Гіпотези про природу кульової блискавки. Презентація до проекту з фізики

Гіпотези про природу Кульової Блискавки

Виконала

Учениця 11 класу

Великомихайлівської

ЗОШ І – ІІІ ступенів

Чемерис Ірина

План

• Поняття кульової блискавки.
• Історія дослідження.
• Вигляд кульової блискавки.
• Поведінка кульової блискавки.
• Енергія кульової блискавки.
• Небезпека кульової блискавки.
• Коли виникає кульова блискавка.
• Спроби лабораторного відтворення.
• Гіпотези про кульову блискавку.
• Цікавий факт.

Що таке кульова блискавка ?

Кульова блискавка  — рідкісне природне явище, що має вигляд рухомого згустка плазми розміром від 10 до 20 сантиметрів, іноді видає звук, подібний до шипіння.

Шипіння кульової блискавки викликано спалахами електромагнітної активності. Ці спалахи йдуть з частотою близько 30 герц. Поріг чутності людського вуха — 16 герц.

Історія дослідження

Вчені довгий час не допускали навіть існування такого явища, як кульова блискавка: відомості про її появу відносили в основному або до оптичного обману, або до галюцинацій, що вражають сітківку ока після спалаху звичайної блискавки.

Все змінилося після того, як спочатку  XIX ст.  фізик  Франсуа Араго  опублікував звіт, із зібраними і систематизованими свідченнями очевидців про явище кульової блискавки. Хоча ці дані і зуміли переконати багатьох вчених в існуванні цього дивного явища, скептики все ж залишилися. 

Перш за все,  незрозуміла природа  появи дивної кулі. Оскільки з’являється вона не тільки в грозу, а й в ясний погожий день. Незрозумілий і склад речовини ,  який дозволяє їй проникати не лише через дверні та віконні прорізи, а й через малесенькі щілини. Після чого вона знову приймає початкову форму.

Деякі вчені, вивчаючи явище, висували припущення, що в дійсності кульова блискавка являє собою газ, але в такому випадку плазмова куля під впливом внутрішнього тепла мала би злітати вгору на зразок повітряної кулі.

Також перед фізиками не може не виникати питання про те, куди пропадає енергія, що перебуває всередині кульової блискавки.

вигляд кульової блискавки

Вже із самої назви ми розуміємо, що блискавка має форму кулі. Але її форма всього лише близька до кулі; блискавка може витягуватися приймаючи форму еліпса або груші, її поверхня може коливатися.

Кульова блискавка світиться-деколи тьмяно, а деколи досить яскраво. Яскравість світла кульової блискавки порівнюють з яскравістю світла 100-ватної лампи. Зазвичай, блискавка має жовтий, оранжевий або червонуватий колір. В 20-% випадків-це біла куля, в 15-%-синя або блакитна. Іноді колір блискавки змінюється в процесі спостереження. Перед згасанням блискавки в її середині можуть виникати темні області у вигляді плям, каналів, ниток.

Як правило, кульова блискавка має досить чітку поверхню, яка відмежовує її від повітряного середовища яке оточує блискавку. Це типова межа розділу двох різних фаз . Наявність такої межі говорить про те, що блискавка знаходиться в особливому фазовому стані. В окремих випадках на поверхні блискавки починають ”танцювати“ полум‘яні язички, з неї виходить багато іскр.

Діаметр кульової блискавки знаходиться в діапазоні від одного сантиметра до кількох метрів. Зазвичай,зустрічаються блискавки діаметром 15-30 см.

Кульова блискавка рухається безшумно. Але може видавати шипіння або жужання-особливо коли вона іскрить.

Поведінка кульової блискавки

Кульова блискавка може рухатися по дуже дивній траєкторії. Разом з тим в її русі спостерігаються певні закономірності:

• Виникнувши десь вгорі, в хмарах, вона опускається ближче до поверхні землі.
• 2. Біля поверхні землі вона рухається далi, майже горизонтально , як правило, повторюючи рельєф поверхні.
• 3. Блискавка, обходить об‘єкти які проводять струм , і в тому числі людей.
• 4. Блискавка виявляє “бажання” проникати в середину приміщень.

Під час грози земля і об‘єкти, заряджаються позитивно, а це означає, що кульoва блискавка, що обходить об‘єкти і копіює рельєф, також заряджена позитивно . Якщо, зустрічається предмет, який негативно заряджений, то блискавка притягнеться до нього і швидше за все вибухне. З часом заряджена блискавка може змінитися і тоді зміниться характер її руху. Тобто кульова блискавка дуже реагує на електричне поле поблизу поверхні землі, на заряд, який знаходиться на об'єктах, які знаходяться на її шляху.

Таким чином, блискавка прагне переміститися в ті області простору, де електрична напруженість поля менша; цим можна пояснити часту появи кульових блискавок у середині приміщень .

Викликає подив здатність блискавки проникати в приміщення через щілини , розміри яких набагато менші ніж сама блискавка. Так блискавка діаметром 40 см може пройти крізь щілину діаметром всього в кілька міліметрів. Проходячи крізь щілини блискавка сильно деформується , а після проникнення вона відновляє свою форму .

Швидкість руху кульової блискавки невелика – 1-10 м/с. За нею не важко спостерігати. В середині приміщення блискавка може на деякий час зупинятися.

Існує кульова блискавка приблизно від 10с до 1хв. Менше існують малі і дуже великі блискавки. Найдовше живуть блискавка діаметром 10-40 см.

