Шаровая молния – мощный природный молекулярный накопитель атмосферного электричества. Новая гипотеза происхождения и теория электрофизического феномена
Предложена новая физико-математическая модель и новая гипотеза вероятного происхождения, образования и существования в воздушной атмосфере такого природного феномена как шаровая молния (ШМ), базирующиеся на электрических диполях микрочастиц (молекул) воды и их электростатическом взаимодействии с отр...
Saved in:
| Date: | 2008 |
|---|---|
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
2008
|
| Series: | Електротехніка і електромеханіка |
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143146 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Шаровая молния – мощный природный молекулярный накопитель атмосферного электричества. Новая гипотеза происхождения и теория электрофизического феномена / М.И. Баранов // Електротехніка і електромеханіка. — 2008. — № 6. — С. 51-59. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-143146 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1431462025-02-09T16:33:53Z Шаровая молния – мощный природный молекулярный накопитель атмосферного электричества. Новая гипотеза происхождения и теория электрофизического феномена A ball lightning, a powerful natural molecular integrator of atmospheric electricity. A new hypothesis of the origin and a theory of the electrophysical phenomenon Баранов, М.И. Техніка сильних електричних та магнітних полів Предложена новая физико-математическая модель и новая гипотеза вероятного происхождения, образования и существования в воздушной атмосфере такого природного феномена как шаровая молния (ШМ), базирующиеся на электрических диполях микрочастиц (молекул) воды и их электростатическом взаимодействии с отрицательно заряженным ядром молнии. Выполнены расчетные оценки возможных уровней напряженности сверхсильного электрического поля внутри и вне активной сферической области ШМ, а также электрических потенциалов, плотностей и абсолютных показателей электрической энергии, запасаемой ШМ. Запропоновано нову фізико-математичну модель і нову гіпотезу ймовірного походження, утворення й існування в повітряній атмосфері такого природного феномена як кульова блискавка (КБ), що базуються на електричних диполях мікрочастинок (молекул) води і їхній електростатичній взаємодії с негативно зарядженим ядром блискавки. Виконані розрахункові оцінки можливих рівнів напруженості надсильного електричного поля усередині і поза активній сферичної області КБ, а також електричних потенціалів, щільністій електричної енергії і абсолютних показників електричної енергії, що запасається КБ. A new physical and mathematical model and a new hypothesis of a probable origin, formation and existence in the air atmosphere of such a natural phenomenon as a ball lightning (BL) are introduced, based on electric dipoles of water microparticles (molecules) and their electrostatic coupling with the negatively charged nucleus of lightning. Analytical estimations of possible levels of the strength of ultrahigh electric field inside and outside of the BL active spherical zone, as well as electric potentials, density, and absolute indices of electric energy accumulated by BL are executed. 2008 Article Шаровая молния – мощный природный молекулярный накопитель атмосферного электричества. Новая гипотеза происхождения и теория электрофизического феномена / М.И. Баранов // Електротехніка і електромеханіка. — 2008. — № 6. — С. 51-59. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. 2074-272X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143146 621.3:537.3 ru Електротехніка і електромеханіка application/pdf Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Техніка сильних електричних та магнітних полів Техніка сильних електричних та магнітних полів |
| spellingShingle |
Техніка сильних електричних та магнітних полів Техніка сильних електричних та магнітних полів Баранов, М.И. Шаровая молния – мощный природный молекулярный накопитель атмосферного электричества. Новая гипотеза происхождения и теория электрофизического феномена Електротехніка і електромеханіка |
| description |
Предложена новая физико-математическая модель и новая гипотеза вероятного происхождения, образования и существования в воздушной атмосфере такого природного феномена как шаровая молния (ШМ), базирующиеся на электрических диполях микрочастиц (молекул) воды и их электростатическом взаимодействии с отрицательно заряженным ядром молнии. Выполнены расчетные оценки возможных уровней напряженности сверхсильного электрического поля внутри и вне активной сферической области ШМ, а также электрических потенциалов, плотностей и абсолютных показателей электрической энергии, запасаемой ШМ. |
| format |
Article |
| author |
Баранов, М.И. |
| author_facet |
Баранов, М.И. |
| author_sort |
Баранов, М.И. |
| title |
Шаровая молния – мощный природный молекулярный накопитель атмосферного электричества. Новая гипотеза происхождения и теория электрофизического феномена |
| title_short |
Шаровая молния – мощный природный молекулярный накопитель атмосферного электричества. Новая гипотеза происхождения и теория электрофизического феномена |
| title_full |
Шаровая молния – мощный природный молекулярный накопитель атмосферного электричества. Новая гипотеза происхождения и теория электрофизического феномена |
| title_fullStr |
Шаровая молния – мощный природный молекулярный накопитель атмосферного электричества. Новая гипотеза происхождения и теория электрофизического феномена |
| title_full_unstemmed |
Шаровая молния – мощный природный молекулярный накопитель атмосферного электричества. Новая гипотеза происхождения и теория электрофизического феномена |
| title_sort |
шаровая молния – мощный природный молекулярный накопитель атмосферного электричества. новая гипотеза происхождения и теория электрофизического феномена |
| publisher |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| publishDate |
2008 |
| topic_facet |
Техніка сильних електричних та магнітних полів |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143146 |
| citation_txt |
Шаровая молния – мощный природный молекулярный накопитель атмосферного электричества. Новая гипотеза происхождения и теория электрофизического феномена / М.И. Баранов // Електротехніка і електромеханіка. — 2008. — № 6. — С. 51-59. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
| series |
Електротехніка і електромеханіка |
| work_keys_str_mv |
AT baranovmi šarovaâmolniâmoŝnyjprirodnyjmolekulârnyjnakopitelʹatmosfernogoélektričestvanovaâgipotezaproishoždeniâiteoriâélektrofizičeskogofenomena AT baranovmi aballlightningapowerfulnaturalmolecularintegratorofatmosphericelectricityanewhypothesisoftheoriginandatheoryoftheelectrophysicalphenomenon |
| first_indexed |
2025-11-28T00:01:22Z |
| last_indexed |
2025-11-28T00:01:22Z |
| _version_ |
1849990144342360064 |
| fulltext |
Техніка сильних електричних та магнітних полів
Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №6 51
УДК 621.3:537.3
ШАРОВАЯ МОЛНИЯ – МОЩНЫЙ ПРИРОДНЫЙ МОЛЕКУЛЯРНЫЙ
НАКОПИТЕЛЬ АТМОСФЕРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА. НОВАЯ ГИПОТЕЗА
ПРОИСХОЖДЕНИЯ И ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОГО ФЕНОМЕНА
Баранов М.И., д.т.н., с.н.с.
НИПКИ "Молния" Национального технического университета "Харьковский политехнический институт"
Украина, 61013, Харьков, ул. Шевченко, 47, НИПКИ "Молния" НТУ "ХПИ"
тел. (057) 707-68-41, факс (057) 707-61-33, E-mail: eft@kpi.kharkov.ua
Запропоновано нову фізико-математичну модель і нову гіпотезу ймовірного походження, утворення й існування в по-
вітряній атмосфері такого природного феномена як кульова блискавка (КБ), що базуються на електричних диполях
мікрочастинок (молекул) води і їхній електростатичній взаємодії с негативно зарядженим ядром блискавки. Виконані
розрахункові оцінки можливих рівнів напруженості надсильного електричного поля усередині і поза активній сферич-
ної області КБ, а також електричних потенціалів, щільністій електричної енергії і абсолютних показників електри-
чної енергії, що запасається КБ.
