Сегодня я предлагаю поговорить про следующий основной аспект электричества, где электрогидродинамическая аналогия из прошлого поста начнет давать сбой. Связана она с необходимым условием существования тока как явления - замкнутостью. Если у трубы появится пробой, или труба просто где-то обрывается, то вода будет вытекать через дырку и на поведение воды в самой трубе это повлияет мало. А вот если поток электронов никто не будет принимать, то они не начнут своего движения в принципе. Ну и как вы наверняка догадались по предисловию, поговорим о постоянном и переменном токе. Масса, ноль, фаза, все такое.
Самой простой пример - постоянный ток, пусть хоть от батарейки. Если мы вынем обычную пальчиковую батарейку из пульта, то под ней обязательно будет схема, где должен быть +, а где -. Правда тут физики решили приколоться над всеми, сказав что электрический ток всегда направлен от + к -, хотя на самом деле электроны идут от - к +. Почему? Потому что! Ну просто любят физики все положительное, а негативный электрон рожей не вышел.
Но если мы воткнем обратно только + или -, пульт не заработает, поскольку цепь не будет замкнута, а по воздуху электроны не летают. Точнее не должны летать, но как подробно объяснили в посте про коронный разряд, если будете стоять рядом, то Ваши останки надо будет ещё поискать.
Помимо батареек, + и - можно найти, например, на автомобильном аккумуляторе, но там - станет "массой", провод от него идёт прям на корпус автомобиля и двигателя, к основной массе в машине. Поэтому его снимают первым, ибо если неаккуратно начать откручивать + и коснуться концом ключа корпуса, который все еще остался подключенным к -... Жить, конечно, будете, для человека там опасности мало, а вот краску искра скорее всего прожжет до металла.
С переменным током, который живет у нас в розетках, немного хитрее. Ну во-первых, я думаю, что все помнят замечательный диалог из х/ф "Зеленая миля" о том, что переменным током убивать куда эффективнее. Безусловно опасным переменным током считается 50 Вольт, а в наших розетках по евронормам должно быть 230 (но обозначения по прежнему 220). Во-вторых, человеческие бренные тела представляют собой биоробота, которым управляет мозг с помощью электрических импульсов. Так вот, если Вы засунете свои руки во что-то электрическое, помимо ожогов мышцы получат сигнал сжаться, а мозг при всем желании до них уже больше не достучится. И из этого зафиксированного состояния Вас вытащит либо товарищ, при условии, что он знает как это делать, а то тоже зафиксируется рядом, либо гравитация, когда место контакта с электричеством банально сгорит, но вряд ли это кого-то утешит.
Теперь Вы точно знаете, что залезть в розетку без спецнавыков скорее всего будет стоить вам жизни, поэтому можно поговорить о проводах внутри обычной розетки. Если берем обычную квартиру, то проводов там будет 2 или 3, но именно к дыркам подключены только 2, обычно синий и коричневый. Поскольку переменный ток по своему определению с частотой в 50 Гц (100 раз в секунду) меняет свое направление, то первая мысль, которая у нас возникает в голове, что вот эти 2 провода эти самые 100 раз в секунду меняются + и -. Отчасти так и есть, они выступают именно в этих ролях, но сам механизм куда интереснее. На самом деле именно ток есть только в одном проводе - фазе (коричневый), и именно в нем происходит смена направления тока или + на -. Второй провод это ноль (синий) и это просто ноль. Если к нему подключить -, то ноль будет положительнее - и станет работать как +, а если к нему подключить +, то он будет отрицательнее, а значит сработает как -. Поэтому если Вы ̶в̶о̶т̶к̶н̶е̶т̶е̶ ̶г̶в̶о̶з̶т̶ь̶ ̶в̶ ̶о̶т̶в̶е̶р̶с̶т̶и̶е̶ ̶р̶о̶з̶е̶т̶к̶и̶ случайно заденете ноль, то ничего не произойдет. Если заденете фазу - скорее всего тоже, но тут важен контекст, а точнее обстановка. Помните почему - в автомобиле называют массой? Он подключен к большому и тяжелому металлическому кузову, который готов в себя впитать кучу положительного заряда. Так вот, если с рядом с Вами окажется некий большой металлический объект, например батарея, то она тоже с радостью впитает в себя кучу заряда, ей всего лишь не хватает проводника, который любезно соединит ее с фазовым проводом. А если там еще и воду кто-то пролил или дело происходит в ванной, а уж если голой ногой на мокрую землю встать, ууу, так много сценариев. Поищите на досуге немецкую книжку по технике безопасности 1933 года врача Стефана Еллинека, некоторые иллюстрации я добавлю в пост, но это лишь малая доля. В любом случае, достаточно замкнуть фазу на что-то большое или электропроводящее.
