Piorun kulisty (PK) jest autonomną częścią pioruna linijnego (PL). Jednym słowem – PK to odprysk PL.
Podstawą PL jest osiowe statyczne pole między parą elektrod, dookoła którego formuje się wichrowy potok elektrino.
W PK nie ma pary elektrod. Tu jest tylko jedna elektroda z elektroujemnym statycznym ładunkiem q, dookoła którego cyrkuluje stojący wichrowy potok elektrino.
Żeby przekonać się w prawdziwości takiego twierdzenia przeanalizowano cały obserwacyjny materiał zgromadzony w monografii I. Stachanowa "O fizycznej naturze pioruna kulistego", Moskwa, Energoatomizdat., 1985, ale zaczynać należy z analizy środowiska, w którym PK się przejawia, czyli analizy powietrza atmosferycznego.
Sprawa w tym, że PK powinien mieć gazowe jądro, promień którego powinien wynosić ok. ¼ pełnego promienia PK. W objętości jądra V, powinien byćzgromadzony nadmierna statyczny ładunek ujemnego znaku q, uzasadniający statyczny potencjał jądra. Nie ma takiego jądra – nie ma PK!
W swojej istocie, jądro PK jest analogiczne do parującej kropli wody, dookoła której istnieje lokalny cyrkulujący prąd. Dziwne, ponieważ we wcześniejszych analizach otrzymaliśmy rezultat świadczący o tym, że atmosfera Ziemi w całym jest elektrododatnia, a objętościowe ładunki w troposferze wynoszą:
Q(V) = -1,323726*10^5 C/m^3 i Z(V) = 3,4959572*10^5 C/m^3
Pamiętać jednak należy, że te wielkości pokazują nam żredni stosunek ładunków w troposferze, bez uwzględnienia dynamiki wody, która jest jedynym składnikiem atmosfery z przejściem fazowym para-ciecz-twarde ciało.
Nie przedstawia trudności wyliczenie tej ilości wody, przy której powietrze staje się elektroneutralne:
DZ = Z(V) + Q(V) = 2,1722312*10^5 C/m^3
Biorąc do uwagi, że średni ładunek molekuły pary (H2O)3 wynosi:
q = -2,2742745*10^-19 C
lekko znaleźć ilość molekuł pary potrzebnej do neutralizacji powietrza:
n = -DZ/q = 9,551349*10^23 m^-3
Przy T = 288,15 K gęstość objętościowa oscylatorów N1 = N0*To/T1 = 2,5476619*1025 m-3, od której n wynosi 3,7490511%, tj. już przy osiągnięciu stanu nasycenia wodą 3,749% powietrze stanowi się elektroneutralne, a przy dalszej koncentracji wody ono na pewno stanie się elektroujemne.
Pierwszy wniosek:
Wychodzi na to, że PK możliwe tylko wtedy, gdy koncentracja wody w powietrzu wynosi więcej niż 3,749%(wtedy gdy P = P0 i T = T0).
Z drugiej strony, niezbędnym jest ustalenie wielkości statycznego ładunku i statycznego potencjału jądra PK. Rozwiązanie tego zadania można szukać w fakcie, że PK jest absolutnie stabilny w Statycznym potencjale Ziemi. To oznacza, że potencjał Ziemi nie może oderwać od jądra dynamicznego ładunku PK, przedstawionego cyrkulującym dookoła jądra wirem elektrin.
A więc spełniony jest warunek, że energia utrzymująca elektrina w statycznym polu jądra PK jets większa lub równa odrywającej energii pola Ziemi, z czego możemy ustalić minimalną wartoćć potencjału i ładunku.
Z wielu obseracji PK wiadowmo, że on całkowicie stabilny względem potencjału Ziemi, ale rozrusza się przy zetnięciu z innymi ciałami. Z tego można wnioskować, że potencjał średniego PK jest na 1-3 rzędy większy od potencjału Ziemi.
fiPK = 10*fiZiemi = -5,8290986*108 V
Uwzględniając, że średni promień PK wynosi r = 5,55*10-2 m i jego średnia energia E = 2*104 J możemy zrobić pełny rozrachunek wszystkich parametrów tego zjawiska.
