.RU

Определение - Эта странная шаровая молния

Определение.

Под внутренней энергией шаровой молнии будем понимать ту часть ее полной энергии, которая выделяется в окружающую среду при ее полном распаде как автономного объекта. 



Такое определение характерно для квазистабильных автономных материальных объектов с конечным временем жизни и согласуется с термодинамическим понятием внутренней энергии материальной системы. С точки зрения нелинейной термодинамики сплошных сред [24,25], любую физическую систему можно представить как конгломерат взаимодействующих материальных "квазичастиц". При этом взаимодействие этих квазичастиц обеспечивает существование системы как целого и формирует ее внутреннюю энергию.

Внутренняя энергия является интегральной характеристикой материального объекта. Она может меняться при сохранении целостности физической системы, может аккумулироваться, выделяться частично (излучение), а при распаде системы она выделяется полностью. Последнее реализуется, в частности, если физический объект является квазистабильным (как шаровая молния). В этом случае уже достаточно малое внешнее воздействие может привести к его полному разрушению.

Преимуществом использования понятия внутренней энергии в феноменологическом подходе является то, что физическая система (объект) может быть "черным ящиком" по отношению к неизвестным, но вполне реальным физическим взаимодействиям, которые ее формируют. Что как раз и типично для шаровых молний.

Квазистабильность.

Последовательно анализируя массив наблюдательных и опытных данных по шаровым молниям можно сделать вывод, что шаровая молния, как физическая система, является квазистабильной с конечным временем жизни [3,5]. В свою очередь это означает, что между физическими силами, участвующими в формировании шаровой молнии, устанавливается только временное равновесие, так как существуют внутренние и внешние факторы стремящиеся его нарушить. В конечном итоге огненный шар распадается и выделяет в окружающую среду энергию в той или иной форме (тепло, излучение, электроны).

Выделение энергии при распаде происходит непосредственно за счет энергии связи соответствующего взаимодействия, действующего между "квазичастицами" молниевого вещества. Иногда часть выделенной энергии удается зафиксировать в виде теплоты, пошедшей на расплавление металла, механических разрушений, электрического воздействия, нагрева воды и т. д. Так, в наблюдении 3, часть энергии выделившейся при распаде огненного шара пошла на нагрев и перевод в другое фазовое состояние 300 кг снега и льда.

Конечно, трудно ожидать, что КПД такого преобразования внутренней энергии является высоким. Вероятнее всего, что большая ее часть рассеивается в окружающем пространстве и только около 1% выделяется в концентрированном виде и доступна измерению. Впрочем на данном этапе и не важно, что только часть внутренней энергии фиксируется.

Важно то, что существует базовая количественная характеристика интенсивности внутреннего взаимодействия, формирующего шаровую молнию. И, если считать, что эффективность выделения энергии (КПД) при распаде шаровой молнии не слишком отличается в отдельных случаях, то можно использовать внутреннюю энергию для системного анализа имеющихся наблюдательных данных.

Энергия распада.

Обратимся к современному массиву наблюдательных данных по шаровым молниям и проанализируем как обстоят дела с измерением энергии выделяющейся при распаде огненного шара. Как уже отмечалось, ситуация в этом вопросе не вызывает энтузиазма. Несмотря на относительно большой массив наблюдений, достаточно информативных и достоверных измерений энергии, выделенной при распаде шаровой молнии, очень мало. Конечно, это можно оправдать, учитывая случайность самого процесса наблюдения. Кроме того, ситуация усложняется и следующим фактом.

Даже серьезные исследователи шаровых молний часто игнорируют вполне достоверные набюдения в которых величина выделенной при распаде энергии (наблюдаемой ) превосходит величину принятую в средне–статистическом подходе. И связанно это с тем, что обычно результаты подобных уникальных измерений не укладываются в рамки существующих теорий "огненного шара" построенных по канонам "благопристойной" физики. В частности, это относится и к следующим двум очень достоверным и информативным наблюдениям.

Одно из них ― это уже рассмотренное наблюдение 3, а другое ― это наблюдение 5 (в нашей нумерации), взятое из[19] и представленное ниже. Отметим только, что результаты приведенные в [19] в значительной мере являются следствием корректного физического эксперимента, проведенного профессионалами, и поэтому к их выводам следует отнестись с соответствующим вниманием.

Наблюдение 5.

"Шаровая молния наблюдалась 24 августа 1978 года в 23 часа 20 минут в Хабаровске в районе Хасановской улицы во время сильного дождя.

Внезапно возник резкий свист, напоминавший работу реактивного двигателя и сопровождавшийся сильным треском. Стало светло как днем. Затем над зданием кинотеатра "Заря" появилась шаровая молния ярко–оранжевого цвета диаметром около 1,5 м. Из нее сыпались искры.

Молния начала снижаться, прошла к поверхности земли через ветви деревьев, на мгновение вспыхнула над участком почвы и вновь поднялась вверх. Раздался сильный взрыв, стало темно и тихо.

