Тема: Шаровая молния (стр. 3 )

Итак, вполне возможно, что шаровая молния— не такое уж редкое явление. Все дело в том, что наблюдатель в состоянии за­метить лишь те шаровые молнии, которые либо случайно возникли вблизи него,  либо  приблизились к нему; во всяком случае, вряд ли кто заметит небольшой светя­щийся шарик на расстоянии в не­сколько километров. Конечно, это только предположение, гипотеза. В настоящее время мы не можем ее подтвердить, как, впрочем, и не имеем оснований отбросить.

1.9. О физической природе шаровой молнии.

Если физическая природа линейной молнии была установ­лена более двухсот лет тому на­зад, то природа шаровой молнии до сих пор остается неразгадан­ной. Строго говоря, пока у нас даже нет твердого основания ут­верждать: то, что мы сегодня называем «шаровой молнией», есть некое единое явление, а не несколько явлений, имеющих раз­ную физическую природу. Можно напомнить, что в прошлые века шаровую молнию нередко путали с метеоритами и огнями святого Эльма. Может быть, и сегодня мы совершаем аналогичную ошибку, объединяя единым термином фи­зически разные явления? По­скольку, однако, в настоящее вре­мя мы не имеем каких-либо вес­ких доводов, подкрепляющих это сомнение, то естественно считать, что в основе всех «шаровых мол­ний» лежит общий физический механизм.

Все гипотезы, касающиеся фи­зической природы шаровой мол­нии, можно разделить на две груп­пы. В одну группу входят гипо­тезы, согласно которым шаровая молния непрерывно получает энергию извне. Предполагается, что молния каким-то образом (по какому-то каналу) получает энер­гию, накапливающуюся в облаках и тучах, причем тепловыделение в самом канале оказывается незначительным, так что вся пере­даваемая энергия сосредоточива­ется в объеме шаровой молнии, вызывая его свечение. К другой группе относятся гипотезы, со­гласно которым шаровая молния после своего возникновения ста­новится самостоятельно сущест­вующим объектом. Этот объект состоит из некоего вещества, внутри которого происходят про­цессы, приводящие к выделению энергии.

Среди гипотез первой группы отметим гипотезу, предложенную в 1955 г. академиком ­цей. Предполагается, что энергия подводится к шаровой молнии при помощи электромагнитного излучения диапазона сверхвысо­ких частот (точнее говоря, диа­пазона дециметровых и метровых волн). Сама шаровая молния рас­сматривается как пучность элект­рического поля стоячей электро­магнитной волны, находящаяся на расстоянии четверти длины волны от поверхности земли или какого-либо проводящего объекта (рис.6). В области этой пучности напряженность поля очень вы­сока, и поэтому здесь образуется сильно ионизованная плазма, ко­торая и является веществом мол­нии. Несмотря на многие привле­кательные стороны данной гипо­тезы, она все же представляется несостоятельной. Дело в том, что она не может объяснить характера перемещений шаровой молнии, ее причудливого блуждания и, в частности, зависимости ее пове­дения от воздушных потоков. В рамках данной гипотезы трудно объяснить хорошо наблюдаемую четкую поверхность молнии. К то­му же взрыв такой шаровой мол­нии вообще не должен сопровож­даться выделением энергии. Если по каким-то причинам поступле­ние энергии электромагнитного излучения вдруг прекращается, нагретый в пучности волны воздух быстро остывает и, сжимаясь, воспроизводит  громкий  хлопок.

Следует признать, что такими недостатками страдают все гипо­тезы первой группы. Учитывая накопленный фактический мате­риал, можно вполне уверенно ут­верждать, что шаровая молния — это самостоятельно существующее тело. Иными словами, следует, по-видимому, отдать предпочте­ние гипотезам второй группы.

Раздел 2. Практическое обоснование проблемы шаровой молнии

2.1. Анализ анкетирования населения п. Садовый

В процессе изучения данной темы меня заинтересовал вопрос, что могут сказать жители п. Садовый о шаровой молнии. В связи с этим мной был проведен опрос населения. Анкетирование, проведенное мною,  показало, что вопросы, касающиеся шаровой молнии интересны были моим собеседникам. На вопрос, как вы представляете себе шаровую молнию, 90 % ответили, что это шар, 7%  - вспышка и 3 % - нить. 5% из опрошенных ответили, что их родные и знакомые видели шаровую молнию. 90% считают, что шаровая молния опаснее обычной, 7% считают опасной обе молнии и 3% - опасна обычная (линейная) молния. На вопрос, как вы думаете, в каком месяце чаще всего появляется шаровая молния, 30% ответили в июне, 27% - в августе, 17% - в июле, 14% - в ноябре, 6% - в мае, по 3% - в апреле и сентябре. 54% опрашиваемых считают, что, если шаровая молния залетит к ним в дом, то будут сидеть неподвижно, 20% спрячутся, 13% испугаются и 13% будут убегать. (Приложение 2,3)

2.2. Вычисление энергии шаровой молнии

Меня заинтересовал вопрос, какой же энергией обладает шаровая молния. Взяв за основу одно из наблюдений очевидцев, я решила вычислить энергию.