Предложена новая физико-математическая модель и новая гипотеза вероятного происхождения, образования и су-
ществования в воздушной атмосфере такого природного феномена как шаровая молния (ШМ), базирующиеся на
электрических диполях микрочастиц (молекул) воды и их электростатическом взаимодействии с отрицательно за-
ряженным ядром молнии. Выполнены расчетные оценки возможных уровней напряженности сверхсильного электри-
ческого поля внутри и вне активной сферической области ШМ, а также электрических потенциалов, плотностей и
абсолютных показателей электрической энергии, запасаемой ШМ.
ВВЕДЕНИЕ
В последние годы во всем мире вопросам изуче-
ния таких природных электрофизических феноменов
как линейная молния (ЛМ) и шаровая молния (ШМ)
уделяется повышенное внимание со стороны не толь-
ко научно-технических специалистов (электрофизи-
ков, метеорологов, электроэнергетиков), но и бизнес-
менов-практиков, стремящихся для дальнейшего оте-
чественного научно-технического прогресса и своего
финансового роста инвестировать денежные средства
в новые высокие электротехнологии, открывающие
новые энергоресурсные горизонты и производствен-
ные возможности для человечества [1-3]. Несмотря на
многочисленный ряд разработок гипотетического ха-
рактера явления ШМ [1], регулярно наблюдаемой в
земной атмосфере (особенно в период фронтальных
гроз или ЛМ в воздушной атмосфере), оно изучено
как в экспериментальном, так и в теоретическом пла-
не крайне слабо. Начнем с того, что существующие
теоретические модели ШМ не могут назвать и научно
объяснить причины, приводящие к ее образованию.
Эти модели не раскрывают возможные физические
механизмы формирования подобного природного
электрофизического явления. Они не в состоянии
обосновать ее внешний вид, внутреннюю структуру,
перемещение в воздушной атмосфере и внутри техни-
ческих сооружений, притяжение к проводящим пред-
метам и металлоконструкциям, существенный нагрев
ею токопроводящих тел, возникающие при появлении
ШМ световые эффекты, звуковые колебания (шипе-
ние и потрескивание) и сопровождающие ее протека-
ние характерные запахи (озона, горящей серы). Они
не могут объяснить кратковременность ее существо-
вания в атмосфере (от секунд до минут) и дать оценки
энергетическим характеристикам этого явления.
Все известные на сегодня теории ШМ подразде-
ляются на два больших класса [1, 2]: первый – осно-
ванный на том, что источник энергии этого явления
находится внутри ШМ (молния с внутренним источ-
ником энергии); второй – базируется на том, что ис-
точник энергии этого природного феномена находит-
ся вне ШМ (молния с внешним источником энергии).
Первый класс признанных научной общественностью
теоретических моделей ШМ содержит шесть основ-
ных подклассов, построенных на: а) локальном горе-
нии в воздушной атмосфере газов с необычными
свойствами; б) локальном горении воздуха атмосфер-
ного давления; в) плазме высокой плотности; г) замк-
нутых кольцевых токах, нагревающих воздух; д) воз-
душных вихрях со светящимися газами; ж) собствен-
ном электромагнитном поле микроволнового излуче-
ния. Второй класс известных теоретических моделей
ШМ содержит три основных подкласса, построенных
на: з) внешнем высокочастотном электромагнитном
поле; и) протекании через локальный сферический
объем молнии внешней постоянной составляющей
тока ЛМ, направленной от грозового облака к земле;
к) внешних сфокусированных космических излучени-
ях (частицах). В бывшем СССР определенное разви-
тие получила теория ШМ, основанная на сфокусиро-
ванном высокочастотном электромагнитном поле от
грозового облака, создающем и поддерживающем
природную ШМ (подкласс "з", автор разработки –
советский академик и выдающийся физик ХХ столе-
тия Капица П.Л. [4, 5]). Добавим к этому то, что как
раньше, так и сейчас в атмосферных облаках исследо-
вателями грозовых разрядов не были обнаружены ни
электрические, ни магнитные поля такой высокой
интенсивности и частоты, которые были бы способны
за счет своего излучения вызывать и поддерживать
вдали от этих облаков рассматриваемое нами высоко-
энергетическое электрофизическое явление, именуе-
мое в физике атмосферного электричества как ШМ.
Своей загадочностью, таинственностью и физи-
52 Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №6
ческим величием феномен ШМ притягивает и манит
вот уже многие годы и даже не одно столетие пытли-
вые человеческие умы к своему изучению, своей раз-
гадке и возможному практическому применению в
прямой (например, для аккумулирования и дальней-
шего технологического использования атмосферного
электричества) или косвенной (например, для исполь-
зования в технике высоких плотностей энергии и
практической электротехнике физических механиз-
мов образования, протекания и сравнительно дли-
тельного самоподдержания в атмосферном воздухе
высокоэнергетического явления ШМ) форме.
Целью данной статьи является разработка новой
приближенной физико-математической модели ШМ и
расчетная оценка на ее основе возможных силовых
электрических и энергетических характеристик ис-
следуемого вида молнии, а также описание новой ги-
потезы вероятного происхождения, образования и
существования в воздушной земной атмосфере такого
природного электрофизического явления как ШМ.
1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
ФИЗИЧЕСКИХ МЕХАНИЗМОВ ОБРАЗОВАНИЯ И
ПРОТЕКАНИЯ В ВОЗДУШНОЙ АТМОСФЕРЕ ШМ
Рассмотрим некоторую локальную область воз-
душной атмосферы, содержащую взвешенные в воз-
духе при нормальных условиях (температура среды
равна 0Т =0 °С; давление воздушной среды составля-
ет 0p =101,325 кПа [6]) мелкодисперсные частицы
воды и для которой характерно активное влияние
электрофизических процессов, сопровождающих ЛМ
(например, протекание больших импульсных токов,
образование сильноточных плазменных каналов, воз-
никновение сильных электрических и магнитных по-
лей), протекающую вблизи исследуемой области.
Пусть присутствующие в рассматриваемой области
микрочастицы и молекулы воды имеют геометриче-
скую форму, близкую к сферам, и являются изотроп-
ным полярным диэлектриком, молекулы которого
имеют связанные электроны, расположенные несим-
метрично относительно своих атомных ядер [1, 6].
Предполагаем, что в результате теплового движения в
воздушной атмосфере молекул воды векторы их соб-
ственных дипольных электрических моментов до воз-
действия на нее (атмосферу) ЛМ ориентированы хао-
тично. Поэтому можно принять, что в невозбужден-
ной воздушной атмосфере суммарный вектор диполь-
ных электрических моментов молекул воды, содер-
жащихся в любом микроскопическом (макроскопиче-
ском) атмосферном объеме влаги, будет равен нулю.
