Учебная работа. Реферат: Шаровая молния
В статье рассматривается модели шаровых молний, рассмотренные в книжке Дж. Барри “Шаровая молния и четочная молния”, с комментами создателей на базе ими разработанной модели.
Над разъяснением этого природного парадокса в течение долгого периода разламывают голову большая армия исследователей. Наблюдения шаровой молнии (ШМ) фиксируются в протяжении 300 лет. Представлено много теорий, но практического доказательства нет.
Так что все-таки такое шаровая молния?
Мы могли бы кратко охарактеризовать это явление, но уж больно неописуемой, на 1-ый взор, кажется эта теория. Но, лишь, на 1-ый взор. Попытаемся теорию выложить обычным языком. Не перегружая, по началу, статью ссылками на источники и математическими расчётами. Ввиду огромного объёма материала, излагать его будем частями и располагать на веб-сайте по мере готовности.
Чтоб ответить на этот вопросец разглядим некие теории, разработанные исследователями в крайние десятилетия прошедшего столетия описанные в [1] и прокомментируем их исходя из убеждений собственной теории.
Для начала опишем свойства, на основании которых исследователи идентифицируют парадокс природы, именуемый шаровой молнией.
1. Дата, время, метеоусловия возникновения ШМ.
– Дата и время – любые. вкупе с тем, пик наблюдений приходится на июль месяц (45,4% наблюдений). По остальным месяцам статистика смотрится так: май – 6,4%, июнь – 17,5%, август – 20%, сентябрь – 4,0%, с октября по апрель (суммарно) – 6,7%. См.: Смирнов Б.М. Физика шаровой молнии // УФН. 1990. т. 160. вып. 4. С.1-45
– Метеоусловия любые, почаще всего ШМ наблюдают в связи с разрядами линейных молний при грозах, ураганах, штормах, смерчах, снежных либо песочных буранах, землетрясениях.
2. Продолжительность наблюдения обычно не наиболее 1 минутки (создатель следил наиболее минутки).
3. цвет. Почти всегда наблюдатели отмечают белоснежный (23% наблюдений), желтоватый (23%), красноватый (18%), оранжевый (14%) цвет шаровой молнии. Время от времени отмечается зеленоватый, голубой, голубий, фиолетовый цвета либо смесь цветов. См.: Смирнов Б.М. Физика шаровой молнии // УФН. 1990. т. 160. вып. 4. С.1-45
3. время от времени ШМ недвижны, плавненько движутся по сложной линии движения, а время от времени двигаются довольно стремительно. Могут парить в воздухе, располагаться на строениях (создатель следил на опоре высоковольтной полосы электропередачи) либо катиться вдоль проводов либо краёв предметов.
5. Могут пропасть бесшумно либо со взрывом, повреждая время от времени окружающие вещи. Опосля исчезновения ШМ нередко остается резко пахнущая дымка.
6. Форма ШМ быть может чётко очерченной либо расплывчатой.
7. время от времени ШМ избегают не плохих проводников, а время от времени притягиваются к ним.
8. При наблюдении ШМ бывают как размеренными, так и искрящимися либо издающими мощный треск и шипение, тихие жужжащие, свистящие, шипящие звуки.
10. время от времени ШМ сами делятся на наиболее маленькие ШМ. Встречаются даже конструкции из 2-ух ШМ, соединённых цепью светящихся бусин.
11. Поперечник ШМ, почаще всего, – 10 ÷ 25 см, пореже наиболее 1м (создатель следил конкретно такую ШМ).
12. Форма почаще всего сферическая либо овальная формы, изредка сигарообразная. Очертания точные либо расплывчатые.
13. Яркость выше яркости фона.
Подробный анализ параметров ШМ обобщил Барри [1]. На основании анализа фактов делается вывод, что возможность возникновения шаровой молнии на Среднем Западе США
Опосля того, как одному из создателей данной нам статьи случилось следить явление «Пламенной дамы», был проведён опрос посреди близких родственников, на тему – приходилось ли им следить ШМ? Оказалось, что большая часть из их, встречали её на своём актуальном пути, некие – два раза! Их описания не противоречили выдвинутой догадке.
структура [1]. В общем, имеются всего три обычные структуры. 1-ая смотрится как жесткое тело с мерклой либо блестящей поверхностью либо как жесткое ядро с полупрозрачной оболочкой, 2-ая – как крутящееся тело с кажущимся внутренним движением и напряжениями и 3-я – как сгусток пламени.