1. Tok cyrkulacji formowany jednym elektrino:
2. Energię PK
3. Dynamiczny ładunek PK i Statyczny ładunek jądra
4. Nadmierną ilość molekuł pary w jądrze PK
Przechodząc do analizy termodynamicznych właściwości PK, należy podkreślić ten fakt, że masowa gęstość takiego pioruna pozostaje równą gęstości otaczającego powietrza, chociaż temperatura tego lokalnego systemu trzyma się na poziomie 1000 i więcej stopni.
W ramkach nowej elektrodynamiki, w tym stanie nie ma niczego dziwnego, gdyż wir elektrin formuje ujemne, blokujące naprężenie P, nie pozwalające rozszerzać się objętości gazowego jądra PK, przez co mamy do czynienia ze stałą gestąścią jądra od momentu formowania PK, do jego rozpadu.
Mało tego, mamy wszelkie dane, żeby dopuścić zwiększanie się tej gęstości. Sprawa w tym, że czas życia PK jest stosunkowo wielki po zrównaniu z PL i wynosi w średnim ponad 30 sekund.
Dla życia oscylatorów powietrza, wykonujących 6*10^12 oddziaływań w ciągu sekundy, czas życia PK wydaje się dużym przedziałem czasu i dlatego możliwa jest wymiana oscylatorów z otaczającym powietrzem – wysokoenergetyczne oscylatory opuszczają PK, a na ich miejsce wchodzą zimne oscylatory powietrza.
Czy tak jest w rzeczywistości – pokażą obliczenia.
Nikt chyba nie zaprzeczy, że PK emituje światło, a jak tak, to można przeanalizować jego spektrum.
Pierwsze miejsce należy żółtemu światłu. Wycinek zielono-oranżowy zajmuje 45% na każde 1000 obserwacji. Dlatego za najbardziej charakterystyczną długość promieniowania możemy przyjąć lambda = 5,8*10-7 m. Przy takiej długości częstotliwość oscylatorów w objętości PK (w tym jądro) wyniesie:
f = 3,564714*10^14 s-1
Przy takiej częstotliwości oscylatorów, oraz przy braku wymiany ciepła i masy między PK, a otoczeniem, temperatura w PK powinna wynosić T' = 1,71*10^4 K
Dla sprawdzenia tych danych zrobimy obliczenia energii PK opisanego pod nr30 w monografii Stachanowa.
Dane wyjściowe:
- czas oddziaływania PK na szkło okna – 5s;
- średnica przepalonego w szkle otworu – d1 = 3,5*10^-2 m;
- średnica kontaktu PK ze szkłem - d2 = 5*10^-2;
- grubość szkła l = 2,5*10^-3;
- gęstość szkła ro=2,5*10^3 kg/m^-3;
- masa szklanego dysku, który wypadł z okna dm = 6,0132045*10^-3 kg;
- ciepło właściwe szkła - q = 0,67*10^3 J/kg*K
- temperatura tego kawałka, który wypadł z okna T2 = 873,15 K;
- temperatura powietrza i okna – T3 = 300 K;
- początkowa różnica temperatur między PK i szkłem – DT1 = 1,6813448*10^4 K;
- końcowa różnica temperatur - DT2 = 1,6240298*10^4 K;
- średnie znaczenie za czas 5 s – DT 1,6524388*10^4 K;
- energia pochłonięta dyskiem, który wypadł z okna - DE1 = 3,51779*10^3 J
- energia, która przeszła z PK na okno za czas 5 s – DE2 = 2,2257653*10^4 J
Jak widać, otrzymaliśmy dwa znaczenia energii, która przeszła z PK na szkło, a przecież zrozumiałym jest, że przy prawidłowej ocenie wszystkich parametrów powinno spełnić się równianie DE1 - DE2 = 0
nf = DE2/DE1 = 6,3271693
Obiektywnie oceniając te dwie dane, należy stwierdzić, że wielkości wyznaczające pierwszą wielkość są znacznie wiarygodniejsze. W tym, że DE2 nie zeszło się z DE1 jest kilka przyczyn:
- zbyt duża wielkość czasu t;
- zbyt duża wielkość DT';
- przy każdym oddziaływaniu oscylatory powietrza, zablokowane w objętości PK wypromieniowują nie jeden, a większą ilość elektrino-fotonów. Sprawa w tym, że infraczerwone promieniowanie Ziemi, odpowiadające temperaturze fonowego układu, jakim jest atmosfera, od t1 = -40 C do t2 = 45 C leży w zakresie częstości od 4,85649*1012 s-1 do 6,627032*1012 s-1 i przy tym, każdemu oddziaływaniu oscylatora towarzyszy emisja jednego elektrino-fotonu. Przy czym ta emisja jest w dynamicznej równowadze z elektrinosferą Ziemi.
A przecież PK jest jest lokalnym wirem w fonowym potoku elektrino magnetosfery Ziemi, a więc najprawdopodobniej ładunek elektroujemnych oscylatorów jest wyższy i one mogą wypromieniowywać intensywniej.
Tak więc, prawdziwe znaczenia termodynamicznych wielkości są takie:
DT = DT'/nf = 2611,6557 K
DT1 = 2657,3412 K
DT2 2566,7557 K
T = DT1 + T3 = 2957,3412 K
T – temperatura średniego PK
DE2(DT) = 3,5177897*10^3 J
P1 = -2,7929452*10^7 Pa
P2 = 2,7929455*10^7 Pa
P = P2 – P1 = 5,5858912*10^7 Pa = 551,28 atm
Z powyższych równań wynika, że czym większy potencjał jądra i promień PK, tym dłuższy czas jego życia.
Na zakończenie tej ilościowej charakterystyki PK przeanalizujemy napięciowe i prądowe chrakterystyki średniego PK.
w = -8,7321898*10^18 s^-1
R = ro/2r = 3,162*10^16/0,111 m = 2,8486*10^17 Om
i = 3,431062*10^-5 A
V = 1,336571*10^-2 V
k = Ro/R = 1,367492*10^-15
n = 1,9767982*10^3
Wir promienia kulistego, jak i wir elektrinosfery Ziemi posiada dwie formy ruchu:
- orbitalny ruch elektrino dookoła jądra:
- krokowe przesuwanie się wirowych pakietów z prędkością liniową v, w kierunku prostopadłym do powierzchni orbity pakietów, przy tym, wirowy pakiet za każdym obrotem przesuwa się na odległość h:
h = v/w = 3,3202*10^-11 m
która większa kroku w piorunie liniowym w n = 195,7 raza.
Zamiast Post Scriptum:
Niektórzy profesorowie fizyki czerpią wiedzę o piorunach kulistych z rosyjskiej wersji Wikipedii i karmią swoich czytelników takimi bzdurami:
„По состоянию на конец 20 века не было создано ни одного опытного стенда, на котором, в масштабе природного явления искусственно воспроизводилась бы тождественная описаниям очевидцев шаровая молния.”
Nikomu dotąd się nie udało wytworzyć w warunkach laboratoryjnych zjawiska mającego wszystkie te własności, które są opisywane przez świadków.
Możemy więc spekulować do woli, z większym lub mniejszym skutkiem, bo nie ma jak naszych spekulacji sprawdzić.
Takim profesorom i ich czytelnikom dedykuję pracę zbiorową pod wspólnym tytułem "Piorun kulisty w laboratorium", Moskwa, "Chemia" 1994 r., a wśród tych prac pragnę wyróżnić artykuł Awramienko, Nikołajewoj i Poskaczejewoj, niezwyczajnie nasycony wieloma bardzo cennymi rezultatami pomiarów.
W swoim czasie dam analizę tych rezultatów, co pozwoli lepiej zrozumieć sens tych zjawisk.
Inne tematy w dziale Technologie