Считаем, что воздействие внешнего электрического
поля с напряженностью ВЕ (например, от ЛМ или от
ее оставшихся в атмосфере зарядных электрических
образований) приводит к дополнительной электрон-
ной и ориентационной поляризации полярных ди-
электрических микросфер воды [6, 7]. Известно, что
данная электрическая поляризация для такого поляр-
ного диэлектрика как вода связана с возникновением
в ее молекулах индуцированного электрического ди-
польного момента ep , обусловленного дополнитель-
ным пространственным смещением их сравнительно
легких отрицательно заряженных электронных обла-
ков относительно сравнительно тяжелых положи-
тельно заряженных ядер [7]. Полагаем, что после ука-
занной поляризации во внешнем электрическом поле
с напряженностью ВЕ диэлектрические микросферы
воды принимают более продолговатую геометриче-
скую форму, похожую на вытянутые сфероиды [6, 8].
На основании законов поляризации диэлектриков до-
пускаем, что торцы этих изотропных вытянутых сфе-
роидов микрочастиц воды, состоящих из полярных
молекул влаги, на своих поверхностях содержат по-
ляризационные некомпенсированные связанные элек-
трические заряды противоположной полярности с
поверхностной плотностью eσ . Причем, на торцевых
поверхностях вытянутых сфероидов микродиполей
воды (с наименьшим радиусом торцов около mr ), в
которые входят силовые линии и векторы напряжен-
ности ВЕ возникают отрицательные заряды (избыток
электронов), а на их противоположных поверхностях
− положительные заряды (недостаток электронов).
Принимаем то допущение, что в указанных выше
активных электромагнитных и метеорологических
условиях в воздушной атмосфере за счет действия в
ней ЛМ возможно локальное формирование высоко-
концентрированного макроскопического электронно-
го сфероподобного образования (электронного сгуст-
ка или ядра молнии радиусом er ), вокруг которого, в
свою очередь, возможна объемная концентрация
взвешенных в воздухе указанных выше электриче-
ских микродиполей влаги, образующих внешнюю
оболочку молнии. Полагаем, что при данной локаль-
ной концентрации электродиполей − вытянутых сфе-
роидов воды вокруг принятого центрального элек-
тронного "зародыша" или ядра молнии расстояние
emr между торцами диполей микрочастиц влаги, а
также между диполями и ядром ШМ составляет по-
рядка габаритных размеров молекулы воды (рис.).
r0
X
2rm2rm
Ядро
электронное
+
+
+
-
-
-
+
+
+
-
-
-
Y
+
+
+
-
-
-
+
+
+
-
-
-
Диполь
частицы
Диполь
молекулы
rе
0
Z
Рис. Радиальная структура молнии и основные
электрофизические элементы в предложенной модели ШМ
Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №6 53
В пользу такого допущения качественно говорит
тот факт, что при электрической поляризации поляр-
ного диэлектрика (в нашем случае воды) величина
пространственного смещения зарядов его молекул
оказывается равной примерно диаметру молекул ве-
щества. Именно при таком допущении формируемое
из электрических микродиполей воды внешнее обра-
зование ШМ (ее дипольная оболочка) будет практи-
чески однородной по радиусу электрической структу-
рой. А значит, такая внутренняя структура оболочки
ШМ будет более отвечать электрическим условиям ее
относительной устойчивости и долговечности. Требу-
ется с учетом принятых положений и допущений раз-
работать новую более уточненную и отвечающую
реальным электрофизическим условиям в воздушной
атмосфере Земли физико-математическую модель
ШМ и на ее базе выполнить расчетные оценки воз-
можных уровней электрических полей, плотностей и
абсолютных показателей электрической энергии, ко-
торые могут образовываться и запасаться в ШМ.
2. ОБЩИЕ ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДЛЯ
ПРЕДЛОЖЕННОЙ МОДЕЛИ ШМ
Считаем, что согласно предлагаемой модели ис-
следуемого вида молнии и в соответствии с рис. обра-
зующаяся в воздушной земной атмосфере ШМ харак-
теризуется следующими вероятными основными
электрофизическими и геометрическими признаками:
1. Наличием центрального высококонцентриро-
ванного отрицательно заряженного неподвижного
сплошного электронного ядра молнии сферической
формы с макроскопическим радиусом er .
2. Наличием вокруг ядра молнии внешней сфе-
рической оболочки ШМ наружным макроскопиче-
ским радиусом 0r , состоящей из множества радиаль-
но расположенных неподвижных электрических ди-
полей микрочастиц воды, состоящих из поляризован-
ных полярных молекул и размещенных по радиусу на
расстоянии emr друг от друга и от ядра молнии.
3. В оболочке ШМ междипольное расстояние
emr равно диаметру 2 mr сферы полярной молекулы
воды до воздействия на нее внешнего электрического
поля с напряженностью ВЕ , а продольный размер
электрического диполя микрочастицы воды не менее,
чем на порядок больше продольного размера ее моле-
кулярного диполя.
4. Образованием внутреннего и внешнего элек-
тростатических электрических полей, первое из кото-
рых локализуется между ядром молнии и первым сло-
ем электрических диполей микрочастиц воды, а также
между указанными диполями микрочастиц и молекул,
а второе возникает вне сферической оболочки ШМ.
5. Электродиполи молекул воды с поляризаци-
онными некомпенсированными зарядами на своих
краях характеризуются электрическими потенциала-
ми +ϕe и −ϕe и образуют своими краями эквипотен-
циальные сфероподобные краевые поверхности дипо-
лей микрочастиц воды с указанными потенциалами.
6. Наименьший радиус краев электрических ди-
полей − вытянутых сфероидов микрочастиц воды, на
которых сконцентрированы их поверхностные поля-
ризационные некомпенсированные связанные заряды
с поверхностной плотностью eσ , равен примерно
радиусу mr сферы полярной молекулы воды.
7. Поверхностная плотность eσ поляризацион-
ных некомпенсированных зарядов диполей микрочас-
тиц воды приблизительно равна поверхностной плот-
ности mσ поляризационных зарядов для диполей по-
лярных молекул воды, характеризующихся в объеме
микрочастиц влаги своей концентрацией (объемной
плотностью), равной 0n (м-3) [6].
3. РАСЧЕТНАЯ ОЦЕНКА УРОВНЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕНЦИАЛОВ В ШМ
В соответствии с принятыми положениями, до-
пущениями, структурными элементами ШМ и зако-
нами электростатики для электрической системы
«микродиполь воды − микродиполь воды» внешней
оболочки исследуемого вида молнии с поверхност-
ными поляризационными связанными зарядами про-
тивоположной полярности плотностью eσ = mσ и
электрическими потенциалами краев микродиполей
воды, равными +ϕe и −ϕe , можно записать следую-
щее приближенное выражение [9, 10]:
)(
10 0
−+ ϕ−ϕ ee
e
=
)1( 1
0
−⋅−
πε
eem
m
rr
r
, (1)
где =0e 1,602·10-19 Кл − электрический заряд элек-
трона; −= mee rr 4 эквивалентное расстояние между
условными центрами противоположно заряженных
краевых полусфер микродиполей воды; 0ε =8,85·10-12
Ф/м − электрическая постоянная.
В левой части (1) для микродиполей воды при-
сутствует электрический заряд mq =10 0e , обуслов-
ленный суммарным количеством связанных электро-
нов в молекулярном электродиполе воды и соответст-
венно в молекуле воды (восемь электронов от атома
кислорода и два от двух атомов водорода) [7]. Про-
странственное дополнительное смещение во внешнем
электрическом поле именно этого количества элек-
тронов в полярной молекуле воды относительно ее
положительно заряженных ядер атомов кислорода и
водорода и обуславливает ее, а также микродиполей
воды дополнительную электрическую поляризацию.
