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


  • Термин «фотополимер» традиционно связывают со стоматологами, а также с чем-то инновационным и надежным. Первая волна моды на эти материалы, похоже, прошла, но вскоре, очевидно, сменится второй. Пока сдерживающим фактором выступают дороговизна или неразвитость производства компонентов. Но как не раз было в производстве пластмасс, подобные затруднения иногда решаются одним патентом в течение полугода, после чего идет рост популярности материала.

    Теоретические вопросы фотополимеризации композиций изобилуют спецтерминами. Наиболее уместно разделить их на фотосшиваемые и фотополимеризуемые материалы. Фотосшиваемые материалы уже являются полуполимерами (например, эфиры ПВС и коричной кислоты, поливинилциннаматы), для окончательного сшивания которых требуется облучение. Фотополимеризующиеся — как правило, композиции нескольких отверждаемых олигомеров и мономеров, полимеризующихся по классическому механизму при помощи фотоинициаторов или фотоинициируемых групп в своей полимерной цепи.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • ...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


  • ...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


  • Очевидные успехи в развитии науки и техники в XIX и ХХ веках вызвало в мировом общественном сознании некую эйфорию, уверенность в том, что человек стал властелином Природы, что его знания об устройстве окружающего Мира почти абсолютны, что человек может все. И действительно, изобретение в конце 18 века паровой машины существенно изменило жизнь общества, в значительной мере освободив его от утомительного физического труда, заложило основы современной промышленности и транспорта. Постулирование Исааком Ньютоном на рубеже 17 и 18 веков его трех принципов движения материальных тел и закона всемирного тяготения, создание начал дифференциального исчисления вызвало к жизни целый ряд научных открытий. Трудами нескольких поколений ученых в 18-19 столетиях была построена научная дисциплина, очертившая основы машиностроительной и технологической культуры нашей цивилизации, называемая сегодня теоретической механикой. Далее последовали фундаментальные открытия в области астрономии, физики, химии, получившие выход в различные области технических приложений — металлургию, строительство, транспорт, химическое производство, энергетику, судостроение, электротехнику, проводную и беспроводную связь, военное дело. Быстро развивались биология и медицина.

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


  • Известно, что в состав топлива входят такие горючие элементы, как углерод, водород и сера. Поэтому на основе предположения о том, что данные компоненты в топливе имеют вид смеси, можно осуществить подсчёт теплотворной способности данного топлива, как суммы компонентов смеси.



  • 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


  • 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


  • 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


  • 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


  • ...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