Фейнман - 05. Электричесво и магнетизм (1055667), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Положительные заряды уносятся вверх, к облачному куполу (см. фиг. 9.11), а отрицательные при ударах молнии скатываются на Землю. Положительные так и остаются на верхушке облака, входят в высокие слои хорошо проводящего воздуха и расходятся над всей Землей. В районах, где дерягится ясная погода положительные заряды в этом слое медленно переводятся к земной поверхности ионами в воздухе — ионами, образованными то ли 191 космическими лучами, то ли всплесками волн и деятельностью человека. Атмосфера — это беспрерывно действующая злектрическая машина! ~ б'.
Мо.скип Первое свидотельство о том, чтб происходит при вспышке молнии, было получено в фотоснимках, сделанных камерон, которую держали руками и перемещали прн закрытом затворе. нацеливаясь туда, где ожидалась вспышка молнии. Первые полученные таким способом фотографии явственно показали, что обычно удары молнии — это повторные разряды по одному н топу же пути. Позже выла изооретеяа камера еЬопсо, в которой дое линзы смонтированы на быстро вращаюпшмся диске под углом 180' друг к другу.
Изображение, даваемое каждой линзой, дзян<ется поперек пленки, картина развертывается во времени. 1'.ели, скажем, удар повторился, то на снимке появятся бок о бок два ззобраековк'ь Сравнивая изображения от обеих линз, можно выяснить разлнчныо детали временной последовательности вспьппек. На фиг. 9.14 показан снимок, сделанный такой камерой.
Расскажем о молнии подробнее, хотя мы н не пониьзаем точно, как опа действует. Мы хотим дать качественное описание того, на что это яохолсе, по мы не будем входить в детали того, почемц происходит то, чтб, по-виднмому, происходит. Опишем Ф и е. д.л4. Снимок ескимки коенаи, сделанний камерой «Бойс». Ф и г, 9.1д. Обре««вани« оеиуаенчатого лидера. + е+ + + + + + + + + дал«ля обычный случай тучи с отрицательным дном, висящей над равниной. Ее потенциал намного более отрицателен, чем земная поверхность под нею, так что отрицательные электроны будут ускоряться по направленшо к Земле. А происходит здесь вот что.
Все начинается со светящегося комка, называемого «ступенчатым лидером». Он не такой яркий, как сама вспышка молнии. На снимках мовене видеть вначале небольшое светлое пятнышко, выходящее из тучи и очень быстро катящееся вина со скоростью 1,'6 скорости света! Но оно проходит всего около 50 ле и останавливается. Следует пауза около 50 мксек, а аатем происходит следующий епаг.
И за ним снова пауза, а после новый шаг и т. д. Так, шаг за шагом, пятно движется к Земле, по пути, похонсему на то, что изображено на фиг. 9.15. В лидере имеются отрицательные заряды из тучи; весь столб полон отрицательного электричества. Кроме того, воздух начинает ионизоваться быстро движущимися зарядами, образующими лидер, так что воздух вдоль отмеченного пути становится проводящим. В момент, когда лидер коснется грунта, получается проводящая «проволока», которая тянется до самон тучи и полна отрицательного электричества. Теперь, наконец, отрицательный заряд может запросто удрать нз тучи.
Первьы|и замечают это электроны, находящиеся в сажал« низу лидера; они соскакивают наземь, оставив позади себя положительныи заряд, который притягивает новые отрицательные заряды из высших частей чндера; они тоже вываливаются наземь и т. д. В конце концов весь отрицательный заряд атой части тучи быстро и энергично сбежит по этому каналу вниз. Так что молния, которую вы видите, бьет от земли вверх 193 У е«зеоз (фиг. 9.16). И, действительно, зтот основной разряд — самае яркая часть разряда — нааывается обратной вспышкой.
Она 1 вызывает яркое свечение и выделение тепла, которое, приводе к быстрому расширению воздуха, производит громово( удар. Ток в пике молнии достигает 10 000 а и уносит около 20 ку лен электричества. Но мы еще не кончилн. Спустя небольшой промежуток вре ыени, может быть, в несколько сотых секунды, когда обратнас молния уже исчезла, вниз пикирует новый лидер. Но па эточ раз уя;е без пауз, без остановок. Теперь его именуют «темныу андерсы», и весь путь сверху донизу он проходит одним брос. ком. Он мчится на всех парах в точности по прежнему следу потому что вдоль следа хватает осколков атомов для того, чтобы зтот путь оказался самым легким из всех путей.
Новый лиде( снова полон отрицательного злектричества. И в мгновение, когда ои касается почвы,— трах! — появляется обратная молния, катящаяся по тому же пути. И зы видите, как молния бьез еще раз, я еще раз, и еще. Порой бывает только одип-два удара, временами пять или десять (однажды видели 42 разряда по одному и тому же каналу), но всегда быстро следующих один за другим. Временами все еще более усложняется. Скажем, после одной из остановок лидер может начать ветвиться, образовав две ступеньки — обе идут вниз, но не совсем в одном направлении (см.
