Расскажи друзьям!

Шаровая молния

ПЛАН

1. Шаровая молния.

2. Наблюдение шаровой молнии.

3. Как выглядит шаровая молния?

4. Поведение шаровой молнии.

5. Опасность шаровой молнии.

6. Количество энергии в шаровой молнии.

7. Возникновение шаровой молнии.

8. Частота появления шаровой молнии.

9. О физической природе шаровой молнии.

10. Литература.

Шаровая молния

Ниже описанное произошло 26-го июля 1752 г. С утра в Петербурге было душно, а ближе к середине дня сгустились тучи, началась гроза. В это же время в Физической лаборатории Петербургской Академии наук профессор Г. В. Рихман приступил к эксперименту. Он давно ждал грозы, для того чтобы понаблюдать, как она взаимодействовать с изобретенное им устройство для измерения атмосферного электрического поля. Кроме Рихманова в лаборатории находился его друг-гравер Академии наук. Люди, находившиеся не далеко от лаборатории видели, как в металлический стержень на крыше попала молния. Сразу же они услышали громкие крики из лаборатории. Это был крик гравера - на нем горела одежда. Не кто не мог понять что же произошло? Металлический стержень, выходящий на крышу, был соединен с измерительным устройством Рихмана. Когда в стержень попала молния, от устройства отделился голубой светящийся шар, размером с кулак. Он ударил стоящего рядом с устройством Рихмана прямо в лоб. Раздался громкий звук, похожий на выстрел. Рихман упал — он был моментально убит. Раскалившаяся проводка от устройства задела гравера, зажгла на нем одежду.

Описание этого случая составил М.В. Ломоносов. Он сразу же прибыл в лабораторию и тщательно исследовал место происшедшего. Сохранилась также гравюра, сделанная свидетелем трагической смерти Рихмана. Это дает возможность сделать вывод, что Рихман был убит шаровой молнией, возникшей мгновенно после удара линейной молнии. Шаровой молнией всегда называли светящиеся шаровидные образования, которые можно наблюдать во время грозы в воздухе, как правило, вблизи поверхности. Шаровая молния не схожа с обычной молнией ни по своему виду, ни по тому, как она себя ведет.

Обычная молния кратковременна. Шаровая молния живет десятки секунд, минуты. За частую молния сопровождается громом, шаровая совсем или почти бесшумна.

Шаровая молния непредсказуемая! Не кто не знает, куда именно направится светящийся шар в следующее момент. Взорвется с шумом или тихо угаснет?

До сих пор не ясно как возникает шаровая молния, и при каких условиях, как ей удается сохранять форму столь продолжительное время, почему при свечении не выделяет тепла, как появляется в закрытых помещениях? Все это загадки, которые еще предстоит разгадать.

Наблюдение шаровой молнии

Физики рассматривают шаровую молнию как интереснейшее явление природы. В первой половине 19-го века французский физик Д. Араго собрал сведения о 30-и случаях наблюдение шаровой молнии.

Вот один из них:

После сильного удара грома в открытую дверь влетела бело-голубая шарообразная масса диаметром 40 см и начала быстро двигаться по комнате. Она подкатилась под табурет, на котором я сидел. И хотя она оказалась у моих ног, тепла я не ощутил. Затем шаровая молния притянулась к батарее и исчезла с резким шипением. Она оплавила участок батареи диаметром 6 мм, оставив лунку глубиной 2мм”.

Как выглядит шаровая молния?

Исходя из названия следует, что эта молния имеет форму шара. Вообще то ее форма близка к шару; она вытягиваться, принимая форму эллипсоида или груши, поверхность ее может колыхаться. Будем считать, что шаровая молния - это шар или почти шар. Он светится - иногда тускло, а иногда достаточно ярко. Яркость света шаровой молнии сравнивают с яркостью света 100-ваттной лампочки.

