Головна
Банківська справа  |  БЖД  |  Біографії  |  Біологія  |  Біохімія  |  Ботаніка та с/г  |  Будівництво  |  Військова кафедра  |  Географія  |  Геологія  |  Екологія  |  Економіка  |  Етика  |  Журналістика  |  Історія техніки  |  Історія  |  Комунікації  |  Кулінарія  |  Культурологія  |  Література  |  Маркетинг  |  Математика  |  Медицина  |  Менеджмент  |  Мистецтво  |  Моделювання  |  Музика  |  Наука і техніка  |  Педагогіка  |  Підприємництво  |  Політекономія  |  Промисловість  |  Психологія, педагогіка  |  Психологія  |  Радіоелектроніка  |  Реклама  |  Релігія  |  Різне  |  Сексологія  |  Соціологія  |  Спорт  |  Технологія  |  Транспорт  |  Фізика  |  Філософія  |  Фінанси  |  Фінансові науки  |  Хімія

Кульова блискавка як альтернативне джерело енергії - Фізика

Міністерство загальної та професійної освіти

Свердловської області

Департамент освіти адміністрації міста Нижній Тагіл

МОУ СЗШ № 10

Кульова блискавка як альтернативне джерело енергії

Виконавець: Штанько Олена учнівська 11Б класу

Керівник: Хижна Лариса Павлівна

вчитель фізики I категорії, МОУ СЗШ №10

Рецензент: Юріна Любов Іванівна,

вчитель фізики I категорії, МОУ СЗШ №10

м Нижній Тагіл

2008

Зміст

Введення. 3

Глава I. Загадка кульової блискавки. 6

1.1 Спостереження кульової блискавки. 6

1.2 Як виглядає кульова блискавка? Її поведінка. 7

1.3 небезпечна кульова блискавка ?. 10

1.4 Гіпотеза виникнення кульової блискавки. Частота появи. 11

1.5 Фізична природа кульової блискавки. 13

Глава II. Проблема створення кульової блискавки, використання її енергії. 18

2.1 Гастон Планте. 18

2.2 Нікола Тесла - повелитель блискавок. 19

2.3 Сучасні дослідження. 20

Глава III. Практична частина. 21

Висновок. 24

Список літератури .. 26

Тезаурус. 27

Додаток. 28

Введення

М. Горький розповідає у своїх спогадах: «Я бачив, як А. Чехов, сидячи в саду у себе, ловив капелюхом сонячний промінь і намагався - абсолютно безуспішно - надіти його на голову разом з капелюхом». Чехова не було потрібно переконувати, що сонячний промінь зловити не можна, додає С.І. Вавилов. Ця думка представляється абсолютно очевидною, оскільки ми не бачимо навколо себе прикладів зберігання світлової енергії.

Світло являє собою електромагнітне випромінювання. Постійні магніти дають нам приклад як завгодно довгого зберігання магнітного поля. Конденсатори являють собою чудові ємності для електричного поля. А ось зберігання електромагнітного поля, коли магнітне і електричне поля існують лише при безперервному взаємне перетворення один в одного, ми вважаємо неможливим. І, тим не менш, в природі існують пастки для електромагнітного випромінювання. Так, наприклад, хвилевід земля - іоносфера може за певних умов «захопити» радіохвилі так, що радиолуч буде поширюватися по колу, не наближаючись до землі і не віддаляючись від неї. Відомо явище накопичення світла в оптичному волокні, згорнутому в петлю. Осмислення результатів багаторічних лабораторних експериментів по створенню та дослідженню лабораторних аналогів природного кульової блискавки призводить до думки про те, що світлова енергія може накопичуватися і в природній кульової блискавки.

Розгадка природи кульової блискавки давно займає розуми не тільки фізиків-професіоналів, а й широкого кола людей, що цікавляться природознавством. Запропоновано велику кількість всіляких спроб створити її штучно.

Новий результат в науці, в тому числі і нова модель явища, повинні володіти предсказательную, забезпечувати відтворюваність цього явища в різних лабораторіях і намічати шляхи до використання отриманих результатів на практиці. Цим умовам не задовольняють повною мірою існуючі моделі кульової блискавки. Більше того, на сьогоднішній день ми навіть не можемо дати надійного опису того, що називається кульовою блискавкою. Б.М. Смирнов у книзі: «Проблема кульової блискавки» дає таке її визначення: «Світиться освіту в повітрі, спостережуване протягом декількох секунд і довше. Це утворення найчастіше має сферичну форму, не прикріплено до стінок і не змінює своїх розмірів за час свого існування ».

Ясно, що таке визначення дає лише зоровий образ, не прив'язаний ні до яких фізичним величинам і не розкриває її природу.

Російська наука переживає в даний час дуже важкий період. Можна, наприклад, вважати, що зараз трата часу і сил на розгадку природи кульової блискавки - не потрібно забава. Однак пізнання навколишнього світу - непереборна потреба людства. Г.І. Бабат проводив експерименти по створенню штучної кульової блискавки під виття сирен повітряних тривог в 1942 р В обложеному Ленінграді. Н.І. Кибальчич у камері смертників за кілька днів до страти розробив оригінальний проект реактивного літального апарата, призначеного для польоту людини. Їх праці не пропали дарма. Безсумнівно, настане час, коли штучна кульова блискавка буде працювати на користь людині [1].

Об'єкт дослідження - процес виникнення кульової блискавки як фізичного явища.

Предмет дослідження - спосіб передачі енергії на відстань шляхом використання кульової блискавки.

Мета дослідження - обґрунтувати перспективу використання кульової блискавки в якості джерела електричної енергії.

Завдання дослідження:

Вивчити літературу з даної проблеми.

У поняття «кульова блискавка» відзначити її властивості і поведінку в різних ситуаціях.

Розглянути можливість створення кульової блискавки в штучних умовах.

Оцінити реальність використання штучної кульової блискавки на практиці.