С учетом того, что модули +ϕe и −ϕe элек-
трических потенциалов рассматриваемых микродипо-
лей воды равны друг другу, то из (1) для модулей
электрических потенциалов краев электрических мик-
родиполей и молекулярных диполей воды в ШМ в
принятом приближении получаем:
+ϕe = −ϕe =
mr
e
0
0
4
15
πε
. (2)
Численная оценка радиуса mr сферы полярной
молекулы воды, входящего в формулу (2), при плот-
ности воды в 1000 кг/м3 [7], молярной массе воды
mМ =18·10-3 кг [7], количестве молекул воды в ее од-
ном моле − 6,022·1023, равном постоянной Авогадро
[7], и соответственно массе одной молекулы воды
приблизительно в 2,99·10-26 кг показывает, что вели-
54 Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №6
чина mr составляет примерно 1,925·10-10 м. Тогда со-
гласно принятой расчетной модели ШМ и в соответ-
ствии с (2) уровень электрического потенциала во
внешней оболочке ШМ может составлять около ± 112
В. Этот уровень +ϕe и −ϕe при принятой геометрии
электрических микродиполей воды, ядра и внешней
оболочки молнии будет наибольшим для ШМ.
4. РАСЧЕТНАЯ ОЦЕНКА УРОВНЯ
НАПРЯЖЕННОСТЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В
ШМ
Расчет электрического поля внутри ШМ. Прини-
мая во внимание принятую структуру и геометрию
составных элементов ШМ, для напряженности ОВЕ
электростатического электрического поля между
микродиполями воды, входящими в оболочку молнии,
следует следующее приближенное соотношение:
ОВЕ =
m
ee
r2
)( −+ ϕ−ϕ
. (3)
При равенстве электрических потенциалов двух
смежных микродиполей воды со связанными поляри-
зационными зарядами противоположной полярности,
разделенных вакуумным зазором молекулярной тол-
щины 2 mr , с учетом (2) из (3) для ОВЕ получаем:
ОВЕ =
2
0
0
4
15
mr
e
πε
. (4)
В результате из (4) при mr =1,925·10-10 м следует,
что уровень напряженности электрического поля в
изоляционных (вакуумных) зазорах внешней оболоч-
ки ШМ, содержащей электрические микродиполи
воды, может составлять численное значение, равное
примерно 5,831·1011 В/м. Сравнение полученного
уровня напряженности электростатического сверх-
сильного электрического поля в микродипольной обо-
лочке ШМ с известными на сегодня количественными
показателями для сверхсильных электрических полей
в области атомной и ядерной физики свидетельствует
о том, что согласно современным данным, приведен-
ным в [7, 11], уровни напряженности электрического
поля в атомах вещества, создаваемого электрически-
ми зарядами ядер и электронных атомных сфериче-
ских оболочек, составляют не менее 1010 В/м. Видно,
что полученные здесь данные для ОВЕ не противоре-
чат фундаментальным физическим данным современ-
ной науки и здравому физическому смыслу.
Расчет электрического поля снаружи ШМ. Можно
показать, что в воздушной атмосфере снаружи рас-
сматриваемой модели ШМ вблизи ее наружного сфе-
рического слоя из отдельных электрических микро-
диполей воды для напряженности ОНЕ электростати-
ческого электрического поля в соответствии с фунда-
ментальной теоремой Остроградского-Гаусса [6] бу-
дет справедлива следующая расчетная формула:
ОНЕ =
0ε
σe . (5)
В приближении того, что поверхностная плот-
ность eσ поляризационных некомпенсированных
зарядов микродиполей воды равна поверхностной
плотности mσ связанных зарядов величиной mq =
10 0e на элементарных диполях полярных молекул
воды, обусловленных дополнительной поляризацией
этих молекул во внешнем электрическом поле с на-
пряженностью ВЕ , а также того, что поверхность
полусфер диполей полярных молекул воды с этими
связанными зарядами противоположной полярности
равна 22 mm rS π= , для величины eσ примерно имеем:
eσ =
2
05
mr
e
π
. (6)
Тогда с учетом (6) из (5) получаем следующее
приближенное расчетное соотношение для напряжен-
ности электрического поля снаружи ШМ вблизи ее
сферической микродипольной водяной оболочки:
ОНЕ =
2
0
05
mr
e
πε
. (7)
Численная оценка уровня ОНЕ по (7) показыва-
ет, что при mr =1,925·10-10 м снаружи ШМ вблизи ее
микродиполей воды можно ожидать действие элек-
тростатического сверхсильного электрического поля с
напряженностью, примерно равной ОНЕ =7,774·1011
В/м. Как видим, уровень напряженности ОНЕ элек-
трического поля снаружи оболочки ШМ по (7) незна-
чительно отличается от уровня напряженности ОВЕ
электрического поля между микродиполями воды
внутри оболочки ШМ, оцененного нами выше по (4).
Такое согласие полевых характеристик ОВЕ и ОНЕ
может указывать на правомерность выбранной гео-
метрии составных частей ШМ и используемых для ее
исследования физических подходов.
5. РАСЧЕТНАЯ ОЦЕНКА УРОВНЯ ПЛОТНОСТИ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ШМ
Теория электромагнитного поля и полученное
нами для ШМ полевое соотношение (4) позволяют
оценить уровень плотности 0w электрической энер-
гии, запасаемой в слоистой микродипольной оболочке
рассматриваемого вида молнии, в следующем при-
ближенном виде:
0w =
2
2
OB0Eε
=
4
0
2
2
07
mr
e
επ
. (8)
Из (8) при mr =1,925·10-10 м следует, что уровень
плотности 0w электрической энергии, сосредоточен-
ной в межмикродипольном воздушном (вакуумном)
зазоре внешней поляризованной водяной оболочки
ШМ достигает численной величины, равной пример-
но 1,498·1012 Дж/м3. Для сравнения этой величины с
известными в электрофизике больших токов, высоких
напряжений, плотностей токов и температур удель-
ными показателями энергии в твердых телах отметим,
что удельная энергия сублимации Сw меди, равная
количеству теплоты для перевода единицы объема
твердого материала медного проводника в металличе-
ский пар, состоящий из нейтральных атомов, прини-
мает численное значение примерно 4,68·1010 Дж/м3
Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №6 55
[12], а удельная энергия теплового разрушения Лw
меди при импульсном воздействии на нее мощного
лазерного излучения составляет около 3,62·1010 Дж/м3
[13]. Кроме того, в атоме водорода (этом простейшем
атоме вещества) согласно расчетным оценкам, пред-
ставленным в [11], плотность энергии сверхсильного
электрического поля достигает значений порядка 1021
Дж/м3. Поэтому указанный выше оценочный уровень
такого энергетического показателя как 0w для ШМ
представляется вполне возможным.