Исходя из модели, предлагаемой создателями, выше описанное – одна структура. Потому что по воззрению создателей ШМ можно условно поделить на три зоны:
– твёрдое, электрически заряженное ядро, поперечником почаще всего (5 – 15)см;
– переходная зона (прослойка меж ядром и зоной плазменного слоя);
– плазменный слой.
У таковой модели, при определённых состояниях, могут наблюдаться описанные все три обычные структуры. При слабеньком плазменном слое может просматриваться ядро. При слабеньком возбуждении как жесткое ядро с полупрозрачной оболочкой. При сильном возбуждении как сгусток пламени.
Звук [1]. Создатели почти всех обзоров отмечают, что присутствие шаровой молнии нередко сопровождается шипящим звуком.
В то же время шипящий звук полностью точно связывается с таковым явлением, как огни св. Эльма, которое время от времени некорректно интерпретируют как шаровую молнию. Отсюда можно прийти к выводу, что шаровая молния-это, как правило, бесшумное явление.
Вывод не точен, потому что, и в том, и в другом случае происходит истечение заряда, различные лишь носители заряда. Потому шипение может аккомпанировать и ШМ (прим. создателей).
часть узнаваемых описаний шаровой молнии сходно по последней мере в одном отношении, а конкретно что шаровая молния или парила в воздухе, двигаясь из стороны в сторону сравнимо хаотично, или она появлялась перед свидетелем передвигающейся сверху вниз. Эти данные, также весьма маленькое число наблюдений поднимающейся ввысь шаровой молнии можно применять для выявления таковой ее свойства, как плотность.
Для разъяснения направленного вниз движения шаровой молнии нужно представить, что ее плотность превосходит плотность воздуха. Если б мы исходили из того, что шаровая молния поднимается в большей степени ввысь, тогда пришлось бы считать ее плотность меньше, чем плотность воздуха. В конце концов, при отсутствии очевидно выраженного движения шаровой молнии ввысь либо вниз приходится считать плотность вещества в ней сопоставимой с аналогичным показателем для окружающего воздуха. Таковым образом, с учетом изготовленных выше замечаний следует считать, что плотность (г/см3) шаровой молнии примерно равна плотности воздуха, т.е. составляет около 1,29•10-3 г/см3.
То событие, что плотность вещества шаровой молнии обязана приблизительно приравниваться аналогичному показателю для воздуха, никак не описывает ее настоящий молекулярный состав. Маленькая примесь только в незначимой степени повлияла бы на полную массу шаровой молнии.
Существенное число исследователей вводит в заблуждение свойство ШМ парить в воздухе. Из что они делают заключение, что плотность её примерно равна плотности воздуха. Плотность ядра «Пламенной дамы» на несколько порядков больше. Вес ШМ уравновешивается силой взаимодействия её собственного электронного заряда с полем атмосферы. Атмосфера земли по собственной электронной сущности является конденсатором, одной обкладкой которого является земная поверхность, иной электросфера. Характеристики данного конденсатора, также, очень зависят от грозовой деятель атмосферы.
Повреждения и нагрев [1]. Так как шаровая молния-это явление, связанное с атмосферным электричеством, можно ждать излучения тепла. Вправду, маленькое число наблюдателей докладывало о том, что при всем этом явлении ощущался поток тепла. Был вариант, когда шаровая молния задела наблюдающего, обожгла ему руку и повредила одежку. Иной наблюдающий получил ожог, когда шаровая молния задела его ноги. Говорилось о человеке, получившем ожоги и потерявшем сознание. В работе также сообщается о термическом излучении, ощущавшемся наблюдателем. Дискуссировались случаи с мальчуганом, получившим ранение, и мужиком, получившим ожог плеча. В ряде всевозможных случаев дискуссировалась возможность мощных телесных повреждений, связанных с шаровой молнией. много раз говорилось о людях, убитых шаровой молнией, также о убитых шаровой молнией звериных. Говорилось также о разрушениях, вызванных контактом с шаровой молнией, к примеру, о повреждении дерева опосля отскока шаровой молнии от проводов, расщеплении сваи, приведшем к сильному повреждению причала, о повреждениях самолетов при столкновении с шаровой молнией. Говорилось о ударе шаровой молнии о землю около пруда, в итоге что образовалась яма от 5 до 15 см в поперечнике и глубиной 1,2 м.
