Czarna elektryczna magia

Poniższy tekst jest poniekąd reakcją na trend, że wszystko powinno być lekkie, łatwe i przyjemne. Tak powinno być: tak lekkie, tak łatwe i tak przyjemne, jak to tylko możliwe. Ale nie bardziej. Człowiek, aby się nadawał do dialogu albo jakiegokolwiek towarzystwa, musi dysponować pewną minimalną wiedzą. Aby go można było wpuścić do transformatora, nie tylko powinien mieć zdane egzaminy BHP, ale dysponować wiedzą, która nie pozwoli mu myśleć o świecie, a prądzie w szczególności, jak o magii. Gadać nie musi umieć, ale wiedzieć, inaczej wszystko wyleci z delikwentem w powietrze. Tak sobie myślę nieraz, czytając gazety, że ałtora artykułu do transformatora lepiej nie wpuszczać. Jak się zdaje, edukował się lekko, łatwo i przyjemnie i jeszcze na dodatek bardziej niż to możliwe. Z tejże przyczyny postanowiłem napisać po szkolnemu, ale tak właśnie, aby potencjalny czytelnik miał jakąś szansę w konfrontacji ze współczesną techniką. Bez przenośni. Jeśli nawet współczesny świat tworzy takie zabezpieczenia, że na przykład po wetknięciu palca do gniazdka wyłączy się prąd, to nie oznacza, że wtykający jest bezpieczny. Katastrofa została odsunięta tylko na pewien czas. Głupota jest groźna jak zawsze. Każdy człowiek musi dysponować pewnym zapasem minimalnej informacji, aby, jak mówiono w Przedborowie, można go było wypuścić na pastwisko. Bynajmniej jednak nie mam zamiaru tu owej wiedzy dostarczać, ale raczej stworzyć rejestr spraw, które warto by było poznać, gdyby były nieznane.

Elektryczność jest w potocznym rozumieniu obszarem magii. Do refleksji skłoniły mnie takie zdarzenia. Kiedyś znajomy opowiadał o lekcji „przyrody” w szkole zapewne podstawowej. Pani nauczycielka wykładała o żarówce. Na koniec lekcji tryumfalnie wyciągnęła i pokazała dzieciarni przedmiot rozważań. Wskazała na stopkę i oznajmiła: „Tu jest plus”, potem na gwint: „Tu jest minus”. Fizycy w tym miejscu rwą włosy z głowy, inżynierowie się śmieją, a niektórzy humaniści patrzą zdziwieni: ale osso chodzi?!

Sprawa całkiem inna. Gazetowy „nius” (może jednak „njus”?) o amerykańskiej amunicji przeciw urządzeniom elektronicznym. Jak mi się zdaje, rzecz wygląda poważnie. Pomysł polega na nagłym, trwającym nanosekundy rozmagnesowaniu silnego magnesu. Może to spowodować wygenerowanie krótkotrwałego, ale bardzo silnego pola elektromagnetycznego. Zaindukuje ono we wszystkim do czego dotrze wysokie napięcia. Rzeczywiście, to może być sposób na zniszczenie urządzeń zawierających półprzewodniki.

Uważny czytelnik już pewnie zauważył ów niuans: półprzewodniki. To w dzisiejszych czasach synonim elektroniki. Jednak impuls elektromagnetyczny to nasz dobry znajomy z czasów Układu Warszawskiego, w których szykowaliśmy się nieustannie do III wojny światowej, która nieuchronnie miała być atomowa. Dlaczego nasze dzielne wojska ćwiczyły cały czas z radiostacjami lampowymi? Ano, bo lampy to zupełnie inna bajka.

Nie tylko w tym tkwi jakaś naiwność amerykańskich pomysłów. Bo wydaje mi się, że pomysł na dłuższą metę jest naiwny. Mamy dobrze przetrenowaną ochronę urządzeń elektronicznych. Np. większość przemysłowych mierników napięcia jest w stanie przetrwać włączenie do sieci 230 woltów przy ustawionym dowolnie małym zakresie napięcia czy nawet podczas pomiaru oporu elektrycznego. Większość obecnie produkowanych układów scalonych ma wyprowadzenia zabezpieczone przed szokiem elektrostatycznym. Czyli przed rozładowaniem np. naładowanego do wysokiego napięcia montera poprzez ten układ. Wstający z krzesła pokrytego plastykiem człowiek może mieć potencjał względem „ziemi” rzędu kilkunastu tysięcy woltów. No i taki eksperyment: przyłączenie do napięcia kilkunastu tysięcy woltów potrafią przetrwać elementy półprzewodnikowe.