6. РАСЧЕТНАЯ ОЦЕНКА УРОВНЯ ЗАПАСАЕМОЙ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ШМ
Запасаемая в междипольных сферических слоях
оболочки ШМ электрическая энергия 0W молнии при
принятом изоляционном межслойном радиальном
зазоре величиной 2 mr и оцененном нами уровне 0w
определяется габаритными размерами электронного
ядра (его радиусом er ) и внешней поляризованной
водяной оболочки из микродиполей влаги (ее радиу-
сом 0r ). Чем больше радиальная толщина ( 0r – er )
оболочки ШМ и тем больше в ней фактически моле-
кулярных концентрически расположенных сфериче-
ских природных конденсаторов на напряжение по-
рядка 200 В (этот уровень напряжения следует из ре-
зультатов раздела 3), тем больше и значения 0W для
запасенной в ШМ электрической энергии между ее
диполями микрочастиц. Можно считать, что с учетом
используемых допущений в микродипольной водяной
оболочке молнии (этом молекулярном многослойном
сферическом электрическом накопителе атмосферно-
го электричества) энергетически активная зона мол-
нии ориентировочно занимает 1/1000 часть объема
оболочки ШМ (из-за десятикратного превосходства
радиальных размеров диполей микрочастиц воды над
линейными размерами молекулярных диполей воды).
При таком подходе рабочий активный сферический
объем OPV природного молекулярного накопителя
электрической энергии, образованного только дипо-
лями микрочастиц воды, в ШМ может составить:
OPV =
750
)( 33
0 err −π
. (9)
В результате с учетом (8) и (9) для уровня запа-
саемой в ШМ межмикродипольной электрической
энергии 0W можно записать такое приближенное со-
отношение:
0W =
4
0
33
0
2
0
750
)(7
m
e
r
rre
πε
−
. (10)
При исходных оценочных геометрических пара-
метрах для ШМ, примерно равных 0r =0,05 м, er =0,01
м и mr =1,925·10-10 м, из (10) для количественного по-
казателя запасаемой в межмикродипольных слоях
оболочки исследуемой молнии электрической энер-
гии находим, что для выбранного нами случая вели-
чина 0W принимает численное значение около 7,8·105
Дж, то есть порядка 1 МДж. Надо заметить, что при
такой оценке электрической энергии, запасаемой в
ШМ, не учтены ее запасы, сосредоточенные между
электрическими молекулярными диполями воды.
7. ОЦЕНКА ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ,
РАДИАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ И УСТОЙЧИВОСТИ
ШМ С ПОЗИЦИИ ПРЕДЛОЖЕННОЙ МОДЕЛИ
Отметим, что на основе предложенной здесь мо-
дели ШМ качественно описывается и геометрическая
форма рассматриваемого природного феномена. Для
обеспечения относительной электрической устойчи-
вости ШМ, содержащей отрицательно заряженное
сплошное ядро (сгусток электронов) и электроней-
тральную оболочку, необходима именно сферическая
форма для этого электрофизического образования.
Она необходима и для образования в воздушной ат-
мосфере относительно долгоживущего сообщества
связанных из-за поляризации положительных и отри-
цательных электрических зарядов рассматриваемых
электрических микродиполей и молекулярных дипо-
лей оболочки ШМ: ведь только элекронейтральность
материи в макрообъемах обеспечивает ей надежное и
устойчивое существование. Проявление одновремен-
ного электростатического притяжения и отталкивания
поляризованных микроскопических и молекулярных
диполей влаги в трехмерной сферической системе
координат обеспечивает их взаимное относительно
долгое сосуществование. Именно такая объемная
макроэлекронейтральность дипольной оболочки ШМ
и достигается при сфероподобной геометрической
форме активной зоны в ШМ. Нарушение симметрии в
оболочке ШМ и соответственно ее макроэлекронейт-
ральности, а также возможные нарушения в балансе
электрических зарядов электронного ядра ШМ неза-
медлительно приводит к электрическому распаду это-
го относительно устойчивого электрофизического
образования из центрального отрицательно заряжен-
ного электронного ядра и периферийных электроней-
тральных диполей микрочастиц (молекул) воды и к
дальнейшему выделению в воздушной области ее ло-
кализации запасенной электрической энергии 0W в
междипольных (межмолекулярных) воздушных (ва-
куумных) радиальных слоях атомарно-молекулярной
толщины оболочки ШМ, на краях которых размеще-
ны противоположно заряженные концы электриче-
ских микродиполей воды с поверхностными поляри-
зационными связанными зарядами плотностью eσ .
По-видимому, главной причиной недолговечно-
сти ШМ является ее немакроэлекронейтральность:
наличие высококонцентрированного центрального
отрицательно заряженного ядра (наиболее вероятно
электронного сгустка геометрической формы, близ-
кой к сферической) и макроэлекронейтральной обо-
лочки из поляризованных микрочастиц (молекул) во-
ды. С другой стороны, именно наличие высококон-
центрированного заряженного ядра из электронов
(центрального "зародыша" молнии) и является одной
из главных причин образования самой ШМ. Без этого
высококонцентрированного электронного ядра (элек-
трического "зародыша" отрицательной полярности),
по-моему, мнению, невозможно собрать и электриче-
ски удержать в локальной зоне огромное количество
поляризованных микрочастиц и молекул воды. С уче-
том изложенного выше можно заключить, что время
56 Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №6
существования ШМ (время ее "жизни") определяется
как периодом сохранения макроэлекронейтральности
ее сферической оболочки из электрических микроди-
полей воды, так и временем сохранения отрицательно
заряженным ядром (высококонцентрированным элек-
тронным сгустком) своей немакроэлекронейтрально-
сти. Массовый отвод электрических зарядов одной
полярности из сферического объема ШМ вне него
(например, от сплошного электронного ядра на землю
через заземленные металлические конструкции) и
резкое ослабление уровня внешнего радиального
электрического поля ядра молнии с напряженностью
ЯЕ может приводить к деполяризации близлежащих
к ядру микрочастиц и молекул воды и к электриче-
ской асимметрии в оболочке рассматриваемого элек-
трофизического образования, к ее (оболочки) разру-
шению и радиальному разлету входивших в ее состав
электронейтральных микрочастиц (молекул) воды, а
также к потере из-за распада электронного ядра мол-
нии своей немакроэлекронейтральности и неизбеж-
ному распаду ШМ.
Можно ожидать, что при быстром массовом ис-
течении отрицательных зарядов (электронов) из ядра
исследуемого типа молнии будет наступать быстрый
распад электронейтральной оболочки молнии, приво-
дящий к выделению в ее локальной сферической зоне
больших запасов накопленной в ней (микродипольной
оболочке) электрической энергии (как 0W , так и ее
запасов в слоях между диполями молекул воды). Так
как оцененные нами выше значения плотности элек-
трической энергии 0w в микродипольной оболочке
ШМ достигают уровня порядка 1012 Дж/м3, то бы-
строе выделение в ограниченном сферическом объеме
таких высоких удельных показателей энергии будет
сопровождаться воздушным взрывом. Для сравнения
этих удельных энергетических данных для ШМ с из-
вестными в физике высоких плотностей энергии и
лучшего понимания рассматриваемой нами задачи
отметим, что удельные показатели энергии, выде-
ляющейся при взрыве химических взрывчатых ве-
ществ, локальных взрывах поверхностных микросло-
ев металла под действием мощного лазерного излуче-
ния, а также плотности тепловой энергии в электри-
чески взрывающихся под действием токов большой
плотности металлических проводниках достигают
значений порядка 1010 Дж/м3 [13, 14]. При медленном
тихом распаде электронного ядра и электронейтраль-
ной микродипольной оболочки ШМ возможно обра-
зование в ее электрически разрушенной сферической
зоне лишь небольшого облака, состоящего, наверное,
из электронейтральных водяных паров.
