Новая гипотеза и электрофизическая природа дополнительных механизмов возникновения, накопления и разделения электрических зарядов в атмосферных облаках Земли
Выдвинуто новое научное предположение, связанное с возможностью существования дополнительных механизмов возникновения, накопления и разделения электрических зарядов в слоисто-дождевых, кучево-дождевых и грозовых атмосферных облаках, формируемых в тропосфере планеты Земля. В основу новой гипотезы п...
Saved in:
| Published in: | Електротехніка і електромеханіка |
|---|---|
| Date: | 2018 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
2018
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/147635 |
| 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: | Новая гипотеза и электрофизическая природа дополнительных механизмов возникновения, накопления и разделения электрических зарядов в атмосферных облаках Земли / М.И. Баранов // Електротехніка і електромеханіка. — 2018. — № 1. — С. 46-53. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-147635 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Баранов, М.И. 2019-02-15T11:07:03Z 2019-02-15T11:07:03Z 2018 Новая гипотеза и электрофизическая природа дополнительных механизмов возникновения, накопления и разделения электрических зарядов в атмосферных облаках Земли / М.И. Баранов // Електротехніка і електромеханіка. — 2018. — № 1. — С. 46-53. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. 2074-272X DOI: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2018.1.07 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/147635 621.3.022: 621.316.9: 537.311.8 Выдвинуто новое научное предположение, связанное с возможностью существования дополнительных механизмов возникновения, накопления и разделения электрических зарядов в слоисто-дождевых, кучево-дождевых и грозовых атмосферных облаках, формируемых в тропосфере планеты Земля. В основу новой гипотезы положены электрофизические процессы в воздушной атмосфере, базирующиеся на присутствии в ней электризуемых в теплых восходящих воздушных потоках мелких твердых диэлектрических частиц сферической формы, имеющих объемную плотность по порядку величины равную объемной плотности в атмосфере мелких водяных капель. Путем расчетных оценок обоснованно показано, что предлагаемые дополнительные механизмы формирования и развития атмосферных облаков способны обеспечивать достижение в них экспериментально подтвержденных уровней объемной плотности облачных зарядов, суммарного запасаемого электрического заряда и напряженности электрического поля. Полученные результаты будут способствовать дальнейшему развитию природы атмосферного электричества, физики линейной молнии и решению глобальной проблемы молниезащиты земной техносферы Висунуто нове наукове припущення, пов'язане з можливістю існування додаткових механізмів виникнення, накопичення і розділення електричних зарядів в шарувато-дощових, купчасто-дощових і грозових атмосферних хмарах, що формуються в тропосфері планети Земля. У основу нової гіпотези покладені електрофізичні процеси в повітряній атмосфері, що базуються на присутності в ній дрібних твердих діелектричних часток сферичної форми, які електризуються в теплих висхідних повітряних потоках та мають об'ємну щільність по порядку величини рівну об'ємній щільності в атмосфері дрібних водяних крапель. Шляхом розрахункових оцінок обґрунтовано показано, що пропоновані додаткові механізми формування і розвитку атмосферних хмар здатні забезпечувати досягнення в них експериментально підтверджених рівнів об'ємної щільності хмарних зарядів, сумарного електричного заряду, що запасається, і напруженості електричного поля. Отримані результати сприятимуть подальшому розвитку природи атмосферної електрики, фізики лінійної блискавки і вирішенню глобальної проблеми блискавкозахисту земної техносфери. Purpose. Development of new hypothesis about the possible additional mechanisms of origin, accumulation and division of electric charges in atmospheric clouds, containing shallow dispersible drops of water, shallow particulate dielectric matters and crystals of ice. Methodology. Electrophysics bases of technique of high voltage, theoretical bases of the electrical engineering, theoretical electrophysics, theory of the electromagnetic field, technique of the high electric and magnetic fields. Results. Pulled out and grounded new scientific supposition, related to possible existence in earthly troposphere of additional mechanisms of origin, accumulation and division of electric charges in the atmospheric clouds of Earth, being based on electrization in the warm ascending currents of air of shallow round particulate dielectric matters, getting in an air atmosphere from a terrene and from the smoke extras of industrial enterprises. By a calculation a way it is shown that the offered additional electrophysics mechanisms are able to provide achievement in the atmospheric clouds of such values of volume closeness of charges, total electric charge and tension of the electrostatic field stocked in them inwardly and on the external border of storm clouds which correspond modern experimental information from an area atmospheric electricity. The calculation estimations of levels of electric potential and stocked electric energy executed on the basis of the offered hypothesis in storm clouds specify on possibility of receipt in them of ever higher electric potentials and large supplies of electric energy. The obtained results are supplemented by the known approaches of forming and development in earthly troposphere of the electric charged atmospheric clouds, being based on electrization in the warm ascending streams of air the masses of shallow round aquatic drops. Originality. First on the basis of the well-known theses of technique and electrophysics of high voltage the important role of shallow round particulate dielectric matters, electrifiable in the warm ascending currents of air of troposphere is scientifically grounded, in the processes of origin, accumulation and division of electric charges in the stratified-rain, heap rain and storm clouds of Earth. Practical value. Application of in practice findings will allow to deepen scientific and technical knowledge of humanity in area of nature of atmospheric electricity, will be instrumental in further development of physics of linear lightning, decision of global problem of lightning protection of earthly technosphere, and also development of the specified approaches at description of the scantily explored people electrophysics phenomena and theories of thunderstorm at sandy storms in the numerous deserts of the world and powerful smoke eruptions of volcanoes on Earth. ru Інститут технічних проблем магнетизму НАН України Електротехніка і електромеханіка Техніка сильних електричних та магнітних полів. Кабельна техніка Новая гипотеза и электрофизическая природа дополнительных механизмов возникновения, накопления и разделения электрических зарядов в атмосферных облаках Земли New hypothesis and electrophysics nature of additional mechanisms of origin, accumulation and division of electric charges in the atmospheric clouds of Earth Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Новая гипотеза и электрофизическая природа дополнительных механизмов возникновения, накопления и разделения электрических зарядов в атмосферных облаках Земли |
| spellingShingle |
Новая гипотеза и электрофизическая природа дополнительных механизмов возникновения, накопления и разделения электрических зарядов в атмосферных облаках Земли Баранов, М.И. Техніка сильних електричних та магнітних полів. Кабельна техніка |
| title_short |
Новая гипотеза и электрофизическая природа дополнительных механизмов возникновения, накопления и разделения электрических зарядов в атмосферных облаках Земли |
| title_full |
Новая гипотеза и электрофизическая природа дополнительных механизмов возникновения, накопления и разделения электрических зарядов в атмосферных облаках Земли |
| title_fullStr |
Новая гипотеза и электрофизическая природа дополнительных механизмов возникновения, накопления и разделения электрических зарядов в атмосферных облаках Земли |
| title_full_unstemmed |
Новая гипотеза и электрофизическая природа дополнительных механизмов возникновения, накопления и разделения электрических зарядов в атмосферных облаках Земли |
| title_sort |