Чаще всего шаровая молния имеет желтый, оранжевый или красноватый цвет. Перед угасанием молнии внутри нее могут возникать темные области в виде пятен, каналов, нитей. В отдельных случаях на поверхности молнии начинают "плясать" язычки пламени, из нее выбрасываются снопы искр.

Диаметр шаровых молний находится в диапазоне от долей сантиметра до нескольких метров. Чаще всего встречаются молнии диаметром 15...30 см. Обычно шаровая молния движется бесшумно. Но может издавать шипение или жужжание - особенно когда она искрит.

Поведение шаровой молнии

Шаровая молния может двигаться по весьма причудливой траектории. Вместе с тем ее движении обнаруживается определенные закономерности. Во - первых, возникнув где - то вверху, в тучах, она опускается поближе к поверхности земли. Во - вторых, оказавшись у поверхности земли, она движется далее почти горизонтально, обычно повторяя рельеф местности. Молния, как правило, обходит, огибает проводящие ток объекты и, в частности, людей. Молния обнаруживает явное “желание” проникать внутрь помещений. Вызывает удивление способность шаровой молнии проникать в помещение сквозь щели и отверстия, размеры которых много меньше размеров самой молнии. Так, молния диаметром 40 см может пройти сквозь отверстие диаметром всего в несколько миллиметров. Проходя сквозь малое отверстие, молния очень сильно деформируется, ее вещество как бы переливается через отверстие. Еще более удивительна способность молнии после прохождения сквозь отверстие восстанавливать свою шаровую форму. Живет шаровая молния примерно от 10 с до 1 мин. Меньше живут очень маленькие молнии (диаметром порядка сантиметра и меньше ) и очень большие (диаметром около метра и больше). Наиболее долго живут молнии диаметром 10...40 см. За частую (в 55% случаев) молния взрывается. В 30% случаев молния спокойно угасает. Маленькие молнии обычно “сгорают”; большие “предпочитают” распадаться на части.

Опасность шаровой молнии

В принципе, конечно, она опасна. Вспомним хотя бы смерть Рихмана. Вообще же встречи с естественной шаровой молнией, как правило, заканчиваются без трагических последствий. Из проведенного опроса выяснилось, что из полутора тысяч писем лишь в пяти сообщалось о смертельном исходе.

Чаще всего шаровая молния обходит стороной. В отдельных случаях даже прямое прикосновение молнии не причиняло никакого вреда; в других случаях такое прикосновение давало ожоги, хотя и болезненные, но отнюдь не смертельные. Следовательно, температура на поверхности молнии невысока - она либо соответствует обычной температуре, либо немного превышает ее (по-видимому, не более чем на 100 К). Внутри шаровой молнии температура выше, чем на ее поверхности, однако вряд ли она превышает 300...400° С.

Опасность шаровой молнии не так велика как линейной.

Количество энергии в шаровой молнии

Оценить минимальное количество энергии в шаровой молнии можно по тем последствиям, которые она оставляет после своего исчезновения. Воспользуемся сообщением одного из наблюдателей: “Она оплавила участок батареи диаметром 6 мм, оставив лунку глубиной 2 мм”.

Значит, молния испарила около 0,45 г железа. Для этого требуется энергия, равная 4 кДж. Естественно, что не вся (и наверное, далеко не вся) энергия шаровой молнии была израсходована на испарение небольшого участка батареи, так что полученный результат можно рассматривать всего лишь как оценку нижней границы энергии молнии: эта энергия оказывается не меньше нескольких килоджоулей.

В одном из писем сообщалось, что шаровая молния диаметром 30 см расщепила торчащую из воды деревянную причальную сваю диаметром 30 см вдоль волокон на длинные щепки.

Можно заключить, что энергия, запасенная в шаровой молнии диаметром 25 см, находится в пределах примерно 100 кДж. Такая оценка представляется вполне правдоподобной: она согласуется с результатами полученными на основании большого количества наблюдений шаровой молнии.

