Шаровая молния

Уральский Государственный Университет

им. А.М.Горького 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат по концепции естествознания

«Прикладная информатика в экономике» 

Тема: «Шаровая молния» 
 
 
 
 
 

                                                                           

                                                                           Студентки 3-го  курса

                                                                             Елизаровой Екатерины 

                                                        Андреевны

                                                                Преподаватель:

                                                                           Александров Дмитрий

                                                         Валерьевич 
 
 
 
 
 
 
 

г. Н.Тагил

2006 год 

    _{Содержание}

    _{Введение……………………………………………………………………………..3}

1. _{Шаровая молния…………………………………………………………………4}
2. _{Наблюдение шаровой молнии…………………………………………………..6}
3. _{Как выглядит шаровая молния………………………………………………….7}
4. _{Как она себя ведет……………………………………………………………….8}
5. _{Сколько энергии содержится в шаровой молнии……………………………...9}
6. _{Опасна ли шаровая молния…………………………………………………….10}
7. _{Как она возникает……………………………………………………………….11}
8. _{Как часто она появляется……………………………………………………….12}
9. _{О физической природе шаровой молнии……………………………………...13}

  _{Заключение………………………………………………………………………….14}

  _{Список литературы…………………………………………………………………15} 
 
 
 
 
 
 
 
 

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    _{Введение} 

         _{Собирание наблюдений шаровой молнии – это первый шаг в ее изучении. Второй шаг – систематизация и анализ собранного фактического материала. После этого можно переходить к третьему шагу – обобщениям и заключениям, касающимся физической природы шаровой молнии.}

         _{Посмотрим же, что дает систематизация многочисленных наблюдений этого интереснейшего явления природы.}  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

_-3- 

                                     _{1.  Шаровая молния.} 

            Это случилось 26-го июля 1752 г. С утра в Петербурге было душно, а  к  середине дня сгустились тучи, началась гроза. В это время в Физической лаборатории  Петербургской Академии  наук профессор Г. В. Рихман приступил к эксперименту.  Он  давно дожидался грозы, чтобы понаблюдать, как  она подействует на изобретенное им устройство  для измерения  атмосферного электрического поля. Вместе с Рихманом в лаборатории находился  его друг-гравер Академии наук. Люди, оказавшиеся на улице вблизи  лаборатории видели, как в металлический стержень на крыше попала молния. И тотчас они услыхали громкие крики из лаборатории. Кричал гравер - на нем горела одежда. Что же произошло? Металлический стержень, выходящий на крышу, был соединен  с измерительным устройством Рихмана. И вот, когда в стержень попала молния, от устройства вдруг отделился голубой светящийся шар величиной с кулак. Он ударил стоящего в полушаге от устройства Рихмана прямо лоб. Раздался громкий треск, похожий на выстрел. Рихман упал – он был мгновенно убит. Раскалившаяся проволока от устройства задела гравера, зажгла на нем одежду.

         Сохранилось специальное описание  этого прискорбного происшествия. Его составил М.В. Ломоносов, который сразу же посетил лабораторию и подробно  исследовал на месте последствия происшедшего. Имеется также гравюра, сделанная очевидцем трагической смерти Рихмана. Все это позволяет сделать вывод, что Рихман был убит шаровой молнией, возникшей сразу после удара линейной молнии. Шаровая молния... Так издавна называли  светящиеся шаровидные образования, время от времени наблюдаемые во время грозы в воздухе, как правило, вблизи поверхности. Шаровая молния абсолютно не похожа на обычную молнию ни по своему виду, ни по тому, как она себя ведет. Обычная молния кратковременна; Шаровая молния живет десятки секунд, минуты. Обычная молния сопровождается громом, шаровая почти бесшумна. В поведении шаровой молнии много непредсказуемого: неизвестно куда именно направится

    -4-

    светящийся  шар в следующее мгновение, как он прекратит свое существование (тихо или же со взрывом).

         Шаровая молния задает нам   множество загадок. При каких  условиях она возникает? Как  ей удается сохранять свою  форму столь долго? Почему она  светится и в то же время не излучает тепла? Каким образом она проникает  в закрытые помещения? На эти  и ряд других вопросов у нас пока нет ясного ответа.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    -5- 

    2.  Наблюдение шаровой молнии.

         С точки зрения физики шаровая молния - интереснейшее явление природы. В первой половине 19-го века французский физик Д.Араго собрал сведения о 30-и случаях наблюдений шаровой молнии.

         Познакомимся с двумя из случаев.

         “После сильного удара грома в открытую дверь влетела бело-голубая шарообразная масса диаметром 40 см и начала быстро двигаться по комнате. Она подкатилась под табурет на котором я сидел. И хотя она оказалась у моих ног, тепла я не ощутил. Затем шаровая молния  притянулась к батарее и исчезла с резким шипением. Она оплавила  участок батареи диаметром 6 мм, оставив лунку глубиной 2мм”.

