Главная » Вопросы » Школа » Физика

Почему шаровая молния отличается от других молний?
Почему шаровая молния отличается от других молний?
Категория: Физика | Добавил: withay (14.03.2018)
Просмотров: 99 | Ответы: 2 | Рейтинг: 5.0/1
Ответов: 2
0 Ferst
14.03.2018 оставил(а) комментарий:
Обычная молния - это разновидность искрового электрического разряда. Она образуется под действием высокого напряжения между различными частями облака или облаком и землей. В отсутствие электрического поля в воздухе практически отсутствуют свободные электроны и ионы. Если величина электрического поля превышает определенный порог (для сухого воздуха этот порог около 3000000 В/м), то одиночные электроны успевают между столкновениями с атомами приобрести энергию в несколько электрон-Вольт, которая достаточна для ионизации молекул кислорода и азота. В результате газ ионизуется и появляются новые свободные электроны. (Отсюда можно оценить длину пробега электрона в воздухе как несколько микрон). Эти электроны, в свою очередь, разгоняются и рождают другие электроны - количество электронов лавинообразно нарастает.

Ионизованный газ проводит электрический ток - это и есть искра или молния. Часть электронов захватывается положительными ионами, превращая их в атомы. Свечение молнии связано с излучением света при переходах электронов между возбужденными состояниями атома и основным состоянием или между различными возбужденными состояниями. Быстрый нагрев газа приводит к его расширению и, в результате, к звуковой волне - грому. Поскольку различные части молнии расположены на разном удалении от наблюдателя, звук от разных частей молнии приходит неодновременно. Молния имеет изломанную форму - те части, которые приблизительно перпендикулярны направлению на наблюдателя, дают звук, приходящий одновременно к наблюдателю - это "раскаты" грома.

Что касается шаровой молнии, то ее природа до сих пор остается загадкой. В отличие от искровой молнии, которая имеет малую временную продолжительность, шаровая молния существует несколько секунд или минут. Внешне она представляет из себя светящийся шар, который может перемещаться, иногда огибает предметы, иногда внезапно "взрывается".

Шаровая молния - явление очень своеобразное. Однако, несмотря на свою обособленность, несмотря на то, что это явление пока еще не до конца понято и объяснено наукой - не стоит относиться к нему как к чему-то сверхъординарному, а тем более, сверхъестественному. Да, это явление - до конца не изученное, но очень активно изучаемое. Таких явлений много, самых различных, именно они составляют передний край науки. На сегодняшний день уже ясно, что шаровая молния - просто очень красивое атмосферное явление, проявление атмосферного электричества, и для его объяснения не потребуется привлекать никаких кардинально новых физических концепций.

Можно с уверенностью сказать, что основной камень преткновения в этих исследованиях - это отсутствие надежной методики воспроизводимого получения шаровой молнии в контролируемых лабораторных условиях. Если бы это было достигнуто, задача была бы практически решена: благодаря современным экспериментальным методам исследования "тайна" шаровой молнии была бы "препарирована" и вскрыта за несколько лет. Однако то, что сейчас дают эксперименты - это лишь нечто, отдаленно напоминающее шаровую молнию. И изучая это "нечто", экспериментаторы пока не могут сказать, изучают ли они саму шаровую молнию или какое-то другое, слегка похожее на нее явление. Именно такое состояние дел в эксперименте и позволяет теоретикам выдвигать совершенно разные (а иногда и самые фантастические) гипотезы и теории о природе шаровой молнии. Этот "плюрализм", подстегнутый вечным интересом масс-медиа ко всему непонятому, порой и заставляет случайного читателя видеть в шаровой молнии некое "паранормальное явление". Чем она, конечно же, не является.

Прежде, чем разговаривать о природе шаровой молнии, выясним, что о ней, собственно, известно. В нашем случае вся информация - это сообщения очевидцев и лишь в редких случаях - фото- или киноматериалы. Это сразу же ставит проблему: насколько достоверны рассказы? Может быть, люди выдают желаемое за действительное? Здесь нам помогает то, что шаровая молния - явление все-таки достаточно частое, поэтому такой скепсис может относиться к какому-либо конкретному свидетельству, но не к явлению вообще. Другими словами, опираясь на статистически усредненные параметры, мы, в самом деле, может исследовать шаровую молнию как физическое явление.