Banalną metodą ochrony przed impulsami elektromagnetycznymi jest ekranowanie. Po prostu kawał blachy, który zazwyczaj stanowi zaporę nie do przebycia dla pola.

Dlaczego amerykański system może działać? Zapewne dlatego, że obecnie większość urządzeń elektronicznych znajduje się w plastykowych obudowach. Tak więc przeciwelektroniczne granaty mogą, i owszem, funkcjonować przeciw terrorystom, którzy postanowią się posługiwać za pomocą radiotelefonów, telefonów komórkowych. Gorzej, jeśli to będzie prymitywny jednolampowy nadajnik. Albo... jednotranzystorowy, w którym po ostrzelaniu można prostą operacją wymienić uszkodzony element.

Tak sobie myślę, że głównym elementem tej opowieści jest magia i niewiedza albo mętna wiedza. Dzwonią, ale w którym kościele? Taka jak tej pani od żarówki.

Po mojemu „Autobahn nach Poznań” jest świetnym przykładem fantastyki naukowej, bo wdrożono tam pewną bardzo smaczną fantazję na temat nauki. Czy jednak zniszczenie elektrycznych własności materii jest możliwe? Np. żeby cała elektryka przestała działać? Pochyła sprawa, Drogi Czytelniku. Dalibóg właśnie na tym polega fantastyka naukowa, że zaczynamy kombinować, jak by świat wyglądał, gdyby niemożliwe było możliwe. Na tym polega cały spryt owego opowiadania. Ale właśnie sęk w tym, że widzimy, odczuwamy elektryczne własności materii. To, że atomy łączą się w związki chemiczne to oczywiście oddziaływania elektryczne, że światło się odbija, załamuje i rozprasza, to także elektryka. Jeśli zmienimy dozwolone energie zajmowane przez elektrony w metalu, tak by przestał on przewodzić, straci on wszystkie własności metalu, wytrzymałość i wysoką temperaturę topnienia. Można próbować kombinować z izolatorami poprzez domieszkowanie, ale to także kończy się drastyczną zmianą własności i mechanicznych, i np. optycznych.

Dlaczego? Bo widzimy i odczuwamy, np. naciskając ręką na stół, oddziaływanie ze sobą elektronowych powłok atomów. A one przyciągają i odpychają się elektrycznie. Dlatego zmiana własności elektrycznych materiału pociąga za sobą inne zmiany.

Dlatego też rozumienie choćby drobnej części „elektryki prostej” daje także zrozumienie całego szeregu innych zjawisk. Można powiedzieć, że jest kluczem do zrozumienia świata.

Swego rodzaju kulturowym nieszczęściem, jakie zostawiła nam historia, jest podział wiedzy o elektryczności na elektrostatykę i „zwykłą” elektryczność. Tak naprawdę różnicy nie ma. Co gorsza, sprawy mają się tak, że o ile „zwykła” elektryka jest znakomicie poznana, to nauczanie elektrostatyki nie bardzo ma sens, bo... nie rozumiemy, co się tak naprawdę dzieje, gdy pocieramy ebonitową laską o sukno. Ładuje się, ale dlaczego? Bo... tryboelektryczność, potencjały chemiczne oraz szereg innych słówek, które mają zamazać fakt, że nie bardzo wiemy.

Nie bardzo wiadomo, dlaczego ładują się chmury burzowe. Np. mamy takie eleganckie wytłumaczenie: spada sobie kropla deszczu poprzez atmosferę. Po drodze napotyka jony dodatnie i ujemne. Ponieważ ujemne to swobodne elektrony, to ze względu na ich wielką ruchliwość, ruch kropli nie ma dla nich znaczenia. Kropla natomiast wyłapie na swej drodze ciężkie jony dodatnie i naładuje się sama dodatnio... Jak bodaj znakomity amerykański fizyk napisał: „w tym eleganckim mechanizmie wszystko się zgadza oprócz znaku”. Dziś wiemy, że procesy burzowe są o wiele bardzie złożone, że mamy np. tajemnicze „krasnale” – pioruny bijące w jonosferę. Tak naprawdę jeszcze nie wiadomo dlaczego.

