Предыдущий урок: Физика для чайников. Выпуск 24. Почему в грозу сверкают молнии.
Шаровая молния известна еще с античных времен. Но до сих пор это странное явление толком не изучено. По рассказам очевидцев шаровая молния представляет собой светящийся шар, чаще всего размером с футбольный мяч. Шаровая молния возникает, как правило, после удара молнии обычной. Иногда он со шипение вылезает из розетки. Может пройти сквозь окно. Как правило, после этого в стекле остаются маленькие дырочки. Часто шаровая молния взрывается, доставляя очевидцам довольно неприятные последствия, вплоть до пожара. Но иногда она просто гаснет.
То, что явление до сих пор не изучено, связано с тем, что оно случается довольно редко. Шаровую молнию невозможно поймать, посадить в колбу и отнести для изучения в лаборатории. Тем не менее, есть кое-какие гипотезы о природе шаровой молнии.
Согласно одной из гипотез, накопленные в воздухе ионы создают в воздухе электрические поля, которые действуют как препятствия для дальнейшего движения ионов. Наличие таких препятствий в некоторых случаях становится причиной скопления высокоионизированного газа в малой области пространства, своеобразного зародыша шаровой молнии. Это предположение объясняет, почему шаровая молния возникает во время гроз и близко от источников энергии.
Другая гипотеза состоит в том, что шаровая молния представляет собой ядро, состоящее из некой ячеистой структуры. Вокруг него находиться прочный каркас, состоящий из плазменных нитей. К сожалению, данная гипотеза не объяснят многие странности в поведении шаровой молнии. Ученый Д. Тернер выдвинул свою версию происхождения этого явления. По теории Тернера шаровая молния возникает из-за термохимических реакций, которые возникают в водяном паре при сильном электрическом поле. Но и в этой теории есть множество нестыковок.
Одну из наиболее правдоподобных теорий выдвинули новозеландские ученые Д. Динниса и Д. Абрахамсона. Они предположили, что шаровые молнии образуется при ударе обычной молнии в почву. При этом возникает клубок карбида кремния и волокон кремния. Постепенно окисляясь на воздухе, эти волокна начинают излучать свет. Так и возникает огненный шар температурой 1200 – 1400° C, который медленно тает на воздухе. Если температура молнии превышает эти значения – она взрывается. В пользу этой гипотезы говорит наблюдение, сделанное китайскими учеными в 2012 году. Они смогли заснять на камеру одну из шаровых молний и изучить ее спектр. Анализ показал, что в спектре присутствуют мощные эмиссионные линии кремния, железа и кальция. Ученые обратили внимание на то, что эти линии присутствуют все время жизни шаровой молнии, при этом линия кремния продолжала наблюдаться даже в самый последний момент. Все эти элементы – главные составляющие почвы.
Чтобы узнать, что же такое, собственно говоря, шаровая молния, ученые попытались воспроизвести это явление в лаборатории. И им даже удалось создать нечто наподобие шаровой молнии, правда, «жило» это недолго, прядка нескольких секунд. Данное явление, естественно, нельзя считать полноценной шаровой молнией.
Вот суть данного эксперимента: Если одновременно ввести положительные и отрицательные ионы в теплый влажный воздух, то диполи воды немедленно образуют гидратные оболочки вокруг ионов. При сближении гидратированных отрицательных и положительных ионов в промежутки между ними втягиваются дополнительные молекулы воды, и образуется устойчивый кластер, в котором законсервированы заряженные ионы. Он состоит из двух ионов противоположного заряда и гидратной оболочки. Молекулы воды препятствуют сближению ионов и их рекомбинации. Из-за взаимодействия кластеров возникают сначала цепочечные, а затем пространственные структуры, то есть образуется сгусток холодной гидратированной плазмы, который аккумулирует значительную энергию — до килоджоуля на литр. Эту энергию он теряет при рекомбинации ионов.
Для получения такой вот штуковины на центральный электрод наносятся 2-3 капли воды. При импульсном разряде из центра электрода вырывается с легким хлопком яркая плазменная струя, от которой отделяется светящийся плазмоид — искусственная шаровая молния. Он медленно всплывает в воздухе и через 0,2 — 0,3 секунды исчезает, распадаясь на части. Учены так же попытались изменить время жизни плазмоида, вводя в него дополнительную дисперсионную фазу. Они испытали десятки веществ и обратились к детальному исследованию суспензий коллоидного графита и мелкодисперсных оксидов железа. На центральный угольный электрод наносилась суспензия графита и ацетона, играющего роль смачивателя, а так же воды. При электрическом разряде слой этой суспензии образует летящий круглый плазмоид, который медленно всплывает в воздухе и исчезает через 0,3 —0, 8 секунд. Керн плазмоида имеет окраску пламени, то есть горящего углерода.
Следующий урок: Физика для чайников. Урок 26. Колебания и волны. Механические колебания
Источники:
1. https://eduherald.ru/ru/article/view?id=16917
2. http://zaryad.com/2011/04/16/poluchenie-sharovoy-molnii-v-laboratornyih-usloviyah/
3. https://postnauka.ru/longreads/78162
4. https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/433622/Molnii_sharovye_no_raznye
5. https://www.gazeta.ru/science/2014/01/21_a_5857533.shtml