новая гипотеза и электрофизическая природа дополнительных механизмов возникновения, накопления и разделения электрических зарядов в атмосферных облаках земли |
| author |
Баранов, М.И. |
| author_facet |
Баранов, М.И. |
| topic |
Техніка сильних електричних та магнітних полів. Кабельна техніка |
| topic_facet |
Техніка сильних електричних та магнітних полів. Кабельна техніка |
| publishDate |
2018 |
| language |
Russian |
| container_title |
Електротехніка і електромеханіка |
| publisher |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
New hypothesis and electrophysics nature of additional mechanisms of origin, accumulation and division of electric charges in the atmospheric clouds of Earth |
| description |
Выдвинуто новое научное предположение, связанное с возможностью существования дополнительных механизмов
возникновения, накопления и разделения электрических зарядов в слоисто-дождевых, кучево-дождевых и грозовых
атмосферных облаках, формируемых в тропосфере планеты Земля. В основу новой гипотезы положены электрофизические процессы в воздушной атмосфере, базирующиеся на присутствии в ней электризуемых в теплых восходящих
воздушных потоках мелких твердых диэлектрических частиц сферической формы, имеющих объемную плотность по
порядку величины равную объемной плотности в атмосфере мелких водяных капель. Путем расчетных оценок обоснованно показано, что предлагаемые дополнительные механизмы формирования и развития атмосферных облаков
способны обеспечивать достижение в них экспериментально подтвержденных уровней объемной плотности облачных зарядов, суммарного запасаемого электрического заряда и напряженности электрического поля. Полученные результаты будут способствовать дальнейшему развитию природы атмосферного электричества, физики линейной
молнии и решению глобальной проблемы молниезащиты земной техносферы
Висунуто нове наукове припущення, пов'язане з можливістю існування додаткових механізмів виникнення, накопичення і розділення електричних зарядів в шарувато-дощових, купчасто-дощових і грозових атмосферних хмарах, що
формуються в тропосфері планети Земля. У основу нової гіпотези покладені електрофізичні процеси в повітряній
атмосфері, що базуються на присутності в ній дрібних твердих діелектричних часток сферичної форми, які електризуються в теплих висхідних повітряних потоках та мають об'ємну щільність по порядку величини рівну об'ємній
щільності в атмосфері дрібних водяних крапель. Шляхом розрахункових оцінок обґрунтовано показано, що пропоновані додаткові механізми формування і розвитку атмосферних хмар здатні забезпечувати досягнення в них експериментально підтверджених рівнів об'ємної щільності хмарних зарядів, сумарного електричного заряду, що запасається, і напруженості електричного поля. Отримані результати сприятимуть подальшому розвитку природи атмосферної електрики, фізики лінійної блискавки і вирішенню глобальної проблеми блискавкозахисту земної техносфери.
Purpose. Development of new hypothesis about the possible
additional mechanisms of origin, accumulation and division of
electric charges in atmospheric clouds, containing shallow
dispersible drops of water, shallow particulate dielectric matters and crystals of ice. Methodology. Electrophysics bases of
technique of high voltage, theoretical bases of the electrical
engineering, theoretical electrophysics, theory of the electromagnetic field, technique of the high electric and magnetic
fields. Results. Pulled out and grounded new scientific supposition, related to possible existence in earthly troposphere of
additional mechanisms of origin, accumulation and division of
electric charges in the atmospheric clouds of Earth, being
based on electrization in the warm ascending currents of air of
shallow round particulate dielectric matters, getting in an air
atmosphere from a terrene and from the smoke extras of industrial enterprises. By a calculation a way it is shown that the
offered additional electrophysics mechanisms are able to provide achievement in the atmospheric clouds of such values of
volume closeness of charges, total electric charge and tension
of the electrostatic field stocked in them inwardly and on the
external border of storm clouds which correspond modern
experimental information from an area atmospheric electricity. The calculation estimations of levels of electric potential
and stocked electric energy executed on the basis of the offered hypothesis in storm clouds specify on possibility of receipt in them of ever higher electric potentials and large supplies of electric energy. The obtained results are supplemented
by the known approaches of forming and development in
earthly troposphere of the electric charged atmospheric
clouds, being based on electrization in the warm ascending
streams of air the masses of shallow round aquatic drops.
Originality. First on the basis of the well-known theses of
technique and electrophysics of high voltage the important
role of shallow round particulate dielectric matters, electrifiable in the warm ascending currents of air of troposphere is
scientifically grounded, in the processes of origin, accumulation and division of electric charges in the stratified-rain, heap
rain and storm clouds of Earth. Practical value. Application of
in practice findings will allow to deepen scientific and technical knowledge of humanity in area of nature of atmospheric
electricity, will be instrumental in further development of
physics of linear lightning, decision of global problem of
lightning protection of earthly technosphere, and also development of the specified approaches at description of the scantily explored people electrophysics phenomena and theories of
thunderstorm at sandy storms in the numerous deserts of the
world and powerful smoke eruptions of volcanoes on Earth.
|
| issn |
2074-272X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/147635 |
| citation_txt |
Новая гипотеза и электрофизическая природа дополнительных механизмов возникновения, накопления и разделения электрических зарядов в атмосферных облаках Земли / М.И. Баранов // Електротехніка і електромеханіка. — 2018. — № 1. — С. 46-53. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT baranovmi novaâgipotezaiélektrofizičeskaâprirodadopolnitelʹnyhmehanizmovvozniknoveniânakopleniâirazdeleniâélektričeskihzarâdovvatmosfernyhoblakahzemli AT baranovmi newhypothesisandelectrophysicsnatureofadditionalmechanismsoforiginaccumulationanddivisionofelectricchargesintheatmosphericcloudsofearth |
| first_indexed |
2025-11-24T21:44:27Z |
| last_indexed |
2025-11-24T21:44:27Z |
| _version_ |
1850498439214792704 |
| fulltext |
Техніка сильних електричних та магнітних полів. Кабельна техніка
46 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2018. №1
© М.И. Баранов
УДК 621.3.022: 621.316.9: 537.311.8 doi: 10.20998/2074-272X.2018.1.07
М.И. Баранов
НОВАЯ ГИПОТЕЗА И ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКАЯ ПРИРОДА ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ
МЕХАНИЗМОВ ВОЗНИКНОВЕНИЯ, НАКОПЛЕНИЯ И РАЗДЕЛЕНИЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ В АТМОСФЕРНЫХ ОБЛАКАХ ЗЕМЛИ
Висунуто нове наукове припущення, пов'язане з можливістю існування додаткових механізмів виникнення, накопи-
чення і розділення електричних зарядів в шарувато-дощових, купчасто-дощових і грозових атмосферних хмарах, що
формуються в тропосфері планети Земля. У основу нової гіпотези покладені електрофізичні процеси в повітряній
атмосфері, що базуються на присутності в ній дрібних твердих діелектричних часток сферичної форми, які елект-
ризуються в теплих висхідних повітряних потоках та мають об'ємну щільність по порядку величини рівну об'ємній
щільності в атмосфері дрібних водяних крапель. Шляхом розрахункових оцінок обґрунтовано показано, що пропоно-
вані додаткові механізми формування і розвитку атмосферних хмар здатні забезпечувати досягнення в них експери-
ментально підтверджених рівнів об'ємної щільності хмарних зарядів, сумарного електричного заряду, що запасаєть-
ся, і напруженості електричного поля. Отримані результати сприятимуть подальшому розвитку природи атмосфе-
рної електрики, фізики лінійної блискавки і вирішенню глобальної проблеми блискавкозахисту земної техносфери.
Бібл. 13, рис. 2.
Ключові слова: атмосферна електрика, нові механізми виникнення, накопичення і розділення електричних зарядів в
атмосферних хмарах, гіпотеза, розрахунок, експериментальні дані.