Tymczasem z obszaru prawie całkowitej niewiedzy czyni się wstęp do elektryczności. Pusty śmiech mnie ogarnia, gdy ludzi nachodzi konieczność demonstracji z użyciem tzw. maszyny elektrostatycznej. No i okazuje się, że mało kto zdaje sobie sprawę, że w dzisiejszych czasach to, co widzimy na stołach demonstracyjnych, nie jest „maszyną elektrostatyczną”, jakiej używano np. w XVIII wieku, ale sprytnym generatorem pracującym dzięki ruchomym kondensatorom. Szkopuł w tym, że aby ruszyło, coś tam trzeba naładować, może za pomocą ebonitowej laski. Jest więc to rzecz całkowicie odmienna od tego, co chcemy zademonstrować.

Dlaczego przez kawał drutu płynie prąd? Bo w tym, naukowo mówiąc, przewodniku istnieje pole elektryczne. Kolejne nieszczęście. Na wstępie do elektryki poświęconej elektrostatyce, zazwyczaj przy omawianiu prawa Gausa, nieszczęśni „pobieracze wiedzy” dowiadują się, że metale likwidują całkowicie pola elektryczne, że dzieje się to za sprawą „image force”, siły obrazowej i jakiegoś temu podobnego zamieszania.

Ano, to prawda i to prawda. W warunkach braku przepływu ładunku, pole zostaje skompensowane poprzez ów ładunek. Mniejsza o to. Aby prąd płynął przez drut, musi być w nim wytworzone pole elektryczne. Takie samo pole, czyli obszar przestrzeni, w którym działają siły elektryczne, jakie przyciąga skrawki papieru do naładowanej laski ebonitowej. Robi to zazwyczaj jakieś urządzenie zasilające, np. bateryjka. W przewodach mamy zazwyczaj bardzo słabe pola elektryczne. No i dlatego w metalach „nie ma pola”. Prawie nie ma.

Co to jest prąd elektryczny? To ruch ładunków elektrycznych. Mogą to być elektrony, jony dodatnie lub ujemne. Ale może to być też transport jakiegoś naładowanego przedmiotu. Tak działa generator Van de Graffa (pisownia za Wikipedią), tak działa maszyna udająca maszynę elektrostatyczną podczas pokazów. Praktycznie posługujemy się tylko prądami, które są wynikiem ruchu nośników, prawie wyłącznie są to elektrony. W półprzewodnikach poruszają się dziwne twory, np. dziury. Brak elektronów, które musimy traktować jak rzeczywiste cząstki. Inaczej nie da się wyjaśnić zjawiska Halla. W elektrolitach, jakie pracują np. w akumulatorach, mamy do czynienia z ruchem jonów, czyli naładowanych cząstek, niekoniecznie pojedynczych atomów.

A „zwykłe” przewodnictwo „druciane” jak działa? Ano w metalu mamy tak, że elektrony zostają „uwspólnione”. To znaczy w kawałku metalu, który jest na ogół kryształem, elektrony z ostatnich najwyższych powłok mają energię umożliwiającą swobodne pałętanie się po tym całym kawałku. Mówimy, że znajdują się one w „paśmie przewodnictwa”. Nazwa odnosi się do dość mylącego ludzi diagramu, który jest potrzebny, jeśli jest nieczytelny. A jak prosty, to chyba skutecznie wyprowadza w pole. Tak czy owak, chodzi o to, że elektrony swobodnie biegają sobie, nie przynależąc do konkretnych atomów, przez co uzasadnione jest nazywanie ich „uwspólnionymi”. Dzięki temu, jeśli przyłożymy pole, elektrony natychmiast pod jego wpływem zaczną się przesuwać. Musimy jednak pamiętać, że to będzie zjawisko statyczne. Własne prędkości elektronów są wielokrotnie większe, średnio zmienią one swoje położenie. Prędkości, z jakimi ruszą w drogę, to centymetry na sekundę. Jeśli jednak naciskamy pstryczek-elektryczek, w ułamku sekundy do żarówki dociera pole elektryczne wywołane przemieszczeniem się elektronów. Jego prędkość jest ciut mniejsza od prędkości światła, ale tego rzędu.