Глава I. Загадка кульової блискавки

1.1 Спостереження кульової блискавки

Грізне і таємниче явище природи - кульова блискавка з'являється нечасто. Ще рідше вдається дослідити результати її впливу по свіжих слідах [2]

Один з випадків виникнення кульової блискавки був описаний М.В. Ломоносовим, який детально дослідив на місці наслідки того, що сталося. Згаданий випадок стався 26-го липня 1752 р в Петербурзі в результаті невдалого експерименту, проведеного в Фізичної лабораторії Петербурзької Академії наук. Його проводив професор Г. В. Ріхман. Метою даного експерименту було дослідження впливу грози на пристрій для вимірювання атмосферного електричного поля, винайдене самим професором. Погода сприяла проведенню експерименту: з ранку було душно, а до середини дня згустилися хмари, почалася гроза. Разом з Ріхманом в лабораторії знаходився його друг-гравер Академії наук.

Для того щоб вловити блискавку, вимірювальний пристрій Рихмана було пов'язане з металевий стрижнем, що виходять на дах. Коли в стрижень потрапила блискавка, поблизу пристрою раптом з'явився світиться блакитний куля розміром з кулак. Що стоїть за півкроку від пристрою Ріхман був убитий ударом прямо лоб. Пролунав гучний тріск, схожий на постріл. На гравер загорівся одяг від розжарити дроту від пристрою. Все вищеперелічене не залишає жодних сумнівів у тому, що Рихман був убитий кульовою блискавкою

Описаному вище події були свідки, які опинилися на вулиці поблизу лабораторії, які бачили, як в металевий стрижень на даху потрапила блискавка. Є також гравюра, зроблена гравером, очевидцем трагічної смерті Рихмана.

Інший випадок був описаний французьким фізиком Д'Араго, який у першій половині 19-го століття зібрав відомості про 30-ти випадках спостереження кульової блискавки. Ось один з них:

«Після сильного удару грому у відчинені двері влетіла біло-блакитна куляста маса діаметром 40 см і почала швидко рухатися по кімнаті. Вона підкотилася під табурет, на якому я сидів. І хоча вона виявилася у моїх ніг, тепла я не відчув. Потім кульова блискавка притягнула до батареї і зникла з різким шипінням. Вона оплавіла ділянку батареї діаметром 6 мм, залишивши лунку глибиною 2мм ». [3]

1.2 Як виглядає кульова блискавка? Її поведінка

Дивовижні форми цих блискавок. 90% - це кулі, в тому числі і порожнисті бульбашки, 6% - еліпсоїди і тільки 2,3% - грушоподібні. Спостерігалися поодинокі екземпляри у вигляді тора, диска і циліндра. І 1,6% мали неправильні форми. [4]

З урахуванням усіх зауважень будемо вважати, що кульова блискавка - це куля або майже кулю. Він світиться - іноді тьмяно, а іноді досить яскраво. Яскравість світла кульової блискавки порівнюють з яскравістю світла 100-ватної лампочки. Найчастіше (приблизно в 60% випадків) кульова блискавка має жовтий, помаранчевий або червонуватий колір. У 20% випадків - це біла куля, в 20% - синій, блакитний. Іноді колір блискавки змінюється під час спостереження. Перед згасанням блискавки всередині неї можуть виникати темні області у вигляді плям, каналів, ниток.

Як правило, кульова блискавка має досить чітку поверхню, що обмежує речовина блискавки від навколишнього її повітряного середовища. Це типова межа розділу двох різних фаз. Наявність такої межі говорить про те, що речовина блискавки знаходиться в особливому фазовому стані. В окремих випадках на поверхні блискавки починають танцювати язички полум'я, їх неї викидаються снопи іскор.

Діаметр кульових блискавок перебуває в діапазоні від часток сантиметра до декількох метрів. Найчастіше зустрічаються блискавки діаметром 15 ... 30 сантиметрів.

Зазвичай кульова блискавка рухається безшумно, але може видавати шипіння або дзижчання, особливо коли вона іскрить.

Кульова блискавка може рухатися по вельми химерної траєкторії. Разом з тим в її русі виявляються певні закономірності. По-перше, виникнувши десь угорі, в хмарах, вона опускається ближче до поверхні землі. По-друге, опинившись біля поверхні землі, вона рухається далі майже горизонтально, зазвичай повторюючи рельєф місцевості. По-третє, блискавка, як правило, обходить, огинає проводять струм об'єкти і, зокрема, людей. По-четверте, блискавка виявляє явну «бажання» проникати всередину приміщень.

Коли блискавка плаває над поверхнею землі (зазвичай на висоті метра або трохи більше), вона нагадує тіло, що знаходиться в стані невагомості. Мабуть, речовина блискавки має майже таку ж щільність, що і повітря. Точніше, блискавка трохи важчий за повітря - недарма вона, в кінцевому рахунку, завжди прагне опуститися вниз. Її щільність становить (1 ... 2) * 10-3 г / см3. Різницю між силою тяжіння і виштовхує (архимедовой) силою компенсують конвекційні повітряні потоки, а також сила, з якою діє на блискавку атмосферний електричне поле. Остання обставина є досить важливим. Як правило, людина не має органів, що реагують на напруженість електричного поля. Інша справа кульова блискавка. Ось вона обходить залізний вагончик по периметру, огинає спостерігача або купу металу, копіює в своєму русі рельєф місцевості - у всіх цих випадках вона переміщується вздовж еквіпотенційної поверхні. Під час грози земля і об'єкти на ній заряджаються позитивно, значить, кульова блискавка, що обходить об'єкти і копіює рельєф, також заряджена позитивно. Якщо, проте, зустрічається предмет, заряджений негативно, блискавка притягнеться до нього і, швидше за все, вибухне. З плином часу заряд в блискавки може змінюватися, і тоді змінюється характер її руху. Одним словом, кульова блискавка дуже чітко реагує на електричне поле поблизу поверхні землі, на заряд, наявний на об'єктах, які виявляються на її шляху. Так, блискавка прагне переміститися в ті області простору, де напруженість поля менше; цим можна пояснити часту появу кульових блискавок усередині приміщень.