Выдвинуто новое научное предположение, связанное с возможностью существования дополнительных механизмов
возникновения, накопления и разделения электрических зарядов в слоисто-дождевых, кучево-дождевых и грозовых
атмосферных облаках, формируемых в тропосфере планеты Земля. В основу новой гипотезы положены электрофи-
зические процессы в воздушной атмосфере, базирующиеся на присутствии в ней электризуемых в теплых восходящих
воздушных потоках мелких твердых диэлектрических частиц сферической формы, имеющих объемную плотность по
порядку величины равную объемной плотности в атмосфере мелких водяных капель. Путем расчетных оценок обос-
нованно показано, что предлагаемые дополнительные механизмы формирования и развития атмосферных облаков
способны обеспечивать достижение в них экспериментально подтвержденных уровней объемной плотности облач-
ных зарядов, суммарного запасаемого электрического заряда и напряженности электрического поля. Полученные ре-
зультаты будут способствовать дальнейшему развитию природы атмосферного электричества, физики линейной
молнии и решению глобальной проблемы молниезащиты земной техносферы. Библ. 13, рис. 2.
Ключевые слова: атмосферное электричество, новые механизмы возникновения, накопления и разделения электриче-
ских зарядов в атмосферных облаках, гипотеза, расчет, экспериментальные данные.
Введение. Несмотря на достигнутые к настоя-
щему времени большие успехи в разгадке тайн про-
исхождения атмосферного электричества, восходящие
своими «корнями» к основополагающим научным
идеям и пионерским работам XVIII столетия выдаю-
щихся физиков мира − россиянина М.В. Ломоносова
[1] и американца Б. Франклина [2] в данной области
человеческих знаний, по мнению авторитетных элек-
трофизиков современности нельзя считать электрофи-
зические процессы, связанные с образованием и раз-
витием грозовых облаков в атмосфере Земли, досто-
верно описанными и окончательно изученными [3].
Следует отметить, что под атмосферным облаком по-
нимается скопление мелких водяных капель (пересы-
щенного водяного пара), мелких кристаллов льда и
мелких твердых частиц, поднятых вверх с поверхно-
сти земли и с зон дымовых выбросов работающих
промышленных предприятий (например, мощных
тепловых электрических станций) в тропосферу
(нижнюю часть земной атмосферы высотой до 11 км в
умеренных широтах, в которой содержится 4/5 всей
массы атмосферы, почти весь водяной пар и развива-
ются облака [4]) теплыми восходящими потоками
воздуха [3]. Что касается понятия атмосферного гро-
зового облака, то оно становится таковым из кучево-
дождевого облака при выполнении ряда критических
условий, сформулированных в [3]. Известно, что ука-
занные выше процессы включают в себя [3]: различ-
ные механизмы электризации жидких и твердых час-
тиц облаков; процессы возникновения, существова-
ния, накопления и разделения электрических зарядов
в крупномасштабной области облаков с неоднород-
ными локальными температурными и скоростными
режимами; процессы формирования электрических
полей в мелкодисперсной среде облаков; электрораз-
рядные явления в грозовых облаках и окружающей их
воздушной атмосфере, существенно влияющих на
функционирование электроники технических средств,
среду обитания человека и его жизнедеятельность.
Без изучения этих непростых с научной точки зрения
процессов, характерных для всех территорий нашей
планеты, невозможно дальнейшее развитие физики
молнии, молниезащиты и понимание роли заряжен-
ных облаков в глобальной электрической цепи Земли.
Необходимо заметить, что с момента установле-
ния электрической природы линейной молнии (длин-
ного искрового разряда в воздушной атмосфере [5-8])
в мире было предложено около 80 теорий [3], описы-
вающих в том или ином приближении это глобальное
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2018. №1 47
природное явление. Тем не менее, на сегодня нет ни
одной теории этого сложного электрофизического
явления, достоверно объясняющей многие известные
наблюдающим его специалистам экспериментальные
данные. Поэтому дальнейшее развитие и усовершен-
ствование не только этих теорий, но и отдельных мо-
ментов, а также механизмов в описании протекания
указанных процессов в атмосферном грозовом облаке
являются в мире актуальными научными задачами.
Согласно [3, 7, 8] основное внимание специали-
стов-электрофизиков при рассмотрении на начальной
стадии формирования зарядов в облаках было обра-
щено на электризацию в теплых восходящих воздуш-
ных потоках атмосферы мелких водяных капель. По
неизвестным автору причинам о мелких твердых час-
тицах, перемещающихся в упомянутых воздушных
потоках, просто забыли. А ведь они также, как и во-
дяные капли, способны к электризации в восходящих
воздушных потоках и к дальнейшему участию в про-
цессах накопления и разделения электрических заря-
дов в атмосферных грозовых облаках. О природных
процессах активной электризации мелких твердых
частиц в теплых воздушных потоках наглядно свиде-
тельствуют часто наблюдаемые людьми грозы, про-
исходящие при песчаных бурях в пустынях мира и
мощных извержениях вулканов на Земле (рис. 1) [9].
На мой взгляд, только комплексный и многосторон-
ний подход к проблеме происхождения атмосферного
электричества способен содействовать ее решению.
Целью статьи является разработка новой гипо-
тезы о возможных дополнительных механизмах воз-
никновения, накопления и разделения электрических
зарядов в атмосферных облаках, содержащих мелко-
дисперсные капли воды, мелкие твердые диэлектри-
ческие частицы и кристаллы льда. Подчеркнем то, что
используемый термин «гипотеза» происходит от гре-
ческого слова «hypothesis» − «предположение» [4] и в
рассматриваемом случае означающий научное пред-
положение, выдвигаемое для объяснения указанных
электрофизических процессов в атмосферном облаке.
Рис. 1. Общий вид грозовых электрических разрядов,
происходящих в зоне вулканического горячего дымового
извержения, содержащего в пепле мелкие твердые частицы [9]
1. Постановка задачи. Рассмотрим крупномас-
штабную область воздушной атмосферы (тропосфе-
ры) Земли в теплый весенне-летний период года, в
которой возможно образование слоисто-дождевых,
кучево-дождевых и грозовых облаков. Для этого счи-
таем, что в данной области присутствуют: во-первых,
водяной пар и мелкие капли воды; во-вторых, мелкие
твердые диэлектрические частицы (например, из ди-
оксидов кремния − кварца); в-третьих, восходящие
теплые и нисходящие холодные воздушные потоки; в-
четвертых, мелкие кристаллы льда в виде снежинок и
гранул. Возможные механизмы электризации в рас-
сматриваемой области земной атмосферы мелких ка-
пель воды достаточно подробно рассмотрены в [3, 7].
В данной работе основной акцент будет сделан на
возможную роль указанных твердых частиц на про-
цессы образования, накопления и разделения элек-
трических зарядов обеих полярностей первоначально
в кучево-дождевом облаке, а затем и в грозовом обла-
ке. С этой целью принимаем, что движущиеся в теп-
лом восходящем воздушном потоке мелкие твердые
частицы имеют форму шара радиусом r0. Допускаем,
что усредненная концентрация (плотность) этих твер-
дых частиц в атмосферном воздухе составляет N0.
Расчетные оценки процессов электризации рассмат-
риваемых твердых диэлектрических частиц и накоп-
ления с их помощью объемного электрического заря-
да в атмосферном кучево-дождевом (грозовом) облаке
выполним для случая нормальных атмосферных ус-
ловий (давление воздуха составляет 1,013·105 Па, а
его абсолютная температура T0 равна 273,15 К [10]).