Возникновение шаровой молнии

В подавляющем большинстве случаев (более 90%) шаровая молния возникает в период грозовой активности. Но есть отдельные сообщения о появлении шаровой молнии и в ясную погоду. Можно предположить, что она возникает за счет энергии разряда обычной молнии, которая подводится к телефонному аппарату или розетке по подключенным к ним проводам.

Частота появления шаровой молнии

Редкие наблюдения шаровой молнии дают основу многим людям считать ее редким явлением. Однако это еще не означает, что шаровая молния редко возникает. Не следует путать частоту ее наблюдений с частотой появлений. Существует гипотеза, согласно которой шаровая молния возникает столь же часто, как и обычная молния. Обычная молния ярко вспыхивает, хорошо видна за километры, и даже десятки километров; к тому же она оповещает о своём возникновении раскатами грома. Что же касается шаровой молнии, то она, конечно, далеко не столь заметна. Для того чтобы заметить сравнительно небольшой шар, движущийся без единого звука и излучающий свет как 50-ваттная лампочка, необходимо находится на очень близком расстоянии. Кроме того, надо учесть, что шаровую молнию наблюдают вблизи земной поверхности (на высоте от метра до десятков метров), так что она легко может скрыться за разными предметами. Допустим, что шаровая молния и вправду возникает в месте удара обычной молнии. Но разве часто удаётся наблюдать это место в непосредственной близости? Шаровую молнию можно заметить по её взрыву. Однако не всегда ее существование заканчивает взрывом. Как отмечалось, шаровая молния взрывается в большинстве случаев (приводилось число - 55% случаев). Но ведь эти 55% относятся к случаям наблюдения, а не случаям появления. Может быть, значительно чаще молния заканчивает своё существование спокойно, без взрыва. Скорей всего просто мы её не замечаем.

Вероятно, что шаровая молния - не такое уж редкое явление. Все дело в том, что человек в состоянии заметить лишь те шаровые молнии, которые либо случайно возникли вблизи него, либо приблизились к нему. Мала вероятность того, что кто-то заметит небольшой светящийся шарик на расстоянии в несколько километров. Конечно, это только предположение, гипотеза. В настоящее время мы не можем её подтвердить, как, впрочем, и не имеем оснований отбросить.

О физической природе шаровой молнии

Физическая природа линейной молнии установлена более двухсот лет тому назад. Но природа шаровой молнии до сих пор остаётся большой тайной.

Гипотезы, относительно происхождения данных вид молний делятся на две группы. В одну группу входят гипотезы, которые гласят, что шаровая молния непрерывно получает энергию извне. Другая группа, в противоречие первой, утверждает, что шаровая молния после своего возникновения становится самостоятельно существующим объектом.

Но все гипотезы, изложенные выше, имеют некоторые изъяны и неясности. И не так уж и правдоподобны, как кажутся на первый взгляд. Как же тогда быть? Возможный ответ можно найти в классической гипотезе предложенной И.П. Стахановым в 1974 г.

По его гипотезе кластер — это положительный или отрицательный ион, окруженный нейтральными молекулами. Ион, окруженный молекулами воды — гидратированным. Молекула воды является полярной молекулой: центры её положительных и отрицательных зарядов не совпадают друг с другом. Она, из-за своей полярности, удерживаются вблизи ионов силами электростатического притяжения. Именно из таких комплексов состоит по гипотезе Стаханова, вещество шаровой молнии.

Согласно кластерной гипотезе, шаровая молния — самостоятельно существующие тело(без непрерывного подвода энергии от внешних источников), состоящее из тяжелых положительных и отрицательных ионов, рекомбинация которых сильно заторможена вследствие гидратации ионов.

Данная гипотеза (в отличие от остальных) не плохо объясняет все известные свойства шаровой молнии, которые были выявлены в результате не однократных наблюдений. Хотя эта гипотеза все же остается гипотезой она является довольно правдоподобной.

Литература.

Тарасов Л.В. Физика в природе. - М.: Просвещение, 1988.