7. Теория процесса разряда

7.1. ВВЕДЕНИЕ

В каждом из последующих импульсов или частичных разрядов, составляющих разряд молнии, различают две стадии — за стадией движущегося вниз лидера наступает стадия движущегося вверх возвратного удара. Эти явления мы будем называть лидером и возвратным стримером, поскольку они имеют те же самые свойства, что и электрические стримеры, получаемые в лаборатории. Такой стример представляет собой проводящий шнур ионизованного газа, который увеличивается в длине за счет процессов ионизации, протекающих в электрическом поле перед его вершиной. Он электрически заряжен по всей своей длине, однако его потенциал не равен потенциалу электрода, из которого он начал развиваться, т. е. вдоль него наблюдается падение потенциала. Это падение потенциала и создает поле, которое вызывает ток по стержню стримера; этот ток заряжает вновь образовавшиеся части стримера до потенциала, необходимого для его дальнейшего развития.

Шонланд Б. Ф. Дж., Развивающаяся молния, ч. 4, Механизм разряда. Ргос. Roy. Soc. (London), А164, 132-150 (1938).

Ясно, что условия для появления вспышки заключаются не в том, чтобы потенциал пробоя был достигнут во всем промежутке, а в том, чтобы возникло поле достаточной напряженности для «самораспространяющегося разряда», которое в другом месте может достигать только нескольких вольт на сантиметр... .

Такой канал может рассматриваться просто как развитие возникшего проводника, а градиент потенциала вдоль него составляет всего лишь около 10 В/см... .

Условия появления искры в неоднородном поле, по-видимому, заключаются в том, что ток в коронном разряде с электрода должен быть достаточным для перехода от тлеющего разряда к дуге, после чего лидер будет развиваться в соответствий с упомянутым выше механизмом.

Брук С. Е. Р., Молния и искровые разряды, Nature,

Развитие исследований молнии показало, что согласование явлений природы с результатами лабораторных экспериментов является сложной задачей. Оценки и значения, полученные путем

модельных экспериментов в уменьшенном масштабе, часто неверны, но пользуются ими довольно долго.

Мюллер-Хиллебранд Д., Защита домов молниеотводами, исторический обзор, J. Franklin Inst., 274, 34—54 (1962).

О лидерном процессе и возвратном ударе собраны многочисленные экспериментальные данные. Из этих данных получена информация об относительных интенсивностях и скоростях распространения различных явлений светимости и о связанных с ними зарядах и токах. К сожалению, физические модели по экспериментальным данным часто строились по интуиции, а не на основе детального количественного анализа. Исследования молнии характеризуются почти полным отсутствием количественных теоретических работ. Это отсутствие количественной теории до некоторой степени оправдано. Например, нет количественной теории для электрического пробоя в неоднородных электрических полях, хотя об этом типе пробоя в лабораторных условиях собраны значительные экспериментальные данные. Чтобы окончательно ввести в заблуждение читателя, в литературе по «теории» молнии лабораторные данные, многие из которых противоречивы, часто экстраполируют для «объяснения» явлений молнии. Общее плачевное состояние иллюстрируется различными теориями ступенчатого лидера, что будет рассматриваться в разд. 7.4. В большей части литературных источников по молнии слова пилот-лидер и стример заменяют объяснения физического смысла явлений. Но назвать еще не значит объяснить. Более того, в настоящее время различные исследователи используют эти термины для обозначения различных понятий, и общепринятое значение этих слов меняется со временем. В предыдущих главах мы не пользовались термином «пилот-лидер», а ограничились использованием только слова «стример». Попытаемся в этой главе внести ясность в сущность этих слов.