початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

КУЛЬОВА БЛИСКАВКА

Ласкаво просимо на форум

Почнемо з деяких припущень. По-перше, кульова блискавка існує без підведення енергії ззовні, тобто енергія необхідна тільки в початковий момент. Після утворення (наприклад, в результаті електричного розряду) кульової блискавки існує без поглинання додаткової енергії. По-друге, кульова блискавка складається з плазми, тобто з повністю іонізованого речовини.

Як же відбувається утворення кульової блискавки. Припустимо, що за рахунок підведення великої кількості енергії (наприклад, при потужному електричному розряді), в деякому обсязі утворилася плазма рис. 1.а.

Мал. 1. Послідовність формування кульової блискавки.

При одній і тій же енергії, швидкості руху електронів набагато більше, швидкості ядер. Електрони першими покидають обсяг плазми, іонізуючи на своєму шляху деякий обсяг навколишнього повітря. У підсумку на цьому етапі утворюється внутрішня, позитивно заряджена область, що складається з ядер і навколишній цю область, іонізований газ рис. 1.б . Вільні електрони іонізованого газу прискорюються всередину позитивно зарядженої області, досягаючи в її центрі максимальної енергії. У підсумку отримуємо картину, зображену на рис. 1.В . За рахунок розльоту ядер, в центрі утворюється область з дуже маленькою концентрацією ядер. Будемо вважати, що в цій галузі знаходяться тільки електрони. При такому розподілі заряду маємо: центральний негативний заряд уповільнює електрони, що рухаються з області іонізованого газу, і тому максимум енергії електронів буде перебувати не в центрі кульової блискавки а на сфері, позначеної на рис. 1.В пунктирною лінією. Цей же центральний заряд уповільнює ядра, що розлітаються від центру кульової блискавки. Атоми повітря не можуть перешкодити цим процесам тому їх швидкості набагато менше швидкостей вище розглянутих частинок, і процес формування кульової блискавки встигає закінчитися, перш ніж атоми повітря пройдуть якесь значуще відстань. Надалі відбувається збільшення негативного заряду в центрі, який вже здатний уповільнити і прискорити при русі до центру позитивні ядра. Через деякий час настає рівноважний стан, яке і розглянемо. Приймемо таку модель кульової блискавки.

Мал. 2. Розріз кульової блискавки

На рис. 2 представлений розріз кульової блискавки. Рух ядер і електронів, складових кульової блискавки - це коливальні рухи під дією електричного поля. Всі ядра, тобто практично вся маса кульової блискавки, знаходяться всередині коричневої сфери з точками В1 і. В обсязі, обмеженому червоною і коричневою лініями енергія ядер дорівнює нулю. При русі до центру кульової блискавки ядра прискорюються, набуваючи в центрі максимальну енергію. Рухаючись від центру вони сповільнюються до нульової енергії в проміжку між точками А і В. Такий рух позитивно заряджених ядер обумовлено центральним негативним зарядом. Тепер розглянемо рух електронів. Вони мають максимальну енергію на сфері з точкою В, а нульову енергію в центрі кульової блискавки між синьою і блакитний лініями (лінії з точками С і D), тобто електрони прискорюються від точки D до точки В, після чого сповільнюються при русі до центру кульової блискавки. Після цього знову розганяються до точки В і сповільнюються при русі до точки D. Розглянемо розподіл заряду по радіусу кульової блискавки. Такий розподіл представлено на рис. 3.

Мал. 3. Розподіл заряду по радіусу кульової блискавки.

Яким чином виходить такий розподіл заряду? Частинки в різних точках по радіусу кульової блискавки мають різні енергії, а значить і різні швидкості. Чим більше швидкість частинки в якійсь області, тим менше час її перебування в цій області і менший заряд зосереджується в даному обсязі. І навпаки, чим менше енергія частинок в якомусь обсязі, тим більший заряд зосереджений в цьому місці. Енергія електронів мінімальна в центрі кульової блискавки і в інтервалі між точками C і D, а енергія ядер в інтервалі між точками A і B. Це означає, що в цих місцях зосереджені негативний і позитивний заряди. Це показано на рис. 3. Позитивний заряд в області точки Е зумовлений іншими причинами, які розглядаються нижче. Ці заряди створюють всередині кульової блискавки електричне поле. Розподіл потенціалу і напруженість цього поля представлені на рис. 4 і рис. 5.

Мал. 4. Розподіл потенціалу електричного поля f по радіусу кульової блискавки

Мал. 5. Розподіл напруженості електричного поля по радіусу кульової блискавки

З усіх вищенаведених графіків, можна зробити деякі висновки. У центрі зосереджений негативний заряд, який хоч і менше, приблизно в два рази, позитивного заряду з максимумом на сфері з точкою А, тим не менш створює зростання потенціалу електричного поля від центру кульової блискавки до точки В, і якщо максимальна енергія ядра поділена на заряд ядра менше різниці потенціалів між точками О і В, то таке ядро не може проникнути за точку В і покинути межі кульової блискавки.

