Шаровая молния

Чт, 05/21/2015 - 21:19

Рис. 4. Импульсный индукционный разряд при быстром нарастании магнитного поля — тета-пинч (часть тороидальной конструкции). После замыкания ключа, подающего на виток напряжение от емкостного накопителя, ток витка и магнитное поле, создаваемое им, быстро нарастают, индуцируя в разрядном объеме сильное вихревое электрическое поле. Возникает газовый разряд, направление тока в котором, в соответствии с правилом Ленца, противоположно направлению тока витка. Силы, действующие на элементы тока плазмы, согласно правилу левой руки направлены к оси разрядного объема. В результате плазма сжимается к оси разрядного объема и может быть полностью окружена магнитным полем

Рис. 5. Импульсный индукционный разряд при быстром спаде магнитного поля (часть тороидальной конструкции). Непосредственно после размыкания ключа ток витка и созданное им магнитное поле быстро спадают. В разрядном объеме индуцируется сильное вихревое электрическое поле. Возникает газовый разряд (плазма), направление тока в котором совпадает с направлением тока витка (правило Ленца). Силы, действующие на элементы тока плазмы, направлены от оси разрядного объема (правило левой руки). В результате плазма отжимается от оси, а протекающий по ней ток удерживает часть имевшегося в плазме магнитного поля

Рис. 6. Возможная структура шаровой молнии (стрелками показано направление движения слоев плазмы вихревого кольца и светящегося слабо ионизированного газа внешней оболочки)

Рис. 7. Эпюры токов разряда линейной и шаровой молний и схема формирования ядра шаровой молнии: I — проходят лидеры линейной молнии (небольшой ток, показанный на эпюре), и возникает воронка, из которой вылетает испаренное вещество, образующее кольцевой вихрь; II — ток линейной молнии резко нарастает, и ее магнитное поле внедряется в газовый вихрь; III — вещество в вихре ионизуется, и появляется ток в формирующемся ядре; IV — во время быстрого спада тока линейной молнии развивается индукционный разряд, который захватывает часть внедренного в вихрь магнитного поля линейной молнии. Это поле вытесняет плазму; внутри вихря возникает ток ускоренных электронов

Остается необъясненным довольно длительное время ее жизни. Дело в том, что обычная плазма имеет весьма большое удельное сопротивление и ток плазмы внутри вихревого кольца должен затухать за тысячные доли секунды. Поэтому необходима еще одна физическая идея, которую мы и заимствуем из техники управляемых термоядерных реакций.
В сильных вихревых полях электроны плазмы могут переходить в режим непрерывного ускорения и разгоняться до скоростей, близких к скорости света, то есть становиться релятивистскими частицами. С увеличением скорости и соответственно кинетической энергии электронов удельное сопротивление плазмы резко падает, и ток ускоренных электронов в кольце может существовать весьма долго.

Величину электрического тока в плазме определяет в основном направленное движение электронов, поскольку их скорость намного больше скорости ионов. Поэтому считают, что электрон налетает на неподвижный ион и рассеивается тем сильнее, чем меньше так называемый прицельный параметр.
Под воздействием поля иона изменяется импульс электрона, и он отклоняется от линейной траектории. При отсутствии электрического поля вектор скорости электрона хаотически меняется и в среднем по времени равен нулю. Наложение электрического поля на плазму приводит к направленному движению электронов.

При относительно небольших полях их скорость гораздо меньше хаотической тепловой скорости. Возникает равновесие между ускоряющим действием электрического поля на электроны и их торможением при кулоновских столкновениях с ионами. Среднее значение направленной скорости электронов пропорционально напряженности электрического поля, которое при достаточной величине разгоняет электроны, создавая электрический ток, эффективно нагревающий плазму. Проводимость плазмы пропорциональна третьей степени скорости электрона и быстро увеличивается с ростом температуры плазмы.

Однако в электрических полях, превышающих критическое значение, электроны плазмы на длине свободного пробега могут набирать скорость, превышающую скорость хаотического движения. Равновесие между ускоряющим действием поля и торможением при столкновениях нарушается, электроны начинают разгоняться до скоростей, приближающихся к скорости света, то есть становятся релятивистскими. Их электрическое поле как бы «сплющивается» в направлении движения (этот эффект разобрал Л.Д. Ландау во втором томе своего Курса теоретической физики) и заметно отличается от нуля лишь в узком интервале углов вблизи экваториальной плоскости. Сечение столкновений релятивистских электронов с ионами плазмы резко падает, а электрическая проводимость плазмы соответственно возрастает. Поэтому время жизни индукционного разряда внутри вихревого кольца, основы шаровой молнии, достигает единиц и десятков секунд.

Подводя итоги, приходим к заключению, что основой шаровой молнии должен служить индукционный разряд внутри вихревого кольца (рис. 6).

