Молния - Юман М.
Скачать (прямая ссылка):
воды. Результирующая высокая концентрация отрицательного заряда в
основании облака может создавать электрические поля, которые в свою
очередь приводят к возникновению отрицательно заряженной колонны,
распространяющейся по направлению к земле. Эта колонна называется
ступенчатым лидером, по-видимому, потому, что движется вниз светящимися
ступенями, характерная длина которых составляет 50 м, а интервал времени
между ступенями - около 50 мкс. В интервалах между ступенями ступенчатый
лидер не светится, или, более правильно, он светится
18
1. Введение
недостаточно сильно, чтобы его можно было зарегистрировать на фотопленку
при помощи камеры Бойса или барабанной камеры. Каждая ступень лидера
становится яркой и видимой за время, меньшее 1 мкс. Был сфотографирован
тусклый канал между вершиной ступени и основанием облака. На рис. 1.3
показаны ступени длиной 50 м в виде наконечников стрел на тускло
светящемся
Рис. 1.4. Фотография ступенчатого лидера, полученная с неподвижным
объективом и движущейся пленкой. С левой стороны фотографии интенсивность
лидера значительно увеличена.Это увеличение достигается изменением
экспозиции при репродуцировании. На фотографии воспроизведена молния на
Монте Сан Сальваторе вблизи Лугано, Швейцария, которая впервые
опубликована Бергером и
Фогельзангером [4].
канале, который простирается вверх к облаку. Фотография ступенчатого
лидера, полученная с помощью барабанной камеры, показана на рис 1.4.
Характерная средняя скорость ступенчатого лидера во время прохождения к
земле составляет 1,5-105 м/с. Следовательно, для прохождения расстояния в
3 км необходимо около 20 мс. Типичный ступенчатый лидер, когда он
подходит к земле, содержит отрицательный заряд около 5 Кл. Средний ток в
ступенчатом лидере, способный перенести такое количество электричества за
десятки миллисекунд, должен иметь порядок 100 А. Диаметры светящихся
ступенчатых лидеров, измеренные фотографическим способом, заключены в
интервале от 1 до 10 м. Большинство исследователей полагают, что ток
ступенчатого лидера протекает по
1.3. Возвратный удар
19
узкому проводящему стержню в центре наблюдаемого лидера и что большой
диаметр светимости вызван окружающей стержень короной. Несомненно,
электрические явления и явления светимости, происходящие в ступенчатом
лидере, по длительности и протяженности много меньше наблюдаемых. Сводка
данных о ступенчатом лидере приведена в табл. 1.1.
1.3. ВОЗВРАТНЫЙ УДАР
Когда заряженная до высокого отрицательного потенциала колонна благодаря
ступенчатому лидеру приближается к земле, результирующее электрическое
поле у земли имеет достаточно большую напряженность, чтобы вызвать
движущиеся от земли к вершине лидера разряды. Если один из этих разрядов
придет в контакт с лидером, нижняя часть последнего будет эффективно
связана с потенциалом земли, в то время как его остальная часть будет
иметь отрицательный потенциал и отрицательный заряд. Ситуация до
некоторой степени аналогична той, которая возникает при коротком
замыкании в линии передач, заряженной до постоянного потенциала. Канал
лидера действует подобно линии передач (нелинейной и с потерями),
поддерживая весьма сильную светимость возвратного удара. Волновой фронт
возвратного удара (ионизированный волновой фронт электрического поля
высокой напряженности) переносит потенциал земли по пути, ранее
проделанному ступенчатым лидером. Волновой фронт возвратного удара
распространяется обычно со скоростями, составляющими от Vgflo V10
скорости света, проходя расстояние между основанием облака и землей за
время порядка 70 мкс. В области между волновым фронтом возвратного удара
и землей текут большие токи. Избыток отрицательного заряда,
сосредоточенный в канале лидера, снижается к земле через канал, имеющий
высокую проводимость ниже волнового фронта возвратного удара. Токи,
измеренные у земли, лежат в интервале от 10 до 20 кА в течение нескольких
микросекунд и падают до половины пикового значения за 20 - 60 мкс. Токи
порядка сотен ампер могут длиться в течение нескольких миллисекунд.
20
1. Введение
Исходная плотность газа в канале возвратного удара характерна для лидера,
в то время как исходная температура в этом канале, вероятно, много выше,
что вызвано увеличением энергии канала при распространении возвратного
удара. Следовательно, давление в канале будет превышать давление
окружающего воздуха, и канал будет расширяться. Видимо, это расширение
происходит со сверхзвуковой скоростью, создавая ударную волну, которая
вызывает слышимый нами гром. Полагают, что фаза ударной волны,
возникающей при расширении канала, продолжается от 5 до 10 мкс. Плотность
газа в токонесущем канале за ударной волной уменьшается по мере
распространения этой волны. В последней части фазы ударной волны
температура канала, измеренная спектроскопическим способом, близка к 30
ООО К. После фазы ударной волны расширение канала завершается, и
высокотемпературный канал с низким давлением приближается по давлению