W izolatorach nie ma swobodnych elektronów. Warto jednak wiedzieć, że mechanika kwantowa dopuszcza istnienie takiej energii, po której osiągnięciu elektron będzie mógł się swobodnie poruszać w ciele będącym izolatorem. Zacznie ono przewodzić. Można taką sztukę zrobić z niektórymi szkłami. Wystarczy je podgrzać i zaczynają przewodzić. Trochę tu oszukuję, bo rusza tam przewodnictwo jonowe, ale czasami dokonuje się takiego właśnie pokazu, aby dowieść istnienia pasma przewodnictwa w normalnie nieprzewodzących materiałach. To trochę takie kanciarstwo jak przecinanie bryły lodu struną. Nieprawdziwe, ale przekonujące.

W nadprzewodnikach sprawy są proste i skomplikowane. Nadprzewodnik, jak wiemy, przewodzi prąd bez strat. Tam pole elektryczne tylko „uruchamia” nośniki, po czym jadą one bez tarcia, trochę jak kamień po niezwykle gładkim lodzie. Nadprzewodniki działają dzięki oddziaływaniu sieci krystalicznej metalu z elektronami. Tworzą one pary Coopera. Te pary zachowują się jak bozony. Elektrony są fermionami. Fermiony nie mogą zajmować tego samego stanu kwantowego, bozony tak. Nic nie rozumieć? Nie szkodzi. Chodzi o to, że elektrony nie mogą idealnie z tą samą szybkością i w tym samym kierunku się poruszać. Zaś bozony można do tego zmusić. Fermiony muszą oddziaływać ze sobą i z siecią krystaliczną, odbijać się, obijać i tracić energię, bozony zaś nie. I dlatego zasuwają bez strat. Takie kwantowe cuda.

W półprzewodnikach mamy tak, że pasmo przewodnictwa jest puste, ale dość łatwo można „wykopać” tam elektrony do niego.

Chyba najprostszą formą prądu elektrycznego jest wiązka elektronów lub jonów w próżni. Z jednym, niestety, zastrzeżeniem: jest dość „rzadka”, aby można było pominąć wzajemne odpychanie się nośników ładunku. Warto jednak podać taki przykład, aby móc powiedzieć, że w każdym wypadku, nawet w tak dziwnym, gdy ładunki „zasuwają luzem”, mamy do czynienia z tym, co obserwujemy przy okazji przepływu prądu np. poprzez druty. Np. wokół przewodnika albo wokół wiązki elektronów wytwarza się pole elektryczne.

Jak już powiedzieliśmy sobie, nadprzewodniki od przewodników różnią się tym, że w pierwszych ruch nośników odbywa się bez strat energii, zaś „normalnie” nie jest to możliwe.

Zjawisko oporu elektrycznego polega na tym, że nośnik oddziałuje z tym, w czym się porusza i przekazuje mu swą energię. Zauważmy, że gdyby dało się w przewodniku utrzymać stałe pole elektryczne i gdyby nie było tego zjawiska strat energii, elektrony rozpędzałyby się coraz bardziej i bardziej, aż stałoby się coś strasznego. Oddziaływanie z siecią krystaliczną powoduje, że przyłożenie określonego napięcia do przewodnika gwarantuje, że popłynie w nim pewna ilość ładunku na jednostkę czasu i więcej już nie. A cóż to jest ów nieszczęsny „ładunek”? Pojęcie znane z elektrostatyki. Ale powiedzmy po prostu: to pewna liczba elektronów. Jednostką ładunku elektrycznego jest kulomb. To 6,2415 razy 10 do 18 potęgi elektronów. Tak niewymiarowa z przyczyn historycznych. Ale możemy się pocieszyć. Mamy elegancką definicję jednostki natężenia prądu. Co to jest? Posłuchajmy uważnie: „natężenie prądu wynosi 1 amper, jeśli w ciągu sekundy przepływa przez niego ładunek 1 kulomba”. Jeśli dwa kulomby to dwa ampery, a jeśli pół kulomba na sekundę, to pół. Tak zaczęliśmy mówić o jednostkach natężenia prądu oraz prawie Ohma.

