Материалы портала «Научная Россия»

ЗАМЫКАНИЕ ИСКРОВОГО РАЗРЯДА НА ЗЕМЛЮ

Процесс замыкания молнии на землю представляет большой интерес для исследователей как с точки зрения фундаментальной науки - понимания физических механизмов природного явления, - так и с точки зрения практической молниезащиты.

 

Процесс замыкания молнии на землю  с давних пор (первые исследования на эту тему начались более века тому назад) и по настоящее время представляет большой интерес для исследователей как с точки зрения фундаментальной науки - понимания физических механизмов природного явления, - так и с точки зрения практической молниезащиты.

Учеными и фотографами, как профессионалами, так и любителями, собрано огромное количество интегральных фотографий каналов молниевых разрядов. Часто на этих фотографиях по направлению ответвлений от основного канала можно выделить канал нисходящего из облака лидера  (как правило, отрицательного) и канал восходящего (как правило, положительного) лидера. Нередко в области встречи нисходящего и восходящего лидеров канал разделяется на несколько (как правило, на две) ветвей, образуя петли. Для объяснения наблюдаемого эффекта образования петлей разрядного канала молнии была предложена и в настоящее время разделяется большинством исследователей следующая модель встречи лидеров: лидеры, двигаясь приблизительно навстречу друг другу, тем не менее, не встречаются и проходят мимо друг друга, а затем ветви лидеров одновременно (или почти одновременно) встречаются с каналами противоположных лидеров.

Регистрация процесса встречи лидеров молнии и восходящего к ней с земли лидера затруднена скоротечностью этого процесса и удаленностью молниевого разряда от точки регистрации, а также сравнительной редкостью возможности регистрации молнии в целом.

В наших экспериментах с искусственным облаком заряженных водяных капель (рис.1) мы имели возможность воспроизводить лидерные разряды из облака на землю с частотой один разряд в несколько секунд и приблизить регистрирующие фотокамеры на расстояние 3 м от разрядов. Регистрация осуществлялась с помощью скоростной фотокамеры 4Picos, которая позволяет делать два последовательных кадра с малой экспозицией и большим усилением света.  В результате многочисленных экспериментов было получено несколько десятков регистраций процесса встречи положительного и отрицательного лидеров (один из них шел из облака, другой поднимался с земли) и один эпизод, когда оба кадра скоростной камеры по времени оказались внутри процесса встречи лидеров.

Полученные нами скоростные фотографии (рис.2) впервые демонстрируют неизвестный ранее эффект ветвления лидеров (как положительного, так и отрицательного) в сквозной фазе (то есть в фазе, когда лидеры имеют общую стримерную зону, - положительные стримеры, выходя из головки положительного лидера, замыкаются на головку отрицательного лидера). Этот эффект, очевидно, является в части случаев причиной появления петлей в каналах длинных искровых разрядов и молний.

Еще одним эффектом, обнаруженным в настоящих экспериментах, было замыкание нисходящего лидера на канал восходящего посредством канала-перемычки, который с резким изломом соединялся с обоими лидерными каналами. Подобные формы разрядного канала нередко наблюдаются и в молниевых разрядах. Частным случаем такого эффекта можно рассматривать замыкание молнии на боковую поверхность молниеотводов и башен. Наиболее естественной причиной такого эффекта представляется замыкание через боковую ветвь одного из лидеров (в случае с замыканием молнии на башню - лидера молнии).

Регистрация двух кадров (рис.2) сквозной фазы встречающихся и ветвящихся положительного и отрицательного лидеров (на две головки каждый) позволила измерить скорость движения каждой лидерной головки - все скорости оказались близкими по величине и равными (5-5.5)∙104 м/с. Такого рода измерения до настоящего времени отсутствовали.

 

Название изображения

Рис.1. Искровые разряды между искусственным заряженным облаком и землей.

 

 

Название изображения

Рис.2. Встреча лидеров.

Экспозиции кадров равны: кадр I - 100 нс, кадр II - 50 нс, время между кадрами - 2 мкс.

1 и 2 - нисходящий и восходящий лидеры, соответственно; 3 - общая стримерная зона.

 

Н.А. Богатов, научный сотрудник ИПФ РАН

богатов николай анатольевич ипф ран молниезащита молния молниямолниевый разряд

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий

Информация предоставлена Информационным агентством "Научная Россия". Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.