Викликає подив здатність кульової блискавки проникати в приміщення крізь щілини і отвори, розміри яких багато менше розмірів самої блискавки. Так, блискавка діаметром 40 сантиметрів може пройти крізь отвір діаметром всього в декілька міліметрів. Проходячи крізь малий отвір, блискавка дуже сильно деформується, її речовина як би переливається через отвір. Ще більш дивна здатність блискавки після проходження крізь отвір відновлювати свою кульову форму. Слід звернути увагу на здатність кульової блискавки зберігати форму кулі, так як це явно вказує на наявність поверхневого натягу у речовини блискавки.

Швидкість руху кульової блискавки невелика: 1 ... 10 м / с. За нею неважко стежити. Усередині приміщень блискавка може на якийсь час навіть зупинятися, зависаючи над підлогою.

Живе кульова блискавка приблизно від 10 секунд до 1 хвилини. Менше живуть дуже маленькі блискавки (діаметром близько сантиметра і менше) і дуже великі (діаметром близько метра і більше). Найбільш довго живуть блискавки діаметром 10 ... 40 сантиметрів. Існують три різні способи припинення існування блискавки. Найчастіше (у 55% випадків) блискавка вибухає. У 30% випадків блискавка спокійно згасає (через брак запасу енергії, накопиченої в ній). У 15% випадків всередині блискавки розвиваються нестійкості, і вона розпадається на частини. Маленькі блискавки зазвичай згасають («згорають»); великі «воліють» розпадатися на частини.

Взагалі треба сказати, що в поведінці кульової блискавки чимало підступності. Ми не знаємо, обійде вона той чи інший об'єкт або, навпаки, притягнеться до нього. Невідомо, вибухне вона чи спокійно згасне. Нарешті, можна лише гадати, в який саме момент станеться вибух.

Ну а якщо вибух все ж відбувається, то, питається, наскільки він руйнівний? Це визначається, очевидно, запасом енергії блискавки.

1.3 небезпечна кульова блискавка?

В принципі, звичайно, вона небезпечна. Згадаймо хоча б смерть Рихмана. Втім, слід взяти до уваги, що Рихман експериментував під час грози зі спеціальним пристроєм, досліджуючи атмосферну електрику. Можливо, що, сам того не бажаючи, він штучно створив кульову блискавку, яка і вразила його.

Взагалі ж зустрічі з природною кульовою блискавкою, як правило, закінчуються без трагічних наслідків. З проведеного журналом «Наука і життя» опитування з'ясувалося, що з півтора тисяч листів лише в п'яти повідомлялося про смертельний результат. При цьому кілька смертей сталося не від самого вибуху кульової блискавки, а від його наслідків (наприклад, людина була убита осколком скла після вибуху блискавки). Як зазначалося, енергія, що виділяється при вибуху кульової блискавки, не перевищує приблизно 100 кДж. Цього достатньо, щоб оплавити невелику ділянку металу, зігнути не надто товсту трубу, розщепити колоду, пробити дерев'яну перегородку, відламати куточок кам'яної кладки, влаштувати пожежу. Однак будь-яких дійсно серйозних руйнувань кульова блискавка призвести, мабуть, не в змозі.

Найчастіше кульова блискавка обходить людини стороною. Багатьох спостерігачів дивує той факт, що навіть на близькій відстані вони не відчували тепла від блискавки. В окремих випадках навіть пряме дотик блискавки не завдавало жодної шкоди; в інших випадках таке дотик давало опіки, хоча й болючі, але аж ніяк не смертельні. Отже, температура на поверхні блискавки невисока - вона або відповідає звичайній температурі, або трохи перевищує її (мабуть, на більш ніж на 100 К). Всередині кульової блискавки температура вище, ніж на її поверхні, однак навряд чи вона перевищує 300 ... 4000С.

Можна стверджувати, що небезпека кульової блискавки явно перебільшена. Як показує практика, куди більш небезпечна лінійна блискавка. Наш страх перед кульовою блискавкою заснований не на дійсній небезпеки, а на неможливість передбачити, як вона поведеться через секунду, дві, три. Ми не знаємо, як треба захищатися від неї.

1.4 Гіпотеза виникнення кульової блискавки. Частота появи

У переважній більшості випадків (понад 90%) кульова блискавка виникає в період грозової активності, коли спостерігаються звичайні блискавки і коли напруженість атмосферного електричного поля особливо велика. Але є окремі повідомлення про появу кульової блискавки в ясну погоду.

Питання про те, як виникає кульова блискавка, є, мабуть, найбільш складним і незрозумілим. На жаль, не так вже й багато людей опинилися свідками її виникнення. У більшості своїй спостерігачі стверджують, що кульова блискавка виникла або відразу після розряду, або перед розрядом звичайної блискавки, що буває рідше.

Як саме народжується кульова блискавка при розряді звичайної блискавки? На цей рахунок нічого певного сказати поки не можна. Є лише різні припущення. Можна, наприклад, припустити, що кульова блискавка виникає в момент, коли спускається з хмари ступінчастий лідер зустрічається в декількох десятках метрів над землею із зустрічним лідером. Можливо також, що кульова блискавка виникає в місці особливо різкого зламу звичайної блискавки або в тому місці, де відбулося її роздвоєння. Не можна не брати до уваги і повідомлення, що кульова блискавка виникла із землі або води в тому місці, яке було тільки що уражено звичайної блискавкою. Нарешті, кульова блискавка може народитися при електричному розряді між хмарами. Зрозуміло, що у всіх цих випадках кульова блискавка утворюється за рахунок енергії розряду звичайної блискавки.

