Молния - Юман М.
Скачать (прямая ссылка):
или за несколько десят-¦ков микросекунд в состояние с давлением,
приблизительно равным давлению окружающего воздуха [64]. По результатам
экспериментов [12] можно предположить, что за это время плотность тока
устанавливается на уровне 107 А/м2, что примерно на два порядка выше
плотности тока в свободно горящей в воздухе дуге. Канал медленно
расширяется, и плотность тока медленно падает до величины, характерной
для стабильного дугового разряда [64]. Электрическое поле и рассеяние
мощности во время дуговой фазы рассмотрены в разд. 7.3.3.
Можно получить приблизительное представление об изменении радиуса канала
со временем из экспериментов [12, 50] и из теории [1]. Типичный ток
молнии, измеренный на земле, достигает максимума в 10 000-20 000 А за
время около 1 мкс и спадает до половины величины примерно за 40 мкс.
Неясно, аналогичен ли ток возвратного удара над землей в области
волнового фронта току, измеренному на земле, но мы будем предполагать,
что это так. Нориндер и Карстен измеряли радиус канала разряда с большим
периодом колебаний, ток возрастал до максимальной величины в 10 000 А за
4 мкс (четверть периода). Начальный радиус светимости был весьма мал. При
максимальном токе он увеличился до ~0,5 см, а при первом обращении тока в
нуль (8 мкс) до ~ 0,75 см. Флауерс установил, что искра без осцилляций, в
которой достигался максимальный ток в 20 000 А за 3,3 мкс, имела в это
время радиус 0,65 см. Теория Брагинского [1], которая связывает радиус с
током, дает результаты, очень близкие к экспериментальным данным во время
фазы ударной волны, если предположить, что проводимость канала постоянна
и равна 1,5* 104 Си/м (см. разд.
5.5.2), а коэффициент Брагинского ?=4,5 [18]. Типичный ток молнии, только
что описанный, должен характеризоваться радиусом около 1 см через 10 мкс
после прохождения волнового фронта возвратного удара. Радиус светимости
канала достигнет примерно 2 см, когда ток упадет до половины
максимального значения. (Величина 2 см получается при экстраполяции
данных [12, 50].) Интерес-
7.7 Канал молнии между импульсами
295
но сравнить постулированные радиусы молнии с радиусами, определенными из
прямых измерений молнии (разд.
2.5.2). Некоторые замечания к таким измерениям даны Лебом [34].
Дополнительные доказательства, что радиус канала имеет порядок
сантиметров, даны в следующем разделе и в приложении Г.
7.7. КАНАЛ МОЛНИИ МЕЖДУ ИМПУЛЬСАМИ
В разд. 3.7.5 (см. также разд. 3.8) были рассмотрены известные данные
относительно /- и AC-процессов, протекающих в облаке между импульсами. В
настоящем разделе мы рассмотрим, что происходит в канале между основанием
облака и землей в интервале между импульсами. Особенно желательно знать,
почему импульсы во вспышке обычно следуют по одному и тому же каналу,
даже если фотографически темный канал не светится в течение 100 мс между
импульсами.
Тот факт, что большинство зарегистрированных вспышек на Эмпайр стейт
билдинг имели непрерывный ток между максимумами тока, привел некоторых
исследователей [46] к убеждению, что этот непрерывный ток является
непременным условием многоимпульсных вспышек. Конечно, с физической точки
зрения естественно ожидать, что в состарившемся канале должна
поддерживаться некоторая степень ионизации, если последующие импульсы
следуют по тому же каналу.По-видимому, большинство простых механизмов,
поддерживающих эту ионизацию, будет сязано с этим слабым током между
импульсами. Брук и др. [3] обсудили эту возможность и пришли к выводу,
что по каналу между импульсами может протекать ток порядка 10 А и его
нельзя выявить фотографическим методом или методом измерения
электрического поля. С другой стороны, Мак-Кан [44] на основе прямых
измерений токов молнии установил, что в 21 случае из 24 многоимпульсных
вспышек ток между импульсами падал ниже 0,1 А. Леб [38] выдвинул
альтернативный механизм для поддержания проводимости канала между
импульсами. Он предположил, что не вызывающие свечения ионизирующие
волны, связанные с
296
7. Теория процесса разряда
/^-изменением поля, проходят по каналу между импульсами, и тем самым
поддерживается его проводимость.
Расчеты [68] показывают, что нет необходимости ни в каком механизме,
поддерживающем проводимость канала молнии между импульсами. В отсутствие
подвода энергии в канал температура канала будет уменьшаться достаточно
медленно, так что проводимость канала, достаточная для зарождения и
распространения стреловидного лидера, будет существовать после обычного
интервала между импульсами. Уменьшение температуры канала рассматривается
как проблема передачи тепла. Энергия канала должна рассеяться прежде, чем
упадет его температура. Температура канала определяет степень ионизации
и, следовательно, проводимость. Установлено, что скорость охлаждения
невелика в интервале между импульсами для каналов с радиусом порядка
сантиметров.
На рис. 7.2 приведена температура в центре канала в зависимости от