Эти условия близки к нижней границе уровня изотер-
мы, в зоне которой начинают создаваться облачные
заряды [3]. Требуется в принятом приближении рас-
смотреть обусловленные наличием движущихся в
теплом восходящем воздушном потоке указанных
твердых диэлектрических частиц возможные допол-
нительные механизмы возникновения, накопления и
разделения электрических зарядов в исследуемом
вначале кучево-дождевом и далее в грозовом облаке.
2. Расчетная оценка процесса электризации
твердых частиц в восходящем теплом воздушном
потоке. Результаты исследований, представленные в
[3, 7], свидетельствуют о том, что процессам электри-
зации в воздушной атмосфере нашей планеты свойст-
вен биполярный характер. Кроме того, согласно дан-
ным из [3] ионный механизм электризации облачных
частиц характерен для начальной стадии развития
облаков в земной атмосфере. Контактный механизм
электризации частиц является основным механизмом,
приводящим к появлению в атмосферных облаках
униполярно заряженных областей. Механизм элек-
тризации частиц во внешнем электрическом поле мо-
жет существенно проявляться в атмосферных кучево-
дождевых и грозовых облаках. Исходя из результатов
воздействия указанных механизмов электризации об-
лачных частиц, подробно описанных в [3, 7], на пере-
мещающиеся в восходящем теплом воздушном пото-
ке исследуемые мелкодисперсные диэлектрические
48 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2018. №1
включения сферической формы, ограничимся далее
рассмотрением случая, когда принятая твердая части-
ца радиусом r0 получила свободный электрический
заряд q0 отрицательной полярности, равномерно рас-
пределенный по ее наружной сферической поверхно-
сти. Полагаем, что исследуемая отрицательно заря-
женная частица радиусом r0 при своем движении в
восходящем теплом воздушном потоке из-за действия
собственного радиального электрического поля спо-
собна подтянуть к своей наружной сферической по-
верхности радиально ориентированные по этому по-
лю диполи поляризованных молекул воды (рис. 2). В
итоге твердая сферическая частица с зарядом q0 будет
снаружи окружена скоплением (микрооблачком) во-
дяного пара и соответственно покрыта тонкой водя-
ной пленкой. Такое состояние исследуемой заряжен-
ной твердой частицы радиусом r0 не будет противоре-
чить ни одному из известных физических положений.
Рис. 2. Упрощенный вид отрицательно заряженной твердой
сферической частицы, окруженной снаружи электронейтраль-
ными поляризованными молекулами воды (1 − твердая
частица; 2 − молекулярный диполь воды; 3 − электрон)
Причем, как и в заряженной водяной сфериче-
ской капле [3] наружная часть системы «частица-
водяная пленка» будет иметь также отрицательный
электрический заряд, но только не свободный, а свя-
занный (см. рис. 2). На молекулярном уровне элек-
трические заряды каждого диполя воды этой системы
являются связанными и удерживаемыми внутримоле-
кулярными кулоновскими силами [10]. Поэтому ни
какой нейтрализации свободного заряда q0 твердой
диэлектрической частицы радиусом r0 из-за присутст-
вия вблизи нее электронейтральных молекул паров
воды не произойдет. В соответствии с фундаменталь-
ными положениями электрофизики на внутренней
границе системы «частица-водяная пленка» будет
образовываться двойной электрический слой (ДЭС)
толщиной Δe (см. рис. 2) между электронами твердой
частицы радиусом r0 и первым слоем молекулярных
диполей воды. Связанный положительный заряд q+
каждого такого молекулярного диполя воды в зоне
ДЭС будет равен 10e0, где e0=1,602·10-19 Кл − модуль
электрического заряда электрона [10]. Известно, что
толщина Δe ДЭС в образовавшейся системе «частица-
водяная пленка» будет определяться в виде [10]:
2/12
000 )/( qnkTe = 2/12
0000
2 )/(10 enkT , (1)
где ε0 = 8,854·10-12 Ф/м − электрическая постоянная;
k = 1,38·10-23 Дж/К − постоянная Больцмана; n0 − кон-
центрация (плотность) молекулярных диполей воды.
В случае, когда взвешенные в атмосферной пус-
тоте (вакууме) молекулярные диполи воды удовле-
творяют состоянию идеального газа их плотность n0
при используемых нормальных атмосферных услови-
ях в первом приближении можно принять равной
числу Лошмидта, численно равному NL=2,68·1025 м-3
[10]. Тогда из (1) при T0=273,15 К, n0≈2,68·1025 м-3 и
указанных выше мировых константах (ε0, k и e0) сле-
дует, что Δe≈0,22·10-10 м. Видно, что даже выполнен-
ная грубая расчетная численная оценка толщины Δe
ДЭС в рассматриваемой системе «частица-водяная
пленка» не выходит за пределы разумных значений,
соизмеримых с радиусом атома твердой диэлектриче-
ской частицы [10]. Кроме того, заметим, что радиус
(длина) экранирования Дебая ΔD как для низкотемпе-
ратурной плазмы, содержащей электроны, ионы и
нейтральные атомы (молекулы), так и твердотельной
«металлической плазмы» (электронейтрального веще-
ства, состоящего из отрицательно заряженного «элек-
тронного газа» и ионизированных положительно за-
ряженных атомов металла) по порядку величины со-
ответствует найденному значению Δe [10, 11]. Для
большей убедительности в правоте расчетной оценки
Δe по (1) укажем, что радиус ΔD Дебая характеризует
расстояние (линейный размер), на котором кулонов-
ское поле любого заряда плазмы экранируется заря-
дом противоположного знака. Именно подобная си-
туация и наблюдается в указанном ДЭС исследуемой
системы «частица-водяная пленка» (см. рис. 2).
Вот теперь, используя образовавшуюся в восхо-
дящем теплом воздушном потоке электростатическую
систему «частица-водяная пленка» с ее ДЭС, можно
возвратиться к расчетной оценке отрицательного
электрического заряда q0, возникающего на наружной
сферической поверхности движущейся твердой ди-
электрической частицы радиусом r0 за счет ее элек-
тризации в воздушной атмосфере. Применив положе-
ния известной теории ДЭС [3, 10], для величины
электрического заряда q0 твердой частицы, входящей
в состав системы «частица-водяная пленка», находим:
0000 4 rq , (2)
где φ0 − электрокинетический потенциал Гельмгольца
(в случае использования в рассматриваемой электро-
статической системе чистой воды φ0 = 0,25 В [3]).
Из (2) видно, что для расчетной оценки величи-
ны заряда q0 на наружной поверхности электризуемой
в восходящем теплом воздушном потоке земной ат-
мосферы твердой диэлектрической частицы необхо-
димо задаваться численным значением ее радиуса r0.
Согласно [3] в слоисто-дождевых и кучево-дождевых
облаках могут присутствовать твердые частицы ра-
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2018. №1 49
диусом r0, составляющим (5−10) мкм. При r0≈10·10–6 м
и φ0=0,25 В из (2) получаем, что заряд электризации
твердой диэлектрической частицы в восходящем теп-
лом воздушном атмосферном потоке по модулю бу-
дет численно составлять примерно q0≈2,78·10–16 Кл.
