Взаимодействие шаровой молнии с металлами, описанные очевидцами, не всегда заканчиваются взрывом, и здесь тоже много нюансов. Попробуем разобраться, что же происходит с шаровой молнией и проводником в различных случаях:«В один из февральских дней 1946 года наш воздушный гигант возвращался с далекой ледовой разведки в Арктике. Полет на высоте 1200 м проходил спокойно. Вдруг в штурманской кабине вспыхнул ослепительный шар. Он медленно двигался вдоль левой стенки кабины ко мне. Примерно в 30-40 см от моего лица шар остановился, медленно касаясь и пульсируя. Я не чувствовал никакого тепла, лишь легкое покалывание в верхней части головы. Вдруг шар стал зеленым, опустился и направился к переходу в кабину радиста. Подкатился под его кресло и с оглушительным треском взорвался. Металлические ножки кресла раскалились и начали гореть. К счастью, радист не пострадал. Когда мы потушили пожар, я внимательно осмотрел штурманскую кабину. Все окна и переходы были надлежащим образом закрыты, не было ни одной щели. Радист говорил, что в эфире совершенно тихо, нет треска в наушниках; это – надежное свидетельство того, что никакой грозы в округе не было. Каким образом шаровая молния могла попасть в плотно закрытую кабину, осталось для нас загадкой».
1)движение шаровой молнии вдоль проводников
|
Рис. 9. Взаимодействие шаровой молнии с металлами
Электростатическая индукция и перераспределение зарядов в металле и ШМ |
Хотя, выше уже говорилось о том, что плазма окружающая электронный пучок обладает хорошими экранирующими свойствами, и значительно уменьшает отрицательный потенциал электронного пучка, но все же как следует из плазменно-пучковой модели, шаровая молния слишком «богата» электронами, которые сосредоточены не только в её центре, в электронном пучке, но и в окружающей плазменной оболочке. В связи, с чем, шаровая молния может нести избыточный отрицательный заряд. При сближении с проводником шаровая молния индуцирует на ближайшей его поверхности положительный заряд, что вызывает её притяжение к проводнику под действием кулоновских сил (см. рис.9). Дальнейшее поведение шаровой молнии зависит от величины её избыточного заряда, размеров и формы проводника, а также других сил действующих на шаровую молнию (например, архимедовой силы). Если, величина избыточного заряда шаровой молнии невелика, то её сближение с проводником может прекратиться, из-за баланса всех сил действующих на шаровую молнию. В этом случае шаровая молния будет двигаться вдоль проводника, едва его касаясь. Наличие переменного тока в проводнике, скорое всего, никак не отразится на поведении шаровой молнии, так как вероятность перекачки энергии плазменным волнам крайне мала, в связи с малой частотой переменного тока, выходящей за величину резонансного взаимодействия плазмы с переменным током. Если бы частота плазменных волн совпала с частотой тока в проводнике то, возможным сценарием, был бы взрыв шаровой молнии.2) взаимодействие с не заземленным или малым проводником
Что же произойдет в системе «шаровая молния - проводник» если баланс сил не наступит? Вполне вероятно, что кулоновские силы приведут к такому сближению шаровой молнии с проводником, что произойдет пробой плазменной сферы электронным пучком (см. рис.8). При этом шаровая молния передаст часть избыточного отрицательного заряда проводнику. Если проводник не имеет заземления или имеет небольшие размеры, то он приобретет отрицательный заряд, который своим электрическим полем будет препятствовать дальнейшему перетеканию электронов из шаровой молнии. Результатом этого послужит появление сил электростатического отталкивания проводника и шаровой молнии, и шаровая молния начнет удаляться от проводника. Однако, такая ситуация возможна только при не большом времени контакта шаровой молнии с проводником. При относительно продолжительном контакте поверхности шаровой молнии с небольшим проводником, вследствие теплопередачи, проводник может нагреться до такой высокой температуры, что с его поверхности начнется термоэлектронная эмиссия. Результатом этого послужит потеря избыточного отрицательного заряда проводника, что приведет к дальнейшему разряду шаровой молнии в проводник, и что в конечном итоге может привести к распаду шаровой молнии, либо в виде бесшумного угасания, либо в виде взрыва, в зависимости от накопленной энергии в плазме шаровой молнии. Не менее важным фактором, помимо времени контакта, является геометрическая форма проводника. Если проводник имеет острые концы, то существует большая вероятность стока электронов с поверхности проводника, с теми же «трагическими» последствиями для шаровой молнии.
В литературе описаны большое количество свидетельств появления шаровой молнии на конце проводника, после удара в него линейной молнии.
«Установка находилась на столе в сенях. “Электрический указатель” тонкой железной проволокой соединялся с молниеотводом на крыше. Дверь из сеней выходила на север, откуда надвигалась туча, сопровождаемая сильными порывами ветра.
Рихман приблизился к электрометру и остановился от него на расстоянии 30 см. Неожиданно из толстого железного прута прямо в левую часть лба ученого ударил бледно-синеватый огненный шар величиной с кулак. Раздался оглушительный удар, “будто бы из малой пушки выпалено было”, и ученый, “не издав ни малого голосу", замертво свалился на стоящий за ним сундук».
Так описывает А. Елисеев в книге «Г.В. Рихман» из серии «Люди науки» гибель в 1753 году русского физика Георга Вильгельма Рихмана, во время проведения исследований по атмосферному электричеству.
Рис. 10 а. Образование коронного разряда на проводникев. Распределение зарядов в плазменной сфере
Такой механизм образования шаровой молнии объясняет, каким образом, в ряде описанных случаев, она смогла попасть в абсолютно закрытое помещение, например через электропроводку. Конечно, может возникнуть вопрос «почему обычный электрический ток, в той же электропроводке, не создает шаровых молний?» Дело в том, что электронные пучки (как линейной, так и шаровой молний) ведут себя при взаимодействии с проводниками как высокочастотный электрический ток, т.е. распространяются вдоль проводника по его поверхности, а не внутри него. В результате чего величина поверхностного потенциала достигает таких значений, при которых возможен выход электронных пучков в газовую среду.