8. ПУТИ ФОРМИРОВАНИЯ В АТМОСФЕРЕ ШМ
НА ОСНОВЕ ПРЕДЛОЖЕННОЙ МОДЕЛИ
На взгляд автора, исходным центральным высо-
коконцентрированным электрически заряженным "за-
родышем" (сферическим ядром ШМ) при формирова-
нии указанного выше сообщества электрических ди-
полей микрочастиц-сфероидов воды, объединенного в
электрически активную сферу-оболочку ШМ, могут
служить незавершенные электрические высокоинтен-
сивные стримеры (электронные лавины с концентра-
цией электронов порядка 1026 м-3) боковых ветвей ЛМ
[1, 2], развивающихся при грозовой деятельности в
воздушной земной атмосфере между грозовыми обла-
ками или между грозовым облаком и землей. Кроме
того, ранее автором на основе положений квантовой
физики было показано, что при дрейфе свободных
электронов (этих квантовомеханических объектов) в
проводнике (или сильноточном плазменном канале
ЛМ в воздушной атмосфере) вдоль пути их движения
могут образовываться локальные продольные перио-
дические области из высококонцентрированных элек-
тронов [15, 16]. Линейные размеры таких электрон-
ных образований (электронных сгустков) в нашем
случае согласно соотношению неопределенностей
Гейзенберга определяются электронной плотностью
eδ электрического тока в сильноточном воздушном
разрядном канале ЛМ диаметром до 1 м и в соответ-
ствии с формулой (5) из [16] при реальных для ЛМ
значениях eδ =(1-10)·105 А/м2 и плотности электронов
en в канале молнии порядка 1026 м-3 могут составлять
от единиц до десятков миллиметров. Поэтому причи-
ной образования высококонцентрированных элек-
тронных сгустков (центрального "зародыша" или от-
рицательного ядра ШМ) в воздушной атмосфере при
развитии в ней ЛМ могут быть квантовомеханические
эффекты, возникающие в боковых незавершенных
разрядных ветвях ЛМ при протекании по ним свобод-
ных электронов высокой концентрации.
После завершения при ЛМ грозовых электриче-
ских разрядов указанные высококонцентрированные
электронные образования (электронные сгустки), сто-
хастически локализованные приблизительно в форме
микросфер в воздушной атмосфере, могут стать тем
отрицательно заряженным высококонцентрирован-
ным электрическим центром (ядром), вокруг которого
могут послойно группироваться радиально ориенти-
рованные электрические микродиполи из микрочас-
тиц и молекул влаги и образовывать таким путем сфе-
рический макрообъем ШМ, взвешенный в воздухе.
Здесь важно отметить то обстоятельство, что при фор-
мировании вокруг такого электронного ядра молнии
первого слоя электрических микродиполей воды ком-
пенсации ядром поляризационных связанных элек-
трических зарядов этих диполей, расположенных на
их краевых поверхностях, происходить не будет.
Причиной тому является связанность данных поверх-
ностных некомпенсированных зарядов в микрочасти-
цах (молекулах) воды. На то, что подобные микрочас-
тицы (молекулярные соединения) влаги могут образо-
вывать взвешенные и сравнительно легко переме-
щающиеся в воздухе макрообразования достаточно
прямо указывают бесчисленные метеорологические
данные (например, образование в воздушной атмо-
сфере тумана или тех же грозовых облаков, но, прав-
да, с несколько иной массовой плотностью). Переме-
щаясь в воздушном электрически наэлектризованном
и поляризованном пространстве, особенно после воз-
действия на него и на содержащиеся в нем микрочас-
тицы и молекулы воды высокоинтенсивных электро-
магнитных процессов (больших импульсных токов,
сильных электрических и магнитных полей), неиз-
Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №6 57
менно сопровождающих ЛМ, и втягивая в свою сфе-
рическую активную зону все новые электрические
микродиполи влаги, ШМ за счет радиального поста-
дийного (методом "слой за слоем") выстраивания по
сферической поверхности этих электрических микро-
диполей увеличивает свои геометрические размеры и
соответственно запасы электрической энергии 0W ,
накапливаемой в ее тонких междипольных (межмоле-
кулярных) воздушных (вакуумных) сферических сло-
ях оболочки.
Что необходимо для образования в воздушной
атмосфере ШМ? В соответствии с предложенной ав-
тором приближенной физико-математической моде-
лью такого природного электрофизического феномена
как ШМ для этого, прежде всего, необходимо:
• во-первых, наличие в воздушной атмосфере высо-
коконцентрированного электрически активного цен-
трального электронного "зародыша" (отрицательно
заряженного ядра ШМ) примерно сферической фор-
мы со сравнительно большим отрицательным элек-
трическим зарядом, который может стать электриче-
ским центром для объемного послойного формирова-
ния вокруг него радиально ориентированных элек-
трических микродиполей (поляризованных микрочас-
тиц-сфероидов и молекулярных диполей) воды, обра-
зующих электронейтральную оболочку ШМ;
• во-вторых, наличие в воздушной атмосфере взве-
шенных в ней электрических микродиполей (поляри-
зованных микрочастиц-сфероидов с полярными моле-
кулами) воды в количестве, достаточном для образо-
вания вокруг центрального высококонцентрированно-
го электрического "зародыша" примерно сферической
формы (отрицательно заряженного ядра молнии)
электрически нейтральной оболочечной макроскопи-
ческой структуры ШМ, состоящей из поляризованных
микрочастиц с полярными молекулами воды и опре-
деляющей геометрические размеры сферы ШМ;
• в-третьих, наличие в воздушной атмосфере такой
активной электромагнитной и метеорологической
обстановки (совокупности движущихся и покоящихся
электрических зарядов, электрических и магнитных
полей, а также перемещающихся воздушных и мелко-
дисперсных водяных масс), которая может произве-
сти до поляризации взвешенных в воздухе микрочас-
тиц (молекул) воды и массового образования из них в
окружающем пространстве электрических диполей
влаги микроскопических (молекулярных) размеров;
• в-четвертых, первоначальное выпадение на землю
дождевых осадков и дальнейшее протекание в воз-
душной атмосфере, содержащей мелкодисперсные
взвешенные в воздухе частицы влаги, интенсивных
грозовых электрических разрядов (ЛМ, являющихся,
как правило, предвестником ШМ), способных за счет
протекания по сильноточному плазменному каналу
ЛМ больших количеств электричества (прежде всего,
свободных электронов) вызвать в ней (земной атмо-
сфере) образование активного центрального сферои-
дального высококонцентрированного электронного
"зародыша" или сгустка ШМ (отрицательно заряжен-
ного ядра молнии) и электрических микродиполей
(поляризованных микрочастиц и молекул) воды.
