandes pérdidas de energía en un espacio pequeño, lo que equivale a un calentamiento extremo, lo que equivale a que el metal se convierta en vapor en una fracción de segundo muy pequeña, es decir. explosión (los conductores no lo suficientemente gruesos explotarían como fusibles sobrecargados )

Lo que podría funcionar para las unidades móviles es usar rayos indirectamente, aislándolos lo suficiente como para que los rayos nunca golpeen el vehículo, y usando otros efectos para aprovechar su energía, tal vez como:

• inducción que generalmente es responsable de freír sus dispositivos electrónicos cuando cae un rayo. p.ej. cualquier corriente en movimiento (como un rayo) crea un campo EM cambiante, y cualquier voltaje se induce en cualquier conductor en un campo EM cambiante. Cuanto más largo sea el conductor, mayor será el voltaje. Así es como funciona la carga de teléfonos inalámbricos modernos (aunque la carga inalámbrica de teléfonos usa voltajes mucho más bajos y cambios MUCHO más rápidos)

• haciendo uso de voltajes escalonados : el potencial de tierra NO es el mismo en diferentes radios desde el punto central de la caída del rayo. Cuanto mayor sea la distancia (y más perpendicular al punto de origen del rayo), mayor será la diferencia de tensión.

Esos dos métodos indirectos generan MUCHA menos energía que un rayo directo, por lo que traen los dispositivos eléctricos necesarios al ámbito de la posibilidad de un vehículo similar a un automóvil. Sin embargo, a menos que el suelo cercano a usted sea golpeado por rayos MUY a menudo, la energía recolectada probablemente sea demasiado baja para usar dicho automóvil (a menos que lo estacione durante días en un área tan tormentosa para cargarlo antes de usarlo).

No funcionará, pero está bien pensar en

La buena noticia: Oh, sí, podrías operar un automóvil cuando cae un rayo. Los rayos pueden entregar 10 GW de electricidad . Ahora, ese artículo minimiza el poder de los rayos al decir que cuando extrapola el poder a KWh, no es mucho (y, en términos de administrar una ciudad entera, no lo es). Pero todavía son 10 GW para trabajar (no divides la potencia en la duración del rayo o el reclamo sería de 50 MW).

Entonces, 10 GW. Eso es mucho poder. De esta fuente aprendemos que para conducir 400 millas, un automóvil "promedio" (y eso es una suposición descabellada. Los automóviles están en todo el mapa, por lo que debe tratar esto como una cifra aproximada) quemará 560 KWh. Y... 10 GW / 60 / 60 = 2775 KWh o casi 5 veces la energía necesaria para hacer funcionar el automóvil durante 400 millas. Por lo tanto, puede correr fácilmente 800 millas (10 horas de manejo a 80 MPH) con el aire acondicionado encendido, todas las luces que pueda conectar y su estéreo funcionando lo suficientemente alto como para ser escuchado en Islandia.

EDITAR: Curiosamente, no importa cuán mal hice los cálculos, parece que básicamente tenía razón, de todos modos. De esta fuente aprendemos que "Un solo rayo transporta una cantidad relativamente grande de energía (aproximadamente 5 gigajulios o aproximadamente la energía almacenada en 38 galones de gasolina)". El automóvil de pasajeros promedio obtiene 30 mpg, por lo que un perno vale 1,140 millas, mucho más que el suministro de un solo día.

Pero ese no es el problema

El problema es cómo atraer el rayo. La electricidad sigue el camino de menor resistencia al potencial eléctrico más bajo, que casi nunca será el automóvil (y no son solo los neumáticos de caucho vulcanizado de alto aislamiento). Incluso si pavimentaste las carreteras con plata (gran conductor) y usaste oro en lugar de caucho para los neumáticos (gran conductor), lo mejor que obtendrás es un potencial eléctrico promedio igual al suelo dentro de un radio de aproximadamente 3 metros de tú. Si estás en la cima de una colina, tienes muchas posibilidades de que te golpeen. Si estás en el punto más bajo a tu alrededor... no tanto.

