Молния - Юман М.
Скачать (прямая ссылка):
становятся однократно ионизированными; температура при этом равняется 30
000 К. Тогда на 1 м3 будет приходиться около 1021 частиц. Если энергия,
переданная каждой частице, составит около 15 эВ (2,4-10~18 Дж), то общая
энергия, накопленная частицами, будет около 103 Дж/м, или 1% начальной
энергии. Кридер и др. [28] показали, что энергия излучения в интервале
длин волн от 4000 до И 000 А для одноимпульсной вспышки доходит до 870
Дж/м, что составляет около 0,4% начальной энергии. Энергия импульса,
излучаемая в интервале частот от 1 кГц до 100 МГц, оцененная на основании
данных Хорнера [21], составляет менее 10 Дж/м. Несмотря на то что большое
количество энергии излучается в интервале длин волн короче 4000 Айв
инфракрасной области, ясно, что значительная часть исходной энергии
должна идти на расширение канала. Это под-
278
7. Теория процесса разряда
тверждается хорошим согласием между рассчитанными и измеренными частотами
грома (разд. 6.3.1 и 6.3.2). Отметим, что расширение канала должно
совершаться за счет высокого давления в канале, и, следовательно,
начальная температура канала должна быть много выше 30 ООО К (см. разд.
6,3.1).
7.4. ТЕОРИИ СТУПЕНЧАТОГО ЛИДЕРА"
7.4.1. Экспериментальные данные
Любая теория, описывающая ступенчатый лидер, неизбежно должна учитывать
(и предсказывать) следующие наблюдаемые характеристики ступенчатого
лидера. 1) Минимальная средняя скорость отрицательно заряженного,
движущегося вниз ступенчатого лидера составляет около 1-105 м/с (табл.
2.1). 2) Интервал времени между ступенями относительно постоянен, и в
общем случае за длинными интервалами следуют ступени большей длины (разд.
2.3.2). 3) Длина ступеней лидеров высоко над землей порядка 50 м;
интервалы времени между ступенями порядка 50 мкс (разд. 2.3.2). 4)
Свечение ступени продолжается в-течение 1 мкс или менее (разд. 2.3.2). 5)
Изменение электростатического поля, вызванное ступенчатым лидером,
относительно монотонно, что объясняется тем, что ступенчатый лидер не
переносит значительного заряда (разд. 3.7.2). 6) Оценка порядка величины
заряда, переносимого ступенчатым лидером, дает 5 Кл. Для переноса заряда
такой величины за десятки миллисекунд требуется средний ток порядка 100 А
(разд. 3.7.2). 7) Ток движущихся вверх ступенчатых лидеров обычно
составляет от 20 до нескольких сотен ампер и относительно равномерен
(разд. 4.4). 8) Движущиеся как вверх, так и вниз лидеры могут быть
ступенчатыми. Положительно заряженные лидеры являются более непрерывными
по своей природе (разд. 2.5.4). Были получены фотографии движущихся вверх
отрицательно заряженных ступенчатых лидеров, у которых наблюдался слабый
коронный разряд, простиравшийся примерно на длину ступени перед яркой
ступенью лидера. По-видимому, светимость короны развивается не между
ступенями, а скорее
7.4. Теории ступенЧаго?6 лидера 279
появляется одновременно с возникновением за ней яркой ступени. Светимость
короны, определенная по ее изображению на пленке, длится менее 5 мкс,
времени разрешения использованной камеры (разд. 2.5.4).
7.4.2. Две первоначальные теории ступенчатого лидера
Две первоначальные и, вероятно, до сих пор еще наиболее признанные теории
ступенчатого лидера предложены Шонландом [59-61] и Бруком [4, 5].
Согласно модели Шонланда, лидер состоит из канала с однородными
свойствами по поперечному сечению, радиус которого около 1 м. С другой
стороны, согласно Бруку, канал лидера состоит из центрального ядра
(дугового разряда) небольшого радиуса, окруженного оболочкой изко-
ронногоразряда. Теперь подробно рассмотрим эти теории.
Шонланд [59] считает, что наблюдаемый минимум средней скорости
ступенчатого лидера и почти постоянное отношение длины ступени к
интервалу времени между ступенями являются достаточным основанием для
постулирования существования пилота-лидера или пилота-стримера. Шонланд
определил пилот-лидер как "истинный отрицательный стример в
неионизированном воздухе, который непрерывно движется вниз перед
ступенчатым стримером со скоростью, равной эффективной скорости этого
стримера". Минимальная наблюдаемая эффективная скорость ступенчатого
лидера 1 • 105 м/с была отождествлена с минимальной скоростью
продвигающегося пилота. Поскольку скорость пилота не может быть меньше
скорости перемещения электронов у его вершины и электрическое поле у
вершины пилота должно быть порядка 10(r) В/м или больше, минимальная
скорость пилота порядка 1-105 м/с является вполне реальной, (Согласно [13
], для отношения Е1р в интервале от 31 • 103 до 104 В/м •
• мм рт. ст. скорость перемещения электронов в воздухе составляет от 1 до
3-106 м/с.) Дальнейшим подтверждением идеи [60] пилота-лидера явился тот
факт, что ступенчатый процесс не приводит к заметным изменениям
электростатических полей и, следовательно, он не является ответственным
за сведение к земле отрицательного заряда (разд. 3.7.2). Измерения
непрерывных токов
280
7. Теория процесса разряда