В отличие от перечисленных сообщений, свидетельствующих о суровых разрушениях, в остальных сообщениях указывалось, что шаровая молния не испускает тепла и не причиняет вреда предметам. время от времени близкий наблюдающий не ощущал тепла от шаровой молнии, а в описании наблюдавшейся в 1665 г. шаровой молнии указывалось, что при всем этом не ощущалось никакого тепла, а опосля ее соприкосновения с домом не было найдено никаких повреждений.
Создается воспоминание, что разные сообщения противоречат друг дружке. Причина этих противоречий не ясна, хотя некие исследователи считают, что существует несколько видов шаровой молнии. Так как почти все сообщения указывают на повреждения либо ранения, причиненные шаровой молнией, уместно избегать встреч с нею.
Создатели считают, что ничего необычного нет в том, что ШМ может обжечь, нанести травму, различной степени тяжести, создать воронку в мягеньком грунте. ШМ имеет твёрдое ядро, и высокотемпературный плазменный слой, также интенсивное истечение заряда, которое тоже может обжигать. В тоже время, зависимо от состояния электронного, магнитного окружающих полей, а так же величины остаточного заряда может и не созодать ни каких разрушений. наличие тепла, можно и не чувствовать – всё зависит от расстояния. Это можно сопоставить с костром – тепло, в дали – лишь свет от костра. При всем этом температура костра та же самая, что и у плазменного слоя ШМ ~(5 000 –10 000) 0С
Обширно известным примером угрозы, связанной с шаровой молнией, стала погибель доктора Рихмана в Петербурге в 1752 г. Эта катастрофа дискуссировалась почти всеми исследователями.
Рихман, узнаваемый в свое время ученый, проводил во время грозы опыты при помощи устройства, «притягивающего» молнию в лабораторию. Говорилось, что опосля разряда молнии через устройство в лаборатории возникла шаровая молния, которая, двигаясь по воздуху, задела головы Рихмана, что и привело к его погибели.
Судя по описанию, Рихман, скорее всего, пострадал от прямого разряда линейной молнии, разряд которой, прошёл через устройства, «притягивающего» молнию в лабораторию. Ввиду того, что мощный разряд был поблизости наблюдателей, колоритное зрительное послесвечение, было воспринято, как шаровая молния.
время жизни [1]. Согласно имеющимся сообщениям, шаровая молния «живет» почаще всего 1-2 с. Такое либо наименьшее время жизни отмечалось в 80% изученных сообщений. Незначимая толика сообщений показывает на наиболее долгие времена жизни, достигающие целых минут. Эти огромные длительности почаще всего относятся к недвижному голубому либо бело-голубому шару, который идентифицируется с огнем св. Эльма.
один из создателей следил недвижную ШМ, сравнимо огромных размеров, в течение наиболее одной минут. Под описание огня св. Эльма наблюдаемый объект не подступал.
Распад [1]. Наблюдалось два типа распадов шаровой молнии. один из их – тихий распад, сопровождающийся уменьшением яркости и поперечника молнии. 2-ой, именуемый взрывом, связан с звучным и мощным звуком. Некие наблюдатели докладывают о том, что перед взрывным распадом происходит неожиданное изменение цвета. Остальные, наблюдавшие взрыв шаровой молнии, отмечают, что даже в тех вариантах, когда взрывной распад происходит поблизости просто разрушающихся предметов, никаких повреждений не замечалось. Это гласит о том, что таковой распад является быстрее схлопыванием, а не реальным взрывом.
Маленькое число наблюдателей отмечает наличие опосля взрыва некого остаточного явления в виде дыма либо тумана, дегтя либо копоти (появляющихся в месте соприкосновения шаровой молнии с предметом либо на линии движения ее движения).
Сравнительная уникальность сообщений о остаточных явлениях связана, видимо, с недостаточно внимательным исследованием места действия.
Противоречий в описаниях распада нет. Взрываясь поблизости каких или предметов, ШМ не сформировывает осколков, а силы ударной волны хватает лишь на звучный звук.
Связь с молнией [1]. Возникновение шаровой молнии связывается, как правило, с обыкновенными разрядами молний во время гроз, торнадо (смерчей), землетрясений и остальных необыкновенных явлений природы. Эти наблюдения служат основой догадки, согласно которой шаровая молния связана с разрядом обыкновенной молнии и представляет собой некое электронное явление. Таковая связь подтверждается сообщениями, в каких описывается возникновение шаровой молнии сразу с произошедшим вблизи разрядом обыкновенной молнии, сходу опосля него либо конкретно перед ним. Около 90% сообщений соединено с наблюдением шаровой молнии во время грозы. Говорилось также о возникновении шаровой молнии в почти всех остальных необыкновенных критериях, к примеру на море в штормовую погоду, но без обыкновенной молнии; не считая того, свечение и шаровые молнии отмечались во время землетрясений и снежных бурь.