А як бути з тими випадками (про них пишуть деякі очевидці), коли кульова блискавка вискакує з телефонних апаратів, електричних розеток і т. Л.? Можна припустити, що вона виникає за рахунок енергії розряду звичайної блискавки, яка підводиться до телефонного апарату або розетки по підключеним до них проводах.

Кульову блискавку прийнято вважати вельми рідкісним явищем з тієї причини, що її вдається спостерігати вкрай рідко. Однак це ще не означає, що кульова блискавка рідко виникає. Не слід плутати частоту її спостережень з частотою появ. Існує гіпотеза, згідно з якою кульова блискавка виникає настільки ж часто, як і звичайна блискавка. Звичайна блискавка яскраво спалахує, добре видно за кілометри, і навіть десятки кілометрів; до того ж вона сповіщає про своє виникненні гуркотом грому. Що ж стосується кульової блискавки, то вона, звичайно, далеко не настільки помітна. Щоб звернути увагу на порівняно невеликий шар, який рухається практично безшумно і світиться як 50-ватна лампочка, необхідно, що називається, зіткнутися з ним «ніс до носа». Крім того, треба врахувати, що кульову блискавку спостерігають поблизу земної поверхні (на висоті від метра до десятків метрів), так що вона легко може сховатися за тими чи іншими об'єктами. Припустимо, що кульова блискавка дійсно виникає в місці удару звичайної блискавки. Але хіба часто вдається спостерігати це місце в безпосередній близькості? Можуть заперечити, що кульову блискавку неважко впізнати по її вибуху. Однак не завжди вона закінчує своє існування вибухом. Можуть сказати, що, як зазначалося, кульова блискавка вибухає в більшості випадків (наводилося число - 55% випадків). Але ж ці 55% ставляться до випадків спостереження, а не до випадків появи. Може бути, значно частіше блискавка закінчує своє існування спокійно, без вибуху; просто ми її не помічаємо.

Отже, цілком можливо, що кульова блискавка - не таке вже рідкісне явище. Вся справа в тому, що спостерігач в стані помітити лише ті кульові блискавки, які або випадково виникли поблизу нього, або наблизилися до нього; у всякому разі, навряд чи хтось помітить невеликий світиться кульку на відстані в кілька кілометрів. Звичайно, це тільки припущення, гіпотеза. В даний час ми не можемо її підтвердити, як, втім, і не маємо підстав відкинути [5].

1.5 Фізична природа кульової блискавки

Більше двох століть вчені всього світу намагаються пізнати таємниці кульової блискавки. Чому вона виникає і що собою являє? [6]

Всі гіпотези, що стосуються фізичної природи кульової блискавки, можна розділити на дві групи. В одну групу входять гіпотези, згідно з якими кульова блискавка безперервно отримує енергію ззовні. Передбачається, що блискавка якимось чином (по якомусь каналу) отримує енергію, що накопичується в хмарах і хмарах, причому тепловиділення в самому каналі виявляється незначним, так що вся передана енергія зосереджується в обсязі кульової блискавки, викликаючи його світіння. До іншої групи відносяться гіпотези, згідно з якими кульова блискавка після свого виникнення стає самостійно існуючим об'єктом. Цей об'єкт складається з якогось речовини, усередині якого відбуваються процеси, що призводять до виділення енергії.

Серед гіпотез першої групи відзначимо гіпотезу, запропоновану в 1955 р академіком П.Л. Капицею: «Якщо в природі не існує джерел енергії, ще нам невідомих, то на підставі закону збереження енергії доводиться прийняти, що під час свічення кульової блискавки безперервно підводиться енергія, і ми змушені шукати це джерело поза обсягу кульової блискавки». [7]

Передбачається, що енергія підводиться до кульової блискавки за допомогою електромагнітного випромінювання діапазону надвисоких частот (точніше кажучи, діапазону дециметрових і метрових хвиль). Сама кульова блискавка розглядається як пучность електричного поля стоячої електромагнітної хвилі, що знаходиться на відстані чверті довжини хвилі від поверхні землі або якого-небудь проводить об'єкта. В області цієї пучності напруженість поля дуже висока, і тому тут утворюється сильно іонізована плазма, яка і є речовиною блискавки. Незважаючи на багато привабливі сторони даної гіпотези, вона все ж видається неспроможною. Справа в тому, що вона не може пояснити характеру переміщень кульової блискавки, її химерного блукання і, зокрема, залежності її поведінки від повітряних потоків. В рамках даної гіпотези важко пояснити добре спостережувану чітку поверхню блискавки. До того ж вибух такої кульової блискавки взагалі не повинен супроводжуватися виділенням енергії. Якщо з якихось причин надходження енергії електромагнітного випромінювання раптом припиняється, нагрітий в пучності хвилі повітря швидко остигає і, стискаючись, відтворює гучний хлопок.

Слід визнати, що такими недоліками страждають всі гіпотези першої групи. Враховуючи накопичений фактичний матеріал, можна цілком впевнено стверджувати, що кульова блискавка - це самостійно існуюче тіло. Іншими словами, слід, мабуть, віддати перевагу гіпотезам другої групи.

Зупинимося на двох таких гіпотезах. Одна з них передбачає хімічну природу кульової блискавки. Цю гіпотезу детально розробляв в середині 70-х років Б.М.Смірнов. Передбачається, що кульова блискавка складається з звичайного повітря (що має температуру приблизно на 1000 вище температури навколишнього атмосфери), невеликої домішки озону O3 і оксидів азоту NO та NO2. Принципово важливу роль відіграє тут озон, що утворюється при розряді звичайної блискавки; його концентрація близько 3%. Всередині кульової блискавки відбуваються хімічні реакції:

NO + O3 > NO2 + O2

NO2 + O3 > NO3 + O2

Вони супроводжуються виділенням енергії. При цьому в обсязі діаметром 20 см виділяється приблизно 1 кДж енергії. Це мало, як ми вже знаємо, запас енергії кульової блискавки таких розмірів повинен становити приблизно 100 кДж. Недоліком розглянутої фізичної моделі є також неможливість пояснення стійкості форми кульової блискавки, існування поверхневого натягу. Незрозуміло, яким чином у нагрітого повітряного міхура, збагаченого озоном, може виникнути чітка поверхню, що відокремлює його від навколишньої атмосфери.

