Кульова блискавка

Шаровая молния

Константин Резуев Начнем з деяких припущень. По-перше, гарна блискавка (ШМ) існує без підвода енергії ззовні, тобто. енергія потрібна лише в початковий момент. Після освіти (наприклад, внаслідок електричного розряду) ШМ існує без поглинання додаткової енергії. По-друге, ШМ складається з плазми, тобто. з повністю іонізованого вещества.

Как ж відбувається освіту ШМ. Припустимо, що з рахунок підвода великої кількості енергії (наприклад, при потужному електричному розряді), у певному обсязі утворилася плазма (рис.1а.).

.

Рис. 1. Послідовність формування ШМ При одному й тому ж енергії, швидкості руху електронів набагато більше, швидкості ядер. Електрони першими залишають обсяг плазми, ионизируя на своєму шляху певний обсяг навколишнього повітря. У підсумку проти цьому етапі утворюється внутрішня, позитивно заряджена область, що складається з ядер і навколишній цю галузь, іонізований газ (рис.1б). Вільні електрони іонізованого газу пришвидшуються всередину позитивно зарядженої області, досягаючи у її центрі максимальної енергії. У результаті отримуємо картину, зображену на рис.1 В. За рахунок разлёта ядер, у центрі утворюється область з дуже маленького концентрацією ядер. Вважатимемо, що у цій області знаходяться тільки електрони. За такої розподілі заряду маємо: центральний негативний заряд уповільнює електрони, рухомі в галузі іонізованого газу, і тому максимум енергії електронів перебуватиме над центрі ШМ але в сфері, визначеної на рис.1 В пунктирною лінією. Той самий центральний заряд уповільнює ядра, разлетающиеся від центру ШМ. Атоми повітря що неспроможні завадити цих процесів т.к. їх швидкості значно менше швидкостей вище розглянутих частинок, та інформаційний процес формування ШМ встигає закінчитися, як атоми повітря пройдуть якесь значиме відстань. Надалі відбувається збільшення негативного заряду у центрі, які вже здатний уповільнити і прискорити при русі до центра позитивні ядра. Невдовзі настає рівноважний стан, що й розглянемо. Приймемо таку модель ШМ.

.

Рис. 2. Розріз кульової молнии На мал.2 представлений розріз ШМ. Рух ядер і електронів, складових ШМ — це коливальні руху під впливом електричного поля. Усі ядра, тобто. практично всю масу ШМ, перебувають всередині коричневої сфери, з точками В1 і У. У обсязі, обмеженому червоною та коричневої лініями енергія ядер дорівнює нулю. При русі до центра ШМ ядра пришвидшуються, набуваючи у центрі максимальну енергію. Рухаючись від центру вони уповільнюються до нульової енергії у проміжку між точками Проте й У. Таке рух позитивно заряджених ядер зумовлено центральним негативним зарядом. Тепер на рух електронів. Вони мають максимальну енергію на сфері зі точкою У, а нульову енергію у центрі ШМ між синьої і синій лініями (лінії з точками З повагою та D), тобто. електрони пришвидшуються від точки D до точки У, після чого уповільнюються на своєму шляху до центра ШМ. Після цього знову розганяють до точки У і уповільнюються на своєму шляху до точки D. Розглянемо розподіл заряду по радіусу ШМ. Таке розподіл представлене рис. 3.

.

Рис. 3. Розподіл заряду по радіусу ШМ Каким чином виходить такий розподіл заряду? Частинки у різних точках по радіусу ШМ мають різні енергії, отже, і різні швидкості. Чим більший швидкість частки в якійсь галузі, тим менше час її перебування у цій галузі й менший заряд зосереджується у цьому обсязі. І навпаки, що менше енергія частинок в якомусь обсязі, тим більший заряд зосереджений тут. Енергія електронів мінімальна у центрі ШМ й у інтервалі між точками З і D, а енергія ядер в інтервалі між точками A і B. Це означає, що у в цих місцях зосереджені негативний позитивний заряди. Це показано на рис. 3. Позитивний заряд у сфері точки Є обумовлений іншими причинами, що розглядаються нижче. Ці заряди створюють всередині ШМ електричне полі. Розподіл потенціалу і напруженість цього поля представлені на рис. 4 і рис. 5.

.

Рис. 4. Розподіл потенціалу електричного поля f по радіусу кульової молнии.

.

Рис. 5. Розподіл напруженості електричного поля по радіусу кульової молнии Из всіх вышеприведённых графіків, можна зробити деякі висновки. У центрі зосереджений негативний заряд, який і менше, приблизно двічі, позитивного заряду з максимумом на сфері зі точкою Тим щонайменше створює зростання потенціалу електричного поля від центру ШМ до точки У, і якщо максимальна енергія ядра ділена на заряд ядра менше різниці потенціалів між точками Про і У, то таке ядро неспроможна проникнути за точку У залишити межі ШМ.

