Молния - Юман М.
Скачать (прямая ссылка):
электрическом поле перед его вершиной. Он электрически заряжен по всей
своей длине, однако его потенциал не равен потенциалу электрода, из
которого он начал развиваться, т. е. вдоль него наблюдается падение
потенциала. Это падение потенциала и создает поле, которое вызывает ток
по стержню стримера; этот ток заряжает вновь образовавшиеся части
стримера до потенциала, необходимого для его дальнейшего развития.
Шонланд Б. Ф. Дж., Развивающаяся молния, ч. 4, Механизм разряда. Proc.
Roy. Soc. (London), A164, 132-150 (1938).
Ясно, что условия для появления вспышки заключаются не в том, чтобы
потенциал пробоя был достигнут во всем промежутке, а в том, чтобы
возникло поле достаточной напряженности для "само-распространяющегося
разряда", которое в другом месте может достигать только нескольких вольт
на сантиметр... .
Такой канал может рассматриваться просто как развитие возникшего
проводника, а градиент потенциала вдоль него составляет всего лишь около
10 В/см... .
Условия появления искры в неоднородном поле, по-видимому, заключаются в
том, что ток в коронном разряде с электрода должен быть достаточным для
перехода от тлеющего разряда к дуге, после чего лидер будет развиваться в
соответствий с упомянутым выше механизмом.
Брук С. Е. Р., Молния и искровые разряды, Nature, 147,
805-806 (1941).
Развитие исследований молнии показало, что согласование явлений природы с
результатами лабораторных экспериментов является сложной задачей. Оценки
и значения, полученные путем мо-
7.2. Механизмы разряда
261
дельных экспериментов в уменьшенном масштабе, часто неверны, но
пользуются ими довольно долго.
Мюллер-ХиллебрандД., Защита домов молниеотводами, исторический обзор, J.
Franklin Inst., 274, 34-54 (1962).
О лидерном процессе и возвратном ударе собраны многочисленные
экспериментальные данные. Из этих данных получена информация об
относительных интенсивностях и скоростях распространения различных
явлений светимости и о связанных с ними зарядах и токах. К сожалению,
физические модели по экспериментальным данным часто строились по
интуиции, а не на основе детального количественного анализа. Исследования
молнии характеризуются почти полным отсутствием количественных
теоретических работ. Это отсутствие количественной теории до некоторой
степени оправдано. Например, нет количественной теории для электрического
пробоя в неоднородных электрических полях, хотя об этом типе пробоя в
лабораторных условиях собраны значительные экспериментальные данные.
Чтобы окончательно ввести в заблуждение читателя, в литературе по
"теории" молнии лабораторные данные, многие из которых противоречивы,
часто экстраполируют для "объяснения" явлений молнии. Общее плачевное
состояние иллюстрируется различными теориями ступенчатого лидера, что
будет рассматриваться в разд. 7.4. В большей части литературных
источников по молнии слова пилот-лидер и стример заменяют объяснения
физического смысла явлений. Но назвать еще не значит объяснить. Более
того, в настоящее время различные исследователи используют эти термины
для обозначения различных понятий, и общепринятое значение этих слов
меняется со временем. В предыдущих главах мы не пользовались термином
"пилот-лидер", а ограничились использованием только слова "стример".
Попытаемся* в этой главе внести ясность в сущность этих слов.
7.2. МЕХАНИЗМЫ РАЗРЯДА
7.2.1. Введение
Если к двум металлическим электродам приложена разность потенциалов, то в
пространстве между электродами создается электрическое поле. Вообще, газ,
в кото-
262
7. Теория процесса разряда
ром находятся электроды, можно рассматривать как изолятор до тех пор,
пока приложенное напряжение не превысит строго определенную величину,
известную как напряжение пробоя. Для плоскопараллельных электродов в
воздухе при атмосферном давлении и комнатной температуре напряженность
электрического поля, необходимая для пробоя, составляет около 3-10(r) В/м.
Напряжение пробоя находят путем увеличения поля в межэлектродном зазоре.
При одинаковом расстоянии между электродами напряжение пробоя
неоднородного промежутка всегда меньше, чем однородного. Чтобы наступил
пробой, в промежутке между электродами должно быть некоторое количество
электронов. На практике эти электроны всегда присутствуют в результате
действия космических лучей или естественной радиоактивности.
Начальные электроны ускоряются полем пробоя до энергии, достаточной,
чтобы вызвать ионизацию при столкновении с атомами газа. Электроны,
возникшие при ионизации, в свою очередь создают новые электроны и в
результате происходит рост концентрации электронов и ионов. Процесс
разряда может также зависеть от так называемых вторичных процессов,
причем первичным процессом является электронно-ударная ионизация.
Возможны следующие вторичные процессы: 1) вторичная электронная эмиссия
на катоде за счет соударения с положительными ионами; 2) фотоэлектронная
эмиссия на катоде, вызванная фотонами, испущенными газом; 3) электронная