Сколько энергии требуется для нагревания на ДT=600 К участка железной трубы длиной ℓ =5 см? Наружный радиус трубы R=1,5см, внутренний r=1,2 см. Удельная теплоемкость железа с=0,71 Дж/(г•К), плотность железа с=7,8 Г/СМ3.

Дано:  Решение:

L = 5 см  W = cm∆Т

Rн = 1,5 см  m = сv = с(- )L

rвн =1,2 см  m = 7,8 г/см3 *12,7 см3 = 99,1 г

с = 0,71 Дж/г*К  W = 0,71 Дж/г*К * 99,1 г * 600 К = 42178,8 Дж = 42 кДж

с = 7,8 г/см3  Ответ: W = 42 кДж

∆Т = 600 К

W - ?

Согласно условию задачи, надо нагреть участок трубы длиной ℓ, т. е. нагреть массу железа: m= с(рR2-рr2)L

Используя числовые значения величин, получаем т=100 г. Отсюда находим иско-мую энергию: W=cmДT=4,2•104 Дж= 42 кДж.

Принимая во внимание результат рассмотренной задачи, можно заключить, что энергия, запасенная в шаровой молнии диаметром 25 см, находится в пределах примерно 100 кДж. Такая оценка представляется вполне правдоподобной; она согласуется с результатами, получаемыми на основе большого количества наблюдений шаровой молнии. Если энергия молнии 100 кДж, а ее диаметр 25 см, то, следовательно, плотность энергии оказывается порядка 10 Дж/см3. В общем случае (с учетом молний разных диаметров) можно считать, что энергия шаровой молнии принимает значения от нескольких килоджоулей до нескольких сотен килоджоулей, а плотность энергии лежит в пределах примерно от 1 до 10 Дж/см3.

2.3. Создание паспорта шаровой молнии

Для того чтобы зафиксировать все, что я узнала о шаровой молнии, мной была разработана форма записи сведений об этом явлении. Назвала я эту форму «Паспорт шаровой молнии».

Форма	Форма близка к шару; она может вытягиваться, принимая форму эллипсоида или груши, ее поверхность может колыхаться, может иметь форму тора.
Линейные/угловые размеры	Размер (диаметр) шаровых молний варьируется от нескольких сантиметров до метра.
Цвет	Желтый, оранжевый, красноватый, синий, голубой, белый
Структура	Имеются всего три типичные структуры. Первая выглядит как твердое тело с тусклой или блестящей поверхностью или как твердое ядро с полупрозрачной оболочкой, вторая – как вращающееся тело с кажущимся внутренним движением и напряжениями и третья – как сгусток пламени.
Звук	Шипящий, жужжащий
Запах	Резкий и неприятный,  напоминающий запах озона, горящей серы или окислов азота.
Движение	Обычно движется горизонтально, параллельно линии земли, обходит, огибает проводящие ток объекты и, в частности, людей.
Плотность	Приблизительно равна плотности воздуха, т. е. составляет около 1,29•10-3 г/см3.
Температура	Шаровая молния может обжечь, нанести травму, различной степени тяжести, сделать воронку в мягком грунте. Шаровая молния имеет твёрдое ядро, и высокотемпературный плазменный слой, а также интенсивное истечение заряда, которое тоже может обжигать.
Время жизни	Шаровая молния «живет» чаще всего 1-2 с.
Распад	Наблюдалось два типа распадов шаровой молнии. Один из них – тихий распад, сопровождающийся уменьшением яркости и диаметра молнии. Второй, называемый взрывом, связан с громким и сильным звуком.

Результаты моего исследования таковы:

  Шаровая молния — это самостоятельно существующее тело. Шаровая молния возникает столь же часто, как и обычная молния. Вследствие кратковременности существования шаровой молнии и внезапности появления невозможно проводить какие-либо систематические наблюдения и опыты над ней. Получить шаровую молнию в лаборатории, искусственным путем, до сих пор еще никому не удавалось.

Вывод. Шаровая молния -  редко встречающееся явление, но всё же она несёт за собою разрушительные последствия, сопровождается взрывом, вызывающим разрушения.

Рекомендации

Никогда не бегите от шаровой молнии. Ваш бег создает поток воздуха, который тянет молнию за вами;

нужно постараться осторожно и плавно свернуть с пути следования шаровой молнии и держаться дальше от нее, но не поворачиваясь к ней спиной;

шаровые молнии часто движутся под действием потоков воздуха. Поэтому лучше держаться с наветренной стороны относительно движения шаровой молнии. Находясь в помещении вместе с шаровой молнией, не находитесь на сквозняке, так как в этом случае, шаровая молния обязательно будет приближаться к вам;