Ano tak, zacznijmy może od pieca. To, jak bardzo przewodnik przeszkadza przepływowi prądu, określa wielkość zwana opornością. Za chwilę, czym się to je, dokładniej. Przewody elektryczne nie powinny przeszkadzać przepływowi prądu i dlatego mają małą oporność. Dlatego sytuacja, w której podłączymy do źródła prądu tylko przewody, kończy się zwykle katastrofą. Bardzo mały prąd spowoduje, że przepłynie bardzo wielki ładunek w jednostce czasu, czyli natężenie prądu osiągnie katastrofalną wartość. Musimy wiedzieć, składając obwody elektryczne, że elementy, z jakich się składają, wytrzymują przepuszczanie przez nie pewnej ilości amperów, a więcej już nie.

Spróbujemy pokazać, dlaczego wartość dopuszczalnego prądu jest krytyczna. Dokładniej – dlaczego nie ma za wielkiego marginesu bezpieczeństwa wyrażonego w amperach. Ale najważniejsze, aby budując obwód elektryczny nie dopuścić do powstania tzw. zwarcia. Czyli do takiego połączenia obwodu, w którym prąd płynie samymi przewodami. Prowadzi to do przepływu prądów wielokrotnie, np. 1000 razy większych, niż na to mieliśmy ochotę oraz do wydzielenia się w nim drobne milion razy większej energii. To na pewno prowadzi do zniszczenia czegoś. Zwarcia są przyczyną największych zniszczeń w urządzeniach elektrycznych. Przed zwarciami chronią nas bezpieczniki. Zawsze stosujemy zabezpieczenie przeciwzwarciowe i zawsze musi ono być odpowiednie do urządzenia. Takie nauki dla bezpieczeństwa.

Istnieje powód, dlaczego współczesne nauczanie o prądzie za bardzo nie potrafi się odczepić od elektrostatyki. Faktycznie nie z powodu podziału na „różne fizyki”, ale dla utrzymania jednej i tej samej fizyki. Po dygresji o BHP powróćmy do prądu jako takiego. Wyobraźmy sobie przepływ elektronu poprzez zwykły przewodnik. Nieco obcesowo (bez uwzględnienia prędkości własnej elektronu) wygląda to tak: rozpędza się, rozpędza i łup! Wali w coś, w domieszkę, w defekt sieci. I znowu rozpędza się, rozpędza i łup! A rozpędza się pod wpływem pola elektrycznego, które zostało wytworzone w przewodniku. O tym polu zwykle nic nie mówimy, ale zazwyczaj znamy napięcie przyłożone do końców przewodnika, w którym nasz elektron, łupiąc co chwilę, dzielnie się porusza.

W sprzyjających okolicznościach jesteśmy w stanie, znając to napięcie, wyliczyć siłę, z jaką działa na elektron pole elektryczne, które go popycha. I to jest właśnie ów związek pomiędzy „najzwyklejszą” fizyką, taką z bloczkami i wahadełkami, zwaną także mechaniką. Taką, gdzie operujemy tak intuicyjną wielkością jak siła. W okolicznościach niekoniecznie sprzyjających możemy powiedzieć tyle, że jeśli do przewodnika przyłożymy dwa razy większe napięcie, to siła oddziaływująca na nasz elektron będzie dwa razy większa. Mówimy o sile „po prostu”, jaką można zmierzyć za pomocą dynamometru ze sprężynką. Tyle że potrzebowalibyśmy bardzo małego dynamometru z bardzo małą i miękką sprężynką.