¡Pero la esperanza no está perdida para la buena ciencia ficción!

Porque lo que podría hacer es operar su automóvil con voltaje negativo en comparación con "tierra". Y en un automóvil, eso es "tierra del chasis" o el voltaje del metal del chasis. (Dicho de otra manera, para mantener seguros a los pasajeros, el chasis del automóvil se usa como referencia de 0 V). Normalmente, un automóvil funciona a +6 VCC, +12 VCC o +24 VCC (según el tipo de vehículo que sea).

El suyo funciona a -480 VCC. ¡Y ese honker puede transportar el correo! ¿El beneficio? Puede colocar el terminal de carga de -480 V CC en la parte superior del vehículo donde (ciencia ficción) atraerá todos los rayos que pueda manejar.

Y cuando su automóvil está cargado, una placa de +24 V CC cubre el conector para que el rayo se aleje de él. E ignoraremos lo que sucede cuando lo hacen dos placas con una diferencia de potencial de 504 VCC. Se llama condensador. Simplemente ignóralo. Ciencia ficción. :-)

¿Pero es seguro?

es tu mundo Declara que es seguro. Esas personas crecieron con eso, por lo que la gestión de rayos sería una tecnología fundamental. La cabina del operador estaría aislada eléctricamente (muy bien aislada) del resto del automóvil. Habría alguna forma de descargar la "sobrecarga" eléctrica (yo, quiero una lámpara de arco que compita con The Luxor Hotel ).

Y tenga en cuenta que solo necesitaría ser golpeado una vez al día como máximo para mantener este automóvil en marcha. No se puede hacer funcionar una ciudad con rayos, pero ¿un automóvil? No es difícil en absoluto.

Es posible que los camiones grandes y viejos deban ser golpeados varias veces al día.

Una motocicleta puede necesitar ser golpeada una vez en su vida. Tu vida, no la de la moto. Su gente probablemente abandonó las motocicletas hace mucho tiempo. El radio de búsqueda de 2 km para el ciclista fue demasiado trabajo para el equipo de búsqueda y rescate.

Sí , es posible hacer tal máquina. Un rayo traería alrededor de mil millones ( 1,000,000,000 ) de julios de energía. El combustible de aviación contiene 43 millones de julios por kilogramo. Por lo tanto tenemos el equivalente a 23 kg de combustible de un solo golpe, 6 galones. ¡BMW i3 Giga puede conducir 846 millas, 1361 km en eso! Incluso un avión pequeño como el Cessna 172 solo requiere unos 10 galones durante una hora completa. Entonces, bajo cualquier eficiencia soportable del colector de rayos, un vehículo que recibe un rayo por minuto no solo puede viajar, sino incluso volar, incluso si es pesado e ineficiente. O, probablemente, una huelga cada media hora debería ser suficiente.

Algunas fuentes estiman que la energía de un solo golpe es unas 20 veces menor (y existen diferentes tipos de rayos). Esto aún funcionaría incluso para el avión Cessna mencionado si contamos con un golpe por minuto.

Sin embargo, es técnicamente un desafío extraer toda la energía del rayo. Se requiere algún tipo de supercondensador avanzado que pueda tomar mucha energía muy rápidamente y cargarse a un voltaje muy alto. Entonces, un convertidor de voltaje no menos avanzado necesita convertir la energía en algo que un motor eléctrico normal podría usar. Así que probablemente no con la tecnología steampunk y no con una eficiencia del 100 %. Pero si realmente es un golpe por minuto, parece que hay un gran margen de eficiencia para construir algo que simplemente se mueve sobre el suelo.

Es probable que esto sea mucho más "práctico" si el rayo generara vapor y no se almacenara como una pila de electrones.

Acerquémonos desde la otra dirección .

Analicemos la tecnología disponible en ese momento.

Los autos eléctricos eran abundantes, fácilmente disponibles y simplemente funcionaban . Eran el vehículo elegido por las damas de sociedad que deseaban movilidad personal. Los motores de gasolina requerían un "conductor" que fuera tanto mecánico como para mantener en funcionamiento los motores inquietos: en Downton Abbey, este era el trabajo original de Tom Branson .

