velzevul (dubva1) wrote,
velzevul
dubva1

Categories:

Круглое электричество

Хотя шаровая молния известна уже несколько веков, ученые как и раньше не знают ее природы.





«Установка находилась на столе в сенях. ‘Электронный указатель’ узкой стальной проволокой соединялся с молниеотводом на крыше. Дверь из сеней выходила на север, откуда надвигалась облако, сопровождаемая сильными порывами ветра. Рихман приблизился к электрометру и тормознул от него на расстоянии 30 см. Внезапно из толстого стального прутка прямо в левую часть лба ученого стукнул бледно-синеватый пламенный шар величиной с кулак. Раздался громкий удар, ‘как будто из малой пушки выпалено было’, и ученый, ‘не издав ни малого голосу’, замертво упал на стоящий за ним сундук».


Так обрисовывает А. Елисеев в книжке «Г.В. Рихман» из серии «Люди науки» смерть в 1753 году величавого российского физика Георга Вильгельма Рихмана во время проведения исследовательских работ по атмосферному электричеству. Очевидцем катастрофы был академический живописец и гравер Иван Соколов, которого Рихман пригласил для зарисовки разрядов, возникающих при опыте. Он же и опознал убийцу: ей оказалась шаровая молния (ШМ). С того времени прошло больше 250 лет, но правонарушитель до сего времени не пойман. Хотя у «следователей» имеется масса подробной инфы о его наружном виде, повадках, местах и времени возникновения. Так в чем все-таки неувязка?


Своенравный шарик


Обычно шаровая молния появляется во время грозы как следствие удара обыкновенной молнии. Но не исключено возникновение ШМ и в ясную погоду. Розетки, радиоприемники, телефоны и даже гвозди, вбитые в стенку, – далековато не полный перечень эпицентров рождения ШМ, обрисованных свидетелями. ШМ может делиться на части и собираться из кусков. Может издавать звук, схожий на шорох, либо двигаться бесшумно. Обычно она парит со скоростью порядка 1 м/с на высоте 1–3 м, повторяя рельеф местности либо обстановку в помещении. Нередко ее линия движения связана с движением повдоль линий ЛЭП либо других железных конструкций. Но, по рассказам летчиков, она умеет «играть в перегонки с самолетом», развивая скорость более 400 км/ч. Известна способность ШМ проникать в дом через неширокую щель плохо закрытой форточки либо проплавлять отверстие в стекле. ШМ является источником частотного излучения и способна при близком контакте вызывать у человека ожоги, испарять железные предметы либо спекать почву. Но на расстоянии более 1 м от наблюдающего ШМ почему-либо не вызывает у него чувства тепла. ШМ имеет электронный заряд. При ее контакте с электроприборами возникающий ток приводит к оплавлению их железных частей. В 30% случаев контакт с людьми приводит к смертельному финалу. Но известны случаи, когда ШМ касалась свидетелей, не причиняя им вреда, оставляя после себя только чувство «ласкового тепла от костра». Время жизни ШМ составляет от 2-ух секунд до 3-х минут. Прекращая свое существование, она может «растаять» в воздухе либо подорваться. Создается воспоминание, что поведение ШМ находится в зависимости от ее «настроения». В «благодушном» может обласкать ласковым теплом и, безвредно шурша, «растаять», в «гневе» – нанести смертельные ожоги.


«В природе не существует другого объекта с таким количеством противоречивых параметров, – ведает «ПМ» ведущий научный сотрудник ИНЭП ХФ РАН Анатолий Никитин. – В текущее время о свойствах шаровой молнии нам понятно фактически все. Новые наблюдения, обычно, только подтверждают ранее приобретенные. Но от этого осознание физической сущности ШМ не стало яснее». Повсевременно на планетке существует более 100 шаровых молний. Возможность повстречаться с ней составляет наименее 0,1%. Большая часть ученых, занимающихся исследованием ШМ, никогда ее не лицезрели. Анатолию было 10 лет, когда при совсем ясном небе он увидел над головой красноватый шар размером 30 см, парящий повдоль проводов телефонной полосы. Шар улетел, а энтузиазм остался на всю жизнь.


«Пока единственной количественной областью исследования ШМ является статистическая обработка результатов ее наблюдения, – продолжает Анатолий Ильич. – Она сыграла положительную роль в определении черт этого природного явления. Мы точно знаем, что наблюдаемые характеристики относятся к одному и тому же объекту, а не к различным явлениям природы. Но есть и отрицательные черты: свойства усредняются в стремлении сделать портрет ‘средней’ ШМ. При всем этом отбрасываются редчайшие, но, может быть, главные ее характеристики. В итоге многие исследователи строят модели не реальной, а ‘средней’ ШМ. К примеру, энергия ‘средней’ ШМ оказывается равной всего 20 кДж. Но есть надежные сообщения, показывающие, что ее энергия на несколько порядков больше этого значения. К примеру, случай, когда большая, около полметра в поперечнике, ШМ попала в 7-кубовый котел с водой и нагрела ее до кипения – в данном случае энергия ШМ должна быть не меньше 2000 МДж, что эквивалентно энергии сгорания 200 л бензина. Разница со средним значением в 105 раз! Эта самая способность копить в ограниченном объеме огромное количество энергии (до 1010 Дж/м3), производить транспортировку, хранение и медлительно расходовать ее, по моему воззрению, и есть основная загадка шаровой молнии. Разгадав ее, разъяснить поведение малоэнергетических ШМ уже не составит труда. В принципе, эту делему можно снять, предположив, что источник энергии находится вне ее. Но тогда очень тяжело вообразить каналы, которые остаются невидимыми при подводе к ШМ таковой большой мощности. В случае с бочонком это приблизительно 10 МВт (что соответствует энергопотреблению 10 000 микроволновок)».