Такая величина отрицательного электрического заря-
да q0 твердых диэлектрических частиц радиусом
r0≈10 мкм хорошо согласуется с данными, приведен-
ными в [3] и характерными для контактного механиз-
ма заряда капель чистой воды в восходящем теплом
воздушном потоке земной атмосферы. Приняв, что в
первом приближении объемная плотность N0 твердых
диэлектрических частиц в атмосферном облаке по
порядку величины равна концентрации в нем водяных
капель и численно составляет около 108 м-3 [3], для
объемной плотности σV электрического заряда в гро-
зовом облаке, обусловленной присутствием в нем
электризованных твердых диэлектрических частиц
радиусом r0, воспользуемся следующим расчетным
соотношением:
00NqV . (3)
Из (3) при q0≈2,78·10–16 Кл и N0≈108 м–3 следует,
что в рассматриваемом случае σV≈2,78·10-8 Кл/м3. Это
полученное с учетом (2) и (3) численное значение σV
соответствует экспериментальным данным для сред-
него значения плотности объемного заряда в грозовом
облаке [3, 7]. Например, при средних габаритных раз-
мерах грозового облака 1 км 1 км 4 км (размеры
по горизонтали и размер по высоте) и его соответст-
вующем объеме V0≈4·109 м3 указанное значение
σV≈2,78·10-8 Кл/м3 вызывает появление в данном обла-
ке суммарного электрического заряда qΣ≈σVV0, по мо-
дулю равного примерно 111 Кл. Данный показатель
заряда qΣ хорошо коррелирует с известными вероят-
ностными экспериментальными данными, характери-
зующими электрическую мощь такого облака [3, 5-7].
Исходя из (2), для поверхностной плотности σS
заряда на твердой диэлектрической частице радиусом
r0, электризуемой в воздушной атмосфере, имеем:
0
1
00
2
00 )4/( rrqS . (4)
При r0≈10·10-6 м и φ0=0,25 В из (4) находим, что
величина σS для исследуемой твердой диэлектриче-
ской частицы сферической формы принимает числен-
ное значение, равное примерно 2,21·10-7 Кл/м2. Заме-
тим, что данное расчетное значение σS практически на
два порядка превышает усредненную поверхностную
плотность отрицательного заряда планеты Земля, со-
ставляющую около 10-9 Кл/м2 [3]. Учитывая (4) и [10],
для напряженности E0 электростатического поля
вблизи наэлектризованной в теплом восходящем воз-
душном потоке атмосферы Земли поверхности твер-
дой диэлектрической частицы радиусом r0 находим:
0000 // rE S . (5)
Из (5) при φ0 = 0,25 В для твердой диэлектриче-
ской частицы радиусом r0≈10·10–6 м, прошедшей про-
цесс атмосферной электризации, получаем, что вбли-
зи ее отрицательно заряженной сферической поверх-
ности напряженность E0 электростатического поля
может численно составлять значение, равное пример-
но 25 кВ/м. Вполне вероятно, что такое электрическое
поле способно подтянуть к поверхности исследуемой
частицы диполи поляризованных молекул воды. Что
касается значений средней напряженности электриче-
ского поля в слоисто-дождевых и кучево-дождевых
облаках, то согласно прямым опытным измерениям с
помощью летающей непосредственно в облаках элек-
трофизической лаборатории она может в предгрозо-
вой период (до перехода указанных облаков в грозо-
вые) численно достигать уровня (20−30) кВ/м [3, 7].
Эти данные могут указывать на правомерность рас-
четной оценки по (5) величины E0 вблизи частицы до
образования ею системы «частица-водяная пленка».
Вероятные численные значения напряженности
Ee электростатического поля в зоне ДЭС системы
«частица-водяная пленка» могут быть приближенно
определены из следующего расчетного выражения:
eeE /0 . (6)
Тогда из (6) при φ0=0,25 В и Δe≈0,22·10-10 м, вы-
текающей из приближенного расчета по (1) при при-
нятых исходных данных (T0=273,15 К; n0≈2,68·1025 м-3
[10]), следует, что в зоне рассматриваемого ДЭС на-
пряженность Ee электростатического поля будет дос-
тигать огромного численного значения, составляюще-
го около 1,13·1010 В/м. Такой уровень Ee указывает на
то, что в зоне ДЭС исследуемой системы «частица-
водяная пленка» возникает сверхсильное электриче-
ское поле, определяющее накапливаемую атмосфер-
ным грозовым облаком электрическую энергию We.
3. Феноменологическое описание процессов
накопления и разделения электрических зарядов в
атмосферном облаке с твердыми частицами. Под-
нятые в земную тропосферу восходящим теплым воз-
душным потоком заряженные твердые диэлектриче-
ские частицы радиусом r0, экранированные снаружи
защитной тонкой водяной пленкой и одновременно
образующие вместе с ней ДЭС с его сверхсильным
электростатическим полем, будут способствовать
объемному накоплению в рассматриваемых слоисто-
дождевых и кучево-дождевых облаках электрических
зарядов с их объемной плотностью σV. По-моему мне-
нию, при отсутствии у одноименно заряженных твер-
дых частицах окружающего их защитного электро-
нейтрального микрооблачка из молекулярных дипо-
лей воды возможны физические затруднения в их на-
правленном концентрированном сборе в тропосфере.
Одними из их проявлений могут быть преждевремен-
ные внутриоблачные электрические разряды (как в
вулканических дымовых извержениях), приводящие к
частичной нейтрализации зарядов электризации мел-
ких твердых частиц. Этому обстоятельству будет спо-
собствовать и то, что с учетом отмеченного ранее би-
полярного характера электризации твердых диэлек-
трических частиц в воздушной атмосфере [3] в ука-
занных облаках будут вероятно присутствовать круп-
номасштабные области с избыточными отрицатель-
ными (с избытком электронов) и положительными
(с недостатком электронов) электрическими зарядами.
50 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2018. №1
С одной стороны, из теории и практики атмосферного
электричества известно, что верхняя часть указанных
облаков находится в зоне действия низких изотерм
(до минус 40 С) [3, 7]. Естественно, что в этой части
рассматриваемых облаков будут происходить процес-
сы кристаллизации воды (в том числе и тонкой водя-
ной пленки, покрывающей заряженную твердую ди-
электрическую частицу). А раз так, то данная замер-
зающая водяная пленка из-за своего объемного рас-
ширения в процессе кристаллизации будет разру-
шаться (почти взрываться, как и замерзающая капля
воды [3]) и покидать наружную поверхность твердой
диэлектрической частицы, имевшей до этого избы-
точный отрицательный электрический заряд q0. С
другой стороны, из теории и практики атмосферного
электричества известно и то, что образующиеся из
электронейтральной чистой воды с ее молекулярными
поляризованными диполями (в том числе и тонкой
водяной пленки, покрывающей исследуемую заря-
женную твердую диэлектрическую частицу) кристал-
лы льда имеют отрицательный электрический потен-
циал и соответственно избыточный отрицательный
заряд (избыток электронов) по отношению к воде
(эффект Воркмана-Рейнольдса) [3, 10]. На появление
этого электрического потенциала при преобразовании
в замерзающей воде жидкой и твердую фазу вещества
верхними слоями тропосферы выполняется опреде-
ленная работа. Исходя из фундаментального закона
природы о сохранении электрического заряда [10],
можно обоснованно предположить, что при описы-
ваемом процессе разделения электрических зарядов в
верхней переохлажденной части атмосферного облака
на примере одной электростатической системы «час-
тица-водяная пленка» освобождающаяся от водяной
пленки сферическая поверхность твердой диэлектри-
ческой частицы останется отрицательно заряженной с
зарядом q0. Все это вместе (исчезновение с заряжен-
ной твердой частицы экранирующей водяной пленки
и пребывание на ней (этой частице) отрицательного
заряда q0, а также наличие из-за кристаллизации па-
ров воды в переохлажденной части облака отрица-
тельно заряженных снежинок и гранул) будет способ-
ствовать усилению напряженности электрического
поля в рассматриваемой части атмосферного облака.
