Молния - Юман М.
Скачать (прямая ссылка):
больших 1018 м_3 формула предсказывает скорости больше скорости света.
Формулу Леба (7.13) можно использовать для определения скорости
распространения стреловидного лидера, если выбрано отношение nflnt.
Предположим, что In (rif/nt)s&10; т. е. nJn^lO5. Тогда для напряженности
электрического поля 7,2* 10е В/м, d-0,3 м, а-4*104 м-1 и 1^=3-10(r) м/с,
получается скорость волнового фронта около 3-108 м/с. Общая разность
потенциалов на волновом фронте составляет около 2-10(r) В. Для приведенных
выше параметров скорость стреловидного лидера равна скорости света.
Меньшая величина напряженности электрического поля приведет к уменьшению
а, d и ve и, следовательно, даст реальную величину скорости стреловидных
лидеров. Тогда, по-видимому, согласно формуле Леба (7.13), волновой фронт
стреловидного лидера может распространяться при умеренных напряженностях
электрического поля. Расчеты, аналогичные приведенным выше, были
выполнены Лебом [33] для случая возвратного удара.
Из сказанного следует, что протяженность электрического поля волнового
фронта стреловидного лидера меньше, чем 1м. Это сильное поле ответственно
за светимость стреловидного лидера. Согласно Шонланду [59], поле
волнового фронта вызывает светимость канала, которая видима, пока
существуют наиболее важные атомные или молекулярные возбужденные
состояния, ответственные за светимость. Для стреловидного лидера,
распространяющегося со скоростью 107 м/с, наблюдаемая длина светящейся
стрелы составляет около 50 м. Таким образом, эффективное время
существования т возбужденных состояний, ответственных за светимость,
должно быть 5• 10-в с. Большинство спектральных линий, наблюдаемых в
спектрах дугового и искрового разряда в
288
7. Теория процесса разряда
воздухе, существуют от 10"вдо 10_8с. Например, х = 1,36*
• 10"(r) с для 01 4368 А, т=4,46-10"7 с для N1 4935 А, т=9,5-10~9 с для N11
3995 А [67]. Измерение спектральных характеристик светимости
стреловидного лидера могло бы послужить проверкой предположения Шонлан-да
о том, что длина стрелы определяется временем существования возбужденного
состояния. До сих пор не было получено ни одного спектра стреловидного
лидера. В случае, если важные спектральные линии в спектре стреловидного
лидера существуют много меньше 10-в с, то, вероятно, продолжительность
светимости может быть объяснена на основе модели рассеяния тепла (см.
разд. 7.7). Значит, можно считать канал стреловидного лидера нагретым
полем волнового фронта, так что канал будет излучать свет, характерный
для некоторой повышенной температуры, пока эта температура не снизится
из-за потери энергии в результате теплопроводности, конвекции и
излучения.
Некоторые свойства стреловидных лидеров были воспроизведены в
лабораторных условиях Вином [76]. Он подводил импульсы напряжения к
погасшим каналам искры в воздухе длиной 0,1 м и при этом воспроизводил
волны светимости, которые пересекали погасшие каналы. Волны
распространялись медленнее, если искровые каналы бездействовали большие
промежутки времени.
7.6. ТЕОРИИ ВОЗВРАТНОГО УДАРА
Возвратный удар молнии рассматривался в многочисленных разделах этой
книги. Особую важность представляет обсуждение фотографий возвратного
удара в разд. 2.3.4 и 2.3.5, изменения электрических полей в результате
возвратного удара в разд. 3.7.4, токов возвратного удара в разд. 4.3 и
спектроскопии возвратного удара в разд. 5.5.2. Рассмотрим последовательно
физические явления, происходящие в возвратном ударе.
Когда отрицательно заряженный лидер молнии приближается к земле, между
лидером и землей создается электрическое поле высокой напряженности.
Следовательно, возможно, что с земли или с какого-либо острого объек-
7,6. Теории возвратного удара
289
та начнет развиваться разряд, движущийся вверх. Такой движущийся вверх
разряд встретит отрицательщщ лидер в некоторой точке над землей и эта
точка буд§т началом возвратного удара. По-видимому, существование
положительно заряженных, движущихся вверх разрядов вполне вероятно, если
учесть тот факт, что положительные "стримерные" разряды могут зарождаться
в лаборатории при более низких полях, чем отрицательные разряды. Более
того, лабораторные исследования показали, что электрический пробой между
отрицательно заряженным стержнем и положительно заряженной плоскостью
происходит в виде нитевидного разряда, который исходит из стержня по
направлению к плоскости и встречает вблизи нее другой нитевидный разряд,
возникающий на плоскости. Прямые наблюдения движущегося вверх разряда в
молнии весьма ограничены. Голд [16] представил фотографии двух близких
разрядов молнии, полученных с помощью покадровой камеры, на которых можно
различить вероятную точку встречи движущегося вверх разряда и движущегося
вниз лидера. По-видимому, длина одного из движущихся вверх разрядов была
около 15, а другого около 30 м. Голд [15] воспроизвел и обсудил
фотографию, полученную Миланом при помощи камеры Бойса, на которой