На сегодня есть сотки гипотез и моделей, описывающих существование ШМ. Но только три из их в состоянии разъяснить настолько высшую плотность энергии (до 1010 Дж/м3). Это электродинамическая модель, предложенная Анатолием Никитиным, модель униполярно заряженной шаровой молнии вице-президента Интернационального комитета по шаровой молнии Владимира Бычкова из МГУ и теория Гирта Дайкхауса, доктора Эйндховенского технологического института и секретаря такого же комитета.


Молния на столе


Экспериментальные исследования ШМ начались еще в конце XIX века. Первопроходчиком был французский физик Гастон Планте. Его мысль заключалась в том, что ШМ является одной из структурных единиц линейной молнии. Схема опыта была обычный. С клеммами сильной батареи напряжением несколько тыщ вольт соединялись два платиновых электрода. «Минус» погружался в раствор поваренной соли, и в момент соприкосновения «плюса» с поверхностью раствора на конце его появлялся светящийся шарик. При увеличении тока шарик начинал расти и достигал радиуса нескольких см. По наружным признакам он был очень похож на ШМ, но об автономном существовании не могло быть и речи: при выключении тока шарик просто «таял» в воздухе. (Любопытно, что попутно со своим тестом Планте сделал то, без чего не обходится ни один нынешний автомобиль: свинцово-кислотный аккумулятор.)


На данный момент о Планте не достаточно кто помнит, хотя до сего времени конкретно мысль его опыта в главном употребляется для получения лабораторной шаровой молнии. Как и до этого, исследователи имитируют разряд: замыкают электронную цепь, содержащую конденсатор большой емкости, при всем этом появляется искра, играющая роль молнии.


Громовержцы


Приметных фурроров в этом направлении достигнули петербургские ученые Института ядерной физики РАН им. Константинова Антон Егоров и Геннадий Шабанов. Их установка представляет собой измененную схему Планте. Геометрия электродов и метод разряда улучшены, но принцип остался тот же. На дно заполненной водой емкости опускается заземленный электрод, выполненный в виде кольца и играющий роль анода. Катод на несколько мм выступает из воды. Его поверхность изолирована от воды кварцевой трубкой. После замыкания цепи с катода ввысь фонтаном устремляется струя плазмы. Через 0,08 секунды цепь размыкают, и струя, оторвавшаяся от электрода, преобразуется в светящийся шар, на 1-ый взор – точную копию шаровой молнии: та же форма, размер и интенсивность свечения. Поднимаясь вертикально ввысь, шар по прошествии 0,2 секунды начинает «таять», через 0,4 секунды оставляя после себя только вихрь нагретого воздуха. Достигнуть горизонтального полета и времени жизни более 1 секунды экспериментаторам еще пока не удалось.


Группа научных служащих физического факультета МГУ им. Ломоносова, работающая под управлением доктора физико-математических наук Рунара Кузьмина, для получения ШМ сделала похожую установку, но в ней банка с водой заменена узкой железной проволокой (медной, никелевой либо титановой) поперечником 5 мм, натянутой меж электродами в пластмассовой кювете, заполненной горючей консистенцией. При разряде конденсатора по проволоке протекает большой ток, она испаряется, что вызывает возгорание образовавшихся паров консистенции. В конечном итоге наблюдается нечто схожее на ШМ, которые, по рассказам свидетелей, время от времени «выдуваются» из электронных розеток. Но в отличие от природной ШМ, искусственный светящийся сфероид, отрываясь от электродов, скоро преобразуется в нечто напоминающее дымовые кольца курильщика. Это «нечто» существует до минутки, после этого его граница равномерно теряет четкость и оно рассеивается в воздухе. Так что с уверенностью именовать это ШМ тяжело.


Прирученные ШМ


Изумительные характеристики плазменных образований – светящихся шариков размером порядка 1 см, вылетающих из плазмотрона с испаряющимися стенами, были изучены в Институте больших температур РАН в лаборатории Анатолия Климова. Было найдено, что они способны прожигать железную пластинку, оставляя нетронутым лист бумаги, и поглощают радиоизлучение в широком спектре диапазона. Более того, Климов показал, что если окружить поверхность парящего предмета плазмой, то сила его трения о воздух может приметно уменьшиться. Это наблюдение разъясняет случаи движения шаровых молний с высочайшими скоростями и прохождения через маленькие отверстия.


«Нужно верно представлять, что ты хочешь сделать, и пробовать получить это в опыте, – дает совет Анатолий Никитин. – На данный момент же в главном употребляют способ проб и ошибок: генерируют мощнейший разряд и уповают, что вылетит ШМ. Время от времени объекты этих тестов увлекательны сами по для себя, структура их до конца еще не изучена. Но делать выводы о природе ШМ на основании этих опытов я бы не стал».


Сколько лет еще будет нужно «следователям» на поимку «преступника», никто не знает. Но они не теряют надежды и убежденности, что «убийца» скоро будет пойман и остаток собственных дней проведет в 4 толстых стенках лаборатории. Хотя кто знает, что будет стильно вешать под потолок в дальнейшем: допотопную люстру либо комфортно шуршащую искрами шаровую молнию?


Благодарим Анатолия Никитина и Владимира Бычкова за консультации.






Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 0 comments