Из прикладной электрофизики, связанной с изу-
чением атмосферного электричества, известно, что на
стадии перехода кучево-дождевого облака в грозовое
облако в его средней и нижней частях должны актив-
но происходить процессы, сопровождающиеся дви-
жением теплых восходящих и холодных нисходящих
воздушных масс, а также наличием выпадения дожде-
вых осадков [3]. Именно при этих условиях наблюда-
ется существенное усиление напряженности электри-
ческого поля внутри грозового облака, достигающей
уровня около 0,4 МВ/м и более [3], при котором воз-
можно развитие электроразрядных процессов как
внутри облака, так и вне его, в том числе и в сторону
земной поверхности. Рассматриваемая в рамках пред-
лагаемой гипотезы о природе дополнительных меха-
низмов развития электрофизических процессов в ат-
мосферных облаках электростатическая система «час-
тица-водяная пленка» как раз и может физически объ-
яснить существенное усиление напряженности элек-
трического поля внутри и вне грозового облака в слу-
чае начала активного выделения в нем накопившихся
паров влаги и выпадения из него дождевых осадков.
Именно в этом случае происходит нарушение экрани-
рования дипольными слоями паров воды заряженных
твердых диэлектрических частиц (своего рода разэ-
кранировка электрического поля этих частиц), несу-
щих на себе избыточный заряд облака qΣ и обеспечи-
вающих с усредненной объемной плотностью σV по
атмосферному облаку в своей совокупности форми-
рование электростатического поля грозового облака.
4. Расчетная оценка напряженности электри-
ческого поля внутри и вне грозового облака с
твердыми частицами. Для данной оценки восполь-
зуемся упрощенной расчетной моделью грозового
облака, имеющего форму шара радиусом R0, внутри
которого равномерно распределены с объемной плот-
ностью σV≈2,78·10-8 Кл/м3 электрические заряды
q0≈2,78·10-16 Кл отдельных мелких твердых диэлек-
трических частиц радиусом r0≈10·10-6 м. Примем, что
суммарный электрический заряд этих частиц
qΣ≈111 Кл, как и в разделе 2, сосредоточен в грозовом
облаке объемом V0=4πR0
3/3=4·109 м3 и соответственно
радиусом, равным примерно R0≈985 м. Исходя из
применения теоремы Остроградского-Гаусса [10], для
напряженности Er электростатического поля внутри
принятой расчетной модели грозового облака сфери-
ческой формы при текущем значении радиуса r<R0
находим:
)4/( 3
00RrqEr . (7)
Из (7) при R0≈985 м, r≈R0/2≈492,5 м и qΣ≈111 Кл
получаем, что в исследуемом случае Er≈0,514 МВ/м.
Видно, что внутри грозового облака, содержащего
освободившиеся за счет выпадения дождевых осадков
от электронейтральных водяных паров (пленок) ранее
заряженные путем электризации в теплом восходя-
щем воздушном потоке твердые диэлектрические час-
тицы радиусом r0≈10 мкм с их объемной плотностью
N0≈108 м-3 в земной атмосфере, можно достигать кри-
тических значений напряженности Er электростатиче-
ского поля, характерных согласно [3, 7] для электро-
разрядных процессов в исследуемых видах облаков.
Для напряженности ER электростатического поля
на внешней границе (r=R0) принятой расчетной моде-
ли грозового облака из теории электростатики имеем:
)4/( 2
00RqER . (8)
Подставив в (8) принятые исходные данные
(qΣ≈111 Кл; R0≈985 м), для искомой напряженности ER
электрического поля на внешней границе (краю) рас-
сматриваемой модели грозового облака получаем
численное значение, равное примерно 1,03 МВ/м. По-
лученные с помощью (8) и предлагаемых дополни-
тельных механизмов формирования и протекания
электрофизических процессов в атмосферных облаках
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2018. №1 51
количественные расчетные данные для ER указывают
на возможность развития с внешней границы описан-
ной модели грозового облака электронных лавин [3],
являющихся предвестником искрового пробоя в атмо-
сфере длинного воздушного промежутка (молнии).
5. Расчетная оценка электрического потен-
циала грозового облака с твердыми частицами. Из
электростатики известно, что электрический потенци-
ал φR вне рассматриваемой упрощенной расчетной
модели грозового облака сферической формы (при
r≥R0) с суммарным электрическим зарядом qΣ, содер-
жащей равномерно распределенные по ее объему за-
ряды q0 мелких твердых частиц, может быть рассчи-
тан по следующей приближенной формуле [12]:
)4/( 0rqR . (9)
Из (9) при r ≈ R0 ≈ 985 м и qΣ ≈ 111 Кл определя-
ем, что на внешней границе исследуемого грозового
облака φR ≈ 1,01·109 В. Возможно, что из-за выбран-
ных нами геометрической формы расчетной области
грозового облака и количественных показателей объ-
емной плотности N0 в нем твердых диэлектрических
частиц порядка 108 м-3 численные значения электри-
ческого потенциала φR по (9) оказываются завышен-
ными. Так, согласно [13] разница электрических по-
тенциалов между грозовым облаком и землею может
достигать уровня около 100 МВ. Приняв в оценочных
расчетах по (3) объемной плотности σV электрическо-
го заряда для рассматриваемого грозового облака
объемом V0≈4·109 м3 (R0≈985 м) и его суммарного
электрического заряда qΣ величину N0≈107 м-3 (на по-
рядок меньше возможной объемной плотности в ат-
мосферном облаке мелких водяных капель), можно
легко прийти согласно (9) к расчетному уровню элек-
трического потенциала грозового облака φR≈101 МВ,
практически указанному в [13]. Данное значение φR
представляется автору более правдоподобным для
исследуемого грозового облака. Такое откорректиро-
ванное значение N0 повлечет за собою соответственно
и уменьшение в десять раз таких ранее приведенных
электрофизических характеристик для облака как σV,
qΣ, Er и ER. В этом случае предлагаемые здесь элек-
трофизические механизмы формирования и развития
в земной тропосфере грозового облака действительно
окажутся дополнительными к известным механизмам
накопления в нем электрических зарядов, основанным
на атмосферной электризации мелких водяных капель
в теплых восходящих воздушных потоках. Тем не
менее, полученные выше оценочные расчетные зна-
чения φR свидетельствует о том, что наэлектризован-
ные в теплом восходящем воздушном потоке мелкие
(r0≈10 мкм) твердые диэлектрические частицы с объ-
емной плотностью порядка N0≈(107−108) м-3 и зарядом
q0≈2,78·10-16 Кл за счет внушительного объема грозо-
вого облака (порядка 4·109 м3) способны благодаря
процессам теплового обмена в атмосфере, выполне-
нию в ней закономерностей термодинамики, приво-
дящих к появлению в земной тропосфере больших
зон различного давления и движению в ней огромных
воздушных масс, сформировывать в атмосфере весь-
ма протяженные электрически заряженные облачные
области, несущие сверхвысокий электрический по-
тенциал и вызывающие развитие грозовых разрядов.
