Теория грозы

[Владимир Ерашов]

Для того чтобы зарядить статическим электричеством кусок металла, надо его просто изолировать. А трется о воздух лакокрасочное покрытие, которое и передает заряд металлу. Я прав?
Кусок книги про статический заряд самолета:




Про типы гроз:


Феймановские лекции 1965 года... Настоящий прорыв в понимании процесса гроз, произошел в середине 1990-х. Автор теории Александр Викторович Гуревич. Печатал он свою статью в Наука и Жизнь 1993 год июль.

Просто в начале лета в нас попала молния, сначала в штангу, потом отрикошетила в киль и прожгла там отверстие. Поэтому я в последнее время очень интересуюсь физическими процессами связанными с грозовой деятельностью...

Вот статья о теории Гуревича:
Новости от ФОБОС
Грозы вселенского разряда

Российские ученые Александр Гуревич и Анатолий Караштин нашли новые экспериментальные подтверждения теории о том, что причиной молний являются космические лучи - высокоэнергетические заряженные частицы из космоса. Статья ученых появилась в журнале Physical Review Letters.
Процесс возникновения грозового разряда является довольно сложным и достоверно неизвестно, что именно вызывает саму молнию. Считается, что для возникновения разряда между облаками и землей (или соседними облаками) необходимо наличие большой разницы потенциалов. Когда она достигается, возникает пробой. В реальности, однако, наблюдаемые в облаках потенциалы на порядок меньше необходимых для пробоя.
В начале 90-х российский физик Александр Гуревич предложил собственную теорию возникновения атмосферных разрядов на основе открытого им эффекта пробоя на убегающих электронах (ПУЭ). ПУЭ представляет собой лавинообразное размножение в веществе быстрых электронов с характерной энергией 0,1-10 мегаэлектронвольт. В атмосфере ПУЭ возникает в постоянном электрическом поле, на порядок меньшем поля обычного пробоя. «Затравкой» же для ПУЭ служат космические лучи.
В рамках новой работы Гуревич и Караштин проанализировали данные наблюдений более 3,8 тысячи молний над Россией и Казахстаном. В нескольких сотнях случаев им достоверно удалось обнаружить, что молниям предшествует радиоимпульс. Характеристики этих импульсов совпали с теми, которые были получены Гуревичем в результате математического моделирования процесса возникновения молний.
Главным недостатком теории Гуревича оставался тот факт, что космические частицы нужной для запуска пробоя на убегающих электронах энергии встречаются реже, чем молнии. В рамках новой работы ученые предлагают объяснение и этого эффекта - по их мнению дополнительную энергию для ПУЭ сообщают свободные электроны (они возникают в результате механической ионизации в грозовом облаке), пролетающие рядом с каплями или градинами.

// ФОБОС

Я допускаю, что космические лучи могут служить спусковым крючком при возникновении молний, но кто же заряжает "ружье"? Космические лучи не способны это делать, то есть разговор идет о гигантской разности электрических потенциалов в атмосфере между частями облака и между облаком и Землей. Элементарное доказательство тому, над сушей молний во много раз больше, чем над океаном. Как это увязать с космическими лучами?

[Borneo]

Я допускаю, что космические лучи могут служить спусковым крючком при возникновении молний, но кто же заряжает "ружье"? Космические лучи не способны это делать, то есть разговор идет о гигантской разности электрических потенциалов в атмосфере между частями облака и между облаком и Землей. Элементарное доказательство тому, над сушей молний во много раз больше, чем над океаном. Как это увязать с космическими лучами?

Заряжается от трения крупных и мелких льдинок друг об друга. Вот как объясняет это Константин Богданов, доктор биологических наук, кандидат физико-математических наук:

Выше 3–4 км облака состоят из льдинок разного размера, так как температура там всегда ниже нуля. Эти льдинки находятся в постоянном движении, вызванном восходящими потоками теплого воздуха от нагретой поверхности земли. Мелкие льдинки легче, чем крупные, увлекаются восходящими потоками воздуха. Поэтому «шустрые» мелкие льдинки, двигаясь в верхнюю часть облака, всё время сталкиваются с крупными. При каждом таком столкновении происходит электризация, при которой крупные льдинки заряжаются отрицательно, а мелкие — положительно. Со временем положительно заряженные мелкие льдинки оказываются в верхней части облака, а отрицательно заряженные крупные — внизу. Другими словами, верхушка грозы заряжена положительно, а низ — отрицательно. Всё готово для разряда молнии, при котором происходит пробой воздуха и отрицательный заряд с нижней части грозовой тучи перетекает на Землю. Однако само облако не в состоянии так наэлектризовать себя, чтобы вызвать разряд между своей нижней частью и землей. Напряженность электрического поля в грозовом облаке никогда не превышает 400 кВ/м, а электрический пробой в воздухе происходит при напряженности больше 2500 кВ/м. Поэтому для возникновения молнии необходимо что-то еще кроме электрического поля. В 1992 году российский ученый Александр Викторович Гуревич из Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) предположил, что своеобразным зажиганием для молнии могут быть космические лучи — частицы высоких энергий, обрушивающиеся на Землю из космоса с околосветовыми скоростями. Тысячи таких частиц каждую секунду бомбардируют каждый квадратный метр земной атмосферы.
Согласно теории Гуревича, частица космического излучения, сталкиваясь с молекулой воздуха, ионизирует ее, в результате чего образуется огромное число электронов, обладающих высокой энергией. Попав в электрическое поле между облаком и землей, электроны ускоряются до околосветовых скоростей, ионизируя путь своего движения и, таким образом, вызывая лавину электронов, движущихся вместе с ними к земле. Ионизированный канал, созданный этой лавиной электронов, используется молнией для разряда.

По поводу различия кол-ва молний над морем и землей, Константин Богданов объясняет это так:

Чтобы облако разрядилось, в воздухе под ним должно быть достаточное число ионов. Воздух, состоящий только из молекул азота и кислорода, не содержит ионов, и его очень тяжело ионизировать даже в электрическом поле. А вот если в воздухе много инородных частиц, например пыли, то и ионов тоже много. Ионы образуются при движении частиц в воздухе аналогично тому, как электризуются при трении друг о друга различные материалы. Очевидно, что пыли в воздухе гораздо больше над сушей, чем над океанами. Поэтому-то грозы и гремят над сушей чаще. Замечено также, что прежде всего молнии бьют по тем местам, где в воздухе особенно велика концентрация аэрозолей — дымов и выбросов предприятий нефтеперерабатывающей промышленности.

[Владимир Ерашов]

Заряжается от трения крупных и мелких льдинок друг об друга. Вот как объясняет это Константин Богданов, доктор биологических наук, кандидат физико-математических наук:

По поводу различия кол-ва молний над морем и землей, Константин Богданов объясняет это так:

Слабым местом объяснений Богданова является то, что в результате трения мелкие льдинки заряжаются положительно, а крупные отрицательно. Все голословно, а почему не наоборот, мелкие заряжаются отрицательно, а крупные положительно. И почему заряжание льдинок происходит в результате трения, а не каких-то других процессов. Короче здесь желаемое выдается за действительное. Тогда как в мой теории разделение зарядов происходит без всякого трония, за счет испарения ионов из капли (вместе с малекулами воды, конечно). Ведь хорошо известно, что постиранное белье сохнет и на морозе, по есть процесс испарения воды идет и с поверхности льдинок. Так вот ионам (Н+) гораздо легче испоряться в силу своей малости, чем отрицательным ионам кислотного остатка (НСО3-). Трение в этом случае может интенсифицировать процес испарения, нет возражений, но заряд льдинкам придает не трение, а испарение, и по моей теории все льдинки маленькие и большие заряжаются отрицательно, а вот вокруг льдинок существует облако испаривнихся ионов (Н+), которое и уносится восходящим потоком вохдуха в верхнюю часть облака, где и накапливается положительный заряд.
Заметьте, Богданов не пологается на космические лучи, а вводит электризацию и разделение зарядов с помощью льдинок, так что это уже не теория Гуревича, хотя электризация льдинок трением врядли принадлежит и Богданову. Но независимо от авторства, разделение зарядов льдинками - слабая теория, так как нет механизма разделения заряда.

[Владимир Ерашов]

Что касается пыли над континентами.
Есть теория американских ученых, что пыль Сахары интенсифицирует образование ураганов в Атлантике. Время от времени в Интернете появляются даже снимки этой пыли над Атлантикой из космоса.
Как видим пыль континентов, не обязательно висит в воздухе над континентами, а уносится и в океан, но однако грозы возникают преимущественно над континентами.