Теория искры - Лозанский Э.Д.
Скачать (прямая ссылка):
Таким образом, идея о природе шаровой молнии как плазменном сгустке, состоящем из разноименных ионов, представляется нереальной. Однако И. П. Стаханов [46, 47] отстаивает эту идею. Он предположил, что относительную устойчивость шаровой молнии по отношению к рекомбинации можно объяснить тем, что шаровая молния образуется при распаде канала обычной линейной молнии в присутствии большого количества воды. Молекулы воды, имеющие большой дипольный момент, притягиваются к положительным и отрицательным ионам разрядной плазмы, образуя вокруг них сольватные оболочки. Для сольватированных ионов или кластеров рекомбинация идет с меньшей скоростью и в результате плазма из кластеров может существовать длительное время при достаточно низких температурах.
Развивая эту идею, И. П. Стаханов значительно продвинулся в математической разработке теории шаровой молнии. Им получен критерий устойчивости шаровой молнии на основе уравнения теплопроводности, а также предпринята попытка объяснить природу ее электромагнитного излучения.
Мы не приводим здесь результаты, полученные И. П. Стахановым, так как вызывает сомнение энергетический баланс кластерной шаровой молнии. Для того, чтобы получить энергию молнии IO2— IO4 дж при ее диаметре 10—20 см и времени жизни 10—100 сек, приходится считать, что концентрация кластерных ионов в молнии достигает IO17 — IO18 см"3, что на тринадцать порядков превышает приведенную выше оценку. Сомнительно, чтобы замедление рекомбинации в результате образования кластеров дало выигрыш в концентрации плазмы, равный тринадцати порядкам. К тому же известно [44], что коэффициент рекомбинации увеличивается для комплексных ионов.
3. Если шаровая молния состоит из ионов одного сорта [39, 48], то ее распад определяется кулоновским расталкиванием ионов. Оценка, приведенная в таблице, получена в предположении, что молния считается распавшейся, если ее радиус в результате расталкивания удваивается. Подобная задача рассматривалась в [49].
4. Приведенные в таблице константы отвечают распаду метастабильных атомов и молекул кислорода и азота, так как тушение резонансно-возбужденных атомов и молекул происходит еще быстрее. Таким образом, тушение электронно возбужденных состояний в молекулярном газе происходит за времена, малые по сравнению с временем жизни шаровой молнии.
254
5. Аналогичная картина наблюдается и при колебательно-возбужденных состояниях молекул воздуха. Приведенные константы соответствуют комнатной температуре и сильно увеличиваются с fee ростом.
6. Как видно из данных таблицы, наиболее приемлема химическая природа шаровой молнии. В этом случае энергия шаровой молнии может выделиться при химических реакциях, сопровождающихся изменением сорта входящих в нее частиц. Пока нет достаточной информации об элементарных процессах, протекающих в такой молнии, но вполне вероятно, что одной из компонент, составляющих основу шаровой молнии, является озон. Существуют химические реакции с озоном, ведущие к тепловыделению, а также реакции, в результате которых образуется световое излучение. Например, имеют место реакции
O3 + NO ->• NO* + O2, NO;-» NO2+ ?со.
Длина волны светового кванта лежит в интервале 5200—8100 А. Время жизни шаровой молнии в этом случае определяется конвективным движением газа под действием силы тяжести и перепада температуры в ней. Тепловой поток газа q по порядку значения равен [50]
q~wNAT~G'/3^j^. (8.61)
Здесь w—скорость направленного движения струи газа; AT—
перепад температур; G—число Грассгофа; к—коэффициент теплопроводности газа; остальные обозначения те же. Отсюда
G1 х /о ?ОЧ
w ~-------. (8.62)
NL v ;
Полагая L = 20 см, тепловой поток ~ IOOem и подставив в (8.62) остальные значения параметров для воздуха при нормальных условиях, получим w ~ 3 см/сек, т. е. время жизни шаровой молнии по порядку значения равно t ~ Llw ~ 10 сек, что соответствует наблюдаемым значениям.
Сферическая форма шаровой молнии при химической ее природе нуждается в специальном объяснении, так как в этом случае отсутствует поверхностное натяжение на границе молнии. По мнению Б. М. Смирнова, наблюдаемая сферичность шаровой молнии может быть объяснена сферически симметричным распределением поля температур. Действительно, константы химических реакций, в результате которых выделяется тепло или возбуждается свечение, резко увеличиваются с ростом температуры. Само же устойчивое распределение температуры, которое мало чувствительно к форме распределения источников тепла, обычно сферически симметрично [51].
Исходя из краткого обсуждения различных гипотез о шаровой молнии, можно ожидать, что в ближайшее время будет достигнут некоторый прогресс в понимании природы этого явления.
255
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Loeb L. В., Meek J. M. The Mechanism of the Electric Spark. Oxford, Clarendon Press, 1941.
2. Fooks W. Zur Theorie der Ziindspannungssenkung einer bestrahlten Fun-kestrecke. — «Z. Phys.», 1936, Bd 98, S. 666.
3. White H. J. Variations of Sparking Potential with Intense Ultraviolet Illumination. —«Phys. Rev.», 1935, v. 48, p. 113.
