Шаровая молния.

Остался от родителей в родном городе дом. Он на сестре. Строил дед. Дед строил основательно: просмоленные брусья, крепкий фундамент, ничего нигде с 35-го не покосилось. И посадил дед возле дома лиственницу. В Западной Беларуси часто возле дома сажали хвойное дерево. Вымахала лиственница большая-пребольшая -- в два раза выше дома. Деда давно нет, а она растёт. Не думал дед, не гадал, что климат изменится, а Беларусь станет грозовой страной.

Тут надо сделать отступление: через лиственницу от столба в дом заходит пара проводов -- ноль и фаза. Ветви вокруг проводов обрублены, но, как потом оказалось, от проводов удалены недостаточно -- примерно на метра полтора.

13-го июля. Сестра с племянницами уехали на море, швагер, потягивая пиво, отдыхает: смотрит телевизор. Небо в облаках, но дождя пока нет. Внезапно -- оглушительный сухой щелчок. Швагер аж подпрыгнул. И одновременно со щелчком из распределительной коробки над телевизором (в доме проводка открытая) появляется Она -- величиной с кулак жёлтая шипящая шаровая молния. Поплыла к швагеру, он бежать по комнатам, она за ним, но не догнала: утекла через вьюшку в голладскую печь, а что с ней было дальше -- неизвестно: то ли вышла во двор, то ли ушла в землю, но не взорвалась.

В доме испортилось многое: модем, телефон, сплиттер; телевизор уцелел, комп тоже -- был отключен. У соседа (дом рядом) расплавился LED-экран монитора -- был включён, и сгорел холодильник.

Лиственница тоже пострадала: от вехушки до примерно проводов с одной стороны ободрана кора.

 

О, пора на работу, допишу после. Да и писать с телефона неудобно. Самое интересное -- мои соображения о природе шаровой молнии.

Итак, продолжу. Знаете ли вы, что такое "разрыв шаблона"? Нет, это не всегда словесный троп. Понаблюдайте за весенним ручейком воды. Он непрерывный -- не разбивается на фрагменты, не так ли? А теперь посмотрите на ручеёк из крана. Если высота достаточна, то обязательно увидите, что он фрагментируется и в месте падения издаёт дробь. Почему это происходит? Такой вопрос, помнится, я видел и в каком-то учебнике по физике. Ответ прост: скорости движения участков воды на по мере удаления от крана под действием силы земного притяжения возрастают, и повехностное натяжение делает своё дело: передавливая истончающийся ручеёк, рвёт его на части. Понимаете, к чему я веду?

Молния -- это тоже ручеёк плазмы -- сильно ионизированного воздуха и паров воды. Но в отличие от водяного ручейка -- это сразу два ручейка: поток ионов в одну сторону и поток электронов в противоположную под действием силы электрического поля между облаком и землёй. Эту силу в течение короткого промежутка времени можно считать квазипостоянной (на самом деле по мере разряда она уменьшается -- всё зависит от времени рассасывания накопленного заряда, порождающего пробой).

Здесь надо сделать ещё одно отступление. Очень часто путают понятие "скорость электрического тока" с понятием "скорость распространения электрического тока", которая равна скорости распространения электромагнитного поля. На самом деле заряды движутся по известному второму закону Ньютона: "фы равно мы а". Зная заряд и массу носителя (электрона или иона) и время или, если хотите, расстояние от начала разряда,  легко вычислить скорость носителя. Поупражняйтесь. :)

Таким образом, я утверждаю, что при пробое влажного воздуха может возникнуть и возникает, фрагментирование плазмы. Это подтверждают многочисленные снимки разрядов молнии и не только молнии. Но во фрагменте количество ионов и электронов не может быть одинаковым, так как скорость поступления носителей во фрагмент непосредственно перед фрагментированием оказывается существенно разной из-за большого различия масс носителей! Другими словами -- фрагмент не электронейтрален и обязательно несёт избыточный электрический заряд. А если так, то: 1) фрагмент не может быстро  исчезнуть из-за равновесной рекомбинации и 2) фрагмент обладает потенциальной энергией.

Теперь давайте вспомним, что такое электрический ток: это протекание зарядов. И всё? Нет, не всё: цепь тока всегда замкнута! Об этом знает любой электромонтёр. Причём, как тока проводимости, так и тока смещения. (Гуманитарии, скорее всего, не знают, что такое "ток смещения", погуглите, ссылку не дам).