ШМ и линейная молния черпают энергию из 1-го и такого же источника. Их связь весьма тесноватая.
Основная неувязка бессчетных теорий – это источник энергии шаровой молнии, а конкретно вопросец о том, является ли он наружным либо внутренним. Так как было увидено, что при соприкосновении шаровой молнии с проводниками не происходит ее моментального исчезновения, предположение о наружном источнике энергии было поставлено под колебание. Тот факт, что шаровая молния наблюдалась снутри замкнутых железных размеров, представляет собой наиболее суровую делему, так как это не совместимо с предположением о наружном источнике энергии.
И в этом нет никакого противоречия. Источник находится снутри (электронный заряд), и в то же время имеется наружный источник (окружающая атмосфера, электронные, магнитные, термо поля).
Плотность энергии
Значимый Энтузиазм для исследователей, изучающих характеристики и пути образования шаровой молнии, представляет вопросец о ее энергосодержании и плотности энергии. Познание величины энергии шаровой молнии нужно также для теоретического описания самого явления и анализа устройств ее образования и существования. Неважно какая модель шаровой молнии обязана включать таковой источник энергии, который обеспечивал бы поддержание наблюдаемых черт этого явления.
Ряд наблюдателей, но, указывали, что шаровая молния владела видимой структурой. к примеру, в работе [337] приведено подробное описание нескольких зон шаровой молнии с очевидно различной плотностью. Предполагалось наличие внутренних движений шаровой молнии [583], также приметное изменение плотности вдоль радиуса молнии [590].
Так как нам необходимо найти плотность энергии для целей сопоставления, моделирования и теоретического описания явления шаровой молнии, будем исходить из однородного распределения. В этом случае плотность энергии определяется соотношением
Вариант 1. Достаточно узнаваемый вариант, позволивший произвести расчет энергии шаровой молнии, был описан Моррисом [1256] и проанализирован Гудлетом [770]. Наблюдавшаяся шаровая молния размером с апельсин и имевшая красноватый цвет, двигаясь сверху вниз, ударилась о дом, перерезала телефонный провод, обожгла оконную раму и потом очутилась в баке с водой объемом около 4 галлонов (18 л). Вода закипела и оставалась очень жаркой для рук в течение приблизительно 20 мин, что свидетельствовало о значимом выделении тепла. Не было найдено никакого осадка при осмотре воды опосля ее остывания. тепла (1 кал =4,19 Дж). Потому количество переданного молнией воде тепла обязано составить по наименьшей мере 3•106 Дж.
Как отметил Бойс во время дискуссии, развернувшейся опосля опубликования статьи [770], поперечник шара, эквивалентного по размеру большенному апельсину, составляет приблизительно 10 см.
Приобретенное воды на испарение. На испарение затратилось добавочно 538,7 кал/см3 (либо 2257,1 Дж/см3).
Так как данные [1256] относятся к немногим, позволяющим произвести оценку запасенной в шаровой молнии энергии, было выполнено еще несколько расчетов. Так, в [770] получено значение 3,8•106 Дж; предполагалось, что испарение воды отсутствовало и исходная температура воды равна 10 С, а конечная 60 С. С учетом испарения приблизительно 4 фунтов воды (1 фунт =454 см3) в [770] получена энергия 1•107 Дж. Соответственная плотность энергии, выводимая из (4.2) при поперечнике молнии 10 см, равна
Расчёт энергии, запасённой ядром ШМ таковых размеров, проведённый по модели, разработанной создателями, отлично согласуется с выше приведёнными цифрами.
температура [1]. Температура шаровой молнии быть может выведена из ее наблюдаемых параметров. Видимый цвет излучения шаровой молнии можно связать с излучательными чертами полностью темного тела.
Шаровая молния желтоватого цвета с λ = 5800 А будет характеризоваться температурой 5000 К, голубого цвета с λ = 4700 А – температурой 6200 К, белоснежного цвета – температурой 10000 К и выше. Если обратиться к тем наблюдениям шаровой молнии, в каких отмечался голубой либо бело-голубой цвет ядра молнии, окруженного горящим ореолом, то нужно признать, что температура шара может изменяться вдоль радиуса.
Создатели согласны с температурными чертами приведенными выше.
Перечень литературы
Дж. Барри. Шаровая молния и четочная молния. Пер. с англ., мир, М., 1983
]]>