Deprecated: preg_replace(): The /e modifier is deprecated, use preg_replace_callback instead in /var/www/satelits/data/www/bummob.ru/index.php on line 109 Deprecated: preg_replace(): The /e modifier is deprecated, use preg_replace_callback instead in /var/www/satelits/data/www/bummob.ru/index.php on line 113 О физической природе шаровой молнии » Энциклопедия мировых катастроф

Главная страница » Шаровая молния » О физической природе шаровой молнии


НАВИГАЦИЯ:
Главная



Наш опрос:

Боитесь ли вы отпускать ребенка одного на улицу?

Боюсь, кроме меня моего ребенка никто не защитит
Нет, я живу в таком месте, где ребенка можно отпускать без страха
Я нанял для ребенка профессиональную охрану
Нет, правильно воспитанный ребенок не попадет в опасную ситуацию



Интересное:

Число погибших в Венесуэле в протестах за сутки возросло до трех человек
 Число убитых в протестах в Венесуэле за сутки увеличилось до трех, таким образом, по последним данным, общее число жертв достигло 103 человек.



XML error in File: http://www.bummob.ru/rss.xml
XML error: Not well-formed (invalid token) at line 2

О физической природе шаровой молнии

 

О физической природе шаровой молнииО физической природе шаровой молнии. Если физическая природа линейной молнии была установ­лена более двухсот лет тому на­зад, то природа шаровой молнии до сих пор остается неразгадан­ной. Строго говоря, пока у нас даже нет твердого основания ут­верждать: то, что мы сегодня называем «шаровой молнией», есть некое единое явление, а не несколько явлений, имеющих раз­ную физическую природу.

 

Можно напомнить, что в прошлые века шаровую молнию нередко путали с метеоритами и огнями святого Эльма. Может быть, и сегодня мы совершаем аналогичную ошибку, объединяя единым термином фи­зически разные явления? По­скольку, однако, в настоящее вре­мя мы не имеем каких-либо вес­ких доводов, подкрепляющих это сомнение, то естественно считать, что в основе всех «шаровых мол­ний» лежит общий физический механизм.

 

Все гипотезьь касающиеся фи­зической природы шаровой мол­нии, можно разделить на две груп­пы. В одну группу входят гипо­тезы, согласно которым шаровая молния непрерывно получает энергию извне. Предполагается, что молния каким-то образом (по какому-то каналу) получает энер­гию, накапливающуюся в облаках и тучах, причем тепловыделение в самом канале оказывается не­ значительным, так что вся пере­даваемая энергия сосредоточива­ется в объеме шаровой молнии, вызывая его свечение. К другой группе относятся гипотезы, со­гласно которым шаровая молния после своего возникновения ста­новится самостоятельно сущест­вующим объектом. Этот объект состоит из некоего вещества, внутри которого происходят про­цессы, приводящие к выделению энергии.

 

Среди гипотез первой группы отметим гипотезу, предложенную в 1955 г. академиком П. Л. Капи­цей. Предполагается, что энергия подводится к шаровой молнии при помощи электромагнитного излучения диапазона сверхвысо­ких частот (точнее говоря, диа­пазона дециметровых и метровых волн). Сама шаровая молния рас­сматривается как пучность элект­рического поля стоячей электро­магнитной волны, находящаяся на расстоянии четверти длины волны от поверхности земли или какого-либо проводящего объекта (рис.7.3). В области этой пучности напряженность поля очень вы­сока, и поэтому здесь образуется сильно ионизованная плазма, ко­торая и является веществом мол­нии.

 

Несмотря на многие привле­кательные стороны данной гипо­тезы, она все же представляется несостоятельной. Дело в том, что она не может объяснить характера перемещений шаровой молнии, ее причудливого блуждания и, в частности, зависимости ее пове­дения от воздушных потоков. В рамках данной гипотезы трудно объяснить хорошо наблюдаемую четкую поверхность молнии.

 

К то­му же взрыв такой шаровой мол­нии вообще не должен сопровож­даться выделением энергии. Если по каким-то причинам поступле­ние энергии электромагнитного излучения вдруг прекращается, нагретый в пучности волны воздух быстро остывает и, сжимаясь, воспроизводит громкий хлопок.

 

Следует признать, что такими недостатками страдают все гипо­тезы первой группы. Учитывая накопленный фактический мате­риал, можно вполне уверенно ут­верждать, что шаровая молния - это самостоятельно существующее тело. Иными словами, следует, по-видимому, отдать предпочте­ние гипотезам второй группы.