Існує три різні види припинення існування блискавки:

• Найчастіше ( 55% випадках ) блискавка вибухає.
• В 30% випадках блискавка згасає.
• В 15% випадках блискавка розпадається на частини.

Енергія кульової блискавки

В більшості випадках можна вважати, що енергія кульової блискавки приймає значення від декількох кілоджоулів до сотень кілоджоулів .

Небезпека кульової блискавки

Деякі очевидці говорять, що куля здатна розплавити  проводку в будинку, зруйнувати вікна та інколи навіть принести шкоду людині.

Температура  на поверхні блискавки приблизно дорівнює звичайній кімнатній температурі. Це випливає з того, що деякі випадки контакту з блискавкою не приводили ні яким травм. В інших випадках дотик давав опіки, хоча й болючі, але далеко не смертельні.  Усередині кульової блискавки температура вище, ніж на її поверхні. Проте швидше за все вона не перевищує 300 … 400 ° С.

Коли виникає кульова блискавка

В більшості випадків (більше 90%) кульова блискавка виникає в період грозової активності, коли спостерігаються звичайні блискавки і коли напруга атмосферного поля особливо велика. Але є окремі повідомлення про появлення кульової блискавки в ясну погоду .

Питання в тому, як виникає кульова блискавка, являється найбільш складним і неясним питанням. Нажаль, не так багато людей виявились свідками її виявлення. В більшості глядачі стверджують, що кульова блискавка з`явилась або зразу після розряду або перед розрядом звичайної блискавки , що буває рідше.

Фізична природа кульової блискавки

В теперішній час ми не маємо яких-небудь важливих доказів вважати, що в основі всіх, кульових блискавок лежить загальний фізичний механізм .

Зосередимо увагу на гіпотезі згідно якої кульова блискавка складається з позитивних і негативних іонів. Іони виникають за рахунок енергії лінійної блискавки. Дякуючи електростатичним (кулонівським) силам, що діють між іонами, об`єм, заповнений іонами, буде володіти, поверхневим натягом, що визначає врівноважену кулеподібну форму блискавки.

Необхідно виключити можливість просторового розділення іонів різних знаків всередині кульової блискавки.

Кластерна гіпотеза:

Кластер - це позитивний або негативний іон, оточений своєрідною “шубою” із нейтральних молекул. Якщо іон оточений молекулами води, його називають гідротованими.

Молекули води в силу своєї полярності утримуються поблизу іонів силами електростатичного притягання.

Два гідротовані іони різних знаків об’єднались в нейтральну систему. Ось із цих систем і складається рідина кульової блискавки. Таким чином, передбачається, що в кульовій блискавці колишній іон оточений “шубою” із молекул води. Ця “шуба” заважає іонам зблизитись безпосередньо один з одним і тим самим суттєво гальмує рекомбінацію іонів.

Спроби лабораторного відтворення

Не існує ні одного випадку штучного отримання кульової блискавки в лабораторних умовах, що подібна до природної блискавки.

Перш за все, оскільки у виникненні кульової блискавки просліджується явний зв’язок з іншими проявами атмосферної електрики (наприклад, звичайна блискавка), то більшість дослідів проводяться по наступній схемі: створюється газовий розряд (а світіння газового розряду - річ відома), після цього шукають умови, коли розряд міг би існувати у вигляді сферичного тіла.

Дослідники могли одержати швидко плинний розряд сферичної форми, який живе декілька секунд. Але всерівно залишається відкритим питанням про зв`язок цих розрядів з тією кульовою блискавкою, яка зустрічається в природі.

Гіпотези

Гіпотеза №1

Гіпотеза №2

Домінік Араго не тільки систематизував дані про плазмовому кулі, але і спробував пояснити, в чому полягає загадка кульової блискавки. За його версією кульова блискавка – це специфічна взаємодія азоту з кисню, під час якого виділяється енергія, яка створює блискавку.

Академік  Петро Капіца  з цією думкою не погоджувався, оскільки стверджував, що для безперервного світіння блискавки потрібна додаткова енергія, яка підживлювала б кулю ззовні.

Інший фізик Френкель доповнив цю версію. Він висунув теорію про те, що плазмовий куля є вихором кулястої форми, що складається з пилових частинок з активними газами, що є такими через наявність електричного розряду. З цієї причини вихор-куля може існувати досить тривалий час. На користь цієї версії говорить той факт, що плазмова куля зазвичай виникає в запиленому повітрі після електричного розряду. А після себе куля залишає невеликий димок зі специфічним запахом.

Він висунув версію, що явище кульової блискавки підживлюють  радіохвилі  довжиною від  35 до 70 см , що виникають в результаті електромагнітних коливань між грозовими хмарами і земною корою. Вибух кульової блискавки він пояснював несподіваною зупинкою подачі енергії, наприклад, зміна частоти електромагнітних коливань, в результаті чого розріджене повітря «схлопуються».

Таким чином, ця версія говорить про те, що вся енергія плазмової кулі знаходиться всередині неї, через що кульову блискавку можна вважати накопичувачем енергії.

На даний момент сучасна апаратура жодного разу не зафіксувала радіохвилі потрібної хвилі, які з’являлися б в результаті атмосферних розрядів. Крім того, вода є майже непереборною перешкодою для радіохвиль, а тому нагріти воду, як у випадку з бочонком, а тим більше закип’ятити її, плазмова куля не змогла би.

Цікавий факт

На Землі водночас існують від 100 до 1000 кульових блискавок, але ймовірність побачити кульову блискавку хоча б один раз в житті складає всього 0,01%.

Дякую за увагу!