Для ілюстрації цього твердження, розглянемо завдання. Маємо центральний негативний заряд в точці Про і розподілений по сфері зі центром у точці Про позитивного заряду удвічі разу більшої величині. У результаті пробний, позитивного заряду, помещённый на поверхню сфери, діятиме результуюча кулоновская сила, спрямована до центру сфери, тобто. вплив центрального негативного заряду буде більше, ніж вплив позитивного заряду, распределённого по сфері. Отже, центральний заряд утримує біля себе позитивно заряджені ядра. З іншого боку, сумарний заряд всередині сфери, з точкою У буде позитивним. І вже цей позитивного заряду не дає электронам (т.к. вони заряджені негативно) вилетіти далі точки Є. і виїхати за межі ШМ.

Теперь розглянемо питання, як частки ШМ взаємодіють із оточуючим її атомами повітря. На периферії ШМ знаходяться тільки електрони і що ближче вони схильні до кордоні, тим менше їхня енергія. Основне взаємодію Космосу з атомами газу відбувається у тієї області, де енергія електронів близька до теплової енергії. Процес взаємодії атомів повітря з електронами ШМ схематично показаний на рис. 6.

.

Рис. 6. Взаємодія електронів ШМ з атомами воздуха Атомы повітря взаємодіють зі зустрічним потоком електронів. У блакитний області (див. мал.6) енергія електронів приблизно дорівнює теплової та взаємодію Космосу з атомами буде пружним, т.к. енергії електрона бракує на порушення електронних оболонок, а тим більше іонізацію атома. У той самий час її вистачає для повідомлення атома імпульсу зворотного напрями. Тут слід відзначити, що зміна руху частинок у центральному потенційному полі не приводить до зменшення середньої енергії коливань. Існує можливість, що атом пройде цю галузь, потрапивши у помаранчеву область з вищої енергією електронів (ця можливість залежить від щільності потоку електронів). У цьому випадку атом іонізується, електрон переходить до складу ШМ, а іон виштовхується електричним полем її межі. У результаті отримуємо, що в сфери до точки D (мал.2) ШМ заряджено негативно. Іони накопичуватимуться на сфері до точки Є (мал.2). Це те точка, де закінчується вплив позитивно зарядженого обсягу всередині сфери, з точкою У (мал.2) і дається взнаки загальний негативний заряд ШМ, тобто. ці іони вважатимуться частиною ШМ. З урахуванням цього позитивного заряду ШМ буде електрично нейтральной.

В результаті такої взаємодії електрони втрачають невелику частину енергії, т.к. це взаємодія в галузі низьких енергій електронів. З іншого боку, втрата електронами енергії, зменшує радіус ШМ. Це спричиняє зменшенню поверхні ШМ і до підвищення щільності потоку електронів через неї, що у своє чергу, зменшує ймовірність проникнення атомів повітря на область електронів із високим енергією. Отже, ШМ постійно намагається завітати у рівноважний состояние.

Теперь розглянемо, як модель цілком узгоджується з описаним спостерігачами, поведінкою ШМ у природних условиях.

Свечение ШМ, запах озону легко пояснити проникненням атомів і молекул повітря на область великих енергій електронів. У результаті, відбувається іонізація чи порушення електронних оболонок атомів, руйнація хімічних связей.

Если мають місце умови і ШМ втратила стійкість (наприклад, зіткнення з твердим предметом), це відбувається миттєвий викид енергії, сконцентрованою в ШМ. Це можна розцінити, як вибух. Якщо ж ШМ втратить всю енергію поступово, то це буде начебто вона «розтанула» в воздухе.

.

Рис. 7. Взаємодія ШМ з твёрдыми объектами Рассмотрим див. мал.7, у якому показано взаємодія ШМ з твёрдыми об'єктами. Якщо за цій взаємодії ШМ втратила стійкість, то не та частина твердого предмета (на див. мал.7 позначена жирною лінією), яка потрапила до область високих енергій електронів, буде ионизирована. У цьому ШМ частково втрачатиме енергію. Так, пролетівши вздовж дерева, ШМ може залишити ньому опіки. Тонкі предмети (листя, ганчірку, намет) вони можуть пропалити насквозь.

Так як у радіусу ШМ заряди розподілені нерівномірно, то, на її спрямування просторі може істотно впливати зовнішнє електричне полі (див. мал.8). Різна щільність ліній напруженості електричного поля створює силу, діючу на ШМ.

.

Рис. 8. Вплив зовнішнього електричного поля ШМ їхньому спрямування пространстве В кінці зупинимося що на деяких моментах. Запропонована модель ШМ грунтується лише на кулоновском взаємодії заряджених частинок. Спочатку розділені заряди формують таку колебательную систему, де кожна заряджена частка рухається під впливом електричного поля, а сукупність всіх частинок створює це полі. При взаємодії часток отримують за атомами повітря немає значної втрати енергії, т.к. це взаємодія відбувається у сфері малих енергії електронів. У центрі ШМ ядра мають максимальну енергію та, можливо, більша за діаметром порогової енергії термоядерних реакцій. Це означає, що й створити ШМ з термоядерних матеріалів (T, D чи He3), то можливо отримання энергии.

Список литературы

Для підготовки даної праці були використані матеріали із сайту internet.