    И еще один:

       “Я видел с расстояния около 10 м., что шаровая молния светло-желтого цвета диаметром 30…40 см. выскочила из земли в месте удара обычной молнии. Поднявшись на высоту 6…8 м., она начала двигаться горизонтально. При этом она пульсировала, принимая то шаровую, то эллипсоидальную форму. Пройдя за 1 минуту расстояние около 50 м., она наткнулась на сосну и взорвалась.”  
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    -6-

3.  Как выглядит шаровая молния?

         Уже из самого названия следует,  что эта молния имеет форму шара. Строго говоря, ее форма всего лишь близка к шару; молния может вытягиваться, принимая форму эллипсоида или груши, ее поверхность может колыхаться. Будем считать, что шаровая молния – это шар или почти шар. Он светится – иногда тускло, а иногда  достаточно ярко. Яркость света шаровой молнии сравнивают с яркостью света 100-ваттной  лампочки. Чаще всего шаровая молния имеет желтый, оранжевый или красноватый цвет. Перед угасанием молнии внутри нее могут возникать темные области в виде пятен, каналов, нитей. В отдельных случаях на поверхности молнии начинают плясать язычки пламени, из нее выбрасываются снопы искр. Диаметр шаровых молний находится в диапазоне от долей сантиметра до нескольких метров. Чаще всего встречаются молнии диаметром 15…30 см. Обычно шаровая молния движется бесшумно. Но может издавать шипение или жужжание – особенно когда она искрит.

Внешний вид шаровой молнии

1) – горловина внешнего магнитного  поля;  2) – водяная плёнка;  3) – двойной электрический слой;  4) – оболочка неизотермической плазмы;  5) – переходной токовый слой;  6) – сепаратриса;  7) – область бессилового магнитного поля.

-7-

4.  Как она себя ведет?

          Шаровая молния может двигаться  по весьма причудливой траектории. Вместе с тем  ее  движении обнаруживается определенные  закономерности. Во- первых, возникнув где-то вверху, в тучах, она опускается поближе к поверхности земли. Во-вторых, оказавшись у поверхности земли, она движется далее почти горизонтально, обычно повторяя рельеф местности. Молния как правило, обходит, огибает проводящие ток объекты и,  в частности, людей. Молния обнаруживает явное  “желание” проникать внутрь помещений. 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 деформируется, ее вещество как бы  переливается через отверстие. Еще более удивительна способность молнии после прохождения сквозь отверстие восстанавливать свою шаровую форму. Живет шаровая молния  примерно от 10 с до 1 мин. Меньше живут  очень маленькие молнии (диаметром порядка сантиметра и меньше) и очень большие (диаметром около метра и больше). Наиболее долго живут молнии диаметром 10...40 см. Чаще   всего (в 55% случаев) молния взрывается. В 30% случаев молния спокойно угасает.  Маленькие молнии  обычно угасают (“сгорают”); большие “предпочитают” распадаться на части. 
 
 
 
 
 
 
 
 

    -8-

    5.  Сколько энергии содержится в шаровой молнии?

        Оценить минимальное количество  энергии в шаровой молнии можно  по тем последствиям, которые  она оставляет после своего  исчезновения. Воспользуемся сообщением одного из наблюдателей:  “Она оплавила участок батареи диаметром 6 мм, оставив лунку глубиной 2 мм”.

    Значит, молния испарила около 0,45 г железа. Для этого требуется энергия, равная 4 кДж. Естественно, что не вся (и наверное, далеко не вся) энергия  шаровой молнии была израсходована на испарение небольшого участка батареи, так что полученный результат можно рассматривать всего лишь как оценку нижней границы энергии молнии: эта энергия оказывается не меньше нескольких килоджоулей.

         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.

         Можно заключить, что энергия,  запасенная в шаровой молнии  диаметром 25 см, находится в пределах  примерно 100 кДж. Такая оценка представляется вполне правдоподобной: она согласуется с результатами, полученными на основании большого количества наблюдений шаровой молнии. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    -9-

    6.  Опасна ли шаровая молния?

        В принципе, конечно, она опасна. Вспомним хотя бы смерть Рихмана. Вообще же встречи с естественной шаровой молнией, как правило, заканчиваются без трагических последствий. Из проведенного опроса выяснилось, что  из полутора тысяч писем лишь в пяти сообщалось о смертельном исходе.

         Чаще всего шаровая молния обходит стороной. В отдельных случаях даже прямое  прикосновение молнии не причиняло  никакого  вреда; в других случаях такое прикосновение давало ожоги, хотя и болезненные, но отнюдь не смертельные. Следовательно, температура  на поверхности молнии невысока - она либо соответствует обычной температуре, либо немного превышает ее (по - видимому, не более чем на 100 К). Внутри шаровой молнии температура выше, чем на ее поверхности, однако вряд ли она  превышает  300...400°С.

    Можно утверждать что опасность шаровой молнии  преувеличена. Как показывает практика, куда более опасна линейная молния. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    -10-

    7.  Как она возникает?

         В подавляющем большинстве случаев (более 90%) шаровая молния возникает  в период грозовой активности. Но есть  отдельные сообщения о появлении шаровой молнии и в ясную погоду. Можно предположить, что она возникает за счет энергии разряда обычной молнии, которая подводится к телефонному аппарату или розетке по подключенным к ним проводам. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    -11-