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:
- ШМ появляется во время гроз; большей частью при разряде облако - земля; и возникает в нескольких метрах от земли.
- Внешний вид ШМ - сфера диаметром 10 -20 см, иногда до одного метра.
- 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.
- Время жизни ШМ - 3...5 с до 2...5 минут.
- Скорость перемещения в горизонтальной плоскости - несколько метров в секунду; может останавливаться, чаще опускается к земле, реже поднимается к облакам; отскакивает от твердых непроводящих предметов.
- Тепло - редкое явление для ШМ, но иногда ШМ зажигает предметы, нагревает воду в ограниченных объемах.
- Запах острый, неприятный (сера, озон, окись азота).
- 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.
- Исчезает ШМ бесшумно или со взрывом.
- 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:
- Собранные шарики ШМ представляют собой полые сферы из чистого железа.
- Результаты сравнения намагниченности шариков ШМ и αFе, показывают, что вид кривых идентичен, в исследуемых материалах отсутствует гистерезис.
- 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.
- 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.
- Громыко А.И. Основы технического творчества. Учебное пособие. Красноярск: КГТУ,1999. 139 с.
- Р. Фейман, Р. Лейтон, М. Сэндс. Фейнмановские лекции по физике. Т.5. Электричество и магнетизм. М.: «Мир», 1977. 300 с.
- Месяц Г.А. Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга. - М.: Наука, 2000. - 424 с.
Библиографическая ссылка
Громыко А.И. О ПРИРОДЕ ШАРОВОЙ МОЛНИИ // Фундаментальные исследования. – 2004. – № 3. – С. 62-64;URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=4693 (дата обращения: 23.11.2024).