в импульсе может превышать 10 А.

Предположим, что перпендикулярно к каналу молнии дует сильный ветер, который смещает канал на метр и более в секунду. В этом случае импульсы разряда оказываются пространственно смещенными относительно друг друга- возникает ленточная молния.

Рассмотрим задачу. Оценить энергию, выделяющуюся при разряде молнии, полагая, что электрическое поле между земной поверхностью и нижней границей тучи является однородным, т. е. подобно полю внутри плоского конденсатора. Горизонтальные размеры тучи 4yi4 км, расстояние от тучи до земли 1 км, разность потенциалов между тучей и землей I0 В.

Для оценки можно принять, что энергия молнии равна энергии плоского конденсатора, образуемого нижним краем тучи и земной поверхностью. Площадь S каждой пластины такого конденсатора определяется горизонтальными размерами тучи. В данном случае 5=16 км= = 1,6-10 м. Расстояние между пластинами конденсатора d=10 м, а разность потенциалов С=10° В. Сначала находим электроемкость С рассматриваемого природного конденсатора, используя формулу

C=EoS/d.

(6.1)

Здесь Ео - электрическая постоянная; 60=8,85-10~ ф/м. Подставляя числовые значения, получаем С=1,5-10~ Ф= =0,15 мкФ. Хотя наш конденсатор имеет весьма внушительные размеры, его электроемкость оказывается довольно скром-

ной; в радиоприемниках применяются конденсаторы с электроемкостью в сто и тысячу раз большей. Правда, у нашего конденсатора очень велика разность потенциалов, поэтому и энергия оказывается большой. Энергию W находим по формуле

w=~cu

(6.2)

Подставляя сюда численные значения, получаем 47=7,5-10° Дж. На самом деле энергия молнии по крайней мере на порядок меньше. Это вполне понятно, так как, во-первых, поле между тучей и землей лишь приближенно можно считать плоским и, во-вторых, одна молния не разряжает полностью конденсатор туча - земля.

Физика линейной молнии, проскакивающей между тучей и землей.

Как уже говорилось, линейная молния представляет собой несколько импульсов, быстро следующих друг за другом. Каждый импульс - это пробой воздушного промежутка между тучей и землей, происходящий в виде искрового разряда. Начнем с рассмотрения первого (начального) импульса. В его развитии есть две стадии: сначала образуется канал разряда между тучей и землей, а затем по образовавшемуся каналу быстро проходит импульс основного тока.

Первая стадия (образование канала разряда) показана на рисунках Ь.3,а,б,в. Все начинается с того, что в нижней части тучи формируется электростатическое поле очень большой напряженности - 10.. 10* В/м. Свободные электроны получают в таком поле огромные ускорения. Эти ускорения направлены вниз, поскольку нижняя часть тучи заряжена отрицательно, а поверхность земли положительно, На пути от одного

столкновения до другого электроны приобретают значительную кинетическую энергию. Поэтому, сталкиваясь с атомами или молекулами, они ионизуют их. В результате рождаются новые (вторичные) электроны, которые, в свою очередь, ускоряются в поле тучи и затем в столкновениях ионизуют новые атомы и молекулы.Возникают целые лавины быстрых электронов, образующие у самого дна тучи плазменные нити - так называемые стримеры.

Сливаясь друг с другом, стримеры дают начало плазменному каналу по которому впоследствии пройдет импульс основного тока (рис.6.3,а). Этот развивающийся от дна тучи к поверхности земли плазменный канал наполнен свободными электронами и ионами и поэтому может хорошо проводить электрический ток. Его на зывают лидером или, точнее, ступенчатым лидером. Дело в том, что канал формируется не плавно, а скачками - ступенями

Головка лидера выскакивает из тучи и движется к земле с огромной скоростью (порядка 10 м/с). Пройдя около 50 м, она внезапно останавливается, Остановка длится около 50 МКС. Лидер как бы набирается сил , как бы размышляет , в каком направлении ему двигаться далее. Затем следует бросок еще на 50 м, причем совсем не обязательно в направлении предыдущего броска,- и снова остановка на 50 мкс. Так отдельными бросками (ступенями) головка лидера постепенно приближается к земной поверхности, оставляя позади себя канал разряда в виде прихотливой ломаной линии (рис.6.3,6). Заметим, что лидер светится относительно слабо, он почти не виден; при высоко-

7 физика в природе

Зарождение

ступенчатого

лидера

скоростной фотосъемке его головка выглядит небольшим светлым пятнышком, рывками перемегца-ющимся к земле.

Почему в движении лидера наступают паузы и притом относительно регулярные - этого мы пока не знаем. Но сами физические процессы, происходящие вблизи головки лидера, вполне понятны.

Головка лидера

Лидер

идет к земле

Лидер достиг земли -цепь замкнута

Идет импульс основного тона

Напряженность поля под тучей достаточно велика - она составляет 10... Ю В/м; в области пространства непосредственно перед головкой лидера она еще больше. Увеличение напряженности поля в этой области хорошо объясняет рисунок 6.4, где штриховыми кривыми показаны сечения эквипотенциальных поверхностей, а сплошными кривыми - линии напряженности поля. В сильном электрическом поле вблизи головки лидера происходит интенсивная ионизация атомов и молекул воздуха. Она происходит за счет, во-первых, бомбардировки атомов и молекул быстрыми электронами, вылетающими из лидера (так называемая ударная ионизация), и, во-вторых, поглощения