Другие материалы рубрики


  • Ответ на вопрос, поставленный в заголовке, кажется очень простым... Действительно, стоит взять любую популярную книгу по авиации и даже некоторые издания, претендующие на роль учебника, как сразу натолкнетесь на уже ставшую хрестоматийной притчу о двух частицах воздуха, бегущих в струйках по крылу и встречающихся на задней кромке...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • ...Состояние в сверхпроводнике 1-го рода, когда сверхпроводящие домены соседствуют в материале с нормальными областями, называется промежуточным. Такое состояние может возникать при значениях индукции приложенного поля, лежащих в интервале (1–D)Bc < B < Bc, где размагничивающий фактор D определяется формой образца. Интервал изменения размагничивающего фактора — от нуля (для длинного цилиндра или тонкой пластины в параллельном поле) до единицы (для плоскопараллельной пластины в случае, когда поле приложено перпендикулярно ее поверхности)...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6


  • ...Технология плазменных ускорителей развивается семимильными шагами. Многие принципиальные проблемы уже решены, но создание конкретных устройств пока сопряжено с серьезными трудностями. В частности, инженерам еще предстоит повысить эффективность ускорителя (долю энергии ведущего импульса, которая передается ускоряемым частицам), точность настройки пучков (в точке столкновения они должны быть выровнены с точностью до единиц нанометров) и частоту повторения рабочих циклов (количество импульсов, ускоряемых за единицу времени). Плазменные установки могут ускорять и более тяжелые частицы, например, протоны. Однако тут есть одно важное требование: вводимые частицы должны двигаться почти со скоростью света, чтобы не отстать от плазменной волны. Это означает, что энергия ускоряемых протонов должна быть не меньше нескольких ГэВ...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • ...Теории, которые пытаются объединить все четыре типа взаимодействия, называют «Универсальными теориями», «Теориями всего сущего» или «Теорией великого объединения». Если бы у нас была такая теория, то это бы означало, что человечеству удалось построить замкнутую физическую картину мира, она бы включала в себя все базовые принципы и законы мироздания, и во всей Вселенной уже не было бы того, что мы не можем понять и описать. Эта заветная цель современной физики пока еще далека от того, чтобы быть достигнутой, но уже сейчас делаются попытки построения таких теорий...

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Полное отсутствие проводов у электробытовых приборов и доступ к электроэнергии в любой точке земного шара без ограничений, в требуемом количестве — имея при себе лишь передатчик размером со спичечный коробок…

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Научно-технический прогресс — один из главных рычагов создания материально-технической базы будущего нашей страны, который возможен только на основе своевременного внедрения достижений современной науки путем использования всего арсенала средств, способствующих его ускорению.
    Революционные изменения в технике, на основе обновленных знаний, происходят в последние десятилетия столь стремительно, что часто приходится только удивляться новинкам. Творчество вечно, но, к сожалению, технические идеи часто остаются невостребованными.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Как родилась и эволюционирует наша Вселенная? Почему кольца Сатурна такие тонкие, но протяженные? Почему активность Солнца изменяется периодически с периодом около 11 лет? Что вызвало гибель динозавров? Отчего нас так пугают ослепительные вспышки молний, оглушительные удары грома, неистовые землетрясения, разбушевавшиеся вулканы? Отчего во время шторма возникает «девятый вал»? Почему цунами — столь грозная стихия? Почему рельеф снежных заносов волнистый? Почему у ягуара тело пятнистое, а хвост полосатый? И что объединяет эти совершенно не связанные между собой явления? Оказывается, все они — результат нелинейности.



  • ...В некоторых же отношениях электроны ведут себя подобно волнам. Человеческое воображение бессильно представить нечто такое, что может быть одновременно и волной, и частицей, но само по себе существование дуализма волна-частица, которая называется корпускулярно-волновым дуализмом, не вызывает сомнения. Так, объект, который обычно считают волной, обретает в микромире свойство частицы, например, световая волна, ведет себя подобно потоку частиц, выбивая электроны с поверхности металла (фотоэлектронный эффект). Частицы света называются фотонам, и физики относят их наряду с электронами и кварками к фундаментальным частицам. Наглядно представить волну-частицу невозможно, не стоит и пытаться, потому что в повседневной жизни нет ничего такого, что хотя бы отдаленно напоминало подобную нелепость...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5


  • Около 40 лет назад ученый В. Веселаго предположил, что существуют материалы, у которых показатель преломления имеет отрицательную величину. Световые волны в таком веществе могут передвигаться против движения распространения светового луча и вести себя нестандартно. Линзы, которые изготовлены из такого материала, — иметь чуть ли не волшебные характеристики. Но Веселаго в процессе своей работы и многолетних поисков не обнаружил ни одного вещества, имеющего подходящие электромагнитные свойства, у всех исследованных им материалов показатель преломления оказался положительным. Потому о его идее вскоре забыли. Вспомнили о ней только в начале 21 века.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • В 1905 г. Альберт Эйнштейн предложил частную теорию относительности и опроверг представление о свете как о колебаниях гипотетической среды — эфира. Великий физик утверждал, что, в отличие от звуковых, световые волны могут распространяться в вакууме и для их существования не требуется какой-либо материальной среды. Это справедливо и в общей теории относительности, и в квантовой механике. Вплоть до сегодняшнего дня все экспериментальные данные в масштабах от субъядерного до галактического успешно объясняются названными теориями.
    Тем не менее существует серьезная концептуальная проблема: с позиций современной науки общая теория относительности и квантовая механика несовместимы. Гравитация, которую общая теория относительности приписывает искривлению пространственно-временного континуума, никак не вписывается в рамки квантовой механики. Физики сделали лишь небольшой шаг к пониманию сильно искривленной структуры пространства-времени, которая, согласно квантовой механике, должна наблюдаться на чрезвычайно малых расстояниях.

    • Страницы
    • 1
    • 2