Sin ninguna aplicación para el arranque del motor, las baterías de plomo-ácido se convierten en una mala elección, solo en los vehículos más baratos. Así que otras tecnologías, en particular las baterías de níquel-hierro de Edison , son un gran ganador. (Las baterías de níquel-hierro son de larga duración y casi indestructibles, pero tienen una alta resistencia interna, por lo que les va mal con el "arranque del motor". No es un problema para los autos eléctricos, pero puede ser un problema aquí).

Sin embargo, estoy enterrando el lede.

El gorila de 600 libras de principios del siglo XX era un ferrocarril eléctrico . Esta tecnología había irrumpido en escena, con los tranvías reemplazando a los carros tirados por caballos, pero mucho más importante, los ferrocarriles eléctricos interurbanos .

Estos son trenes de alta velocidad (para la época) que circulaban entre 70 y 100 millas por hora. Corrían tan pequeños como vagones individuales (un poco más largos que un tranvía) o trenes bastante largos. La energía eléctrica funcionaba normalmente a 600 voltios, pero llegaba a 4000 voltios CC o 12 000 voltios CA.

Esto nos lleva a una conclusión: la forma correcta de hacerlo es transportar los automóviles en vagones planos en el ferrocarril interurbano.

Atrapar el rayo

El cable del trolebús será un imán para los rayos . Usted construye este sistema con una gran cantidad de capacitancia a niveles de megavoltios, por lo que hace que la red ferroviaria sea lo más amplia posible, sin cortes de circuito.

Ahora, aquí es donde necesitamos saber la polaridad del rayo. Si su rayo es consistentemente de la misma polaridad, funcionará bien con un sistema de CC. De lo contrario, algunos de tus golpes funcionarán en tu contra, y esos tienden a ser los golpes más poderosos. Recuerde, no obtenemos diodos en esta mitad de siglo.

No funcionará si una pista es positiva y la otra tiene polaridad negativa. Al relámpago no le importaría o se sentiría atraído por lo más opuesto.

AC está fuera. Primero, la mitad de tus golpes tendrán la polaridad incorrecta (debido al tiempo), y la energía neta sería nula. En segundo lugar, un sistema extenso con mucha capacitancia tendrá muchos problemas debido tanto a la capacitancia como a la deriva de fase debido a la gran distancia.

Las subestaciones, en tantos lugares como sea posible, tendrán algún tipo de tecnología desconocida de ultracondensadores de algún tipo, incluida posiblemente una pila muy alta de esas encantadoras e indestructibles baterías Edison.

Otra opción es tener una línea de transmisión muy por encima (verticalmente) del cable del trolebús. La línea de transmisión atraparía el rayo. Esta transmisión sería el voltaje de CC más alto que se puede reunir dada la tecnología de la época. Tendría conversiones DC-DC en las subestaciones. Esto no era fácil en 1915, pero no imposible.

Yo diría que no. La seguridad es probablemente el tema central.

El aire alrededor de un rayo se calienta a 50,000 grados F. El aire es un conductor terrible, pero a menos que los dispositivos utilizados para almacenar Y poner a tierra los rayos sean superconductores, es probable que haya un calor tremendo a su alrededor. Dado que es posible esperar uno cada pocos minutos, atrapar dos seguidos en cuestión de segundos puede ser demasiado peligroso.

Las ondas de choque del trueno son suficientes para causar daños materiales y magulladuras . Es similar al de una explosión o 'boom' de un avión supersónico.

Asumamos que el calor y las ondas de choque no te matan. Estamos viendo 10 GW de electricidad . Vivir a menos de 50 m de una línea eléctrica de 765 kV conlleva riesgo de cáncer . Los rayos son más de 1000 veces más fuertes que eso, y están mucho más cerca. Es probable que reciba una gran cantidad de radiación casi mortal en una sola unidad.