Тому зосередимо увагу на гіпотезі, згідно з якою кульова блискавка складається з позитивних і негативних іонів. Іони утворюються за рахунок енергії розряду лінійної блискавки. Витрачена на їх освіту енергія якраз і визначає запас енергії кульової блискавки. Вона вивільняється при рекомбінації іонів Завдяки електростатичним (кулонівським) силам, чинним між іонами, обсяг, заповнений іонами, володітиме поверхневим натягом, що і визначає стійку кулясту форму блискавки.

Також існує кластерна гіпотеза, припущення в 1974 р І.П.Стахановим.

Якщо іон оточений молекулами води, його називають гідратованих. На малюнку 1а зображена схематично молекула води. Вона є полярною молекулою: центри її позитивних і негативних зарядів не збігаються один з одним. На малюнку 1б показаний кластер - гідратований негативний іон, а на малюнку 1в - ще один кластер - гідратований позитивний іон. Молекули води в силу своєї полярності утримуються поблизу іонів силами електростатичного притягання. Зауважимо, що гідратованих іони відомі давно; вони є в розчинах електролітів. В останні роки вони знайдені також в земній атмосфері.

Рис.1. Кластерна гіпотеза

На малюнку 1г два гідратованих іона різних знаків об'єдналися в нейтральний комплекс. Ось з таких комплексів і полягає, відповідно до гіпотези Стаханова, речовина кульової блискавки. Таким чином, передбачається, що в кульової блискавки кожен іон оточений «шубою» з молекул води. Ця «шуба» заважає іонів зблизитися безпосередньо один з одним і тим самим істотно сповільнює рекомбінацію іонів.

Якщо кількість рекомбінацій іонів за одиницю часу в одиниці об'єму не надто велике, кульова блискавка поводиться спокійно. Виділяється при рекомбінації енергія перетворюється в енергію світлового випромінювання і частково передається навколишньому середовищу через теплообмін. Коли ж число рекомбінацій стає надмірно великим, що виділяється енергія не встигає відводитися з блискавки - і тоді швидко зростає температура, дружно валять оболонки іонів-кластерів, рекомбінація різко посилюється - відбувається вибух.

Отже, згідно кластерної гіпотезі, кульова блискавка являє собою самостійно існуюче тіло (без безперервного підведення енергії від зовнішніх джерел), що складається з важких позитивних і негативних іонів, рекомбінація яких сильно загальмована внаслідок гідратації іонів. Треба визнати, що дана гіпотеза (на відміну від інших) цілком добре пояснює всі властивості кульової блискавки, виявлені в результаті численних спостережень. І все ж поки це тільки гіпотеза, хоча і досить правдоподібна.

Що дасть нам розуміння природи кульової блискавки? Природно вважати, що в основі природи кульової блискавки лежать відомі фізичні закономірності, але їх поєднання призводить до нового кількістю, якого ми не розуміємо. Розібравшись у цьому, ми знайдемо реальним те, що раніше здавалося екзотичним, і отримаємо якісні уявлення, які можуть мати аналоги і в інших фізичних процесах і явищах. Отримання таких уявлень збагачує науку і є цінним в розглянутих дослідженнях. Така логіка розвитку науки взагалі, і накопичений досвід дослідження природи кульової блискавки підтверджує це.

Глава II. Проблема створення кульової блискавки, використання її енергії

Практично неослабний інтерес до кульової блискавки обумовлений, очевидно, тим, що досі не існує якоїсь однієї загальноприйнятої моделі її внутрішньої будови. Точно також немає і експериментальної техніки, яка дозволяла б в будь-який момент часу створювати штучні кульові блискавки, що не відрізняються за своїми властивостями від природних аналогів [8].

2.1 Гастон Планте

Вчені не раз намагалися отримати кульову блискавку в лабораторних умовах. Вперше і найбільш успішно це вдалося Гастону Планте.

Вчений заряджав з'єднані паралельно акумулятори від гальванічного елемента, а потім за допомогою спеціального перемикача - «реостатіческой машини» - з'єднував їх послідовно. (Окремий акумулятор в середньому дає напругу 2,5 В, але коли їх з'єднують послідовно, то напруги складаються.)

Так Планте вдавалося отримати батарею з напругою до 4500 В. При її розряді через воду на позитивному електроді виходили стійкі обертові кулі. Напрямок обертання було випадковим, що говорить про те, що воно не пов'язане з дію струму. У той же час при переміщенні електрода кулі слідували за ним. Це говорить, що вони отримували енергію від батареї.

Такі вогняні кульки Планте впевнено ототожнював з кульовими блискавками і вважав, що кульова блискавка - це первинна форма існування «електричної матерії», а лінійна - лише ланцюжок кульових. Цю заяву він підтверджував своїми спостереженнями, з яких випливало, що в місті практично при будь грозі можна побачити кульову блискавку, потрібно лише вміти дивитися.

Планте стверджував, що кульова блискавка отримує енергію через вихровий стовп, за яким на неї стікають заряди з грозових хмар. Сьогодні до цього можна додати те, чого Планте не знав: повний всередині вихровий стовп є відмінним волноводом, що концентрує в нижній своїй частині енергію виникають при грозі електромагнітних хвиль [9].

2.2 Нікола Тесла - повелитель блискавок

Ідея Тесли була проста і одночасно глобальна: навчитися відбирати електрику, перетворювати його і без проводів передавати в найглухіші куточки земної кулі.

«До кінця 1898 систематичні дослідження, що проводилися багато років з метою удосконалення методу передачі електричної енергії через природне середовище, привели мене до розуміння трьох важливих потреб; Перша - розробити передавач величезної енергії; друга - удосконалити способи индивидуализированность і ізолювання переданої енергії; і третя - з'ясувати закони поширення струмів через землю і атмосферу »- Нікола Тесла [10].

Перевірку своїх ідей він почав в 1899 році в гірському районі Колорадо-Спрінгс, відомому своїми частими грозами з винятково потужними блискавками. Через деякий час за словами Тесли він знав про блискавки більше, ніж знає про них сам Бог. На черзі стояла перевірка принципів передачі енергії на далекі відстані без проводів. З цією метою була побудована спеціальна лабораторія. Незабаром вчений переконався, що електричний заряд може передаватися через землю без проводів і радіохвиль [11].

2.3 Сучасні дослідження

На сьогоднішній час експерименти по створенню кульової блискавки і порівняно її властивостей з природного проводяться на експериментальному полігоні недалеко від м Володимир. (Детальніше в Додатку).

Глава III. Практична частина

Для того, щоб переконатися в тому, що використання енергії кульової блискавки в практичних цілях дійсно вигідно нам потрібно:

Оцінити енергію кульової блискавки.

Розрахувати потужність досліджуваного об'єкта.

Визначити, число кульових блискавок, буде потрібно, необхідних для забезпечення промислового міста.

Оцінити кількість енергії в кульової блискавки можна по тих наслідків, які вона залишає після свого зникнення. Скористаємося повідомленням одного зі спостерігачів: «Вона оплавіла ділянку батареї діаметром 6 мм, залишивши лунку глибиною 2 мм».

Значить, блискавка випарується близько 0,45 г заліза (v = 56 мм 3, p = 7,9 * 103 кг / м3). Для цього потрібна енергія, рівна 4 кДж.

Природно, що не вся енергія кульової блискавки була витрачена на випаровування невеликої ділянки батареї, так що отриманий результат можна розглядати лише як оцінку нижньої межі енергії блискавки: ця енергія виявляється не менше кількох кілоджоулів.

Ось ще одне зі спостережень кульової блискавки: «Блискавка діаметром 30 см вибухнула біля водопровідного крана. Цей кран являв собою трубу діаметром 3 см і висотою 80 см. Після вибуху труба виявилася скрученої і була покрита окалиною, хоча і не загострилася до червоного ». Щоб скрутити залізну трубу, треба розігріти деякий її ділянку до досить високої температури. У той же час, як вказує спостерігач, труба не загострилася до червоного. Тому можна припустити, що блискавка нагріла ділянку труби, скажімо, на 600 К. Довжину цієї ділянки будемо вважати приблизно рівною діаметру труби.

Вирішимо у зв'язку з цим наступне завдання. Скільки енергії потрібно для нагрівання на ?T = 600 К ділянки залізної труби довжиною l = 5 см? Зовнішній радіус труби R = 1,5 см, внутрішній r = 1,2 см. Питома теплоємність заліза c = 0,71 Дж / (г * К), щільність заліза ? = 7,8 г / см3.

Знайдемо масу труби:

m = ? (?R2-?r2) l,

де (?R2-?r2) l - обсяг труби

Використовуючи числові значення величин, отримуємо m = 100 г. Звідси знаходимо шукану енергію:

W = cm?T = 4,2 * 104 Дж = 42 кДж.

Енергія кульової блискавки може приймати значення від декількох кілоджоулів до декількох тисяч кілоджоулів. Щоб переконатися в цьому вирішимо наступну задачу, засновану на подію, що сталася в Закарпатті, поблизу міста Перечина:

У серпні 1962 року, близько 11-12 години вечора в корито з водою для худоби впала кульова блискавка розміром з тенісний м'яч: вона світилася кольорами веселки протягом близько 10 секунд. Вода з корита повністю википіла, на дні лежали сварилися жаби. Розмір корита 0,3 * 2,5 метра. Глибина шару води - 15 см [12].

Маса води дорівнює: ? * V. V = 11,3 * 10-2м3.

Щільність води - 1 * 103 кг / м3.

Звідси отримуємо масу води, рівну 113 кг

Знайдемо енергію, яка потрібна для того, щоб вода википіла:

W = cm?T + Lm

Питома теплоємність води - 4200 Дж / кг * К. Температура кипіння води - 1000С, а температуру води спочатку візьмемо приблизно рівну 180С.

W = 299 * 103 кДж ? 300 * 103 кДж

В умові задачі дано час існування блискавки в кориті. У зв'язку з цим знайдемо потужність блискавки:

P = W / ?t. P = 30 * 103 кВт.

Потужність кульової блискавки може бути воістину величезною. Цікаво, скільки блискавок потрібно, щоб забезпечити промислове місто електроенергією. Візьмемо, наприклад, таке місто, як Нижній Тагіл і вирішимо таку задачу:

Розрахуємо, скільки блискавок потрібно, щоб забезпечувати Нижній Тагіл електроенергією на добу. Якщо в середньому місто Нижній Тагіл протягом доби споживає 800 * 103 кВт. електроенергії. Потужність кульової блискавки становить 30 * 103 кВт.

N = 800 * 103/30 * 103 кВт = 27

Отримавши даний результат, можна стверджувати, що використання енергії кульової блискавки є цілком реальним і вигідним. Також потрібно врахувати, що кульова блискавка є більш безпечною і екологічно чистою, ніж атомні електростанції.

Висновок

У ході даної роботи нами були досліджені властивості кульової блискавки, її поведінку. На основі розповідей очевидців, була розрахована її енергія і потужність. За отриманими результатами можна сміливо говорити про використання кульової блискавки. Насамперед, це стосується дешевої електроенергії. Але головна проблема полягає в тому, що ми не вміємо утримувати кульову блискавку тривалий час. Нам слід продовжувати дослідження з даної теми.

