Природа електричних процесів в атмосфері Землі – гіпотези і моделі явищ

Abstract

Стаття присвячена аналізу фізичних процесів виникнення і поширення одного з грандіозних явищ природи – електричним розрядам в атмосфері Землі – лінійній і кульовій блискавкам. З точки зору фізичного явища йонізації нейтральних молекул повітря описується ступінчастий механізм розвитку лінійної блискавки, доводиться, що лінійна блискавка поширюється не згори униз, а навпаки – у напрямку від поверхні Землі до хмар. Аналізуються різні гіпотези щодо природи кульової блискавки. Вважається, що найбільш прийнятною з них є так звана кластерна гіпотеза, яка на теперішній час задовільно описує зародження кульової блискавки, час її «життя», взаємодію з оточуючими предметами, запас енергії, варіанти зникнення – від згасання, розпаду на частини та вибуху. Кульова блискавка середніх розмірів може утворюватися внаслідок потрапляння лінійної блискавки у воду, або просто у вологий ґрунт і навіть може виникнути з великої краплини роси, яка випадково потрапила у канал грозового розряду. Якщо кульова блискавка потрапляє у такі умови, а її температура сягає вище певного критичного значення (наприклад, внаслідок зменшення можливості тепловіддачі у закритому приміщенні), то розпочинається ланцюгова реакція термічного руйнування водяних оболонок, яка призводить до вибуху. За звичайних же умов речовина блискавки повільно «вигорає» за рахунок рекомбінації. У статті наводиться низка розрахунків у формі фізичних задач щодо визначення параметрів процесів, якими супроводжуються розряди блискавок: напруженості електричного поля між поверхнею землі і хмарами, різниці потенціалів між цими тілами під час грози, величині електричного струму у йонізованому каналі лінійної блискавки, енергетичним запасам блискавок, поясненню звукового супроводу (грому) розрядів блискавок тощо. Енергетичну потужність блискавки можна оцінити у формі розв’язку задачі за рахунок визначення кількості енергії, яка виділяється через розряд лінійної блискавки, вважаючи, що електричне поле між земною поверхнею і нижньою межею хмари є однорідним, тобто воно подібне до електричного поля всередині плоского конденсатора.