Шаровая молния

Содержание

 

1. Появление…………………………………........….........................................................2

 

2. Поведение…………………………………........….........................................................2

 

3. Исчезновение…………………………………........………………………....................2

 

4. Размер и форма.…………………………………........…................................................ 2

 

5. Свечение и цвет…………………………………………………………………………2

 

6. Некоторые гипотезы о природе шаровой молнии…………………………................3

 

7. Шаровая молния как замкнутый переменный электрический ток смещения, вызывающий свечение воздуха (электролюминесценция)…………………………..4

 

8. Список литературы……………………………………………………………………..8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Появление

 

Шаровая молния всегда появляется в грозовую, штормовую погоду; зачастую, но не обязательно, наряду с обычными молниями. Чаще всего она как бы «выходит» из проводников или порождается обычными молниями, иногда спускается из облаков, в редких случаях — неожиданно появляется в воздухе или, как сообщают очевидцы, может выйти из какого-либо предмета (дерево, столб).

 

Поведение

 

Чаще всего шаровая молния движется горизонтально, приблизительно в метре над землёй, довольно хаотично. Имеет тенденцию «заходить» в помещения, протискиваясь при этом сквозь маленькие отверстия. Часто шаровая молния сопровождается звуковыми эффектами — треском, писком, шумами. Наводит радиопомехи. Нередки случаи, когда наблюдаемая шаровая молния аккуратно облетает находящиеся на пути предметы, так как, по одной из теорий, шаровая молния свободно перемещается по эквипотенциальным поверхностям.

 

Исчезновение

 

Шаровая молния в среднем живёт от 10 секунд до нескольких часов, после чего обычно взрывается. Изредка она медленно гаснет или распадается на отдельные части. Если в спокойном состоянии от шаровой молнии исходит необычно мало тепла, то во время взрыва высвободившаяся энергия иногда разрушает или оплавляет предметы, испаряет воду.

 

Размер и форма

 

Вероятность появления шаровой молнии в зависимости от её размера. Данные нескольких независимых исследований.

 

Размер (диаметр) шаровых молний варьируется от нескольких сантиметров до метра. Форма в подавляющем большинстве случаев сферическая, однако были сообщения о наблюдении вытянутых, дискообразных, грушевидных шаровых молний.

 

 Свечение и  цвет

 

Типичная суммарная мощность излучения — порядка 100 Вт; свечение иногда тусклее, иногда ярче. Цвет — начиная от белого и жёлтого, заканчивая зелёным. Часто отмечалась пятнистость свечения.

 

 

 

 

 

Некоторые гипотезы о природе шаровой молнии

 

Даже если считать только предположения, опубликованные в серьёзных научных журналах, то количество теоретических моделей, которые с разной степенью успеха описывают явление и отвечают на эти вопросы, составляет десятки. Перечислим некоторые из них.

 

Например, гипотеза Капицы: между облаками и землёй возникает стоячая электромагнитная волна, и когда она достигает критической амплитуды, в каком-либо месте (чаще всего, ближе к земле) возникает пробой воздуха, образуется газовый разряд. В этом случае шаровая молния оказывается как бы «нанизана» на силовые линии стоячей волны и будет двигаться вдоль проводящих поверхностей. Стоячая волна тогда отвечает за энергетическую подпитку шаровой молнии.

 

Принципиально другую гипотезу предлагает Смирнов, занимающийся проблемой шаровой молнии много лет. В его теории ядро шаровой молнии — это переплетённая ячеистая структура, нечто вроде аэрогеля, которая обеспечивает прочный каркас при малом весе. Только нити каркаса — это нити плазмы, а не твердого тела. И энергетический запас шаровой молнии целиком скрывается в огромной поверхностной энергии такой микропористой структуры. Термодинамические расчеты на основе этой модели, в принципе, не противоречат наблюдаемым данным.

 

Ещё одна теория объясняет всю совокупность наблюдаемых явлений термохимическими эффектами, происходящими в насыщенном водяном паре в присутствии сильного электрического поля. Энергетика шаровой молнии здесь определяется теплотой химических реакций с участием молекул воды и их ионов. Автор теории уверен, что она дает чёткий ответ на загадку шаровой молнии.

 

Интересную гипотезу предлагает профессор Самарского аэрокосмического университета. По его мнению, шаровая молния представляет собой сгусток низкотемпературной радиоактивной плазмы, возникающий в процессе β-распада ядер радиоактивного фосфора в связанное состояние. Другими словами, первопричины возникновения ШМ лежат вне физики электрического разряда в газах.

