Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

Громыко А.И.
На протяжении всего периода существования человека как разумного существа происходили и происходят встречи с шаровой молнией (ШМ), однако, до настоящего времени физический процесс образования и продолжительности жизни ШМ до настоящего времени не раскрыты.

В данной работе сделана попытка, продвинуться в познании этого явления природы, используя информацию, имеющую прямое или косвенное отношение к ШМ.

1. Субъективная, обобщенная информация о ШМ

Большое количество собранного исследователями ШМ материала наблюдений, позволило исключить противоречивые, субьтективные оценки основных параметров и получить следующую, характеризующую это явление, информацию:

  1. ШМ появляется во время гроз; большей частью при разряде облако - земля; и возникает в нескольких метрах от земли.
  2. Внешний вид ШМ - сфера диаметром 10 -20 см, иногда до одного метра.
  3. Цвет ШМ - красный, желтый, оранжевый, не слишком яркий, но видим при дневном свете; шар с яркой сердцевиной и размытыми краями, может быть ослепительно белым и иметь четкие очертания.
  4. Время жизни ШМ - 3...5 с до 2...5 минут.
  5. Скорость перемещения в горизонтальной плоскости - несколько метров в секунду; может останавливаться, чаще опускается к земле, реже поднимается к облакам; отскакивает от твердых непроводящих предметов.
  6. Тепло - редкое явление для ШМ, но иногда ШМ зажигает предметы, нагревает воду в ограниченных объемах.
  7. Запах острый, неприятный (сера, озон, окись азота).
  8. ШМ часто притягивается к земле и проводящим телам, перемещается в свободном пространстве вдоль проводящих тел, наблюдалась ШМ внутри самолетов и других помещениях, экранированных от внешних электромагнитных полей.
  9. Исчезает ШМ бесшумно или со взрывом.
  10. Наблюдаются два вида ШМ: свободные - почти не притягивающиеся к проводникам и связанные с проводниками, как правило, последние имеют белый или синий цвет, раскаляют предметы, на теле человека оставляют ожоги.

1а. Случай с ШМ в 2003 году

Последний уникальный факт наблюдения ШМ произошел 19 июля 2003 года. В комнату на втором этаже вплыл огненный шар, который очевидцам показался с футбольный мяч. Место проникновения ШМ на кухню не было зафиксировано. Через несколько секунд раздался оглушительный взрыв и на пол рассыпались раскаленные металлические шарики около 15 шт, средний диаметр ~ 1 мм. Светящиеся шарики быстро потемнели, оставив на линолеуме пола следы ожога. Долгое время в ушах очевидцев стоял звон от взрыва ШМ, а в помещении запах озона. Большая часть остывших металлических шариков была собрана, и подвергнута анализу в Институте Физики СО РАН г. Красноярска.

Результаты выполненных анализов следующие:

  1. Собранные шарики ШМ представляют собой полые сферы из чистого железа.
  2. Результаты сравнения намагниченности шариков ШМ и αFе, показывают, что вид кривых идентичен, в исследуемых материалах отсутствует гистерезис.
  3. В результате экспериментально снятых спектрограмм для Fe-шариков из ПХР, выявлены четкие резонансные линии графита и железа тогда как в образце Fe-шариков ШМ подобные спектральные линии не наблюдаются, что также подтверждает аморфность строения образца Fe-шариков ШМ.
  4. Экспериментально снятая зависимость вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР), показывает, что строение молекул Fe-шариков ШМ имеют характерные особенности, которые обуславливают нелинейность образца, выраженную в большом количестве гармоник. Для Fe-шариков из ПХР нелинейность не наблюдается при широком диапазоне воздействия на образец.

2. Информация, полученная в экспериментах по исследованию линейной молнии

Экспериментально показано, что распределение зарядов в грозовой туче распределено так, что верхушка тучи заряжена положительно, низ отрицательно за исключением небольшого участка положительных зарядов в нижней части тучи. Пока нет теории, объясняющей физику его образования. Заряда нижней части тучи хватает на то, чтобы создать между тучей и землей разность потенциалов вот 20 до 100 млн. В. Подавляющее число молний переносит отрицательный заряд с нижней части тучи на Землю.

