Понятие, гипотезы природы шаровой молнии. Условия формирования, основные параметры и электронно-ионная модель шаровой молнии. Определение плотности вещества, электростатической и кинетической энергии. Экваториальное сечение. Шаровая молния Дмитриева.
Аннотация к работе
Шаровая молния абсолютно не похожа на обычную (линейную) молнию ни по своему виду, ни по тому, как она себя ведет. Высокая плотность энергии, сохранение постоянного объема, левитация и продолжительное время жизни ШМ до сих пор не получили исчерпывающего объяснения, что делает изучение данного феномена актуальной и приоритетной задачей современной экспериментальной физики.[1,2] Шаровая молния задает нам множество загадок, вопросов, на которые нет ясного ответа. Время от времени в лабораторных условиях получается создать объекты, по виду и свойствам похожие на шаровые молнии - плазмоиды. Для современной физики шаровая молния по-прежнему продолжает оставаться загадкой.Строго говоря, ее форма всего лишь близка к шару; молния может вытягиваться, принимая форму эллипсоида или груши, ее поверхность может колыхаться. Будем считать, что шаровая молния - это шар или почти шар. Яркость света шаровой молнии сравнивают с яркостью света 100 Вт лампочки. В одну группу входят гипотезы, согласно которым шаровая молния непрерывно получает энергию извне. Но, несмотря на многие привлекательные стороны данной гипотезы, она все же представляется несостоятельной: не объясняет характера перемещения шаровой молнии, зависимости ее поведения от воздушных потоков; в рамках данной гипотезы трудно объяснить хорошо наблюдаемую четкую поверхность молнии; взрыв такой шаровой молнии не должен сопровождаться выделением энергии и напоминает громкий хлопок.Оценки показывают, что в одной перетяжке может образоваться шаровая молния не большого диаметра (d?5см), поскольку разряды с большими токами очень редки (реально зарегистрированы токи в канале линейного разряда I ?200КА). Согласие значительно лучше, если учесть, что в большинстве сообщений с положительным ответом, не описывается процесс образования шаровой молнии и строго их нужно отнести к разряду наблюдения шаровой молнии с момента ее образования. Круговое поперечное магнитное поле линейной молнии, удерживая горячую плазму от расширения на всей длине центрального канала молнии, не удерживает плазму на концах канала со стороны его торцов, благодаря чему и происходит разряд молнии. Электроны вращаются с малым радиусом по часовой стрелке вокруг силовых линий (если силовые линии направлены от нас), а положительные ионы азота, кислорода и протоны - против часовой стрелки с радиусом в сотни раз большим, если они влетели в поле с такой же скоростью, как и электроны.[4] В процессе формирования плазменного тороида ионизованные частицы плазмы, движущиеся спиралеобразно вокруг и вдоль силовых линий замыкающегося в тороиде магнитного поля молнии, совершают еще и дрейфовые движения под воздействием других сил.Электроны, находящиеся во вторичных ветвях, также движутся к основному каналу и ссыпаются через него на землю. Рис.2.4 а) 1 - вторичные ветви молнии, 2 - основной канал, в котором движутся электроны (обозначены-q). б) Движение электронов из вторичной ветви 1 в основной канал 2 молнии может быть замкнуто через область 3. Быстродвижущиеся во внешней оболочке электроны генерируют магнитное поле с индукцией B, которое удерживает положительные ионы на орбитах во внутренней оболочке. Положительные ионы внутри ШМ практически не притягиваются электронами из внешней оболочки, так как электрическое поле от электронов внутри сферы равно нулю изза уравновешивания всех электрических сил. Первое выражение в правой части (2.3.3) описывает силу притяжения между электроном и объемным внутренним ионным зарядом, второе - силу отталкивания электронов во внешней оболочке друг от друга.Сформируем основные характеристики электронно-ионной модели ШМ, которые можно сделать исходя из расчетов, сделанных в главе 2: 1) Плотность вещества шаровой молнии практически совпадает с плотностью воздуха и обычно лишь немногим превосходит ее, т.е. она составляет вероятно около . Недаром шаровая молния стремится опуститься вниз, разницу между силой тяжести и выталкивающей (архимедовой) силой компенсируют конвекционные воздушные потоки, а также сила, с какой действуют на молнию атмосферное электрическое поле. 5) Вещество шаровой молнии является проводником с низкой работой выхода зарядов и поэтому обладает свойством легко рассеивать электрические заряды, накопившиеся в других проводниках. Контакт шаровой молнии с заряженными проводниками приводит к появлению кратковременных импульсов электрического тока, довольно значительных по силе и проявляющихся иногда на сравнительно большом расстоянии от места контакта. 6) Запас энергии шаровой молнии может составлять от нескольких КДЖ до нескольких десятков КДЖ, в некоторых случаях (особенно при больших размерах молнии), возможно, до 100 КДЖ.Представленная теория происхождения шаровой молнии и ее физической природы находится в удовлетворительном качественном и количественном согласии с многочисленными описаниями и оценками наблюдателей и позволяет сделать вывод, что шаровая молния представляет собой единое физическое явление.