фиг. 9.15). Что затем случится, зависит от того, коснется лп одна нз ветвей аемли намного раньше другой. Если да, то яркая Ф и о, 9,16. Обраепноя .чолния мчится по следу, проложенному лидером. обратная молния (вспышка отрицательных зарядов, разгрух«аемых нааемь) прокладывает себе путь вверх вдоль ветви, которая коснулась земли, а когда на своем пути вверх достигает и проскакивает начало другой ветви, то кажется, что яркая молния ,бьет«п»неполной другой ветви.
Почему? Потому что отрицательмое электричество ссыпается на землю, и это вызывает вспышку молнии. Этот заряд начинает двигаться в начале вторичной ветви, последовательно опорожння ее дальнейшие участки, так что кажется, что яркая молния прокладывает себе путь вниз по атой ветви в то же самое время, как она двия<ется вверх. Если, однако, одна из этих добавочных ветвей лидера достигнет почвы почти вместе с самим лидером, то порой может случиться, что темный лидер повторной вспышки изберет себе путь по второй ветви. Тогда вы увидите первую главную вспыпшу в одном месте, а вторую — в другом.
Это — вариант первоначальных представлений. Кроме того, наше описание чересчур упрощает явления у самой земной поверхности. Когда ступенчатый лидер оказывается примерно в 100 з«от почвы, то оттуда поднимается ему навстречу разряд. По-видимому, поле становится таким сильным, что может начаться разряд кистевого типа. Еслп, к примеру, в этом месте есть какой-то вытянутый предмет (дом с острием на крыше), то при приближении лидера поля так нарастают, что начинается разряд с этого острия, который достигает лидера. Молния стремится бить как раз в такие острия. То, что молния бьет в высокие предметы,по-виднмому, было известно давным-давно. Известно высказывание Артабана, советника Ксеркса.
Артабан дает своему господину совет относительно предполагавшегося похода на греков, имевшего целью бросить весь известный тогда мнр к ногам персов. Он говорит: «Взгляни, как Бог молниями своими всегда поражает крупных животных и не позволяет им становиться дерзкими, а существа меньших размеров не раздра«кают Его, И как молнии Его падают всегда на самые большие дома и самые высокие деревья». И затем он объясняет причину: «Так, очевидно, Он любит унижать все, что возносит себя».
Как вы думаете — сейчас, когда у вас есть правильный взгляд на молнию, поражающую высокие деревья, смогли ли бы вы давать королям советы по военным вопросам с большей мудростью, чем делал это Артабан 2300 лет назад? Скажите им, чтоб они не возносили себя! У вас только это выйдет не столь поэтично. Глава Ю ДИЭЛЕКТРИКИ $НДнэлектрическаа проницаемость ч2.Вектор поляризации Р ЧЗ.Поляризациопнь заряды ф 1.
Дизлвктмрэлмоокая тьронтвтлеземоспгь й4.уравиення электростатике для диэлектрик бб.Поля и силн в присутствии диэлектриков Сейчас мы разберем еще одно характерное свойство материи, возникающее под влиянием электрического поля. В одной из предыдущих глав мы рассмотрели поведение проводников, в которых заряды под влиянием электрического поля свободно текут в такие участки, что поле внутри проводника обращается в нуль. Теперь мы будем говорить об изоляторах, т.
е. таких материалах, которые не проводят электричество. Сначала можно было бы подумать, что в них вообще ничего не происходит. Но Фарадей с помощью простого электроскопа и конденсатора, состоящего из двух параллельных пластин, обнаружил, что зто не так.
Его опыт показал, что если меясду пластинами поместить изолятор, то емкость такого конденсатора увеличится. Когда изолятор целиком заполняет пространство между пластинами, емкость возрастает в х раз, причем х зависит только от свойств изолирующего материала. Изолирующие материалы называют также диэлектриками; тогда множитель х характеризует свойства диэлектрика и называется диэлектрической пронииаемэетью. Диэлектрическая проницаемость вакуума, конечно, равна единице.
Наша задача теперь состоит в том, чтобы объяснить, почему вообще возникает электрический эффект, раз изоляторы фактически являются изоляторами и не проводят электричества. Начнем с экспериментального факта, что емкость увеличивается, и попытаемся разобраться, что яэе там может происходить. Рассмотрим плоский конденсатор, на проводящих пластинах которого имеются заряды, скажем, ~тевод е)эоводнэк йэ и о. 70Д. 17лоский ко~едеисотор с диэлектриков. Поколол линии колл Е. на верхней пластине отрицательные, а на нижней — полоокптельные.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