Для ілюстрації цього твердження, розглянемо задачу. Маємо центральний негативний заряд в точці О і розподілений по сфері з центром в точці О позитивний заряд в два рази більший за величиною. В результаті на пробний, позитивний заряд, поміщений на поверхню сфери, буде діяти результуюча кулоновская сила, спрямована в центр сфери, тобто вплив центрального негативного заряду буде більше, ніж вплив позитивного заряду, розподіленого по сфері. Таким чином, центральний заряд утримує біля себе позитивно заряджені ядра. З іншого боку, сумарний заряд всередині сфери з точкою В буде позитивним. І вже цей позитивний заряд не дає електронам (тому що вони заряджені негативно) вилетіти далі точки Е і покинути межі кульової блискавки.

Тепер розглянемо питання, як частинки кульової блискавки взаємодіють з навколишнім її атомами повітря. На периферії кульової блискавки знаходяться тільки електрони і чим ближче вони до кордону, тим менше їх енергія. Основна взаємодія з атомами газу відбувається в тій області, де енергія електронів близька до теплової енергії. Процес взаємодії атомів повітря з електронами кульової блискавки схематично показаний на рис. 6.

Мал. 6. Взаємодія електронів кульової блискавки з атомами повітря

Атоми повітря взаємодіють із зустрічним потоком електронів. У блакитній області рис. 6 енергія електронів приблизно дорівнює теплової та взаємодія з атомами буде пружним, тому що енергії електрона не вистачає на збудження електронних оболонок, а тим більше на іонізацію атома. У той же час її вистачає для повідомлення атому імпульсу зворотного напрямку. Тут необхідно зазначити, що зміна напрямку руху частинок в центральному потенційному полі не приводить до зменшення середньої енергії коливань. Існує ймовірність того, що атом пройде цю область, потрапивши в помаранчеву область з більш високою енергією електронів (ця ймовірність залежить від щільності потоку електронів). В цьому випадку атом іонізується, електрон переходить до складу кульової блискавки, а іон виштовхується електричним полем за її межі. У підсумку отримуємо, що всередині сфери з точкою D рис. 2 кульової блискавки заряджена негативно. Іони будуть накопичуватися на сфері з точкою Е рис. 2 . Це та точка, де закінчується вплив позитивно зарядженого обсягу всередині сфери з точкою В рис. 2 і позначається загальний негативний заряд кульової блискавки, тобто ці іони можна вважати частиною кульової блискавки. З урахуванням цього позитивного заряду кульової блискавки буде електрично нейтральною.

В результаті такої взаємодії електрони втрачають невелику частину енергії, тому що це взаємодія відбувається в області низьких енергій електронів. З іншого боку, втрата електронами енергії, зменшує радіус кульової блискавки. Це призводить до зменшення поверхні кульової блискавки і до збільшення щільності потоку електронів через неї, що в свою чергу, зменшує ймовірність проникнення атомів повітря в область електронів з високою енергією. Таким чином, кульової блискавки весь час намагається прийти в рівноважний стан.

Тепер розглянемо, як ця модель узгоджується з описаним спостерігачами, поведінкою кульової блискавки в природних умовах.

Світіння кульової блискавки, запах озону легко пояснити проникненням атомів і молекул повітря в область високих енергій електронів. Внаслідок цього, відбувається іонізація або збудження електронних оболонок атомів, руйнування хімічних зв'язків.

Якщо мають місце умови і кульової блискавки втратила стійкість (наприклад, зіткнення з твердим предметом), то відбувається миттєвий викид енергії, сконцентрованої в кульової блискавки. Це можна розцінити, як вибух. Якщо ж кульової блискавки втратить всю енергію поступово, то це буде виглядати як ніби вона «розтанула» в повітрі.

Мал. 7. Взаємодія кульової блискавки з твердими об'єктами

Розглянемо рис. 7 , на якому показано взаємодію кульової блискавки з твердими об'єктами. Якщо при цій взаємодії кульової блискавки не втратила стійкість, то та частина твердого предмета (на рис. 7 позначена жирною лінією), яка потрапила в область високих енергій електронів, буде іонізована. При цьому кульової блискавки частково буде втрачати енергію. Так, пролетівши уздовж дерева, кульової блискавки може залишити на ньому опіки. Тонкі предмети (листя, ганчірку, намет) вона може пропалити наскрізь.

Так як по радіусу кульової блискавки заряди розподілені нерівномірно, то на її рух у просторі може впливати зовнішнє електричне поле рис. 8 . Різна щільність ліній напруженості електричного поля створює силу, що діє на кульової блискавки.

Мал. 8. Вплив зовнішнього електричного поля кульової блискавки на її рух у просторі.

Наприкінці зупинимося на деяких моментах. Запропонована модель кульової блискавки заснована тільки на кулонівському взаємодії заряджених частинок. Спочатку розділені заряди формують таку коливальну систему, де кожна заряджена частинка рухається під дією електричного поля, а сукупність всіх частинок створює це поле. При взаємодії частинок з атомами повітря не відбувається значної втрати енергії, тому що це взаємодія відбувається в області малих енергії електронів. У центрі кульової блискавки ядра мають максимальну енергію і, можливо, вона більше порогової енергії термоядерних реакцій. Це означає, що якщо створити кульову блискавку з термоядерних матеріалів (T, D або He ^3), то можливе отримання енергії.

Версія для друку
PS Матеріал захищений.
Дата публікації 26.09.2003гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів