Электрон-ионная модель шаровой молнии

Электрон-ионная модель шаровой молнии описана в ряде работ Федосина С.Г. и Ким А.С., [1], начиная с 2000 г.

В данной модели шаровая молния есть сгусток очень горячего ионизированного воздуха с общим положительным зарядом, оболочка которого состоит из быстро вращающихся электронов с суммарным током до 1,4∙10⁵ А. Целостность молнии поддерживается балансом электромагнитных сил, действующих между зарядами. Положительные ионы внутри молнии распределены свободно вследствие сферической симметрии, и притягивают к себе электроны оболочки, удерживая их от разлёта. Согласно модели шаровая молния образуется из двух близких разветвлений линейной молнии в момент прекращения тока по основному каналу с последующим замыканием разветвлений в токовое кольцо.

Экваториальное сечение модели шаровой молнии, выделяющее кольца на токовых оболочках сфероидальной формы. R - радиус вращения ионов в равновесной оболочке вокруг магнитного поля с индукцией B, r - радиус внешней электронной оболочки.

Электронные токи в оболочке создают сильное магнитное поле внутри молнии. Эти токи перпендикулярны оси вращения, к полюсам диаметр вращения уменьшается, магнитное поле растёт. Это удерживает положительные ионы от разлёта вдоль оси вращения за счёт эффекта магнитной бутылки. Основное магнитное поле внутри молнии направлено вдоль оси вращения. То есть ионы могут двигаться вдоль оси вдоль линий магнитного поля. С другой стороны, ионы вращаются по окружности перпендикулярно оси под действием силы Лоренца в магнитном поле соответственно своей тепловой скорости. В результате на некоторых расстояниях от оси молнии возникает пересечение двух потоков ионов, которое наблюдается как светящиеся оболочки внутри молнии. Излучение от оболочек возникает от трения и рекомбинации пересекающихся потоков ионов.

Теория из первых принципов предсказывает максимальный диаметр шаровой молнии 34 см. При большем размере суммарный заряд молнии, имеющий положительный знак, растёт до величины 10 ^–5 Кл и возникает электрический пробой воздуха вблизи молнии. Энергия молнии в этом случае достигает 10,6 КДж, ток в оболочке 1,4∙10 ⁵ А, внутреннее магнитное поле 0,5 Тл. Благодаря своему заряду шаровая молния не всплывает под действием силы Архимеда, а удерживается электрической силой от наведённого заряда на Земле. Формула для максимального радиуса шаровой молнии имеет вид: $$r = \frac{m c^2 }{q E_{0}},$$

где m, q есть масса и заряд электрона, E₀=30 кВ/см есть напряжённость электрического поля шаровой молнии, приводящая к электрическому пробою воздуха, с – скорость света. В сыром воздухе максимальная напряжённость поля становится меньше, что позволяет шаровой молнии иметь размеры более 34 см.

Согласно модели при других размерах шаровой молнии её параметры следующие: 1) радиус 7 см, ток в оболочке 2,9∙10 ³ А, внутреннее магнитное поле 0,026 Тл, энергия 503 Дж; 2) радиус 1 см, ток в оболочке 20 А, внутреннее магнитное поле 0,0013 Тл, энергия 2,2 Дж.

То, что шаровая молния действительно состоит из положительно заряженных ионов и отрицательно заряженной оболочки, подтверждено исследованиями в Петербургском институте ядерной физики. Подтверждается также наличие у молнии нескомпенсированного электрического заряда. [2]

На основе электрон-ионной модели шаровой молнии объясняется также чёточная молния.

Дополнительные ссылки

• Федосин С.Г., Ким А.С. Физическая теория шаровой молнии. Прикладная физика, №. 1, 2001, С. 69 - 87.
• Sergey G. Fedosin, Anatolii S. Kim. The physical theory of ball lightning.
• Sergey G. Fedosin, Anatolii S. Kim. Electron-Ionic Model of Ball Lightening. Journal of new energy, V. 6, No. 1, 2001, P. 11 - 18.
• Федосин С.Г., Ким А.С. Способ получения шаровой молнии // Патент РФ № 2210195, МПК 7H05H1/00, G09B23/18, Бюлл. № 22, 2003.
• Федосин С.Г., Ким А.С. Критерии анализа моделей шаровых молний // Деп. в ВИНИТИ, рег. №. 3071-В00 от 06.12.2000 г. (31 стр.).
• Electron-ionic model of ball lightning
• Шаровая молния как электромагнитный тор из окиси азота
• Grani.ru
• Видеофильмы, запечатлевшие шаровые молнии.
• Любительская съёмка шаровой молнии.