Рассказам очевидцев о наблюдении шаровой молнии - более двух тысяч лет. Первое статистическое исследование этих сообщений было проведено французом Ф.Араго 150 лет назад. В его книге были описаны и проанализированы 30 случаев наблюдения шаровых молний. Статистика небольшая, и неудивительно, что многие физики прошлого века, включая Кельвина и Фарадея, были склонны считать, что это или оптическая иллюзия, или явление совершенно иной, неэлектрической природы. Однако с тех пор количество и качество сообщений возросло; сейчас задокументировано уже около 10 тысяч случаев наблюдения шаровой молнии.
0 Ferst
14.03.2018 оставил(а) комментарий:
Основные свойства шаровых молний таковы:

• Появление. Практически всегда шаровая молния появляется в грозовую, штормовую погоду; зачастую, но не обязательно, в сопровождении 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.
• Особенности поведения. Чаще всего она движется горизонтально, приблизительно в метре над землей, довольно хаотично. Имеет тенденцию "заходить" в помещения, протискиваясь при этом сквозь маленькие отверстия. Часто шаровая молния сопровождается звуковыми эффектами - треском, писком, шумами. Наводит радиопомехи.
• Исчезновение. Шаровая молния существует 10-100 секунд, после чего обычно взрывается. Изредка она медленно гаснет или распадается на отдельные фрагменты. 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. Размер шаровых молний варьируется от сантиметров до метра. Форма в подавляющем большинстве случаев сферическая, однако, есть сообщения о наблюдении и вытянутых, дискообразных, грушевидных шаровых молний.
• Свечение и цвет. Типичная суммарная мощность излучения - порядка 100 Вт, иногда тусклее, иногда ярче. Цвет - самый разный, начиная от белого и желтого, заканчивая зеленым. Часто отмечалась пятнистость свечения.

Неоднократно предпринимались попытки лабораторного воспроизведения шаровой молнии. Надо признать, что речь идет пока только о попытках, - нет ни одного случая искусственного получения "настоящей" шаровой молнии в лабораторных условиях.
Прежде всего, поскольку в появлении шаровых молний прослеживается явная связь между другими проявлениями атмосферного электричества (например, обычной молнией), то большинство опытов проводилось по следующей схеме: создавался газовый разряд (а свечение газового разряда - вещь известная), и затем искались условия, когда светящийся разряд мог существовать в виде сферического тела

Первыми такими попытками можно считать опыты Тесла в конце 19 века. В своей краткой заметке он сообщает, что при определенных условиях, зажигая газовый разряд, он, после выключения напряжения, наблюдал сферический светящийся разряд диаметром 2 - 6 см. Однако Тесла не сообщает детали своего эксперимента, так что его воспроизведение крайне затруднительно.

Первые детальные исследования сферического светящегося разряда были проведены только в 1942 году Бабатом - ему удалось на несколько секунд получить сферический газовый разряд внутри камеры с низким давлением. Затем бьли опыты П.Л.Капицы: он смог получить сферический газовый разряд при атмосферном давлении в гелиевой среде. Добавки различных органических соединений меняли яркость и цвет свечения.

С тех пор - несмотря на многократное увеличение усилий - ситуация так и не изменилась. Исследователи могли получать кратковременные газовые разряды сферической формы, жившие максимум несколько секунд. Является ли это аналогом шаровой молнии? И можно ли таким способом получить искусственную шаровую молнию, которая бы обладала всеми основными свойствами наблюдаемых в природе шаровых молний? Ответ - увы! - пока неизвестен.

Отметим, что доподлинно известно про свойства шаровой молнии, свойства, которые непосредственно следуют из наблюдения. Во-первых, шаровая молния как-то связана с электричеством, и причем, с электричеством в газах. В процессе ее зарождения или жизни крайне важно сильное электрическое поле и газовый разряд. Во-вторых, очевидно, что внутри шаровой молнии есть область очень высоких температур - именно поэтому она и светится. Скорее всего, эта область состоит из плазмы - ведь при температурах в несколько тысяч градусов газ уже переходит в состояние плазмы. Наконец, ясно, что шаровая молния - это не устойчивая, а метастабильная система. То есть, это распад плазменного сгустка, но только почему-то крайне замедленный.
avatar