Молния - Юман М.
Скачать (прямая ссылка):
поддерживается за счет различных бегущих волн, связанных с образованием
ступени. Канал лидера, имеющий вначале радиус порядка 1 м" медленно
сжимается под действием последовательно проходящих волн в проводящем
ядре. Таким образом, когда лидер достигает земли, для распространения
возвратного удара подготовлен относительно узкий канал высокой
проводимости, хотя начальный радиус ступени был значительно больше.
7.5. Теории стреловидного лидера
285
7.4.4. Зарождение ступенчатого лидера
Многие исследователи полагают [6, 32, 38, 42], что разряд молнии облако -
земля начинается с местного разряда между р-и iV-областями облака. Этот
p-N-разряд делает iV-заряд подвижным и снижает его ближе к земле (как
побочный результат нейтрализации более низко расположенного и меньшего р-
заряда). Экспериментальные данные относительно p-iV-разряда [6 ]
рассмотрены в разд. 3.7.2. На основе этих данных можно предположить, что
p-iV-разряд также часто начинается из области р-заряда, как и из области
iV-заряда; вслед за начальной стадией пробоя наступает вторая стадия, во
время которой канал заряжается отрицательно. Наиболее подробные
физические (теоретические) объяснения процесса зарождения ступенчатого
лидера даны Лебом [38]. Леб считает, что небольшой объем положительно
заряженных дождевых капель диаметром порядка нескольких сот метров (р-
заряд) внезапно переносится вверх по направлению к iV-заряду, поперечное
сечение которого составляет несколько квадратных километров. На вер-щин0
положительного р-заряда создаются электрические поля от 7 • 105 до 10е
В/м. Дождевые капли в области р-за-ряда удлиняются и создают коронные
стримеры, направленные вверх к iV-заряду. Леб рассчитал форму и объем
облака, который связывается стримерами, и время, которое необходимо p-iV-
разряду, если он начался, чтобы направить ступенчатый лидер вниз из
основания облака.
7.6. ТЕОРИИ СТРЕЛОВИДНОГО ЛИДЕРА
Стреловидный лидер проходит по ионизированному следу, оставленному
предыдущим импульсом, расстояние от облака до земли примерно за 1 мс и
переносит на землю заряд около 1 Кл. Отсюда следует, что ток, который
должен течь в канале стреловидного лидера, составляет порядка 1 кА. Длина
светящейся стрелы, которая проходит к земле, около 50 м. Радиус, внутри
которого содержится заряд стреловидного лидера, согласно расчетам,
приведенным в разд. 7.3.2, порядка 1 м. Стреловидные лидеры, проходящие
каналы предыдущих
286
7. Теория процесса разряда
импульсов после длительного интервала между импульса ми, имеют меньшие
скорости распространения, чем стре-" ловидные лидеры, зарождающиеся после
короткого интервала между импульсами (см. табл. 2.5 и рис. 2.10).
Свойства стреловидного лидера были рассмотрены в разд. 2.3.3 и 3.7.3.
Основные особенности распространения стреловидного лидера можно объяснить
с точки зрения теории стримера. Схема распространения стреловидного
лидера дана на рис. 7.16. Величина концентрации электронов перед головкой
стреловидного лидера неизвестна. В разд. 7.7 будет показано, что
концентрация электронов составляет 1013-1019 м~3. Можно ожидать, что
скорость стреловидного лидера убывает с уменьшением начальной
концентрации электронов, так что стреловидный лидер после длительного
интервала между импульсами становится более медленным [63].
Дополнительными факторами, которые могут влиять на скорость
распространения стреловидного лидера, являются концентрация тяжелых
частиц в канале и радиус канала. Эти факторы будут рассмотрены в разд.
7.7.
Интересно применить соотношения (7.11) и (7.13) для случая стреловидных
лидеров. Согласно Шонланду [61], стреловидный лидер с радиусом головки
0,1 м и потенциалом 107 В может вызвать сильную ионизацию на расстоянии
примерно 0,3 м перед головкой (на это требуется заряд 10-4 Кл,
содержащийся в сферической головке с радиусом 0,1 м). На расстоянии 0,15
м электрическое поле достигает 7,2*10(r) В/м, а скорость перемещения
электронов при условии, что давление в канале равно атмосферному, а
температура канала около 300 К, составляет 1,6* 105 м/с. Если температура
канала выше 300 К, что вполне вероятно, и давление равно атмосферному, то
скорость перемещения электронов будет выше найденной. Разумной величиной
для а является 4* 104 м"1 для приведенных выше значений напряженности
электрических полей. Из соотношения (7.11) можно рассчитать п1 для
типичного стреловидного лидера, поскольку скорость его известна, а другие
необходимые данные приведены выше. Для этих условий Шонланд [61] нашел,
что при скорости стреловидного лидера 4,8* 107 м/с
7.5. Теории стреловидного лидера
287
концентрация электронов составляет 10е м_3. Формула Шонланда (7.11)
подвергалась критике с двух точек зрения. Во-первых, нет физических
оснований для использованного в выводе формулы предположения, что время,
за которое волновой фронт проходит расстояние d, равно среднему времени
между столкновениями. Во-вторых, для начальных концентраций электронов
