Шаровая молния

Чт, 05/21/2015 - 21:19

Рис. 8. Стеклянный диск, выбитый шаровой молнией из оконного стекла

Рис. 9. Метод взрыва электрическим током проволочной спирали, свернутой в тор: а — фото спирали; б — схема формирования ядра плазмоида; 1 — свернутая в тор проволочная спираль (впоследствии взрывается); 2 — вихревое кольцо, формирующееся из материала проволочки (стрелками показано направление вращения слоев вихря); 3 — тороидальное магнитное поле; 4 — индукционный разряд с током ускоренных электронов

Рис. 10. Последовательные кадры видеосъемки процесса электрического взрыва проволочной спирали, свернутой в тор. Частота следования кадров — 25 кадров в секунду

Рис. 10. Последовательные кадры видеосъемки процесса электрического взрыва проволочной спирали, свернутой в тор. Частота следования кадров — 25 кадров в секунду

Объяснение свойств шаровой молнии

Рождение шаровой молнии происходит при ударе линейной молнии в землю, когда возникает изменяющееся магнитное поле и появляется вихревое кольцо (рис. 7). Сформировавшееся ядро приобретает внешнюю светящуюся оболочку.

Форма шаровой молнии объясняется тем, что ее внешняя оболочка стремится принять форму, близкую к шару, имеющему минимальную поверхность, оптимальную с точки зрения сохранения энергии. Но иногда в силу различных причин, например резкого порыва ветра, шаровая молния принимает форму груши и даже баранки. Ее «хвост» могут создавать химические реакции внутри газового вихря, которые выбрасывают часть вещества внешней оболочки.

Видимые размеры шаровой молнии (от 1 до 100 см) объясняются особенностями формирования ядра: в зависимости от силы разряда линейной молнии и характеристик его фронтов ядро может быть раз в десять и больше и меньше.

Шаровые молнии могут выбивать диски в оконных стеклах. Геннадий Петрович Щелкунов, один из наиболее активных исследователей шаровых молний, любезно разрешил сделать снимок стеклянного диска (рис. 8). На нем видно, что диск был выбит коротким мощным импульсом энергии от кольцевого источника, внешний радиус которого около 8 см.

Зависание шаровой молнии над проводами и стальными конструкциями объясняется тем, что ее ядро может иметь магнитное поле, которое взаимодействует с индуцируемыми магнитными полями в проводниках.
Прохождение шаровой молнии через узкие щели объясняется возможностью ее значительной деформации.
Время жизни шаровой молнии определяется временем жизни токового кольца и стабилизирующей вихревой оболочки. Оно составляет около 10 с для ядра диаметром порядка 0,2 м и возрастает пропорционально квадрату его видимого размера.

Цвет шаровой молнии зависит от состава веществ, захваченных вихрем при ударе линейной молнии в землю. В ходе химических реакций ее состав меняется, вызывая изменение цвета.

Запахи, оставляемые шаровой молнией после распада, также объясняются прошедшими химическими реакциями в захваченном веществе.
Гибель шаровой молнии со взрывом происходит, когда ее ядро теряет устойчивость, например из-за быстрого торможения вихревых слоев или прокалывания токового кольца посторонним предметом. В этом случае тороидальное магнитное поле трансформируется в полоидальное, которое резко расширяется и разбрасывает вещество оболочек, порой производя весьма сильные разрушения.

Тихий распад шаровой молнии происходит, если ее ядро, сохраняя устойчивость, полностью теряет запас энергии. Тогда кольцевой вихрь постепенно теряет четкие границы и расплывается.

Энергия шаровой молнии выделяется в основном в виде электромагнитной, химической и ядерной энергии. Кинетической энергией движущихся слоев вихря и другими видами энергии можно пренебречь.

Величину электромагнитной энергии определяют магнитное давление и объем тороидального магнитного поля. При давлении поля, близком к атмосферному, и объеме ядра молнии около 10 см3 она составляет примерно 1000 Дж и при постепенном выделении угрозы не представляет. Но при взрыве, например за 1 миллионную секунды, возникает электромагнитный импульс мощностью порядка миллиарда ватт, выводящий из строя электронную аппаратуру.

Величину химической энергии шаровой молнии можно оценить, предположив, что она захватила 1 г древесно-угольной пыли с теплотворной способностью примерно 10 кДж/г. Тогда полная химическая энергия молнии составит 10 тысяч джоулей. Это довольно много, что вполне объясняет ожоги на теле людей и пожары, вызванные шаровыми молниями.
У людей после встреч с шаровыми молниями порой развиваются болезни, по признакам схожие с последствиями радиоактивного облучения. Это отмечал, в частности, доктор химических наук М.Т. Дмитриев.

Академик Л.А. Арцимович, классик теории термоядерного синтеза, считал, что запустить реакцию ядерного синтеза можно, пропустив поток быстрых частиц (которые могут возникать в самой плазме) через плазму с достаточно высокой электронной температурой. В шаровых молниях имеются быстрые электроны с энергией порядка 10 миллионов электронвольт (это соответствует плазме с температурой около 100 миллиардов градусов: 1 эВ соответствует 11 600 К). При столкновениях с ними возникают ионы с энергией до 10 тысяч электронвольт (что соответствует плазме с температурой около 100 миллионов градусов), достаточной для осуществления реакций ядерного синтеза.
При высокой температуре вихревых слоев, прилегающих к токовому кольцу, интенсивность реакций ядерного синтеза невелика, однако резко возрастает с понижением температуры, поскольку в зоне реакции растет плотность плазмы. И когда вихревую оболочку молнии что-то сильно охлаждает, реакции ядерного синтеза становятся доминирующим поставщиком энергии. Кроме того, их интенсивность может резко возрастать при взрыве шаровой молнии, когда мгновенно выбрасывается огромная мощность.

Оценим энергию, которую может выделить шаровая молния за счет реакций ядерного синтеза. Допустим, что шаровая молния состоит в основном из воды, при диаметре 30 см имеет массу 10 г и использует 10% потенциально имеющейся ядерной энергии. Известно, что 1 л воды в энергетическом отношении эквивалентен 300 л бензина. Удельная теплота сгорания углеводородного топлива примерно 40 КДж/г, тогда расчетное значение энергии шаровой молнии составит 12 МДж. Это соответствует оценке, полученной по данным очевидцев, в частности для случая, когда шаровая молния упала в бочонок с водой и вскипятила ее.

Таким образом, рассмотренная модель шаровой молнии позволяет объяснить основные ее свойства. И хотя некоторые данные наблюдений необъяснимы в рамках рассмотренной модели, это еще не говорит о ее несостоятельности.

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


  • ...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


  • ...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


  • 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.



  • 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.



  • 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


  • ...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


  • 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