Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике 7.6. ТЕОРИИ ВОЗВРАТНОГО УДАРАВозвратный удар молнии рассматривался в многочисленных разделах этой книги. Особую важность представляет обсуждение фотографий возвратного удара в разд. 2.3.4 и 2.3.5, изменения электрических полей в результате возвратного удара в разд. 3.7.4, токов возвратного удара в разд. 4.3 и спектроскопии возвратного удара в разд. 5.5.2. Рассмотрим последовательно физические явления, происходящие в возвратном ударе. Когда отрицательно заряженный лидер молнии приближается к земле, между лидером и землей создается электрическое поле высокой напряженности. Следовательно, возможно, что с земли или с какого-либо острого объекта начнет развиваться разряд, движущийся вверх. Такой движущийся вверх разряд встретит отрицательщщ лидер в некоторой точке над землей и эта точка будет началом возвратного удара. По-видимому, существование положительно заряженных, движущихся вверх разрядов вполне вероятно, если учесть тот факт, что положительные «стримерные» разряды могут зарождаться в лаборатории при более низких полях, чем отрицательные разряды. Более того, лабораторные исследования показали, что электрический пробой между отрицательно заряженным стержнем и положительно заряженной плоскостью происходит в виде нитевидного разряда, который исходит из стержня по направлению к плоскости и встречает вблизи нее другой нитевидный разряд, возникающий на плоскости. Прямые наблюдения движущегося вверх разряда в молнии весьма ограничены. Голд [16] представил фотографии двух близких разрядов молнии, полученных с помощью покадровой камеры, на которых можно различить вероятную точку встречи движущегося вверх разряда и движущегося вниз лидера. По-видимому, длина одного из движущихся вверх разрядов была около 15, а другого около 30 м. Голд [15] воспроизвел и обсудил фотографию, полученную Маланом при помощи камеры Бойса, на которой показан разряд, движущийся вверх с земли и встречающийся в 50 м от уровня земли с движущимся вниз ступенчатым лидером. Голд ссылается на две статьи, в которых приведены полученные с помощью покадровых камер фотографии движущихся вверх разрядов длиной несколько метров над уровнем земли. Доказательства существования движущихся вверх разрядов длиной от 20 до 70 м в импульсах молнии на башни представлены в разд. 2.5.4. Естественно предположить, что электрические поля с напряженностью у земли между Напряженность поля в Ударяет ли лидер молнии в землю (как стреловидный лидер) или встречается с разрядом, несущим потенциал земли вверх, отрицательно заряженный лидер с потенциалом вершины порядка Как отмечено в разд. 2.3.4 и 2.3.5, скорость первого возвратного удара уменьшается по мере его продвижения вверх, в то время как скорость распространения последующих возвратных ударов относительно постоянна. Более того, возвратные удары распространяются быстрее и светятся ярче вдоль ветвей, чем вдоль частей главного канала, которые они проходят одновременно с ветвями. Для объяснения этого явления Шонланд [59] предположил, что волновой фронт возвратного удара распространяется медленнее в более старой части канала и скорость возвратного удара зависит от концентрации электронов, которая уменьшается со временем в канале лидера. Разница между моментом зарождения канала ступенчатого лидера и временем, когда возвратный удар достигнет точки зарождения, составляет Если канал лидера состоит из проводящего ядра в виде дугового разряда, окруженного оболочкой из коронного разряда, то можно ожидать, что возвратный удар распространяется по этому проводящему дуговому ядру. Возникает вопрос, каким образом заряд короны переходит в канал возвратного удара, радиус которого будет, вероятно, порядка нескольких сантиметров. Вагнер и Хилемен [70] предположили, что нитевидные разряды могут выступать из ядра в корону и эффективное время переноса заряда в результате этих разрядов должно измеряться микросекундами. Таким образом, Вагнер и Хилемен предвидят быстрое уничтожение заряда короны. Против этой точки зрения говорил тот факт, что заряд, переносимый на землю во время распространения возвратного удара, составляет только часть заряда лидера. С другой стороны, Пирс и Вормель [55] предположили, что уничтожение оболочки короны происходит за время порядка миллисекунд (разд. 3.7.4). С их точки зрения, ядро связано с потенциалом земли, в то время как оболочка короны по существу находится под потенциалом облака, вызывая радиальный ток короны с пиковой величиной около 103 А и продолжительностью порядка миллисекунд. Расчеты тока короны, который ожидается согласно этой модели, были выполнены Пирсом [54] и Рао и Баттачарой [58]. Ток тлеющего разряда короны может быть использован для объяснения Согласно наблюдениям, радиус светимости ступенчатого лидера может быть порядка метров или более, а радиус возвратного удара по крайней мере на порядок меньше и составляет, вероятно, только несколько сантиметров. Большинство авторов [61, 41] приписывают быстрое уменьшение радиуса светимости магнитному пинч-эффекту. Полагают, что ток возвратного удара протекает сначала по каналу радиусом Волновой фронт возвратного удара проходит несколько метров канала лидера за 0,1 мкс. Рассмотрим физические явления, протекающие на этом коротком участке канала молнии. Мы предполагаем, что канал лидера имеет проводящее ядро, по которому проходит возвратный удар. Ядро лидера находится, вероятно, в равновесии с окружающим его воздухом и, таким образом, находится примерно при атмосферном давлении. Прежде чем тяжелые атомы или ионы газов могут заметно переместиться, возвратный удар сообщает ядру лидера (или тому, что осталось от ядра) значительную энергию. Следовательно, температура ядра возрастает. Давление в ядре (или в канале возвратного удара) также должно расти, поскольку плотность ядра не может существенно измениться. Концентрация частиц в ядре увеличивается в результате ионизации и диссоциации. Если температура ядра увеличивается на порядок, скажем, с 3000 до После фазы ударной волны расширение канала завершается, высокотемпературный канал с низкой плотностью приходит за микросекунды или за несколько десятков микросекунд в состояние с давлением, приблизительно равным давлению окружающего воздуха [64]. По результатам экспериментов [12] можно предположить, что за это время плотность тока устанавливается на уровне Можно получить приблизительное представление об изменении радиуса канала со временем из экспериментов [12, 50] и из теории [1]. Типичный ток молнии, измеренный на земле, достигает максимума в 10 000—20 000 А за время около 1 мкс и спадает до половины величины примерно за 40 мкс. Неясно, аналогичен ли ток возвратного удара над землей в области волнового фронта току, измеренному на земле, но мы будем предполагать, что это так. Нориндер и Карстен измеряли радиус канала разряда с большим периодом колебаний, ток возрастал до максимальной величины в 10 000 А за 4 мкс (четверть периода). Начальный радиус светимости был весьма мал. При максимальном токе он увеличился до Интересно сравнить постулированные радиусы молнии с радиусами, определенными из прямых измерений молнии (разд. 2.5.2). Некоторые замечания к таким измерениям даны Лебом [34]. Дополнительные доказательства, что радиус канала имеет порядок сантиметров, даны в следующем разделе и в приложении
|
1 |
Оглавление
|