Вся беда заключается в том, что электрооборудование, которое окружает Вас, имеет свойство приходить в негодность. Если провод, соединенный с фазой, где-то коснется корпуса, например чайника, значит весь чайник станет фазовым проводом. Пару раз вы даже не заметите этого, будете в тапочках на сухом полу, но один раз облокотитесь на батарею и все, остается надеяться только на то, что при падении чайник отсоединится от розетки. И это мы опускаем случаи "умных" соседей, заземливших что-то через батарею.
1/9
Да, страшно, страшно, очень страшно, но теперь Вы хотя бы немного знаете что это такое, значит можно немного и поуспокаивать. Умереть от удара током в современной квартире практически невозможно. Все дело в том, что на входе в квартиру стоят автоматы, те самые маленькие рубильнички которые до сих пор называют пробками. Если они соответствуют всем современным требованиям, то там стоят специальные датчики, которые отключат электричество при человекоподобной нагрузке. Вот только ребенка, за счет его малого размера, они все равно не почувствуют, да и сколько еще у нас домов с советской проводкой...
Отсюда главный вывод, который я хотел бы донести. Если Вы почувствовали, что при прикосновении к батарее, ванне, крану Вас чуть-чуть ударило током, буквально ущипнуло, это достаточно веский провод вызвать специалиста. Да, может это просто шерстяной свитер или Вы излишне нагладили своего котейку зимой, это обычная статика и не более, но может в следующий раз оно уже совсем не ущипнет, а заберет палец, руку или даже жизнь.
Впервые вирус Petya.A был обнаружен в Германии: в марте 2016 года на электронную почту многих германских фирм началась массовая рассылка файлов с вирусом, ловко маскирующихся под резюме.
Ничего не подозревающие офисные работники открывали файл, и спустя буквально пару минут компьютер сперва уходил в синий экран смерти, а затем вместо привычной загрузки Windows появлялся красный экран с черепом. С сообщением о том, что жесткий диск зашифрован, и для расшифровки требуется перечислить биткоин на указанный кошелек.
В отличии от других ранних шифровальщиков Petya шифровал не файлы пользователя, а шифровал таблицу MFT и перезаписывал загрузочный файл MBR, чтобы при запуске системы как раз и высвечивалось окно с черепом.
Но у Пети был один важный недостаток. Для шифрования системных таблиц ему были нужны права администратора. И тут на сцену выходил старший брат Пети - Миша.
Буквально спустя пару месяцев там же в Германии начал распространятся новый вирус Mischa. В отличии от Petya.A Миша не запрашивал права администратора, а самораспаковывался при открытии зараженного файла на ПК пользователя и шифровал уже пользовательские данные. Ну и визуальным отличием Миши от Пети стало то, что загрузочный экран с черепом поменял свой цвет с красного на зелёный.
Теперь давайте я вам простыми словами объясню, как работал этот вирус. Представьте что компьютер - был вашей комнатой. Так вот Petya.A менял входной замок на вашей двери и требовал деньги за то, чтобы ее открыть. А Mischa брал каждую вашу вещь и прятал в сейф. И за открытие тоже просил денег. А что самое страшное, Петя и Миша шли всегда друг с другом под руку, то есть в одном комплекте.
Все вы видели окошечко с уведомлением Windows "Разрешить этому приложению вносить изменения на вашем устройстве", всплывающее при установке любой программы на ПК. Так вот в случае с Мишей если вы нажимаете "Да", то устанавливается Petya, если "Нет" то устанавливается Mischa. Тут уже шансов у простого пользователя не было.
В общественности вспыхнул скандал с обвинениями стран СНГ в связи с славянскими названиями вирусов. Пока в декабре все того же 2016 не появился Золотой Глаз. Самый модифицированный вариант вируса.
Теперь немного отвлечемся от вирусов и уйдем в кино, откуда хакеры, а именно Janus Cybercrime Solutions взяли названия своих вирусов. Как ни странно из 17 фильма о Джеймсе Бонде "Золотой Глаз" 1995 года. Petya и Mischa не что иное как русские спутники, а Janus - русский мафиозный синдикат.
А теперь снова к вирусам. Золотой глаз был своего рода комбинацией Миши и Пети и шифровал как жесткий диск, так и файлы пользователя. Ну и видимым отличием стало то, что череп окрасился в желтый.
И вот мы подходим к кульминации. 27 июня 2017 года на территории Украины начал распространение новый вирус. NotPetya или ExPetr. Итак НеПетя начал распространение с установкой обновления бухгалтерского приложения M.E DOC - аналог российской 1С. Сервера компании были взломаны и с них было отправлено скомпрометированное обновление. В отличии от своих братьев НеПетя содержал в себе эксплойт, который до этого использовал другой известный вирус WannaCry, что позволяло ему через уязвимости Windows устанавливаться на компьютеры подключенные в локальную сеть без участия пользователя.
Самое печальное было то, что если Миша и Петя с очень маленьким шансом при оплате выкупа могли все-таки расшифровать ваши файлы, то НеПетя был настроен на уничтожение файлов пользователя. Ключ расшифровки был простым набором рандомных символов.
Спустя пару часов с начала распространения вирусов на территории Украины были заражены системы управления метро, критической инфраструктуры, такие как коммунальные услуги, здравоохранение, полиция и даже система измерения радиации на Чернобыльской АЭС.
Спустя еще несколько часов вирус уже шагал по миру. Останавливали работу аэропорты, заправки, банки, больницы. Практически вся инфраструктура.
Спустя сутки НеПетя приостановил работу инфраструктуры более чем в 80 странах мира, включая Россию. В России от действий вируса пострадали Сбербанк, Росснефть, Хоум Кредит и многие другие компании.
В США подсчитали общий ущерб нанесенный действием вируса NotPetya: он составил 10 млрд долларов. На сегодняшний день это одна из самых разрушительных и дорогостоящих кибератак.
В целом история закончилась довольно банально. Быстро сработали программисты антивирусного ПО. Алгоритм распространения вируса был выявлен и свежем патче бэкдор, позволяющий размножаться вирусу, был прикрыт. Но даже сегодня в 2025 году Petya.A и Мischa до сих пор гуляют по интернету. В основном на сомнительных торрент трекерах, сайтах с читерским ПО и порнографией.
В общем, итог моего поста. Пользуйтесь антивирусным ПО, не качайте файлы с сомнительных сайтов, не ленитесь делать проверку операционной системы, и вообще, будьте бдительны. Мошенники всегда рядом.
Прогуливаясь вдоль линии электропередач в сырую, туманную погоду, можно услышать, как шепчутся между собой провода.
И тут возможны два варианта: либо вы окончательно поехали головой (времена такие нынче, понимаем), либо стали свидетелем коронного разряда – вестника невидимой войны воздуха и электричества. Это он тревожно шипит и потрескивает, а иногда даже светится - не менее тревожным фиолетовым цветом. Не живи мы в век технологий и просвещения, тут могла бы получиться красивая и страшная легенда… Ну да ладно.
Давайте быстро про то, что вообще подразумевается под словом разряд, и почему он похоронный коронный. Значицца, есть два стула – проводник и «непроводник» id est диэлектрик (есть еще третий стул - полупроводник, но мы таких товарищей игнорируем, когда говорим про газы). Если для некоторого электрического поля проложена удобная «дорожка» в виде проводника, он растекается по нему током и никого не трогает. Если же среда для него неблагоприятная и сопротивляется, эл поле либо сдается в попытках прогнать ток через нее, либо все же продирается. Сквозь кровь, пот, слезы и… разряды.
Их бывает несколько видов, в зависимости от их "настроя". Например, тлеющий разряд – чилловый гай, ленивый и не особо агрессивный, со сравнительно низкой плотностью тока. Или есть его противоположность – искровой разряд, та еще истеричка, знакомая нам чаще по мгновенным и мощным вспышкам молнии. Есть еще суровый работяга – дуговой разряд. Но вернемся к "коронному" номеру программы.
Воздух в нормальном состоянии электричество не проводит, являясь диэлектриком. Что не мешает электрическому полю искать пути его «пробития», а делает оно это очень изощренно. Электрическое поле вокруг опор и проводов "стекает" на острые углы и выступы и концентрируется там, создавая «точки силы», места, где напряженность поля выше. Там оно разрывает молекулы воздуха на ионы (т.е. ионизирует) и таким образом насильно создает проводящую среду, по которой потихоньку стравливается, издавая шипение и светясь оттенками синего и фиолетового.
Но человек не был бы человеком, если бы даже строптивые газовые разряды не придумал, как применить в жизни. Тлеющего флегматика он засунул в неоновые лампы вывесок ночных клубов и баров, трудоголика в виде дуги - приспособил для сварки и плавки металла, а искрового холерика - заставил работать в свечах зажигания. И разумеется, для меланхоличного коронного разряда тоже нашлось место, например, в очистке воздуха на предприятиях. Но, как мне кажется, гораздо прикольнее значение коронного разряда в авиации, где контролируемое стравливание напряжения хранит безопасность полетов. Итак, пришло время для истории по мотивам архивов NTSB.
*играет драматичная музыка*
24 декабря 1971 года самолет Lockheed Electra перуанской авиакомпании LANSA, вопреки предупреждениям о сильной грозе, взял курс из Лимы в Пукальпу. На высоте около 6400 метров лайнер закономерно влетел в эпицентр мощного фронта. Если вам кажется, что события развивались по сценарию "нарушаем все, что можно - пронесет", вовсе нет. Ребята ничего не нарушали, просто еще раз взгляните на дату событий и осознайте: тогда молний не особо боялись, так же как когда-то не боялись обледенения.
Самолет считался надежной клеткой Фарадея - металлическим пустотелым проводником, через который разряд побежит и никого внутри не тронет. Ну, иногда локально поджарит корпусню - ничего страшного. И разумеется, на этот раз все произошло ровно наоборот.
В зону стыка левого крыла и фюзеляжа, прямо рядом с топливным баком, ударила молния. Причем не просто ударила, а мощно так ебанула, усиленная накопленным на поверхности самолета зарядом. Дело в том, что каждый самолет в полете – жертва для электричества не только в виде молний, но и статики. Когда корпус лайнера, особенно его нос и кромки крыльев, с огромной скоростью рассекают воздух, сталкиваясь с каплями дождя и частицами пыли, возникает трибоэлектрический эффект.
Помним же приколы с расческой или эбонитовой палочкой? Электроны "вырываются" с поверхности материала при трении, столкновении (или наоборот "прилипают" к ним). Самолет, изолированный от земли, превращается в летающий конденсатор, накапливающий мощный электрический потенциал – десятки, а иногда и сотни тысяч вольт.
И чтобы как-то избавляться от него придумали статические разрядники. Вы сто процентов их видели на самолетах - такие тоненькие стержни на задней кромке крыла. Они искусственно создают те самые точки, где электрическое поле становится настолько сильным, что ионизирует окружающий воздух, позволяя лишнему потенциалу медленно "стекать" в атмосферу постоянным коронным разрядом и не давая напряжению достичь опасного уровня.
Ииии... снижая привлекательность летающего куска металла для удара молнии. Правда, это все равно не спасло рейс 508 из Лимы.
Мы там остановились на моменте, где его мощно приложило молнией, а затем мощно от этой молнии разорвало. Самолет рухнул в амазонскую сельву, разрушившись на куски еще в воздухе, и самое удивительное, что это спасло жизнь семнадцатилетней пассажирке Джулиане Кёпке. Ее вместе с креслом выбросило из фюзеляжа и опустило на плотный полог леса, это смягчило падение (насколько это вообще возможно при сложившихся обстоятельствах) и после 11 дней борьбы за выживание в джунглях она сама нашла помощь, дойдя до лагеря лесорубов. Все остальные пассажиры погибли.
Воспоминания Джулианы о яркой вспышке в левом крыле незадолго до катастрофы стали ключом для следователей, а сама девушка, наряду с Весной Вулович и Людмилой Савицкой вошла в список женщин, которые выжили, буквально упав с небес.
В отчетах о катастрофе указывается примерно такой ход событий:
1. Молния ударила в крыло
2. Очень сильно ударила
3. Всякие микроскопические зазоры, следы краски или коррозия создали локальные участки высокого электрического сопротивления
4. В этих зазорах и щелях появились микродуги (привет, дуговой разряд), раскаленные до тысяч градусов
5. Одна из таких дуг возникла в опасной близости от стенки топливного бака и воспламенила насыщенную парами керосина воздушную смесь над топливом
6. Минус крыло
7. Минус самолет
8. Минус 91 человек
Накопленный же перед этим статический заряд усугубил ситуацию: он добавил свою энергию к разряду молнии, значительно увеличив суммарный ток и температуру дуги. (Все это можно было рассказать в духе войны дугового и коронного разрядов, но я подумал об этом слишком поздно).
Что в итоге? В итоге, к списку событий можно добавить пункт 9 - глобальные изменения авиационных норм. Катастрофа LANSA 508 серьезно перекроила отношения авиации и электричества, причем как с точки зрения конструкции, так и с точки зрения закона. Самым кардинальным решением стала система генерации инертного газа (OBIGGS): теперь воздух, отбираемый от двигателей, проходит через специальные фильтры-генераторы, которые снижают концентрацию кислорода. В таких условиях горение паров топлива становится почти невозможным.
Помимо этого, поставили под контроль всякие "неидеальные соединения". Металлические элементы теперь соединяются с корпусом самолета множеством параллельных проводящих путей - металлизации. Ну, правда, выглядит она далеко не так новучно, как называется, - это просто металлические ленточки, прикрученные повсюду внутри конструкции. Дополнительно, любые детали, где возможно трение или удар, выполняются из искробезопасных материалов, а все остальное зачищается, красится и проверяется сложными процедурами моделирования молний и контролем потенциалов внутри топливных баков.
Авиационные правила США (FAR) и Европы (CS), в частности пункты FAR/CS 25.954 и 25.981, теперь требуют, чтобы топливная система исключала воспламенение паров при любых условиях, включая прямой удар молнии в любую часть самолета, воздействие статического электричества или неисправностей бортовых систем.
Ну а на десерт: требования к эффективности и количеству статических разрядников стали строже. Их изучают, делают эффективнее и устанавливают в больших количествах, чтобы в принципе не особо светиться перед молниями, а только осторожно отсвечивать фиолетовым цветом коронного разряда в темноте. Вот такая небольшая авиационная пасхалка к шипящим ЛЭП.
P.S. Кстати, о легендах. Вообще-то такая существовала у моряков, и вы наверняка про нее слышали. Так вот, в ней тоже идет речь про естественный коронный разряд.
Самое главное в электричестве - это электрический ток, без него говорить просто не о чем, так что с него и начнем.
Формально все просто, берем заряженные частицы, обычно это оторванные от атомов электроны, и отправляем кучкой в каком-нибудь направлении. На практике же есть некоторые сложности, поскольку электроны не везде могут пройти. Самым надежным способом организовать правильное движение будет выделить им спецтрассу - проводник. А в нем у нас уже будет править закон Ома с картинки.
В классической формулировке он гласит, что сила тока (Амперы) прямо пропорциональна напряжению (Вольты) и обратно пропорциональна сопротивлению (Омы). Именно такой вид закона Ома расставляет приоритеты этих понятий. Сопротивление — это характеристика проводника, как-то ее изменить, не меняя сам проводник не получится, поэтому можем считать за данность. Напряжение — это характеристика источника тока, условные 220В в розетке. Можем ли мы их изменить? Да тоже вряд ли, надо менять сам источник тока или хотя бы режим его работы. А что же сила тока? Хоть это и есть непосредственно поток электронов, но она находится в полностью зависимом состоянии. Тем не менее, именно амперы совершают основную работу. А теперь давайте пройдемся по каждому участнику закона Ома.
Начнем с не самой правильной, но очень наглядной аналогии. Поскольку поток электронов это в первую очередь поток чего-нибудь, то и сравнить его можно с потоком воды (технари, этот пост не для вас, нефиг сразу плеваться). Да, есть большие отличия, но для первого знакомства пойдет.
Итак, сопротивление — это труба. Чем она толще, тем больше можно прогнать через нее воды, а чем толще проводник — тем лучше через него пройдет ток. А вот если внутри будет мусор, то воде будет тяжело двигаться по трубе, в проводнике за такой мусор отвечает природа материала, например медь проводит лучше железа. Чем длиннее труба, тем больше нужно усилий, для перекачки воды, а чем длиннее проводник - тем большее напряжение нам понадобится.
Напряжение — это насос. Дали больше мощности — воды/тока будет больше, все очень просто и логично. Ну а сила тока — это напор воды, при мощном насосе и чистой широкой трубе хоть цистерну в секунду нальет, а вот при слабеньком насосе и тонкой забитой трубе получите в час по чайной ложке.
Если мы к концу одной трубы прикрутим еще одну, то воде нужно преодолеть будет обе, для электричества это называется последовательное соединение проводов и сопротивления в этом случае суммируются. При этом сила тока/поток воды в каждой точке этой схемы будут одинаковые.
А вот если пустить от одного насоса воду одновременно по двум трубам, то вода в основном пойдет по той трубе, по которой ей проще течь. Но и по второй тоже что-то да потечет, а значит общий поток будет суммой потоков по этим трубам. Это называется параллельное соединение проводников, там сила тока считается как сумма, а общее сопротивление меньше чем самое малое сопротивление отдельного проводника.
Вот мы и познакомились с основными понятиями электричества, в следующий части узнаем, почему птичек на проводах не бьет током, а вот человека тот же провод запросто поджарит до хрустящей корочки.
Пара слов о шаровой молнии. Шаровой молнии не бывает, никто никогда не видел, не регистрировал, ни кто никогда не смог воспроизвести, шаровая молния выдумка фантастов, неучей и пьянчуг.
Видел шаровую молнию в начале 90-х. Проводил лето на даче, началась гроза, а моя комната была на втором этаже с балконом. Я вышел на балкон, полюбоваться грозой, а с балкона была видна соседняя деревня на холме и старый храм ( ещё не восстановленный) на колокольне которого в советское время был установлен молниеотвод. И вот я стою, любуюсь стихией и вдруг увидел очень большой, белый светящийся шар плавно подлетающий к колокольне с молниеотводом. Шар подлетел к молниеотводу и исчез, была ли вспышка я не помню, но грохнуло трындец как сильно, вот грохот я запомнил на всю жизнь.
Почему я пишу, что шар был большой, да потому что соседняя деревня была где-то в 1.5км от нас. Подозреваю, что шар был не менее 50см. В диаметре.
Вы ведь все в курсе, что самый, нет, САМЫЙ ненадёжный источник информации это свидетели? Т.к. они имеют свойство додумывать и фантазировать, когда не понимают в чем дело.
Твёрдо и чётко можно сказать лишь, что шаровая молния — это летающий светящийся шар. На этом всё, до новых встреч. Но что же в действительности представляет собой это явление? На сегодняшний день вопрос о механизме ее происхождения остается практически безответным. Нет представления о том, как надёжно получить шаровую молнию даже в лабораторных условиях. А встреча с ней в естественных условиях — большая редкость и относится к случайным событиям. Поэтому исследование шаровой молнии для физиков оказывается нетривиальной задачей.
Об этом неопознанном метеорологическом объекте людям известно еще издревле, но лишь на основании рассказов немногочисленных очевидцев. Описание редкого, как будто бы неземного эффекта зачастую выглядело надуманно и приукрашено.
По грубым оценкам, вероятность встретить шаровую молнию в течение жизни — это доли процента. Поэтому ситуация с пониманием явления изменилась только тогда, когда были проведены первые масштабные соцопросы, из которых были выявлены тысячи случаев наблюдения шаровой молнии. Тщательный анализ их подробных описаний позволил ученым определить основные наблюдаемые характеристики шаровой молнии, такие как размер, скорость, яркость, цвет и другие. Чем же наша героиня так привлекает внимание учёных? Не только же своей красотой и таинственностью.
Свидетельства очевидцев
Самое интересное — это её время жизни (однозначно слишком долгое). К сожалению, большинство наблюдателей шаровой молнии не видят либо момента ее возникновения, либо момента гибели, либо ни того, ни другого. Поэтому наблюдения шаровой молнии дали лишь приблизительное представление о времени её жизни.
По дынным А. И. Григорьева, который проанализировал более 10 000 описанных случаев шаровых молний (А. И. Григорьев, «Статистический анализ свойств шаровых молний», в Science of Ball Lightning, под редакцией Ю. Х. Охцуки, World Scientific Publishing Co., Singapore, 1988, pp. 88AD134), время её жизни варьируется в широких пределах — от нескольких секунд до нескольких минут. Это время, как правило, увеличивается с увеличением размера и уменьшается с увеличением яркости. Шаровые молнии, имеющие ярко выраженный оранжевый и голубой цвет, похоже, живут дольше, чем обычно. Средняя продолжительность жизни шарика находится в диапазоне 10 до 20 секунд. Казалось бы, что в этом необычного?
Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо разобраться с тем, какую энергию запасает себе шаровая молния и как ей это удаётся. Оценить энергию, запасенную в молнии, визуально не получится, но это можно сделать, проанализировав последствия её существования. Судя по показаниям очевидцев, достаточно часто исчезновение шаровой молнии сопровождается громким хлопком, взрывом или импульсом электротока.
Если после этого молния оставляет следы, то их можно спокойно и не спеша рассмотреть. Так, например, при разряде в проводники от мощного токового импульса металл оплавляется или даже испаряется. Предметы при взрыве шаровой молнии разлетаются, а при контакте с ней могут значительно нагреться, а потом расплавится или испарится. Я приведу вам один из интересных примеров.
Летом 1977 года в городе Фрязино Московской области преподаватель и группа школьников находившихся в классе на втором этаже увидели мохнатый светящийся шар приблизительно 5 сантиметров в диаметре, который приблизился к наружному оконному стеклу. В стекле образовалось небольшое круглое отверстие со светящимися краями красного цвета. Постепенно диаметр отверстия увеличился до 5 сантиметров, при том что толщина стекла была 2,5 миллиметра.
Вслед за этим шаровая молния ярко вспыхнула и исчезла с громким звуком. В этот момент преподаватель, державший в руках проектор, включенный в цепь, почувствовал удар током. Второе, то есть внутреннее стекло оконной рамы, не пострадало. Время, в течение которого молния проплавила наружное стекло, наблюдатели оценивают в 5 секунд. Таким образом, шаровая молния проплавила около 8 грамм стекла, из чего можно оценить энергию, ушедшую на нагрев в 10 кДж.
В большинстве других случаев, в которых удается определить энергию, также оценивается масса нагретого, испарившегося или расплавленного вещества, и из хорошо известных в школе формул находится энергия. Так или иначе, она всегда получается в диапазоне от единиц до сотен килоджоулей, а плотность энергии обычно десятки джоулей на кубический сантиметр. Если предположить, что плотность частиц шаровой молнии приблизительно соответствует плотности частиц в воздухе (иначе бы она двигалась вертикально), то на одну частицу будет приходиться единицы электрон-вольт.
Это весьма и весьма много для одной молекулы (на два-три порядка больше средней кинетической энергии молекул воздуха). Удерживать такую энергию в достаточно большом объеме шаровой молнии, диаметр которой в среднем около 20 сантиметров, очень тяжело. Как же такое возможно? Было предложено множество гипотез в попытке объяснить этот феномен.
Для начала немного поговорим о температуре шаровой молнии. Может ли энергия шаровой молнии быть тепловой? Этот вопрос возникает естественным образом, когда мы видим, как она плавит металл. Сравним спектр свечения шаровой молнии с тепловым излучением.
Очевидцы видели шаровые молнии красного, зеленого, белого или фиолетового цветов. Но чаще всего все же красные или оранжевые. Из-за этого ей иногда приписывают температуру в тысячи градусов, предполагая, что она излучает как абсолютно черное тело. Однако этот вывод ошибочен. Во-первых, в большинстве случаев, когда шаровая молния проходила рядом с предметами, но не взаимодействовала с ними непосредственно, она их не нагревала своим излучением.