6. Расчетная оценка запасаемой грозовым об-
лаком с твердыми частицами электрической энер-
гии. Данную оценку выполним исходя из того поло-
жения, что электрическая энергия We атмосферного
кучево-дождевого облака, перед его переходом в ста-
дию грозового облака, запасается лишь в многочис-
ленной совокупности исследуемых нами электроста-
тических систем «частица-водяная пленка». В этой
связи приближенный расчет величины We при задан-
ной объемной плотности N0 рассматриваемых элек-
тростатических систем в предгрозовом облаке общим
объемом V0 будет сводиться к определению электри-
ческой энергии We0, сосредоточенной в их одном ДЭС
толщиной Δe. Для величины We0 можно записать сле-
дующее приближенное расчетное соотношение:
ee rW /2 2
0
2
000 . (10)
Тогда из (10) при φ0=0,25 В, r0≈10·10-6 м и
Δe≈0,22·10-10 м находим, что в одной электростатиче-
ской системе сферической формы «частица-водяная
пленка» (в ее ДЭС со сверхсильным электрическим
полем) запасается электрическая энергия, равная
примерно We0≈1,58·10-11 Дж. С учетом (10) для объем-
ной плотности WeV электрической энергии в предгро-
зовом облаке с мелкими твердыми диэлектрическими
частицами радиусом r0, наэлектризованными в теплом
восходящем воздушном потоке атмосферы, имеем:
00NWW eeV . (11)
Из (11) при We0≈1,58·10-11 Дж и N0≈107 м-3 следу-
ет, что в грозовом облаке с мелкими (радиусом r0≈10
мкм) твердыми заряженными путем атмосферной
электризации диэлектрическими частицами может
достигаться объемная плотность WeV электрической
энергии, численно равная около 1,58·10-4 Дж/м3. В
результате для электрической энергии We, запасаемой
в исследуемом грозовом облаке общим объемом V0,
можно записать следующее расчетное соотношение:
0VWW eVe . (12)
При WeV≈1,58·10-4 Дж/м3 и V0≈4·109 м3 из (12) по-
лучаем, что в грозовом облаке заданных нами разме-
ров, при формирования которого были использованы
новые дополнительные механизмы образования, на-
копления и разделения электрических зарядов в атмо-
сферных облаках, может запасаться электрическая
энергия We, численно достигающая в рассматривае-
мом расчетном случае значения 0,632 МДж. Данное
значение We является сравнительно небольшим. Здесь
следует подчеркнуть то, что при расчетной оценке We
нами не были учтены электрические заряды с их
энергетикой, образуемые в грозовом облаке при из-
вестных процессах электризации мелких водяных
капель и кристаллизации облачных водяных паров
[3]. При первоначально принятой объемной плотно-
сти в облаке мелких твердых частиц N0≈108 м-3 запа-
саемая электрическая энергия We в указанной сфери-
52 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2018. №1
ческой модели грозового облака (V0≈4·109 м3) с уче-
том предлагаемой гипотезы численно составит около
6,32 МДж.
Выводы.
1. Представлена новая гипотеза с научным обосно-
ванием по возможному существованию дополнитель-
ных механизмов образования, накопления и разделе-
ния электрических зарядов в атмосферных облаках
нашей планеты, базирующихся на электризации в
теплых восходящих воздушных потоках мелких круг-
лых твердых диэлектрических частиц радиусом r0,
попадающих в воздушную атмосферу с поверхности
земли и из дымовых выбросов промышленных пред-
приятий большинства стран мира.
2. Расчетным путем показано, что предложенные
дополнительные механизмы возникновения, накопле-
ния и разделения электрических зарядов в атмосфер-
ных слоисто-дождевых, кучево-дождевых и грозовых
облаках способны обеспечивать достижение в указан-
ных видах облаков таких значений объемной плотно-
сти σV зарядов, суммарного запасаемого в них элек-
трического заряда qΣ и напряженностей Er и ER элек-
тростатического поля внутри и на внешней границе
подобных облаков, которые соответствуют современ-
ным экспериментальным данным из области атмо-
сферного электричества.
3. Выполненные с учетом предложенной гипотезы
расчетные оценки электрического потенциала φR в
сферической модели атмосферного грозового облака
внешним радиусом R0≈985 м и запасаемой в нем элек-
трической энергии We указывают на то, что атмо-
сферная электризация входящих в его состав мелких
твердых диэлектрических частиц радиусом r0≈10 мкм
с их объемной плотностью N0≈107 м-3 в таком облаке
способна обеспечивать появление на нем сверхвысо-
кого значения электрического потенциала φR (до
1,01·108 В) и накопление в нем весьма большого запа-
са электрической энергии We (до 0,632·106 Дж). При
N0≈108 м-3 рассматриваемые значения оказываются
соответственно равными 1,01·109 В и 6,32·106 Дж.
4. Рассмотренные электрофизические процессы и
новые дополнительные механизмы возникновения и
накопления электрических зарядов в атмосферных
облаках могут оказаться полезными при построении
теории грозы в природных мелкодисперсных средах с
заряжающимися за счет контактной электризации
мелкими твердыми частицами, характерных для пес-
чаных бурь и вулканических дымовых извержений,
когда в них объемная плотность N0 мелких твердых
диэлектрических частиц составляет не менее 108 м-3.
5. Предложенные новые дополнительные электро-
физические механизмы формирования электрических
зарядов в атмосферных облаках Земли совместно с
известными подобными механизмами, основанными
на комплексной электризации в теплом восходящем
воздушном потоке мелких круглых водяных капель,
будут способствовать дальнейшему развитию приро-
ды атмосферного электричества и успешному реше-
нию глобальной проблемы молниезащиты на нашей
планете технических и биологических объектов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Радовский М.И. Ломоносов и его исследования в облас-
ти атмосферного электричества // Электричество. – 1939. –
№1. – С. 69-72.
2. Капица П.Л. Научная деятельность В. Франклина //
Успехи физических наук. – 1956. – Т.58. – Вып. 2. – С.
169-182. doi: 10.3367/ufnr.0058.195602a.0169.
3. Бортник И.М., Белогловский А.А., Верещагин И.П.,
Вершинин Ю.Н., Калинин А.В., Кучинский Г.С., Ларионов
В.П., Монастырский А.Е., Орлов А.В., Темников А.Г., Пин-
таль Ю.С., Сергеев Ю.Г., Соколова М.В. Электрофизиче-
ские основы техники высоких напряжений: Учебник для
ВУЗов / Под общей ред. проф. И.П. Верещагина. − М.: Из-
дательский дом МЭИ. – 2010. – 704 с.
4. Большой иллюстрированный словарь иностранных слов.
– М.: Русские словари, 2004. – 957 с.
5. Базелян Э.М., Райзер Ю.П. Физика молнии и молниеза-
щита. − М.: Физматлит, 2001. − 319 с.
6. Uman M.A. Natural and artificially-initiated lightning and
lightning test standards // Proceedings of the IEEE. − 1988. −
vol.76. − no.12. − pр. 1548-1565. doi: 10.1109/5.16349.
7. Кужекин И.П., Ларионов В.П., Прохоров Е.Н. Молния и
молниезащита. − М.: Знак, 2003. − 330 с.