Незважаючи на те, що це явище поки ще до кінця не зрозуміле фізикою, не варто ставитися до нього як до чогось вкрай незвичайного, тим більше як до надприродного. Це явище до кінця не вивчено, але активно вивчається. На сьогоднішній день ясно, що кульова блискавка - просто барвисте атмосферне явище, прояв атмосферної електрики, і для його пояснення не потрібно залучення яких-небудь кардинально нових фізичних концепцій.

Основний камінь спотикання у цих дослідженнях - відсутність надійної методики відтвореного отримання кульової блискавки в керованих, лабораторних умовах. Якби це було досягнуто, завдання було б практично вирішена. Понині в експериментах вдавалося отримати щось, лише віддалено схоже з кульовою блискавкою. І, вивчаючи це «щось», експериментатори поки не можуть сказати, чи вивчають вони саму кульову блискавку або якесь інше явище. Такий стан справ в експерименті і дозволяє теоретикам висувати зовсім різні (а іноді й найфантастичніші) припущення й гіпотези про сутність кульової блискавки.

Що може дати людині вивчення природи кульової блискавки? В даний час ці дослідження носять фундаментальний характер, тобто поки не розробляються способи використання кульової блискавки в практичних цілях. Однак результати саме фундаментальних досліджень призводить до появи принципово нових видів технічних пристроїв, радикальної зміни технологій, появи нових видів наукових знань.

Проте вже зараз можна позначити досить вагому перспективу. Це, наприклад, надпотужне оптичне вплив на протяжні об'єкти (на відміну від тонкого лазерного променя).

Це беззеркальние накопичувачі енергії для надпотужних лазерів на основі закольцовку променів за рахунок рефракції.

Це, нарешті, нові перспективи у вирішенні проблеми керованого термоядерного синтезу.

Список літератури

1. Відеофільм Володар світу. Нікола Тесла.

2. Демкин С. Загадка «вогненних яблук / С. Демкин // Таємна влада - 2007. - №12. - С.5.

3. Колекція рефератів і творів // Реферати з точних наук // Кульова блискавка

4. Кунин В.Н. Кульова блискавка на експериментальному полігоні 2000. - С 3-5

5. Ільїн. А. Кульова блискавка: запитання без відповідей / А. Ільїн // Юний технік - 2005. - №5. - С.40.

6. Муранов А.П. У світі незвичайних і грізних явищ природи // Вогненні стріли небес. 1977. - С. 83

7. Нікола Тесла. Лекції та статті // Передача електричної енергії без проводів 2003. А 153

8. Петрова І. Хоч стій, хоч падай / Петрова І. // Таємниці ХХ століття - 2006. - №34. - С. 15

9. Славін. С. Мисливці за блискавками / С. Славін // Юний технік. - 2004 - №11 - С.50.

10. Тарасов Л.В., Фізика в природі // Кульова блискавка С. 103-111

11. Томілін А. Загадка кульової блискавки / А. Томілін // Закляття Фавна С. 96

12.Усанін А. Норовлива дочка Перуна / А. Усанін // Чудеса і пригоди - 2006. - №9. - С. 41

13. Щелкунов Г. / Кульова блискавка: спостереження і аналіз слідів / Г.Щелкунов // Наука і життя - 2001. - №10 - С.52.

14. Інтернет. Федосін С.Г. Електронно-іонна модель кульової блискавки // http://mt.arisfera.info/lightning_articles/lightning_articles10.html#

Тезаурус

Кластер - це позитивний іон, оточений своєрідною «шубою» з нейтральних молекул.

Магнітне поле - вид матерії, за допомогою якого взаємодіють між собою рухомі електричні заряди.

Плазма (від грец. Plasma - виліплене, оформлене), іонізованний газ, в якому концентрації позитивних і негативних зарядів рівні

Рекомбінація іонів - утворення нейтральних атомів і молекул з вільних електронів позитивних атомних або молекулярних іонів (процес, зворотний іонізації).

Додаток

На сьогоднішній час експерименти по створенню кульової блискавки і порівняно її властивостей з природного проводяться на експериментальному полігоні (недалеко від м Володимир), на унікальних великомасштабних установках, що забезпечують параметри процесів, близькі до параметрів природних процесів.

На полігоні розташовані:

Комплекс по реєстрації електричних полів КНЧ діапазону.

Приймально-реєструючий комплекс документації варіації вертикальної складової електричного поля Землі у вкрай низькочастотному діапазоні включає в себе близько 15 реєстраторів варіацій електромагнітного поля Землі (ЕМПЗ).

Систематична реєстрація варіацій ЕМПЗ дає надію на розробку не тільки надійного прогнозу несприятливих періодів з кількісною оцінкою ступеня несприятливості, а й передбачення самих глобальних явищ (наприклад, землетрусів). У цьому головна наукова задача цілорічної роботи полігону.

Імпульсну компоненту варіацій створюють молніевие розряди, тому їх реєстрація також проводиться попутно.

Одним із цікавих і досі загадкових теплоелектріческіх явищ в атмосфері вважається кульова блискавка. Її природа займає розуму не тільки фізиків-професіоналів, а й широкого кола допитливих людей. Природно, вона повинна була потрапити в коло полігонних інтересів, в результаті чого було поставлено завдання спробувати створити на полігоні кульову блискавку штучно.

Ясно, що на полігоні довелося створити потужні джерела електричних імпульсів. І хоча їх потужність значно поступається потужності силового ланцюга підводного човна, необхідний результат був отриманий за рахунок оптимізації характеристик розряду і конструкції плазмової гармати. Розглянемо ці джерела:

Інерційний копровий накопичувач енергії.