 

Какая из теорий достоверна — проверить нетрудно: критерием будет служить эксперимент. Пусть хоть какая-нибудь теория сможет чётко сказать, как именно можно создать шаровую молнию в лаборатории.

 

 

 

 

 

 

 

 

Шаровая молния как замкнутый переменный электрический ток смещения, вызывающий свечение воздуха (электролюминесценция).

 

Все факты указывают на то, что шаровая молния, так же как и линейная, представляет электрический ток, т.е. шаровая молния - это замкнутый переменный электрический ток смещения (согласно электродинамике, ток всегда замкнут, при этом в проводниках текут токи проводимости, а в диэлектриках - токи смещения). Любая молния - это электрический ток, который в зависимости от условий может принимать различные формы.

 

 Возникновение радиопомех  является прямым подтверждением  того, что шаровая молния представляет  электрический ток, так как химические  реакции не могут создавать  радиопомехи. Шаровую молнию иногда  называют электромагнитной бомбой. Можно встретить различные предположения  по поводу природы шаровой  молнии, вплоть до НЛО. Было предположение, что шаровые молнии питаются  радиоизлучением, возникающим при  грозовых разрядах атмосферного  электричества, но это противоречит  наблюдениям. Например, шаровые молнии  наблюдаются в помещениях, при  этом наличие крыши из железа, экранирующей радиоволны, никак  не сказывается на шаровых  молниях. Также шаровая молния  не может быть просто шаром  из плазмы, так как такое образование  не может существовать длительное  время. И еще, если бы шаровая  молния представляла нагретый  воздух, то она бы поднималась  вверх, как пламя, но этого не  наблюдается.

Свойства как линейной, так и шаровой молнии достаточно хорошо известны, поэтому на основе электродинамики всегда можно представить протекающие в них электромагнитные процессы, если, конечно, искусственно, ради сенсации не создавать ореол загадочности вокруг природных электромагнитных явлений.

 

 В природе замкнутые  переменные токи смещения (замкнутые  продольные электромагнитные волны) могут наблюдаться во время  грозы в виде светящихся шаровидных  образований. Большой переменный (высокочастотный) ток смещения, вызывая свечение  окружающего воздуха, постепенно  разогревает его, что может привести  к электрическому пробою в  виде взрыва (хлопка). Такие замкнутые  токи смещения могут выводить  из строя электроприборы, а также  может произойти поражение людей  электрическим током при соприкосновении  с ними. Во время грозы впереди  линейной молнии течет предпробойный  электрический ток смещения (ток  поляризации, невидимый до момента  пробоя), который по величине соизмерим  с током в самой молнии и, если молния меняет направление, например, разветвляется, то "разорванные" токи смещения, замкнувшись, так  как токи всегда замкнуты, могут  вызвать свечение воздуха (предпробойные  процессы).

Например, если радиус замкнутого кругового тока смещения 10 см, а его сила 50 кА, то магнитная энергия тока равна, примерно, 30 кДж.

 

 

Шаровая молния - это электролюминесценция воздуха, создаваемая возбуждением атомов азота, что можно наблюдать экспериментально в лабораторных условиях. Т.е. переменный электрический ток смещения, воздействуя на электроны в газе, возбуждает атомы, что создает электролюминесценцию, которая и наблюдается в виде холодного свечения воздуха.

 

После того, как шаровая молния остановилась, воздух постепенно разогрелся за счет поляризационного тока и произошел электрический пробой - замкнутый переменный ток смещения перешел в ток проводимости, что также наблюдается при соприкосновении с токопроводящими предметами. Шаровая молния, представляя ток смещения, может проходить через твердые диэлектрики небольшой толщины, например, тонкое стекло. Если молния не взрывается, т.е. не происходит электрический пробой, тогда ток смещения постепенно затухает, уменьшается возбуждение атомов воздуха, их ионизация, пропадает эффект волновода для замкнутой продольной электромагнитной волны и ток смещения бесследно рассеивается в пространстве.

 

Из-за сильного переменного электромагнитного поля происходит ионизация воздуха, изменяется его диэлектрическая проницаемость и возникает самоподдерживающийся диэлектрический волновод, по которому течет переменный ток смещения в виде замкнутой продольной электромагнитной волны, где на орбите укладывается целое число длин волн. Из-за синфазного движения волн по орбите все возникающие вторичные волны когерентны и, согласно принципу Гюйгенса, интерферируя между собой, гасят друг друга, т.е. излучение волн в пространство не происходит.