Napięcie jest zdefiniowane poprzez pracę. Poniekąd „mechaniczną” pracę. Jeśli przeniesienie 1 kulomba przez przewodnik powoduje wykonanie pracy jednego dżula, to napięcie pomiędzy końcami przewodnika wynosi znany wszystkim 1 wolt. „Mechaniczność” tej definicji można pokazać w taki sposób. Mamy kalorymetr, może lepiej powiedzieć: termosik. Wlewamy do niego trochę wody i wkładamy do niego mieszadło. Napędzamy je, ciągnąc za sznurek rozwijający się ze szpuli. Siła naciągu to jeden niuton; sznurek rozwinął się na długość 1 metra. Wykonaliśmy definicyjną pracę 1 dżula. Teraz mierzymy, o ile podwyższyła się temperatura wody. Wyciągamy mieszadło, wkładamy do środka spiralę grzejną. Przepuszczamy przez nią prąd. Znowu mierzymy, o ile podniosła się temperatura. Tym sposobem możemy wykonać wzorzec jednego wolta. Jest tu pewien drobiazg: musimy mieć wcześniej wykonane mierniki, woltomierz oraz amperomierz. Amperomierz musi być wyskalowany.

Tak czy owak, zapewne prąd elektryczny jest nieco odczarowany: dwie najważniejsze wielkości, które go charakteryzują, chyba są bliższe intuicjom. Ampery, czyli natężenie, to ilość ładunku przepływająca w ciągu sekundy przez przewodnik, zaś napięcie to wielkość pracy, jaką wykona w tym obwodzie jednostkowy ładunek. Można podać „hydrauliczne” odpowiedniki. Natężenie to litry na sekundę przepływającej cieczy, zaś napięcie to różnica ciśnień na wlocie i wylocie.

Jak wiemy, co to napięcie i natężenie, to możemy sformułować prawo Ohma. A jeszcze lepiej, powiedzieć, o czym ono mówi. O tym, ile amperów popłynie przez przewodnik, gdy przyłożymy do niego znane napięcie.

Chwila refleksji: dlaczego elektryka jest taka dobra? A choćby dlatego, że działa proste prawo Ohma. Działa, powiedzmy to sobie szczerze, coraz rzadziej, ale dość często, że jest jeszcze wygodnie. A nie działa, gdy sobie tego życzymy. Prawo Ohma w swej najprostszej postaci mówi nam, jak się zachowują proste metaliczne oporniki, które dobrze je spełniają. Szczęście polega na tym, że łatwo je wyprodukować; gdy je już mamy, działanie obwodów elektrycznych spełnia z ogromną dokładnością teoretyczne modele. Jeśli spróbujemy sprawdzić np. prawo zachowania pędu, pewnie się połamiemy na technicznych trudnościach. Z eksperymentu wyjdzie, że nie jest ono spełnione. Podobnie pójdzie nam z innymi mechanicznymi wielkościami, masą, energią. Jeśli spróbujemy badać prawo swobodnego spadku, w paradę szybko wejdzie nam opór powietrza i znowu eksperymenty nie wyjdą. Elektryczne prawa przy dosłownie odrobinie staranności są spełniane lepiej, niż daje się zmierzyć. Dlatego działanie urządzeń elektrycznych daje się starannie zaplanować, dlatego są one takie dobre. Silniki elektryczne mają sprawność na poziomie 99%, zupełnie nieosiągalną dla innych typów.

Zaczęliśmy od nieco katastroficznych rozważań nad metodami psucia urządzeń elektronicznych. Fizyczną wielkością, która interesuje „psuja” jest energia, jaka wydziela się w psutym urządzeniu. Rozważania te mają pewną ogólność i dlatego warto przez chwilę się im poświęcić. Pytanie, co się stanie, jeśli do żarówki przeznaczonej do pracy na 12 woltów podłączymy napięcie 24 woltów? Można powiedzieć: „To nie takie proste, panie kolego”, bo nie wiemy, jak zmieni się opór włókna żarówki. Wiadomo, że popłynie znacznie większy prąd, ale... Pouczającym będzie (powiedzmy...) wykonanie rozważania nieco na przełaj.

Niektórzy wiedzą, że opór włókna żarówki zależy od temperatury, do jakiej się ono rozgrzało, jeszcze mniej liczni wiedzą, że od stanu zimnego do stanu pracy zmienia się on zwykle najmniej kilka razy. Ale zastanówmy się, co by było, gdyby opór był stały. Wówczas zgodnie z prawem Ohma popłynie przez żarówkę 2 razy większy prąd. Ponieważ napięcie jest też 2 razy większe, to energia, jaka się w niej wydzieli, będzie 4 razy większa. No i dlatego żarówka zapewne nie wytrzyma eksperymentu.

