(5 оценок, среднее: 4,80 из 5)
Загрузка...
Учебная работа. Реферат: Условия образования шаровой молнии
Возникновение шаровой молнии, как правило, соединено с грозовой деятельностью протекающей в атмосфере, потому до этого чем пробовать осознать ее внутреннее строение, нужно представить те наружные условия, в каких происходит ее образование и существование.
Разглядим, каким образом происходит образование обыкновенной молнии, и какие электронные процессы сопутствуют сиим явлениям. В итоге трения падающих капель воды о воздух происходит их электризация, величина которой определяется относительной скоростью движения в воздухе и энергией связи наружных электронов в атомах составляющих молекулы воды и воздуха. Символ заряда обоснован тем, какие атомы, воды либо встречного потока воздуха, легче отдают свои валентные электроны. В данном случае это будут капли воды, в состав которых заходит водород относящийся к группе металлов.
Утрата электронов каплями воды будет происходить при их ускоренном движении относительно воздуха, потому что положительный заряд, который появляется на каплях будет притягивать назад электроны из окружающей среды, таковым образом, при неизменной скорости устанавливается равновесие и заряд капли изменяться не будет.
процесс ускоренного движения происходит в границах области тучи, когда идет рост массы капли, за счет ее движения в среде насыщенной водяным паром. Убыстрение при всем этом обуславливается за счет убыстрения вольного падения минус убыстрение, создаваемое за счет присоединения частиц пара и сопротивлением воздуха. За пределами тучи убыстрение движения капли происходит под действием сил гравитации и сопротивления воздуха. По мере приближения к земле оно будет отрицательным, потому что растет плотность воздуха, а за счет испарения миниатюризируется вес капли.
В итоге сложного движения капли, ее заряд будет изменяться в процессе всего полета. При движении в верхней и средней области облака, когда капля испытывает положительное убыстрение, а масса ее растет, она, теряя электроны, приобретает положительный заряд, в то время как окружающее место копит отрицательный заряд. При выходе из облака, когда убыстрение становится отрицательным, а капля, на которой сосредоточен положительный заряд, испаряется, она теряет часть собственного заряда. Но чем больший положительный заряд будет иметь окружающий воздух, в итоге собственного взаимодействия с потоком прошлых капель, тем наименьший положительный заряд будет терять капля. При падении на землю скопленные каплей положительные заряды заряжают последнюю.
Таковым образом, при прохождении дождика либо снега в области облака скапливается излишек электронов, т.е. отрицательный заряд. На поверхности и над поверхностью земли будет иметь пространство недочет электронов, что соответствует положительному заряду. При всем этом над поверхностью земли уровень положительной ионизации воздуха, в главном, определяется температурным режимом и влажностью, потому что от их зависит скорость испарения падающих капель. Положительно заряженная масса воздуха, расположенная над поверхностью земли, будет дрейфовать под действием электронного поля меж облаком и землей ввысь, создавая восходящие потоки. Не считая этого одноименно заряженные молекулы воздуха будут отталкиваться друг от друга с некой силой, которая в сумме с барометрическим давлением, существующем в положительно заряженном воздухе, будет равна давлению незаряженной воздушной массы. Таковым образом, появляется область пониженной плотности воздушной массы, при постоянном давлении во всем пространстве, которая будет подниматься ввысь в среде атмосферы с большей плотностью за счет силы Архимеда.
Рис. 1. Скопление зарядов в облаке.
С иной стороны на негативно заряженную часть облака, будет действовать сила притяжения со стороны положительно заряженной массы воздуха и земли, направленная вниз, сила Архимеда направленная ввысь, также сила направленная ввысь за счет подъема положительно заряженной массы воздуха. В итоге часть облака будет выноситься в верхние слои атмосферы, где зависимо от высоты будет иметь пространство отрицательная температура, что может привести к образованию града.
Скопление и восходящий поток воздуха при встречном движении образуют область нейтрализации зарядов. В области нейтрализации зарядов возникнет завышенное давление. Растекание не положительно и не отрицательно заряженного воздуха порождает турбулентность передвигающихся потоков.