Всего молния существовала около одной минуты. Шаровую молнию наблюдали многие очевидцы в том числе один из авторов [19]. Возможность в данном случае принять за шаровую молнию обычную линейную практически полностью исключена.

На расстояниях до 100 м электропроводка была выведена из строя. Несмотря на большое количество воды на почве и проливной дождь, в зоне диаметром порядка 1,5 м и глубиной 20–25 см почва обуглилась и расплавилась. Общий объем зоны заполненной шлаком, составлял около 0,4 м³. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Образцы грунта подверглись тщательным научным исследованиям. Было установлено, что вероятнее всего шлак образовался в результате быстрого нагрева грунта до температуры, близкой к температуре его плавления, причем нагрев носил равномерный, объемный характер.

Исходный грунт представлял собой типичную супесь на основе кварцевого песка. Кроме того, не было выявлено каких–либо признаков повышения радиоактивности или специфических изменений, которые могли бы произойти в грунте под действием ионизирующих излучений.

При спектрографических и хромато–масс–спектрометрических исследованиях не обнаружено изменений элементного состава образцов.

Затем были проведены исследования по нагреву образцов исходного грунта с помощью лучистой энергии, высоковольтного электрического разряда, низковольтного источника напряжения и высокочастотного электромагнитного поля.

Кроме того, для нагрева грунта использовали энергию горения бензина, мазута, сухого спирта и термита."

В результате оказалось, что "... из исследованных способов подвода энергии к грунту явное

предпочтение следует отдать нагреву с помощью высокочастотного электромагнитного поля. Лишь в этом случае за короткое время обеспечивается объемный нагрев грунта до состояния, характерного для исследованного шлака. . . . . . . . . . . . .

. . . Другие способы подвода энергии от шаровой молнии к грунту, которые могли бы привести к образованию шлака, представляются маловероятными. . . . . . . .

Можно оценить энергию рассматриваемой шаровой молнии и мощность ее электромагнитного излучения. Энергия, выделившаяся при вспышке шаровой молнии, была израсходована на нагрев до температуры плавления грунта в объеме цилиндра диаметром 1,5 м и высотой около 22,5 см, а также на испарение воды, содержащейся в этом грунте. Насыпной вес сухого грунта в объеме указанного цилиндра составляет около 440 кг, а вес воды около 175 кг.

Принимая теплоемкость грунта равной 0,84 кДж/кг∙град, получим, что для нагрева 440 кг грунта до 1700 °С необходимо около 6,3∙10⁸ Дж энергии. В то же время для испарения 175 кг воды необходимо порядка 4,7∙10⁸ Дж. Следовательно, в рамках принятых допущений, энергия вспышки шаровой молнии, затраченная на образования шлака, составляет около 1,1∙10⁹ Дж.

Энергия данной шаровой молнии, естественно, не исчерпывалась энергией электромагнитного поля, поглощенного грунтом. Лишь за счет рассеяния в случае равномерного излучения во всех направлениях энергия вспышки могла достигать порядка 7∙10⁹ Дж. Если учесть и другие воздействия этой шаровой молнии на окружающую среду, то можно получить еще более значительную величину ее общей энергии.

Представляет интерес, что при той же грозе в другом районе города также наблюдалась шаровая молния, энергия которой оценена в 8,3∙10⁹ Дж (по нагреванию воды).
Принимая условно длительность вспышки равной 0,1 сек, получим для мощности высокочастотного электромагнитного излучения шаровой молнии величину порядка 10¹¹ Вт. . .

. . . Таким образом, можно считать, что найболее вероятный механизм выделения энергии шаровой молнии связан с мощным высокочастотным электромагнитным излучением в диапазоне частот 10⁸–10⁹ Гц (или длин волн 3–30 дм)."

8. Модели внутренней энергии





"Благопристойные" модели шаровой молнии никогда не могли и не смогут объяснить уникальные значения выделяемой ею энергии и механизм ее выделения.

Традиционный подход.

Что же смущает в приведенном выше наблюдении авторов некоторых традиционных моделей шаровой молнии. В основном для них не приемлемы:

И то, и другое явно противоречит большинству расхожих моделей шаровой молнии. В их число входит как химическая [5–7], так и кластерно–плазменная [3] и многие другие традиционные модели. В этой связи рассмотрим ситуацию сложившуюся в двух выделенных теоретических моделях, достаточно авторитетных в физике шаровой молнии.

Так в химической модели для того чтобы шаровая молния могла бы выделить энергию порядка 10⁹ Дж необходимо только горючего вещества (озона) около 10³ кг. Но, общепринято, что вес шаровой молнии приблизительно совпадает с весом находящегося в ее объеме воздух. Для шаровой молнии диаметром около 1,5 м это составляет порядка 2,2 кг. Т. е. вес (масса) шаровой молнии вычисленный в модели [5–7] и из наблюдательных данных отличаются на несколько порядков.