Все, конечно, или знают, или слышали, что такое токи Фуко. На всякий случай напомню: это вихрь тока (кольцевой ток), возникающий в теле сплошного проводника, при изменении магнитного поля. Откуда берётся магнитное поле? При завершении разряда быстро уменьшается напряжённость электрического поля, как известно, изменение электрического поля должно порождать ортогональное поле магнитное, которое тоже изменяется, так как электрическое поле изменяется нелинейно. Именно это изменение магнитного поля порождает во фрагменте плазмы замкнутый в кольцо электрический ток, и фрагмент приобретает форму тора. Доказательство -- фотографии (не видео!) шаровой молнии с короткой выдержкой. Но и это ещё не всё. Тор с током -- это общеизвестная рамка проводника с током.

Проделайте эксперимент: сделайте из толстого провода рамку в разрез которой поместите батарейку и резистор, подвесьте рамку -- она начнёт вращаться. Тяжёлая рамка в магнитном поле Земли вращается медленно -- слишком велика её масса. Но масса тороидального фрагмента примерно равна массе воздуха того же объёма, и плазменный тор, быстро вращаясь вдоль диагональной оси, визуально воспринимается, как шар. А так как он несёт избыточный электрический заряд, то при соприкосновении с проводящими предметами он может в них разрядиться, что сопровождается его разрушением, похожим на взрыв. Если фрагмент не встретит на своём пути ничего подходящего для разряда, то он должен исчезнуть из-за рассеяния энергии в окружающий воздух -- рассеяние происходит излучением, нагреванием и стеканием электрического заряда, не говоря уже о рекомбинации части электронов с ионами. Однако возникает вопрос: почему этот тор метастабилен? Ведь магнитное поле, возбудившее вихрь внутри фрагмента плазмы, изменяется достаточно быстро -- всего лишь доли секунды. Что-то замедляет исчезновение вращающегося тороидального фрагмента плазмы. Думаю, что кольцевой ток в торе продолжает некоторое время существовать и после исчезновения возбудившего его магнитного поля. Мой ответ: либо высокотемпературная сверхпроводимость в плазме, либо... Но обо всём по порядку.

Эффект высокотемпературной сверхпроводимости в плазме не наблюдается в экспериментальных установках. Это не удивительно: электрически заряженную плазму невозможно удержать магнитной ловушкой -- её собственное электрическое поле делает неизбежным взаимодействие с материалом камеры -- достаточно малейшего отклонения от оси симметрии. Совсем другое дело -- шаровая молния. Здесь уже ничего не надо создавать искусственно, и мы имеем дело с особой формой состояния материи плазмы -- избыточные электроны могут восприниматься ионами, как "свои", но находящиеся на очень далёких энергетических уровнях. Такие состояния называются ридберговскими. Вообще же ридберговский атом может иметь размер порядка миллиметра; невероятно, правда?

При высокой концентрации возбуждённых электронов (а они в избытке!) при их сближении с ионами волновая функция их взаимодействия с ионами и друг с другом начинает меняться, перестаёт осциллировать и становится гладкой -- внутри плазмы возникает состояние, напомнающее металлы, где каждый электрон и общий, и ничей. Возможно, что такое состояние и приводит к сверхпроводимости внутри плазмы, вырожденной в возбуждённое ридберговское вещество. Такое вещество метастабильно и способно проходить насквозь через тонкие диэлектрики, как вода через марлю. Естественно, время существования такого состояния ограничено запасённой энергией, которая должна быстро рассеиваться -- сверхпроводимость не идеальная, рассеяния электронов (не забудем, что электрон -- это и волна) на ионах всё же случаются. Однако, пока по кольцу течёт ток, плазма существует, как агрегатное состояние вещества. Если через плазму не течёт ток -- неважно какой -- постоянный или переменный -- из-за рекомбинации электронов с ионами она гаснет. Однако высокотемпературная сверхпроводимость в плазме и ридберговское вещество -- это экзотическое допущение. На мой взгляд есть более простая и прозаическая причина метастабильности плазменного тора.

Ток, возбудившись в торе, не может не излучать электромагнитные волны, так как носители заряда -- электроны и ионы -- движутся в противоположных направлениях по кругу, т.е. ускоренно. А из уравнений Максвелла следует, что в этом случае неизбежно будет возбуждено электромагнитное поле высокой частоты. Вырваться из тора оно не может из-за полного внутреннего отражения на границе плазма-воздух. Так, например, короткие волны отражаются от ионосферы. Значит, электромагнитное поле остаётся внутри вращающегося тора. И тут вспомним об объёмных резонаторах. Кстати, первые объёмные резонаторы конструировались именно в форме тора. Внутри тора возбуждаются многомодовые стоячие волны, частота которых зависит от размера шаровой молнии. Именно они и поддерживают ионизацию, обеспечивая метастабильность образования. И вот почему: избыточные электроны, колебаясь под воздействием переменного электрического поля стоячей волны, повторно ионизируют результаты рекомбинации, препятствуя ей статистически, и, кроме того, поддерживают температуру плазмы.