 

 Токи смещения обладают  магнитной энергией, т.е. замкнутый  переменный ток смещения обладает  переменным магнитным полем, поэтому  может возникать притяжение. Например, из рассказов альпинистов, которым  приходилось наблюдать в горах  шаровые молнии, они притягивались  к железным костылям, но не  притягивались к титановым.

 

  «Вдруг шар резко  притянулся к дубу, стоящему в  нескольких метрах от наблюдателей, к которому был прислонен металлический  багор, укрепленный на высокой  деревянной ручке. Поднявшись вверх, шар ударил в багор. Возникла  ослепительная вспышка, и между  багром и землей образовалось  что-то похожее на канал обычной  молнии. В стороны полетел веер  искр и шар исчез. ... багор сильно  оплавился, на нем появились подтеки  свежерасплавленного металла, острие  расплавилось и превратилось  в бесформенную шишку.»

 

О физической природе шаровой молнии. И.П.Стаханов. 1996. С.96.

 

«Эти оплавления имеют место только при прямом контакте с шаровой молнией и свидетельствуют лишь о том, что при таком контакте может выделиться значительная энергия, но отнюдь не о высокой температуре вещества молнии. Доказательством этого может служить то, что во многих случаях при значительном оплавлении металлических частей предмета неметаллические части его остаются нетронутыми.»

 

О физической природе шаровой молнии. И.П.Стаханов. 1996. С.87.

 

Т.е. оплавляются только предметы, проводящие электрический ток, где токи смещения могут перейти в токи проводимости, так как ток смещения, в отличие от тока проводимости, не сопровождается выделением теплоты, а создает только магнитное поле.

 

Электрический ток смещения, так же как и ток проводимости, может быть постоянным (по направлению) или переменным. Например, если в диэлектрике связанные заряды смещаются сначала в одну, а потом в другую сторону - это переменный ток смещения. Если же связанные заряды одного знака, смещаясь, совершают круговое движение - это постоянный круговой электрический ток смещения. Электрические токи всегда замкнуты, т.е., если обрывается ток проводимости, то он замыкается током смещения, и наоборот, если обрывается ток смещения, то он замыкается током проводимости. Ток проводимости всегда сопровождается определенным током смещения, поэтому полный ток равен сумме тока проводимости и тока смещения. Ток смещения же может существовать без тока проводимости, представляя замкнутый ток смещения, например, в виде вихревого электрического поля.

 

Т.е. является замкнутым, даже если имеется только ток смещения (без тока проводимости). Все известные экспериментальные факты, где ток смещения наблюдается в свободном состоянии (без тока проводимости), подтверждают, что в свободном состоянии ток смещения всегда замкнут, т.е. течет по замкнутому кругу. Например, в поперечной электромагнитной волне эффективный радиус, по которому течет замкнутый электрический ток смещения: r = λ/2π, где λ - длина электромагнитной волны, т.е. орбита равна длине волны.

 

Не надо забывать, что в образовании любой молнии участвует не только ток проводимости, но и ток смещения (невидимый до момента пробоя), который может проявляться в виде шаровых молний. Все свойства шаровой молнии объясняются свойствами предпробойного замкнутого переменного тока смещения. Линейная молния - ток проводимости, шаровая молния - ток смещения. В линейных молниях ток течет прямолинейно, а в шаровых по кругу. Шаровая молния - это наглядный пример того, что, кроме токов проводимости, в природе существуют также токи смещения, которые в свободном состоянии, согласно законам электродинамики, всегда являются замкнутыми, т.е. природные электрические явления (небесное электричество) также объясняются в рамках электродинамики и нет причин, например, относить их к НЛО, так как с точки зрения электродинамики это обычное электрическое явление, как и линейная молния, необычность же только в большой силе тока смещения, вызывающей свечение воздуха (электролюминесценция). Таким образом, защититься от воздействия шаровых молний можно, например, при помощи металлических экранов. При соприкосновении с проводником ток смещения переходит в ток проводимости и шаровая молния исчезает. Шаровая молния обладает энергией и представляет достаточно устойчивую полевую форму материи. Так как вся энергия (масса) шаровой молнии полевая, она практически не имеет веса.