Анализ приведенных автором выше необходи-
мых основных условий для образования в воздушной
атмосфере ШМ свидетельствует о том, что эти физи-
ческие условия могут вполне реально возникать при
протекании в ней ЛМ и наличии в воздухе множест-
венных быстро перемещающихся в мощных электри-
ческих полях от ЛМ и подверженных воздействию
интенсивных звуковых колебаний (например, из-за
ударных акустических волн в воздухе от плазменного
разрядного канала ЛМ) микрочастиц влаги, возни-
кающих в атмосфере за счет естественного испарения
с поверхности земли воды и дождевых осадков.
Следует отметить, что нам, видимо, требуется
исключить из рассмотрения возможное присутствие в
ШМ высококонцентрированного положительно заря-
женного ядра молнии. Возможным основанием для
этого может служить то, что, во-первых, маловероят-
но наличие в воздушной атмосфере высококонцен-
трированного образования из таких устойчивых анти-
частиц как позитроны, имеющих положительный эле-
ментарный заряд и массу, которые по модулю равны
соответствующим величинам для электрона. Извест-
но, что эти античастицы в небольших концентрациях
содержатся в космических лучах, воздействующих на
земную атмосферу, и являются продуктом ядерных
реакций, вероятность активного протекания которых
в воздушной атмосфере даже при ЛМ крайне мала.
Во-вторых, из других известных и могущих присутст-
вовать в атмосферном воздухе элементарных носите-
лей электричества положительной полярности явля-
ются протоны, масса которых pm приблизительно
равна pm =1836· em , где em =9,108·10-31 кг − масса
покоя электрона [7]. В связи с тем, что в природе ШМ
может достаточно свободно и сравнительно легко
перемещаться в воздушном пространстве и вдоль
встречающихся на ее пути физических тел (различ-
ных предметов, ограждающих изоляционных и ме-
таллических конструкций технических сооружений),
то она по своей массе должна иметь весьма незначи-
тельные показатели. Этим показателям очевидно
больше удовлетворяет отрицательно заряженный и
относительно легкий электрон и соответственно от-
рицательно заряженное высококонцентрированное
центральное образование ШМ – сплошное электрон-
ное ядро молнии сравнительно малой массы.
Что касается физического механизма радиально-
го послойного выстраивания по сферическим поверх-
ностям вокруг электрически заряженного центрально-
го "зародыша" (отрицательного ядра ШМ) электриче-
ских микродиполей воды, разделенных между собой
молекулярными толщинами воздуха (вакуума), и об-
разования таким способом взвешенного в воздухе
сферического молекулярно-поляризационного нако-
пителя электрической энергии макроскопических
размеров, то здесь он может нами быть представлен
пока качественно. Отметим в этой связи то, что воз-
можность формирования такого сложного электрофи-
зического образования как ШМ из центрального элек-
тронного сгустка и периферийных электронейтраль-
ных микроэлектродиполей воды не противоречит за-
конам современной классической электродинамики и
электростатики.
58 Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №6
В соответствии с общепринятой теорией ориен-
тационной поляризации полярных диэлектриков (на-
пример, воды) во внешнем электрическом поле (на-
пример, в радиальном электрическом поле от сфери-
ческого высококонцентрированного электронного
ядра ШМ или в ином поле) с напряженностью ВЕ
действующие на жесткие электрические микродиполи
полярного диэлектрика (например, воды) моменты
eM = ep · ВЕ · βsin ( −β угол между направлением век-
торов дипольного момента ep молекул воды и на-
пряженности ВЕ внешнего электрического поля)
стремятся развернуть эти молекулярные диполи так,
чтобы их дипольные электрические моменты
ep = 0αε · ВЕ , где −α поляризуемость молекул ди-
электрика (например, для воды α =( ε -1)/ 0n ; ε=81−
относительная диэлектрическая проницаемость воды;
=0n 2,68·1025 м-3 − концентрация полярных молекул
воды в ее микрочастице [7]), совпадали по направле-
нию с вектором напряженности ВЕ [6]. Такая про-
странственная ориентация микродиполей воды в ра-
диальном электрическом поле центрального элек-
тронного ядра (сгустка) может действительно приво-
дить к послойному радиальному формированию элек-
тродипольной внешней водяной оболочки ШМ.
Кроме того, на физическую возможность суще-
ствования указанного образования из электрических
микродиполей воды (этих поляризованных молеку-
лярных соединений химических элементов водорода
и кислорода), разделенных молекулярными (атомар-
ными) толщинами вакуума (при таких толщинах зазо-
ров между концами микродиполей воды их воздуш-
ные зазоры вырождаются в вакуумные) с уровнями
напряженности электрического поля ОВЕ в них (этих
вакуумных атомарных зазорах) порядка 1011 В/м, од-
нозначно указывают результаты оценочных расчетов
автора уровня сверхсильных электрических полей в
атоме водорода [11]. Напомним, что согласно [11]
уровень напряженности электрического поля между
положительно заряженным ядром (протоном) и отри-
цательно заряженным электроном на его основной
орбитали (на −s1 электронном подуровне) в атоме
водорода (этом простейшем атоме вещества) может
достигать порядка 1016 В/м. Как видим, в равновесном
электрическом состоянии микродипольной оболочки
ШМ (количество распределенных по сферическому
объему поляризованной оболочки вне центрального
электронного "зародыша" (сгустка) ШМ связанных
отрицательных зарядов равно количеству связанных
положительных зарядов) электрического пробоя (за-
вершенного электрического разряда) между противо-
положно заряженными и коронирующими концами
указанных электрических микродиполей и разруше-
ния оболочки ШМ (тихого или взрывообразного)
происходить не должно.
По-видимому, данное разрушение оболочки ШМ
и самой молнии может начать происходить при нару-
шении электростатического взаимодействия первого
примыкающего к ядру молнии сферического слоя
электрических микродиполей воды с отрицательно
заряженным ядром ШМ. Это нарушение может быть
вызвано распадом самого ядра молнии, обусловлен-
ного, например, массовым отводом его носителей
электричества (отдельных электронов из центрально-
го электронного сгустка или "зародыша" отрицатель-
ной полярности) из области внутреннего ядра вне
сферы (внешней оболочки) ШМ. Данный отвод отри-
цательных зарядов из ядра молнии может быть связан
с контактом электрически коронирующей сферы ШМ
с какой-либо металлоконструкций, имеющей хоро-
шую гальваническую связь с землей. Либо эти элек-
трические нарушения в высококонцентрированном
электронном ядре ШМ могут возникнуть при боль-
шой утечке через электрические диполи микрочастиц
и молекул воды за счет электрической короны накоп-
ленных первоначальных зарядов (высококонцентри-
рованных электронов) в области ядра молнии в окру-
жающее ШМ воздушное пространство с распределен-
ными в нем положительными ионами и свободными
электронами, образовавшимися из-за процессов ак-
тивной ионизации при ЛМ присутствующих в воздухе
молекул (атомов) различных газов (например, водо-
рода, кислорода, азота и др.).
