Тарасов Л.В. - Ветры и грозы в атмосфере Земли (1109048), страница 43
Текст из файла (страница 43)
Чаще всего встречаются молнии диаметром 15 — 30 см. Поведение шаровой молнии Шаровая молния может двигаться по весьма причудливой траектории. Вместе с тем в ее движении обнаруживаются определенные закономерности. Во-первых, возникнув где-то вверху, в тучах, оиа опускается поближе к поверхности земли (иапример, как показано иа фотографии иа рис. 3.21). Во-вторых, оказавшись у поверхности земли, оиа движется далее почти горизонтально, обычно повторяя рельеф местности (рис. 3.22). В-третьих, молния, как правило, обходит, огибает проводящие ток объекты и, в частности, людей. В-четвертых, молния обнаруживает явное «желаиие» проникать внутрь помещений. Обычно шаровая молния движется бесшумно. Но может издавать шипение или жужжание — особенно когда оиа искрит. Когда молния плавает над поверхностью земли (обычио иа высоте метра или несколько больше), оиа напоминает тело, находящееся в состоянии невесомости.
По-видимому, вещество молнии имеет почти такую же плотность, что и воздух. Точнее, молния немного тяхселее воздуха — недаром оиа, в конечном счете, всегда стремится З.Х Шаровая молния 237 опуститься вниз. Ее плотность составляет (1 — 2). ) 0-' г/см'.
Разницу между силой тяжести и выталкиваюшей (архимедовой) силой компенсируют конвекционные воздушные потоки, а также сила, с какой действует на молнию атмосферное электрическое поле. Рис. 3.21 Рис.З.22 238 Глава Д Электричество е атмосфере Последнее обстоятельство является весьма важным.
Как известно, человек не имеет органов, реагирующих на напряженность электрического поля. Иное дело шаровая молния. Вот она огибает наблюдателя или груду металла, копирует в своем движении рельеф местности — во всех этих случаях ана неремещается вдоль эквинотенциальной поверхности. Шаровая молния очень чугко реагирует на электрическое поле вблизи поверхности земли, на заряд, имеющийся на объектах, которые оказываются на ее нуги. Так, она стремится переместиться в те области пространства, где напряженность поля меньше; этим можно объяснить относительно частое появление шаровых молний внутри помещений. На движение шаровой молнии могуг влиять потоки воздуха. Ведь она обладает довольно большим диаметром при малой массе, что обеспечивает значительную парусность. Если к вам приблизилась шаровая молния, не двигайтесь с места, а сильно подуйте в ее сторону.
Вполне возможно, она отлетит от вас в сторону. Если же вы побежите от нее, она может вслед за воздушным потоком последовать за вами. Скорость движения шаровой молнии невелика: ! — 10 м/с. За ней нетрудно следить. Внутри помещений молния может на некоторое время даже останавливаться, зависая над полом. Рис.
3.23 Вызывает удивление способность шаровой молнии проникать в помещение сквозь щели и отверстия, размеры которых много меньше размеров самой молнии. Так, молния диаметром 40 см может пройти сквозь отверстие диаметром всего в несколько миллиметров. Проходя сквозь малое отверстие, молния очень сильно деформируетсн, ее вещество как бы переливается через отверстие. Еше более удивительна способность молнии после прохождения сквозь отвер- З.д Шаро«ая молния 239 стие восстанавливать свою шаровую форму (рис. 3.23). Способность шаровой молнии сохранять форму шара указывает на наличие поверхностного натяяеения у вещества молнии. Живет шаровая молния от нескольких секунд до нескольких минут. Совсем недолго живут очень маленькие молнии (диаметром порядка сантиметра и меньше) и очень большие (диаметром около метра и больше).
Наиболее долго живут молнии диаметром 1Π— 40 см. Существуют три разных способа прекращения существования молнии. Чаше всего (в 60% случаев) молния взрывается. В 30 % случаев она спокойно угасает (из-за нехватки запаса энергии, накопленной в ней). В 10% случаев внутри молнии развиваются неустойчивости, и она распадается на части. Маленькие молнии угасают («сгорают»); большие «предпочитают» распадаться на части. В поведении шаровой молнии немало коварства. Мы не знаем, обойдет она тот или иной объект или, напротив, притянется к нему.
Неизвестно, взорвется она или спокойно угаснет. Ну а если взрыв все же происходит, то, спрашивается, насколько он разрушителен? Это определяется, очевидно, запасом энергии молнии. Энергия, содержащаяся в шаровой молнии Оценить минимальное количество энергии в шаровой молнии можно по тем последствиям, которые она оставляет после своего исчезновения. Воспользуемся, например, сообщением одного из наблюдателей; «Молния диаметром 30 см взорвалась около водопроводного крана.