Меж разноименно заряженными ионами встречно-двигающихся потоков будет находиться собственного рода изолятор из нейтрального газа, который все время дополняется за счет нейтрализации положительных и отрицательных ионов при их рекомбинации. За счет турбулентности движения потоков направление движения части массы воздуха и капель воды в туче совпадает в области, где происходит нейтрализация ионов и воздух «неподвижен», а ниже данной для нас области ориентирован навстречу падающей капле. В итоге такового движения капля, попадая в область «недвижного» воздуха, будет отдавать данной для нас области свои электроны, заряжая ее за счет положительного убыстрения относительно окружающего воздуха. Следует учесть, что капля сначала движения находилась в области с излишком электронов и, отдавая часть собственных электронов, осталась негативно заряженной. При предстоящем движении капли в области с положительными ионами, передвигающимися навстречу, происходит предстоящая утрата электронов с ее стороны. В итоге отрицательные заряды, накапливаемые в верхней и средней частях облака, будут передвигаться к границе раздела меж положительно и негативно заряженными областями атмосферы. Сама граница раздела, состоящая из нейтрального газа также будет опускаться к земле.
По мере скопления зарядов на земле и в облаке растет напряженность электронного поля, а заряды будут концентрироваться на обращенных друг к другу поверхностях. Понятно, что большая напряженность поля будет на выступающих местах: молниеотводы, деревья, высотные сооружения. Наступает электронный пробой, появляется канал молнии и происходит нейтрализация зарядов скопленных в облаке и положительно заряженной массе воздуха. Пробой наступает не «в землю», а «в положительно заряженную область» воздуха, которая поднимается от земли и находится существенно поближе чем молниеотводы и высотные сооружения. Пробивается просвет состоящий из «нейтрального» воздуха, который размещен меж разноименными зарядами, а для этого не нужна разность потенциалов в млрд вольт, которая нужна для пробоя промежутков измеряемых километрами.
Явление пробоя броско тем, что плотность отрицательных зарядов изолирующего слоя из «нейтрального» воздуха с одной стороны, существенно превосходит плотность положительных с иной, потому электроны, попадают при пробое в область с положительными ионами и перезаряжают крайние. В итоге отталкивания меж отрицательными ионами появляется зона пониженного давления. Она владеет высочайшей электропроводностью и потому заполняется вольными электронами. Под действием электронного поля к данной для нас зоне начинают передвигаться положительные ионы воздуха из окружающего места. Попадая на границу раздела положительно заряженные ионы отчасти рекомбинируют, а при предстоящем перемещении к центру, под действием различия давлений, перезаряжаются и выталкиваются электронным полем. В процессе нейтрализации ионов появляется плазма, которая экранирует поле электронов и таковым образом уменьшает взаимодействие электронов расположенных в зоне разряжения с окружающими ее положительными зарядами (радиус Дебая). Вокруг ствола молнии появляется достаточное для экранирования «количество» плазмы, препятствуя таковым образом его разрушению. Образующаяся таковым образом голова ствола молнии, к которой начинают передвигаться положительно заряженные ионы воздуха из окружающего места, оказывается слабо экранированной и электроны, стекая к ней, будут стремится к области с огромным положительным потенциалом. Перемещение головы ствола молнии будет происходить к наиблежайшей положительно заряженной области. Крайние распределены в пространстве случаем, потому перемещение головы смотрится извилистым. В процессе нейтрализации ионы молекул воздуха будут подвергаться действию завышенного давления возникающему за счет встречного перемещения отрицательных и положительных ионов, что в свою очередь будет препятствовать их перемещению, а, как следует и разрушению канала молнии.
О стойкости существования канала молнии гласит тот факт, что у создателя данной для нас догадки имеются записи регистрации разрядов под Санкт-Петербургом, продолжительность которых достигала 7 секунд и это были не единичные явления.
Таковым образом, канал молнии в разрезе можно представить моделью, представленной на рисунке. Она являет собой собственного рода «вакуумный» проводник, отчасти изолированный от наружного места слоем ионизированного воздуха под высочайшим давлением, также плазмой которая экранирует электронное поле. При разрушении этого проводника происходит взрыв – наполнение разреженного места и разрушение оболочки канала молнии, что мы и слышим как гром. В итоге перемещение головы молнии завершается там, где окажется сосредоточенным ближний больший положительный заряд, который в состоянии нейтрализовать электроны поступающие по каналу молнии. Таковым образом, происходит образование канала молнии и разряд скопленного электронного заряда через этот канал.
Рис. 2. Формирование ствола молнии: 1 – место насыщенное положительно заряженными ионами; 2 – область высочайшего давления; 3 – область, где происходит ионизация молекул воздуха электронами; 4 – область низкого давления занятая электронами.