В обоснование сказанного выше отметим, что
полученные нами численные оценки напряженностей
ОВЕ и ОНЕ для электрического поля внутри в тонких
межслойных (межмолекулярных) вакуумных межди-
польных зазорах сферической оболочки молнии и вне
макрообъема ШМ вблизи ее наружной поверхности
(порядка 1011 В/м) однозначно указывают на то, что
как внутри (между торцевыми краями микродиполей
с поляризационными зарядами противоположной по-
лярности), так и снаружи сферического образования
ШМ (с краев радиально расположенных микродипо-
лей с некомпенсированными связанными зарядами)
должна интенсивно проявляться электрическая коро-
на. А, как хорошо известно, из техники высоких
(сверхвысоких) напряжений, подобное явление (элек-
трическая корона) из-за электронных стримеров и
ионного тока сопровождается ярким свечением, ши-
пением и потрескиванием, то есть теми световыми и
шумовыми эффектами, которые и характерны для
ШМ [1, 2]. Возможно эта корона и ее незавершенные
радиальные электрические разряды в окружающее
ШМ воздушное пространство энергетически и подпи-
тываются за счет электрической энергии, сосредото-
ченной внутри высококонцентрированного электрон-
ного сгустка ядра ШМ. Поэтому не исключено, что
время "жизни" ШМ может определяться тем времен-
ным промежутком ее электрического коронирования,
на который и хватает запасенной внутри высококон-
центрированного электронного ядра молнии энергии.
Обратим внимание читателя и на то, что интенсивная
электрическая корона с электрически заряженных тел
в воздухе приводит к образованию вокруг них озона и
появлению запахов, характерных для горящей серы,
то есть к появлению тех дополнительных внешних
атрибутов, которыми сопровождается в том числе и
исследуемая нами ШМ [1, 2].
Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №6 59
9. РАСЧЕТНАЯ ОЦЕНКА НЕОБХОДИМОГО В
АТМОСФЕРЕ УРОВНЯ НАПРЯЖЕННОСТИ
ВНЕШНЕГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ ДЛЯ
ФОРМИРОВАНИЯ ШМ
Необходимо обратить внимание, как специали-
стов, так и просто любознательных читателей, на то,
что по непонятным для автора причинам большинст-
во исследователей ШМ проходят мимо активных
электрофизических процессов в воздушной атмосфе-
ре, предшествующих появлению в ней этого феноме-
на природы. И в этом ряду процессов процесс элек-
трической поляризации такого полярного диэлектри-
ка, каким является вода, служит одним из основных и
определяющих, наряду с процессом формирования
при ЛМ высококонцентрированного электронного
ядра молнии, энергетические затраты природы на
создание ШМ. В самой ШМ происходит лишь кон-
центрация этих энергозатрат, как в виде электронного
ядра молнии с его мощным внешним электрическим
полем, так и в виде сверхсильного электрического
поля между поляризованными микрочастицами и мо-
лекулами воды. Какие же уровни электрического поля
необходимы для разделения и пространственного
смещения в полярных молекулах и микрочастицах
воды их связанных зарядов и образования на их краях
поляризационных зарядов противоположной поляр-
ности с поверхностной плотностью, равной eσ ?
Ответ на данный вопрос кроется в физике ди-
электриков, согласно которой для поляризационных
некомпенсированных зарядов полярного диэлектрика
с поверхностной плотностью eσ , образованных в ре-
зультате его помещения во внешнее атмосферного
происхождения однородное или неоднородное элек-
трическое поле с напряженностью ВЕ , выполняется
следующее аналитическое соотношение [6]:
eσ = 0αε 0n · ВЕ . (11)
Подставив в (11) приведенное ранее в разделе 8
аналитическое выражение для поляризуемости моле-
кул воды в виде α =( ε -1)/
0n
, для силового уровня
требуемого внешнего электрического поля находим:
ВЕ =
0)1( ε−ε
σe . (12)
Используя оценочное выражение (6) для eσ , по-
сле элементарных математических операций в соот-
ношении (12) окончательно для необходимого в воз-
душной земной атмосфере уровня напряженности ВЕ
внешнего электрического поля, приводящего к тре-
буемой для образования ШМ активной электрической
поляризации полярных молекул и микрочастиц воды,
получаем:
ВЕ =
0
2
0
)1(
5
ε−επ mr
e
. (13)
При ε=81 и mr =1,925·10-10 м из (13) искомая на-
пряженность ВЕ внешнего электрического поля со-
ставляет численную величину, примерно равную
9,718·109 В/м. Нетрудно видеть, что полученный уро-
вень для ВЕ примерно на два порядка меньше оце-
ненного нами уровня напряженности сверхсильного
электрического поля, сосредоточенного между элек-
трическими микродиполями воды в оболочке ШМ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Предложены новые физическая модель и гипоте-
за возникновения в воздушной атмосфере ШМ, для
которых приведены определенные теоретические вы-
кладки и количественные оценки. Показано, что элек-
трическая энергия, запасаемая в электронном ядре и
дипольной водяной оболочке такого природного элек-
трофизического феномена как ШМ, может черпаться
из электрически активной воздушной атмосферы.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Юман М.А. Молния.- М.: Мир, 1972.- 327 с.
[2] Кужекин И.П., Ларионов В.П., Прохоров Е.Н. Молния
и молниезащита.- М.: Знак, 2003.- 330 с.
[3] Баранов М.И. Ретроспектива исследований в области
искусственного и атмосферного электричества и мол-
ниезащиты технических объектов// Електротехніка і
електромеханіка.- 2006.- №6.- С. 5-13.
[4] Капица П.Л. О природе шаровой молнии // Доклады
АН СССР.- 1955.- Том 101.- №2.- С. 245-248.
[5] Баранов М.И. Петр Леонидович Капица – основополож-
ник техники сильных импульсных магнитных полей//
Електротехніка і електромеханіка.- 2005.- №3.- С. 5-8.
[6] Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике.-
М.: Наука, 1990.- 624 с.
[7] Кузьмичев В.Е. Законы и формулы физики/ Отв. ред.
В.К. Тартаковский.- Киев: Наукова думка, 1989.- 864 с.
[8] Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике.-
М.: Наука, 1965.- 872 с.
[9] Миролюбов Н.Н., Костенко М.В., Левинштейн М.Л. и
др. Методы расчета электростатических полей.- М.:
Высшая школа, 1963.- 415 с.
[10] Иоссель Ю.Я., Качанов Э.С., Струнский М.Г. Расчет
электрической емкости.- Л.: Энергия, 1981.- 288 с.
[11] Баранов М.И. Приближенный расчет сверхсильных
электрических и сильных магнитных полей в атоме
вещества // Електротехніка і електромеханіка.- 2006.-
№6.- С. 60-65.
[12] Кнопфель Г. Сверхсильные импульсные магнитные
поля.- М.: Мир, 1972.- 391 с.
[13] Столович Н.Н. Электровзрывные преобразователи
энергии/ Под ред. В.Н. Карнюшина. Минск: Наука и
техника, 1983.- 151 с.
[14] Баранов М.И., Игнатенко Н.Н., Колобовский А.К. Экс-
периментально-аналитическое определение удельной
энергии электротеплового разрушения медных провод-
ников под воздействием больших импульсных токов//
Електротехніка і електромеханіка.-2004.- №2.- С. 70-73.
[15] Баранов М.И. Волновое распределение свободных
электронов в проводнике с электрическим током про-
водимости // Электротехника.-2005.- №7.- С. 25-33.
[16] Баранов М.И. Новые физические подходы и механизмы
при изучении процессов формирования и распределе-
ния электрического тока проводимости в проводнике//
Технічна електродинаміка.-2007.-№1.- С. 13-19.
Поступила 14.03.2008
|