Но для поддержки резонанса нужна подожительная обратная связь. Где она? Давайте  вспомним о генераторных приборах, использующих факт наличия массы у электронов. Избыточные электроны в плазменном торе движутся по кругу. Если пути электронов и длины волн синфазны, то колебания не затухают или затухают медленно. Таким образом, энергия электрического заряда расходуется на генерирование стоячей волны внутри тора шаровой молнии.

Значит, не так уж и ошибался П.Л.Капица: причина метастабильности заключается в стоячих СВЧ-волнах! Но в отличие от него я полагаю, что это не внешние, а внутренние волны. Диэлектрики, через которые проходит шаровая молния, не разрушают резонансную систему шаровой молнии и не являются препятствием для внутренних стоячих волн.

А как же шаровая молния появляется "из ничего"? Фишка в том, что из ничего ничего и не появляется. В результате удара молнии в токопроводящий материал вдоль него со скоростью света распространяется электрическое поле, и на окончании проводника происходит выброс электронов во влажный воздух. Возникает ионизирующая струя. Кстати, это хорошо умел делать Никола Тесла. Как он это делал -- забыто. Однако я отвлёкся.

Дальше судьба струи может происходить по схеме, которую я описал для молнии. Если изменение электрического поля в месте окончания проводника благоприятно для возникновения сверхпроводящего плазменного кольца, то и возникает то явление, которое мы называем "шаровая молния".

В своих соображениях  я сделал одно крайне важное и шаткое допущение -- существование высокотемператкрной плазменной сверхпроводимости. Конечно, это только сумасшедшая гипотеза. Но её можно или подтвердить, или опровергнуть. Правда, сделать это экспериментально очень трудно. Выше я писал почему. Другое объяснение метастабильности -- объёмный резонанс -- мне кажется более правдоподобным.

Что говорит в пользу моих соображений? Шаровая молния -- всегда тело вращения, несущее заряд.  Именно тело вращения, а не всегда шар. Таковы наблюдения. А что вращается? Рамка с током в магнитном поле Земли. Визуально мы видим тело вращения. Но что-то должно же объяснять метастабильность этой рамки! Я предложил своё объяснение -- сверхпроводимость или, что вероятнее, объёмный резонанс.

Если прочли до конца -- примите мою благодарность.

 

 

Версия для печатиВерсия для печати
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
Всего голосов: 4
Заметили ошибку? Выделите ее мышкой и нажмите Ctrl+Enter!

Читайте также

 

Комментарии

Страницы

Аватар пользователя Al

Людям повезло - увидели редкое природное явление!

mike, было бы еще здОрово, если бы Вы еще размещали иллюстрацию для анонса постов.

Аватар пользователя Dmitry

К слову, качественно иллюстрированные материалы лучше воспринимаются / дольше читаются / больше "плюсуются" и пр.

Аватар пользователя savely

Ну, Майк, задачу понял?

Выдать шурину фотик и в следующий раз он должен не "бежать по комнатам", а героически делать фотосет для КВ! )

Аватар пользователя Dmitry

или просто найти в Сети.

Аватар пользователя savely

> или просто найти в Сети.

Не, это несолидно для серьезного портала и хай-тек клуба. ;)

Аватар пользователя mike

Нда, незадача. Я дописываю тему в блоге, но он никак не помечается, как обновлёние: ни поднимается в публикациях, ни присвивается метка "обновлено". Если так, то зачем автору дописывать мысли в ранее опубликовпнный блог? Продолжение  уже никто не читает. Аппеляция к закладкам неуместна: читатель посмотрит по закладке -- не увидит продолжения и больше не интересовпться не станет. Поэтому позволю себе не дописывать данную тему, пока редакция не исправит положение. Я стар, и мне трудно писать с телефона, когда есть свободная минутка. А на компе я занят более серьёзными вещами, чем ведение блога, на компе я зарабатываю на хлеб.

Имхо не стОит предъявлять требования к блогу, как статье, -- ведь блог бесплатен. Иначе это уменьшит количество авторов блогов, отбивая охоту "бложить".

Аватар пользователя mike

Нет ,кажется, ошибся. После дополнения блог появляется в списке всего. Сорри.

Ой, нет, не дополнения, а коммента. Придётся ...комментировать самого себя, , чтобы видели, что дополнение последовало. :)

mike, спасибо, но такие вещи лучше писать в ветке форума про сайт.

Страницы