Непрерывные спектры излучения абсолютно чёрного тела в зависимости от его температуры. Цвет, которым оно начинает светиться примерно соответствует максимуму на графике
Неоднократно молния проходила вблизи очевидцев, но тепла они при этом практически не ощущали. Во-вторых, был случай, когда удалось заснять след шаровой молнии и провести фотометрирование снимка. Оказалось, что шаровая молния прозрачна к видимому диапазону, из чего следует, что она не является черным телом, т.е. теплового излучения в видимом диапазоне спектра быть не должно.
И в-третьих, если бы шаровая молния была бы нагрета хотя бы до 1000 градусов, то она поднималась бы вверх за счет силы Архимеда из-за меньшей плотности частиц относительно окружающего воздуха. Наблюдения показывают, что в большинстве случаев молния движется в горизонтальной плоскости и где-то в 20% падает вниз. Это свидетельствует о том, что плотность частиц шаровой молнии близка к атмосферной.
Предположения о физической природе шаровой молнии
В попытке объяснить столь продолжительное время жизни шаровой молнии учёные предлагали различные химические теории. Ведь действительно, нам знакомо множество химических процессов, в результате которых выделяется большое количество энергии и излучения на протяжении очень долгого времени. Например, процесс горения может длиться часами, лишь бы было топливо.
По одной из версий шаровая молния состоит из испарившегося кремния, сгорающего в результате окисления. Молния, ударившая в земную почву, могла испарить содержащийся в ней кремний и каким-то образом отделить кислород от диоксида кремния, превратив его в чистый пар кремния. Остывая, кремний может сконденсироваться в плавающий аэрозоль, связанный своим зарядом и светящийся за счёт тепла рекомбинации кремния с кислородом.
Искать топливо для шаровой молнии можно и в среде элементов, находящихся в достаточном количестве в атмосфере, так как наблюдения показывают, что этот тип молнии возникает в самых разнообразных условиях. Так, например, есть предположение о том, что энергия запасается в большом количестве озона после удара обычной молнии. Благодаря мощнейшему импульсу тока молекулярный кислород диссоциирует на атомарный, то есть часть энергии линейной молнии уходит именно на диссоциацию.
В дальнейшем атомарный кислород может перейти в озон при столкновении с молекулой кислорода и любой другой частицей. Вследствие дальнейших химических реакций при определенных условиях можно достаточно долго наблюдать свечение. Но эта теория, как и все другие чисто химические теории, не в состоянии выдерживать критику, так как не объясняет электрические явления, связанные с шаровой молнией.
Разнообразие этих явлений свидетельствует о том, что шаровая молния — это плазменное образование, то есть она обладает достаточно большим количеством заряженных частиц. Сегодня создать плазменное светящееся образование не представляет труда. Многие из них можно сделать даже в домашних условиях. Но для этого в любом случае потребуется непрерывно подводить энергию к газовому разряду.
Дело в том, что в атмосфере атомарные ионы, то есть положительно заряженные частицы, при невысоких температурах быстро превращаются в молекулярные, а они в свою очередь охотно рекомбинируют с электронными и отрицательными ионами. Эти реакции обеспечивают исчезновение заряженных частиц всего за одну секунду. И именно это обстоятельство и ставит исследователей в тупик. Но неспроста шаровую молнию можно сравнивать с газовым разрядом. Дело в том, что имеется множество подтверждений того, что шаровая молния — это электрическое явление. (Хотя конечно, химических реакций там, вероятно, происходит тоже очень много).
Очевидцами неоднократно отмечалась способность шаровой молнии вызывать радиопомехи вплоть до индуцирования сильных шумов в трубках аналоговых телефонных аппаратов.
В июле 1965 года В.И. Степанов работал в поселке Итат Кемеровской области. Надвигалась гроза. Он забежал в контору, расположенную в вагончике, чтобы позвонить по телефону. Когда он стал набирать номер, в трубке появилось все усиливающееся потрескивание.
Вслед за этим в открытую дверь конторы взлетел огненный шар диаметром 8−10 сантиметров, светло-желтого цвета. Он двигался горизонтально вдоль стен помещения на расстоянии 20−30 сантиметров от них, плавно огибая углы. В вагончике находился еще один человек. На экране у вас сейчас присланная автором схема. Далее слова автора. При входе шаровой молнии в комнату треск в телефонной трубке стал оглушительным и достиг своего апогея при минимальном расстоянии молний до телефонного аппарата.
Молния обошла весь вагончик по периметру на высоте одного метра от пола и вышла в ту же дверь, в которую вошла. При этом треск в телефонной трубке продолжался еще несколько секунд и плавно затух.
Помимо этого, электрическую природу шаровой молнии подтверждают удары током, например, в проводники или даже в людей, и эти удары зачастую достаточно мощные.
В 2006 году в лаборатории исследований молний во Флоридском университете был проведен ряд экспериментов в попытке создать шаровую молнию. Так как большинство очевидцев наблюдали ее после удара обычной линейной молнии, ученые для этого эксперимента использовали так называемую триггерную молнию.