В редких случаях наблюдаются «положительные молнии», в результате которых часть тучи несущая положительный заряд электричества разряжается на землю /3/.

В этих случаях на проводящих предметах 1(металлах), расположенных на земле, могут скапливаться отрицательные заряды. Если эти предметы имеют остроконечную форму, то напряженность электрического поля между острием проводящего предмета и тучей несущей положительный заряд может усиливаться в ßЕ раз. ßЕ = h/2 r+5,

 Где высота конуса h со сферической вершиной радиуса r/2/. При угле конуса Θ= 5 - 10о и ßЕ = 20 - 3000. При напряженности линейного лидера молнии в 106 В, истинное значение напряженности поля на вершине острия может достигать 109 - 1010 В. Ток разряда (5 - 20)∙103А, при этом происходит перенос 20 - 30 кулон электричества. При приближении ступенчатого лидера линейной молнии к поверхности земли на 50 - 100 метров навстречу ему устремляется поток электронов со скоростью, определяемой из выражения

 

где   - скорость света в вакууме,

 - заряд электрона,

 - масса покоя электрона,

 масса электрона, движущегося со скоростью ,

ускоряющее напряжение.

После подстановки численных значений получаем, что при ускоряющем напряжении  , получаем

Результирующая скорость эктона будет ниже из-за «хвоста» в виде паров металла, вырванного с острия.

3. Экспериментальные исследования и теория разряда в вакууме

Согласно разработанной Г.А Месяцем теории /2/, на основе фундаментальных исследований образования пробоя, искры и дуги в вакууме при высоких напряжениях и большой силы тока, испускание с острий: электронов, плазмы и жидкого металла происходит порционно в виде эктонов.

Увеличение тока эмиссии с острия приводит к его лавинообразному разогреву и испарению металла острия. «Переход к вакуумному пробою связан с процессом, аналогичным электрическому взрыву проводников» под действием электрического тока большой мощности»./2/.

Если эти предметы имеют остроконечную форму, то напряженность электрического поля между острием проводящего предмета и тучей несущей положительный заряд может усиливаться в ßЕ раз. ßЕ = h/2 r+5,

 Где высота конуса h со сферической вершиной радиуса r.

 При угле конуса Θ= 5 - 10о и ßЕ = 20 - 3000. /2/.

4. Анализ собранной информации, обобщение

На основании анализа изложенной выше информации можно перейти к синтезу модели шаровой молнии.

5.  Синтез физической модели ШМ

В результате разряда тучи, несущей положительный заряд электричества, на землю в виде линейной «положительной молнии» ведет к образованию эктона. Эктон состоит из «головы» - потока вырванных с проводящего предмета, электронов и «хвоста» - паров металла.

Ионы металла, несущие положительный заряд устремляются за потоком электронов, навстречу ступенчатого лидера, несущего положительный заряд. Компенсация электронами положительного заряда лидера линейной молнии происходит с задержкой из-за значительного сопротивления «проводника» из положительно заряженных ионов. В результате в месте контакта электронов с лидером линейной молнии образуется облако электронов, нижняя часть которых испытывает отталкивающие силы от электронов расположенных выше. В это время к облаку электронов приближаются ионы жидкого (газообразного) металла, несущего положительный заряд пропорциональный количеству электронов в электронном облаке. Электроны, не успевшие компенсировать положительный заряд лидера линейной молнии, устремляются к «хвосту» ионов металла, образуя замкнутый вихревой ток.

В результате взаимодействия с электронами и магнитным полем движущихся зарядов (электронов) пары металла, содержащиеся в эктоне, образуют тороидальную фигуру, окруженную электронами.

В связи с тем, что тороидальная фигура (ШМ) имеет суммарный, отрицательный заряд, она вытесняется из места ее образования оставшимися отрицательными зарядами. Процесс образования шаровой молнии закончен.

Литература.

  1. Громыко А.И. Основы технического творчества. Учебное пособие. Красноярск: КГТУ,1999. 139 с.
  2. Р. Фейман, Р. Лейтон, М. Сэндс. Фейнмановские лекции по физике. Т.5. Электричество и магнетизм. М.: «Мир», 1977. 300 с.
  3. Месяц Г.А. Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга. - М.: Наука, 2000. - 424 с.