8. Кравченко В.И. Молния. Электромагнитные факторы и
их поражающее воздействие на технические средства. − Х.:
НТМТ, 2010. − 292 с.
9. http://www.astronet.ru/db/msg/1244664.
10. Кузьмичев В.Е. Законы и формулы физики / Отв. ред.
В.К. Тартаковский. − К.: Наукова думка, 1989. − 864 с.
11. Баранов М.И. Расчетная оценка толщины слоя индук-
ционных электрических зарядов в металлическом про-
воднике // Електротехніка і електромеханіка. − 2011. −
№4. − С. 56-58. doi: 10.20998/2074-272X.2011.4.11.
12. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. −
М.: Наука, 1990. − 624 с.
13. Бржезицький В.О., Ісакова А.В., Рудаков В.В. та ін.
Техніка і електрофізика високих напруг: Навч. посібник / За
ред. В.О. Бржезицького, В.М. Михайлова. – Х.: НТУ «ХПІ».
– Торнадо, 2005. – 930 с.
REFERENCES
1. Radovskiy M.I. Lomonosov and his researches in area of
atmospheric electricity. Electricity, 1939, no.1, pp. 69-72. (Rus).
2. Kapitza P.L. Nauchnaja dejatel’nost’ V. Franklina [Scien-
tific activity of V. Franklin]. Uspekhi Fizicheskih Nauk, 1956,
vol.58, no.2, pp. 169-182. (Rus). doi:
10.3367/ufnr.0058.195602a.0169.
3. Bortnik I.M., Beloglovskiy A.A., Vereshchagin I.P., Ver-
shinin Yu.N., Kalinin A.V., Kuchinskiy G.S., Larionov V.P.,
Monastyrskiy A.E., Orlov A.V., Temnikov A.G., Pintal' Yu.S.,
Sergeev Yu.G., Sokolova M.V. Elekrophizicheskie osnovy
techniki vysokih naprjazhenij [Electrophysics bases of tech-
nique of high voltage]. Moscow, Publishing house of MEI,
2010. 704 p. (Rus).
4. Bol'shoj illjustrirovannyj slovar' inostrannyh slov [Large
illustrated dictionary of foreign words]. Moscow, Russkie
slovari Publ., 2004. 957 p. (Rus).
5. Bazelyan E.M, Raiser Yu.P. Fizyka molnii i molnyezash-
chita [The physics of lightning and lightning protection]. Mos-
cow, Fizmatlit Publ., 2001. 319 p. (Rus).
6. Uman M.A. Natural and artificially-initiated lightning and
lightning test standards. Proceedings of the IEEE, 1988, vol.76,
no.12, pр. 1548-1565. doi: 10.1109/5.16349.
7. Kuzhekin I.P., Larionov V.P., Prohorov E.N. Molnija i mol-
niezashchita [Lightning and protection from lightning]. Mos-
cow, Znak Publ., 2003. 330 p. (Rus).
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2018. №1 53
8. Kravchenko V.I. Molniya. Elektromahnitny faktory i poraz-
hayushchie vozdeystviya na tekhnycheskie sredstva [Lightning.
Electromagnetic factors and their impact on the striking techni-
cal objects]. Kharkov, NTMT Publ., 2010. 292 p. (Rus).
9. Available at: http://www.astronet.ru/db/msg/1244664 (ac-
cessed 15 July 2012). (Rus).
10. Kuz'michev V.E. Zakony i formuly fiziki [Laws and formulas
of physics]. Kiev, Naukova Dumka Publ., 1989. 864 p. (Rus).
11. Baranov M.I. Estimation of induction electric charges thick-
ness in a metallic conductor. Electrical engineering & electro-
mechanics, 2011, no.4, pp. 56-58. (Rus). doi: 10.20998/2074-
272X.2011.4.11.
12. Javorskij B.M., Detlaf A.A. Spravochnik po fizike [Hand-
book of physics]. Moscow, Nauka Publ., 1990. 624 p. (Rus).
13. Brzhezitskiy V.A., Іsakova A.V., Rudakov V.V. Tekhnika i
elektrofizyka vysokykh napruh [Technics and Electrophysics of
High Voltages]. Kharkov, Tornado Publ., 2005. 930 p. (Ukr).
Поступила (received) 15.11.2017
Баранов Михаил Иванович, д.т.н., гл.н.с.,
НИПКИ «Молния»
Национальный технический университет
«Харьковский политехнический институт»,
61013, Харьков, ул. Шевченко, 47,
тел/phone +38 057 7076841,
e-mail: baranovmi@kpi.kharkov.ua
M.I. Baranov
Scientific-&-Research Planning-&-Design Institute «Molniya»,
National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute»,
47, Shevchenko Str., Kharkiv, 61013, Ukraine.
New hypothesis and electrophysics nature of additional
mechanisms of origin, accumulation and division of electric
charges in the atmospheric clouds of Earth.
Purpose. Development of new hypothesis about the possible
additional mechanisms of origin, accumulation and division of
electric charges in atmospheric clouds, containing shallow
dispersible drops of water, shallow particulate dielectric mat-
ters and crystals of ice. Methodology. Electrophysics bases of
technique of high voltage, theoretical bases of the electrical
engineering, theoretical electrophysics, theory of the electro-
magnetic field, technique of the high electric and magnetic
fields. Results. Pulled out and grounded new scientific suppo-
sition, related to possible existence in earthly troposphere of
additional mechanisms of origin, accumulation and division of
electric charges in the atmospheric clouds of Earth, being
based on electrization in the warm ascending currents of air of
shallow round particulate dielectric matters, getting in an air
atmosphere from a terrene and from the smoke extras of indus-
trial enterprises. By a calculation a way it is shown that the
offered additional electrophysics mechanisms are able to pro-
vide achievement in the atmospheric clouds of such values of
volume closeness of charges, total electric charge and tension
of the electrostatic field stocked in them inwardly and on the
external border of storm clouds which correspond modern
experimental information from an area atmospheric electric-
ity. The calculation estimations of levels of electric potential
and stocked electric energy executed on the basis of the of-
fered hypothesis in storm clouds specify on possibility of re-
ceipt in them of ever higher electric potentials and large sup-
plies of electric energy. The obtained results are supplemented
by the known approaches of forming and development in
earthly troposphere of the electric charged atmospheric
clouds, being based on electrization in the warm ascending
streams of air the masses of shallow round aquatic drops.
Originality. First on the basis of the well-known theses of
technique and electrophysics of high voltage the important
role of shallow round particulate dielectric matters, electrifi-
able in the warm ascending currents of air of troposphere is
scientifically grounded, in the processes of origin, accumula-
tion and division of electric charges in the stratified-rain, heap
rain and storm clouds of Earth. Practical value. Application of
in practice findings will allow to deepen scientific and techni-
cal knowledge of humanity in area of nature of atmospheric
electricity, will be instrumental in further development of
physics of linear lightning, decision of global problem of
lightning protection of earthly technosphere, and also devel-
opment of the specified approaches at description of the scan-
tily explored people electrophysics phenomena and theories of
thunderstorm at sandy storms in the numerous deserts of the
world and powerful smoke eruptions of volcanoes on Earth.
References 13, figures 2.
Key words: atmospheric electricity, new mechanisms of ori-
gin, accumulation and division of electric charges in atmos-
pheric clouds, hypothesis, calculation, experimental data.
|