К небольшой ракете привязывается проволока, которая вторым концом соприкасается с землей. Таким образом, если запустить ее в грозовое облако, можно инициировать возникновение классической молнии. Но, несмотря на множество попыток, получить шаровую молнию ни разу не удалось. И, к сожалению, никакими другими способами пока еще не удалось поставить нормальный эксперимент, в котором бы возникала такая молния. Но существует своего рода лабораторный аналог.
В 2000 году в Петербургском институте ядерной физики в Гатчине открыли новый вид электрического разряда при атмосферном давлении — шаровой плазмоид, или, как его иногда называют, гатчинский разряд. В нем образуются уникально долгоживущие светящиеся образования, которые, по мнению многих исследователей, похожи на природные шаровые молнии.
Процесс происходит так: энергия вводится между двумя электродами, один из которых расположен на дне сосуда с жидкостью (водой), а другой — над поверхностью жидкости. В результате вложения энергии одна её часть переходит в жидкость с образованием активных частиц при диссоциации воды, другая — вблизи верхнего электрода. При этом верхний электрод нагревается до температуры плавления во время импульса разряда. Позже на этом электроде возникает люминесцентная сфера, и она всплывает.
Можно подумать, что вот она — шаровая молния в лабораторных условиях. Но и тут все не так просто. На сегодняшний день максимальное время жизни такого разряда не превышает секунды. Что с одной стороны уже значительно долго для электрического разряда, без подпитки энергии, но с другой стороны недостаточно надолго для шаровой молнии.
Природа этого разряда по-прежнему совсем не ясна, а потому пока сложно установить соответствие этого явления с природной шаровой молнией. Некоторые исследователи в своих работах стараются подчеркнуть тесную взаимосвязь плазмоидов и молний, а некоторые, наоборот, достаточно скептически относятся к этому и изучают шаровые плазмоиды не по причине его схожести с шаровой молнией.
Что-то определённое
В общем, заряженные частицы в шарике точно есть, их много, их энергия велика, а также электромагнитное воздействие шаровой молнии простирается на гораздо большее, чем её видимый размер, расстояние. Всё это привело великого физика Петра Капицу в 1955 году к трактовке шаровой молнии как безэлектродного разряда, вызванного стоячими сверхвысокочастотными волнами неизвестного происхождения, присутствующими между землёй и облаком; более ранние версии этой идеи относятся к 1930-м годам.
С тех пор учёные усовершенствовали предположение Капицы. Современной версией подхода, основанного на СВЧ-разрядах, можно считать мазерно-солитонную теорию, впервые описанную в 1975 году (P.H. Handel, «Maser Theory of Ball Lightning» в Bulletin of the American Physical Society Series II, Vol. 20 [1975], No. 26). Исследования по этой теме ведутся в Курчатовском научном центре в Москве с 1992 года. Согласно этой теории, наружные шаровые молнии вызываются атмосферным мазером — аналогом лазера, но работающим на гораздо меньшей энергии, — и имеющим объём порядка многих кубических километров. Вероятно как раз по этой причине и не удаётся надёжно получить эту молнию в лаборатории. Нужны гораздо более щедрые ассигнования просторные лабораторные помещения.
Водородный мазер как пример шаровой молнии в коробочке. Похоже,но всё-таки не то..
Принцип работы мазера схож с лазерным (ведь не зря же они так похоже называются) — только вместо оптического диапазона (ТГц или нанометры) задействуется гораздо менее энергоёмкий радиодиапазон (МГц/Ггц или сантиметры). И вместо твёрдого рабочего тела для накачки используется большой объём воздуха, на который воздействует удар молнии по соседству, что затрудняет выход фотонов до того, как они вызовут «микроволновое усиление за счёт стимулированного излучения» .
Этой теории есть несколько надёжных подтверждений от очевидцев. Во-первых, шаровая молния никогда не возникает на острых горных вершинах, высотных зданиях и других высоких точках, которые притягивают молнии. Напротив, все они тяготеют к равнинам. Во-вторых, шаровая молния не наносит никакого вреда в самолётах и подводных лодках, а также в домах с проводящим каркасом. И в-третьих, шаровая молния под открытым небом часто заканчивается сильным взрывом, иногда вызывающим значительные разрушения. Взрыв особенно странен тем, что при нём токопроводящие предметы смещаются в большей степени, чем диэлектрики. Это наводит на мысли о так называемых пондемоторых силах, имеющих электрическую осциллирующую природу.
Несмотря на свою привлекательность, мазерная теория не является ни единственным ни исчерпывающим объяснением природы сего загадочного явления. А пока опросы остаются единственным достоверным способом описания шаровой молнии. Такая вот физика, котованы.
Сердечно благодарю Физический факультет СПБГУ и магистранта кафедры оптики Владислава Залётова за афигенную лекцию, послужившую основой этой статейки. Физфак чемпион!