Этот кран представлял собой трубу диаметром 3 см. После взрыва труба оказалась скрученной и была покрыта окалиной, хотя и не накалилась докрасна», Чтобы скрутить железную трубу, надо разогреть некоторый ее участок до достаточно высокой температуры. Можно предположить, что молния нагрела участок трубы, скажем, на 600 К. Длину этого участка будем полагать приблизительно равной диаметру трубы. Решим в связи с этим следующую задачу. Задача 1 Сколько энергии требуется для нагревания на дТ = 600' участка железной трубы длиной 1 = 5 см? Наружный радиус трубы Я = 1,5 см, 240 Глава 3. Электричество в атмосфере внутренний г= 1,2 см. Удельная теплоемкость железа с = 0 71 Дж/(г К), плотность железа р = 7,8 г/см'.
Согласно условию данной задачи, требуется нагреть участок трубы длиной (т. е. нагреть массу железа т = Гг(гглг ягг)1 В нашем случае получаем т = 100 г. Отсюда находим искомую энергию: И' = от ГгТ = 4,2 104 Дж = 42 кДж. В одном из писем сообщалось, что шаровая молния диаметром 30 см расщепила торчащую из воды деревянную причальную сваю диаметром 30 см вдоль волокон на длинные щепки.
Воспользуемся этим сообщением: для оценки энергии молнии. Задача 2 Сколько надо энергии, чтобы пар, образовавшийся в результате нагрева и испарения воды, разорвал деревянную сваю вдоль волокон? Радиус сваи г = 0,15 м; длина участка сваи, в пределах которого образуется пар, 1 = 0,2 м; предел прочности дерева, соответствующий его расщеплению вдоль волокон, р, = 3 106 Па, начальная температура воды 20 С, удельная теплоемкость воды с = 4,19 Дж/(г К), удельная теплота парообразования А = 2,26 кДж/г.
Коэффициент пористости дерева а = О,1. Под коэффициентом пористости а понимают долю объема древесины, приходящегося на поры. Разрывающий сваю пар занимает объем пор, равный Р = аягг1. (3.27) В этом объеме при температуре кипения воды Т = 373 К = 100 'С необходимо обеспечить давление водяных паров, равное рт для чего надо нагреть до температуры кипения и испарить некоторое количество молей воды. Обозначим это количество молей через и. Чтобы найти его, воспользуемся уравнением Менделеева — Клапейрона для идеального газа: (3.
28) ДД Шаровая молния 241 где Я вЂ” универсальная газовая постоянная; Я = 8,31 Дж/(моль К). С учетом (3.27) получаем из (3.28): н=але ! —. Ро КТ (3.29) Отсюда находим: и = 1,35 моль. Молекулярный вес воды равен 18; значит, один моль воды имеет массу 18 г.
Искомую энергию Илрас- считываем по формуле: И'=,ил(А + с/ьТ), (3.30) Рис. 3.24 где /л = 18 г/моль; йТ = ! 00 — 20 = 80 . Подставляя в (330) числовые значения и учитывая (3.29), находим И'= 63 кДж. Подобные оценки, сделанные на основе многих наблюдений, позволяют заключить, что энергия, запасенная в шаровой молнии диаметром 25 см, находится в пределах до 100 кДж. Если энергия молнии ! 00 кДж, а ее диаметр 25 см, то, следовательно, плотность энергии оказывается порядка 10 Дж/см'. В общем случае (с учетом молний разных диаметров) можно считать, что энергия шаровой молнии нринииает значения от нескольких килодясоулей до нескольких сотен килодэкоулей, а плотность энергии лежит в пределах примерно от 1 до 10 Дж/см'. На рис.
3.24 можно видеть последствия взрыва шаровой молнии. 242 Глава 3. Электричество в атмосфере Опасна ли шаровая молния? В принципе, конечно, оиа опасна. Вспомним хотя бы смерть Рихмана. Впрочем, следует принять во внимание, что Рихман экспериментировал во время грозы со специальным устройством. Возможно, что, сам того ие желая, ои искусственно создал шаровую молнию, которая и поразила его.
Вообще же встречи с естествеимой шаровой молнией, как правило, заканчиваются без трагических последствий. Из проведенного журналом «Наука и жизнь» опроса выяснилось, что из полутора тысяч писем лишь в пяти сообшалось о смертельном исходе. При этом несколько смертей произошло от последствий взрыва (человек был убит осколком стекла после взрыва молнии). Как отмечалось, энергия, выделяюШаяся при взрыве шаровой молнии, ие превышает приблизительно 100 кДж. Этого достаточно, чтобы оплавить небольшой участок металла, согнуть ие слишком толстую трубу, расщепить бревно, устроить пожар. Однако каких-либо серьезных разрушений шаровая молния произвести, по-видимому, ие в состоянии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