В итоге разряда, заряд земли и облака может существенно уменьшится, но заряд ионов воздуха фактически не изменяется. Наиболее того, если учитывать, что ток, который протекает по каналу молнии, делает значимые магнитные поля, а сам канал владеет большенный протяженностью, как следует и индуктивностью, то может быть такое перераспределение, при котором заряд участка земли станет отрицательным, а облака положительным. Ионизированный воздух, который ранее отталкивался от земли, сейчас будет к ней притягиваться. В итоге положительно заряженное скопление воздуха под действие электронных сил будет прижиматься к земле. Таковым образом, появляется область, в какой довольно длительное время есть два обратных связанных заряда – один из их сосредоточен в ионизированном воздухе, а иной в земле.
В этом случае разряд молнии будет происходить меж негативно и положительно заряженными областями. При всем этом поток электронов будет двигаться вниз до того времени, пока отрицательный заряд земли не станет его отталкивать. Таковым образом поток электронов не доходит до земли, в какой вышло бы его растекание, а концентрируется в области положительно ионизированного воздуха, нейтральные молекулы которого являются изолятором. В данном случае идет речь о ионизированном воздухе. Та часть ионов воздуха, которая соприкасается с негативно заряженной частью облака рекомбинирует и становясь нейтральными. Таковым образом, выходит, что в пространстве есть две области разноименных зарядов изолированных друг от друга. Таковая изоляция не является размеренной.
Рис. 3. Устройство шаровой молнии: 1 – область низкого давления, занятая электронами; 2 – область, где происходит ионизация молекул воздуха электронами; 3 – область высочайшего давления (около 100000 атм.), в какой происходит рекомбинация положительно и негативно заряженных ионов и появляется экранирующий слой плазмы (радиус Дебая) и изоляции из нейтральных молекул воздуха; 4 – окружающее место, насыщенное положительно заряженными ионами.
В области с одноименно заряженными зарядами возникает разряженное место за счет отталкивания. В то же время на границе, где происходит нейтрализация положительно и негативно заряженных ионов будет находиться область завышенного давления, за счет их притяжения. Наличие области завышенного давления, в какой в главном находятся нейтральные молекулы, существенно уменьшает скорость перемещения ионов в данной для нас области, также наращивает напряжение пробоя, которое определяется для газов способностью организации каналов. При рекомбинации будет происходить выделение энергии, в итоге чего же появляется плазма, которая в значимой степени экранирует электронное поле, что так же ограничивает скорость встречного перемещения разноименных ионов воздуха. Эти процессы, в конечном счете, определяют время устойчивого существования структуры зарядов, которая именуется шаровой молнией. В положительно ионизированную область места отрицательные заряды могут попадать не только лишь в итоге разряда в эту область новейшей молнии, они могут поступить туда по проводящим предметам попавшими хотя бы отчасти в эту область.
В литературе не один раз описывалось, что шаровые молнии появляются из розеток. В случае с Рихманом, ассистентом Ломоносова, шаровая молния появилась из разорванного проводника от молниеотвода. склонность появляться из дымоходов по всей вероятности разъясняется тем, что сажа которая там содержится, является проводником, а сами трубы исполняют роль молниеотводов, при этом, потому что их нижний конец находится в области насыщенной положительными ионами, а не соединен в данном случае с негативно заряженной землей, как у молниеотводов, то, невзирая на свою высоту, они очевидно имеют преимущество перед крайними по притягиванию шаровых молний, в особенности если учесть что разрушение отрицательного заряда в земле, за счет падающих положительно зараженных капель, под строениями происходит намного медлительнее, к примеру, если стенки выполнены из изолирующих материалов (древесные, сухой кирпич, и т.д.).
На основании вышеизложенного объясним реальное событие. В «Комсомольской правде» промелькнуло сообщение о том, что вышло поражение молнией девицы стоящей неподалеку от дерева, в которое угодила молния. При всем этом пострадала одна туфля и кофта, все другое оказалось целым. В данном случае, опосля удара молнии в дерево, произошел перезаряд земли относительно окружающего воздуха.
Следующий разряд, но сейчас уже из земли в положительно заряженный воздух, произошел через даму. Через ту туфлю, которая лучше проводила электричество. А кофта, которая владела изолирующими качествами и препятствовала перемещению электронов к положительно заряженным ионам воздуха, пострадала, потому что не могла выдержать появившегося напряжения. Не считая этого, большая плотность положительных ионов, возможно, находилась на высоте данной для нас кофты.
Случаи оборотного удара молнии из выступающих над земной поверхностью проводников в окружающую атмосферу с образованием шаровых молний снаружи не различаются от прямых ударов. Данный факт следует учесть при проектировании и оценке эффективности деяния разных устройств грозовой защиты.
]]>