Аналогичная, выше рассмотренной, ситуация наблюдается и для модели кластерной плазмы [3]. В ней 1 см³ молниевого вещества содержит энергию около 5 Дж. Поэтому шаровая молния поперечником 1,5 м будет обладать энергией порядка 8,5∙10⁶ Дж. А для того чтобы шаровая молния содержала энергию порядка и более 10⁹ Дж, надо увеличить ее размер до 8–10 м и при этом ее вес увеличится до тех же 10³ кг.

Очевидно, что обе модели в принципе не согласуются с наблюдением 5 и с соответствующими лабораторными исследованиями. И к этому надо отнестись серьезно, учитывая научный статус проведенных исследований [19]. К счастью для науки, наличие материальных остатков на месте контакта шаровой молнии с грунтом позволило провести серъезное научное исследование (лабораторные эксперименты), что , в свою очередь, повышает научный статус самого наблюдения 5 до статуса эксперимента, со всеми вытекающими отсюда последствиями.

К сожалению подобные наблюдения редки, хотя в [19] и упоминается еще об одной шаровой молнии с энергией порядка 8∙10⁹ Дж. Тем не менее, даже результаты экспериментов, проведенных на базе лишь одного наблюдения 5, позволяют сделать вывод о научной некорректности большинства существующих теоретических моделей шаровой молнии и в том числе таких как химическая и кластерно–плазменная.

В дальнейшем остановимся более подробно на строгом научном анализе и последовательной физической интерпретации наблюдения 5 в рамках альтернативного подхода. Здесь же хочется только отметить, что ситуация с выделенной энергией еще более усугубляется, если вспомнить о КПД процесса, связанного с ее выделением.

Как уже отмечалось, ожидаемый (ориентировочный) КПД преобразования внутренней энергии шаровой молнии при ее распаде порядка 1%. При этом величина возможной внутренней энергии шаровой молнии в примерах 3 и 5 увеличивается уже до 10¹¹ Дж. Последнее еще более затрудняет решение проблемы внутренней энергии в традиционном подходе.

Традиционная интерпретация.

Нельзя, конечно, утверждать, что в рамках традиционных моделей не пытались решать проблему внутренней энергии шаровой молнии и, в частности, ее аномально большого значения в отдельных достоверных случаях. Так в [3,5] утверждается, что если при наблюдении шаровой молнии фиксируется выделение достаточно большого количества энергии, то источник последней может быть только внешний. А так как он внешний и значит не контролируемый, то и энергию ему можно приписать любую. При этом откуда взялся и как формируется подобный источник не объясняется.

Нередко поступают и более радикально. Аномальные наблюдения, подобные примеру 5, просто тихо игнорируют, считая их от "лукаваго", так как они нарушают милую седцу средне–статистическую картину. А в последней обычно фигурирует энергия не более 10⁵ Дж, вполне удовлетворяющая модели [3,5].

Остановимся теперь на физических механизмах с помощью которых, согласно [3,5], происходит выделение энергии от внешнего источника при контакте шаровой молнии с окружающей средой. Они довольно интересны и прежде всего своей вопиющей необоснованностью, связанной с совсем не критическим отношением к ним их авторов.

Так в [3,5,14], ссылаясь на наблюдательные данные, утверждается, что вещество шаровой молнии по тем или иным причинам является проводящим (нейтральным или слабозаряженным). Поэтому шаровая молния поляризуется под действием локального электрического поля и притягивается к месту скопления внешнего электрического заряда, что вполне реально в условиях грозовой атмосферы.

Далее сценарии возможного механизма выделения энергии в рассматриваемых моделях

несколько различаются. Поэтому предоставим слово непосредственно их авторам. Так в [5] утверждается, что:

"Во многих наблюдаемых случаях действие шаровой молнии связано с выделением электрической энергии от внешнего источника. Действительно, в ряде случаев наблюдается разрушение электрических и телефонных сетей, различных электрических приборов и даже зданий в сельской местности. При больших разрушениях электрический заряд, протекающий по цепи, оценивается в 1 Кл.

Поскольку этот заряд на несколько порядков выше того, который в принципе может нести шаровая молния, приходим к заключению, что в этих случаях электрическая энергия берется от внешнего источника (тучи или пылевого облака), а шаровая молния является проводящим телом, которое создает начальную ионизацию в воздухе и переносит энергию внешнего источника. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . Согласно наблюдательным данным, шаровая молния приводит к воздействиям и разрушениям, которые могут быть объяснены как результат действия внешнего электрического источника. В этих случаях шаровая молния, как источник ионизации, изменяет электрические свойства воздуха, находящегося в электрическом поле атмосферы, что вызывает его пробой."
2010-07-19 18:44 Читать похожую статью
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • © Помощь студентам
    Образовательные документы для студентов.