Podobnie sprawy mają się z prądem. Jeśli sprawimy, że przez jakiś przewodnik będzie przepływał 2 razy większy prąd, to z prawa Ohma wynika, że na jego końcówkach odłoży się 2 razy większe napięcie. Wydzielona energia będzie w jednostce czasu 4 razy większa. Oto prosta odpowiedź, dlaczego diabli biorą gniazdka, do których na krótką chwilę podłączymy czajnik elektryczny. Po prostu to urządzenie pobiera z sieci 10 amperów. Niewielkie zatlenienie styków, brak kontaktu i w powietrzu wyczuwamy charakterystyczny smrodek palonej izolacji.

Zaczęliśmy od opowieści o niszczeniu urządzeń elektronicznych. Jest pewien wart przemyślenia szczegół. A mianowicie, dlaczego tak łatwo błąd obsługi demoluje urządzenie. Zauważmy, że większość urządzeń, prawie wszystkie, zasila się ze źródeł napięcia stałych i wydajnych. Słowo się rzekło, że zwarcie np. w sieci domowej daje prądy nawet 1000 razy wyższe niż te, na jakie została ona przewidziana. Jak będziemy mieli pecha, to wtykając przysłowiowego gwoździa do gniazdka, doczekamy się prądu o natężaniu 10 tysięcy amperów. A np. czajnik pobiera całe 10 amperów i gotuje wodę w kilka minut. Jak długo może popłynąć taki katastroficzny prąd? Aż się coś upali. Inaczej mówiąc, chodzi o to, że źródło zasilające układ jest w stanie dostarczyć wielkiej energii.

W przypadku impulsów elektromagnetycznych innych przepięć, czyli bardzo krótkiego zwiększenia się napięcia np. wskutek uderzenia pioruna nie tylko ograniczony jest czas, ale i energia, jaką dysponuje niszczycielskie źródło. Aby sprzęt został zniszczony, musi ona np. rozgrzać strukturę półprzewodnika do odpowiedniej temperatury albo w urządzeniu lampowym, np. anodę lampy. Jeśli energia jest za mała, nic się nie stanie.

Na tej zasadzie działają układy zabezpieczające. Istnieją np. warystorowe bezpieczniki zabezpieczające mieszkania, które w przeciwieństwie do popularnych „akarów” skutecznie chronią przed przepięciami. Urządzenia te w momencie pojawienia się impulsu powstałego np. na skutek uderzenia pioruna zaczynają przewodzić i pochłaniają energię, zamieniając ją po prostu w ciepło. Trwa to ułamek sekundy i bezpiecznik wyłącza się, gdy napięcie wróci do normy. Podobnie działają tzw. diody Zenera. O ile przepięcie jest wynikiem albo wyładowania atmosferycznego, albo wybuchu „granatu elektrycznego”, to impuls jest bardzo krótki, wszystko natychmiast wraca do normy. Jeśli, niestety, elektryk Józio pomyli fazę z zerem, to po kilku, kilkunastu sekundach urządzenie zabezpieczające osiągnie temperaturę zniszczenia.

Wynalazek z rozmagnesowywaniem magnesu zapewne o tyle wydał się rewolucyjny, że bardzo krótki impuls pozwoli wygenerować bardzo wysokie napięcia, co działa na wyobraźnię uczestników pokazu. Jednak energia jest cały czas taka, jaka zawarta została w polu magnesu. Z punktu widzenia urządzenia zabezpieczającego tylko ona jest ważna. Biorąc pod uwagę, że tylko niewielka jej część dostanie się do niszczonego urządzenia, skuteczność całego systemu wydaje się mocno niepewna. Można nawet na podstawie tu zawartych wiadomości spróbować przeprowadzić szacowanie możliwego stosunku objętości urządzenia zabezpieczającego do objętości wysadzanego magnesu. Najważniejsze jest chyba jednak to, że mając ledwie elementarne wiadomości, da się sensacyjnego niusa (njusa?) sprowadzić do opowieści o tym, jak ktoś chce wyszarpać kolejny grant. I tak elektryka prosta zmienia się w całkiem humanistyczną refleksję.