 

Остановимся на двух таких гипотезах. Одна из них предпола­гает химическую природу шаро­вой молнии. Эту гипотезу де­тально разрабатывал в середине 70-х годов Б. М. Смирнов. Пред­полагается, что шаровая молния состоит из обычного воздуха (име­ющего температуру примерно на 100° выше температуры окружаю­щей атмосферы), небольшой при­меси озона Оэ и оксидов азота NO и N02. Принципиально важную роль играет здесь озон, образующийся при разряде обычной мол­нии; его концентрация около 3% . Внутри шаровой молнии про­исходят химические реакции:

NO + Оз-^N02 + 02;

NO2 + O3-^N03 + 02.

Они сопровождаются выделе­нием энергии. При этом в объеме диаметром 20 см выделяется при­мерно 1 кДж энергии. Это мало, как мы уже знаем, запас энергии шаровой молнии таких размеров должен составлять примерно 100 кДж. Недостатком рассматри­ваемой физической модели явля­ется также невозможность объяс­нения устойчивости формы шаро­вой молнии, существования по­верхностного натяжения. Непо­нятно, каким образом у нагретого воздушного пузыря, обогащенного озоном, может возникнуть четкая поверхность, отделяющая его от окружающей атмосферы.

 

Поэтому сосредоточим внима­ние на гипотезе, согласно кото­рой шаровая молния состоит из положительных и отрицательных ионов. Ионы образуются за счет энергии разряда линейной молнии. Затраченная на их образование энергия как раз и определяет за­пас энергии шаровой молнии. Она высвобождается при реком­бинации ионов (т. е. при столк­новениях ионов, сопровождающих­ся переходом электронов от отри­цательных ионов к положитель­ным, в результате чего ионы превращаются в нейтральные ато­мы или молекулы). Благодаря электростатическим (кулоновским) силам, действующим между иона­ми, объем, заполненный ионами, бу­дет обладать поверхностным натя­жением, что и определяет устойчи­вую шаровидную форму молнии.

 

Рассмотрим задачу. Ионы заполняют объем сферы радиусом г=10 см, плотность ион­ного газа п=/019 см~3. Оценить энергию, запасенную в таком объеме, если энер­гия ионизации есть и=8 эВ (в расчете на один ион).

 

Единица энергии 1 эВ (электронвольт) широко применяется в атомной и моле­кулярной физике. Это есть энергия, при­обретаемая электроном при прохождении разности потенциалов в один вольт; 1 эВ= = 1,6-10 19 Дж. В единице рассматрива­емого объема запасена энергия пи. Умно­жив ее на объем шара -i- лг3, находим искомую энергию:

W=-jnr3nu. (7.4)

 

Подставив в (7.4) числовые значения величин (учтем при этом, что м=1,28-10~18 Дж), получим №=52 кДж.

Эта энергия вполне согласуется со сделанными ранее оценками энергии шаровой молнии соответ­ствующих размеров. В задаче была выбрана плотность ионного газа порядка 1019 см 3. Именно такова плотность воздуха в условиях, близких к нормальным. В связи с этим напомним, что плотность вещества шаровой молнии должна быть примерно такой же, как и воздуха.

 

У рассматриваемой модели ша­ровой молнии есть одно уязви­мое место. Дело в том, что если положительные и отрицательные ионы будут равномерно «переме­шаны» по объему молнии, то они будут очень быстро рекомбиниро-вать - за время порядка всего 10~9 с. Следовательно, такая шаро­вая молния не может существо­вать в течение секунд, не говоря уже о десятках секунд. Надо ка­ким-то образом существенно за­тормозить (задержать) процесс рекомбинации ионов.

 

Задержка ре­комбинации могла бы быть свя­зана с разделением в пространстве ионов разного знака; например, можно было бы предположить, что положительные ионы сосредо­точены в центре шара, а отрица­тельные вблизи его поверхности. Однако такое предположение сле­дует сразу же исключить. Во-пер­вых, отсутствует физический ме­ханизм, который мог бы заставить ионы именно так распределиться в пространстве. Во-вторых (и это главное), между разделенными за­рядами возникли бы гигантские силы притяжения, которые ни­каким способом невозможно урав­новесить.

 

Решим в связи с этим следующую задачу. Имеется сфера радиусом г=1 см, заполненная газом из нейтральных атомов плотностью п=10[я см~3 Предположим, что из каждого атома ушел один элект­рон и поместился на поверхности сферы, а оставшиеся положительные ионы сосре­доточились в центре сферы. Чему равна сила притяжения между электронами и ионами?


 
 
 
 
   
 
>