Цей накопичувач - найбільш надійний і простий в управлінні джерело електричних імпульсів полігону, однак, на жаль, найменш потужний. Він використовується в тих експериментах, де не потрібна велика потужність, але потрібна хороша дозування одержуваної енергії. Основними елементами накопичувача є електромагніт постійного струму з броньовим магнитопроводом і робоча котушка. Електромагніт під дією сили тяжіння падає по напрямних колон на співвісно розташовану робочу котушку так, що вона входить всередину електромагніту. При цьому виробляється електричний імпульс колоколообразной форми. Електромагніт масою 1350 кг живиться від генератора постійного струму з силою 500 А. Він піднімається лебідкою з електричним приводом на висоту 9 м. Маса установки 4 т. Накопичувач генерує імпульси струму з енергією до 50 кДж і тривалістю 50-100 мс. Максимальна потужність близько 1000 кВт. Таким чином, він дає виграш по відношенню до потужності електромережі приблизно в 10 разів.

3. Порохової генератор надпотужних електричних імпульсів.

На відміну від копрового накопичувача, при генерації електричного імпульсу робоча котушка не входить, а навпаки - вистрілюється з електромагніту. На вертикальній рамі до противідкатні пристроїв підвішений електромагніт. На робочу котушку укладається у вигляді кільця пороховий заряд вагою до 10 кг. Потім котушка, за допомогою рухомої платформи, лебідкою вводиться в електромагніт. Включається струм живлення електромагніту і робоча котушка з великою силою притягається до магніту, замикаючи без зазору броньовий магнітопровід, що забезпечує високе значення магнітної індукції. Простір, зайняте зарядом, також виявляється замкнутим.

Платформа опускається вниз і робиться постріл. У замкнутому просторі швидкість горіння пороху дуже велика і тиск порохових газів швидко зростає. Після того як сила порохових газів перевищить силу тяжіння котушки до магніту, котушка вилетить з нього.

При заряді в 10 кг рух робочої котушки відбувається при зусиллі на неї, рівному 3000 т з прискоренням 1000 g. Це забезпечує індукування електричних імпульсів з напругою близько 1 кВ при силі струму близько 500 кА. Такий струм рівносильний найпотужнішим розрядами природних блискавок. Пороховій генератор призначений для проведення експерименту, близького до натурального. В даний час генератор пройшов налагоджувальні випробування із зменшеним зарядом. При пострілі в землі виникає сейсмічна хвиля, здатна нанести шкоду будівлі лабораторії і перешкодити проведенню експериментів. Тому генератор побудований на відстані 40 м від будівлі. Для підвідної електролінії потрібно 15 т мідного дроту.

Індукційний накопичувач.

Він являє собою індуктивність на основі U-образного разомкнутого сердечника з трансформаторного заліза масою 22000 кг, що має перетин 0,80 * 0,75м2. На сердечник намотано 15 витків з паралельно з'єднаних мідних проводів, що мають сумарне перетин близько 4 * 103 мм2. З метою збільшення коефіцієнта заповнення та виключення електричного пробою ізоляції, укладку проводів на одній частині муздрамтеатру вели від центру до периферії, а на іншій частині - від периферії до центру. Загальна маса накопичувача близько 4 * 103кг, індуктивність L = 6,5 * 10-4 Гн, а запасається енергія при струмі живлення 3 * 104 А близько 0,5 МДж.

Теплова установка «метеотрон».

Теплова установка метеотрон призначена для імітації високоенергетичних природних і антропогенних явищ в атмосфері. Її основні частини:

Цистерна для пального (гас) ємністю 180 м3.

Паливний насос низького тиску.

Паливний насос високого тиску (витрата палива - 9 л / с).

Паливні магістралі високого тиску з розподіленими по ним форсунками (51 шт.), Розпилюючими гас в туман.

Дизельний насос для подачі води (100 л / с) з озера до сопла реактивного двигуна.

Реактивний двигун для розпилення цієї води в туман і подачі туману до паливних форсунок.

Вимірювальне господарство.

При роботі установки кожна форсунка створює вертикальний факел заввишки сім метрів, так що загальний обсяг полум'я близько 700м3. Теплова потужність установки близько 450 тисяч кВт.

Установка дозволяє імітувати великі пожежі (наприклад, пожежі на нафтових свердловинах), ліквідувати хмарність в районі полігону, створювати грозову хмару натуральних розмірів з розрядами лінійної блискавки на територію полігону. Таку можливість цієї установки передбачається використовувати для створення кульової блискавки в натурному експерименті.

Експеримент зі створення грозової хмари за допомогою метеотрона.

Експериментальна установка по отриманню та дослідженню довгоживучих плазмових утворень в атмосфері.

Оптична лабораторія.

Лабораторія призначена для вирішення завдань, пов'язаних з новими технологіями в навігації і управлінні рухом різних об'єктів.

У роботах Володимирського державного університету можна виділити завдання трьох етапів:

1. У лабораторних експериментах досліджувати умови отримання аналогів кульової блискавки з досить великим часу життя.

2. З'ясувати фізику виникнення світиться долгоживущего освіти, яке може розглядатися як аналог кульової блискавки.

3. Підготувати проведення натурних експериментів, практично повністю реалізують умови утворення кульової блискавки в природі.

[1] Кунин В.Н. Кульова блискавка на експериментальному полігоні 2000. - С 3-5

[2] Щелкунов Г. / Кульова блискавка: спостереження і аналіз слідів / Г.Щелкунов // Наука і життя - 2001. - №10 - С.52.

[3] Колекція рефератів і творів // Реферати з точних наук // Кульова блискавка

[4] Усанін А. Норовлива дочка Перуна / А. Усанін // Чудеса і пригоди - 2006. - №9. - С. 41

[5] Тарасов Л.В., Фізика в природі // Кульова блискавка С. 103-111

[6] Муранов А.П. У світі незвичайних і грізних явищ природи // Вогненні стріли небес. 1977. - С. 83

[7] Славін. С. Мисливці за блискавками / С. Славін // Юний технік. - 2004 - №11 - С.50.

[8] Інтернет. Федосін С.Г. Електронно-іонна модель кульової блискавки http://mt.arisfera.info/lightning_articles/lightning_articles10.html#

[9] Ільїн. А. Кульова блискавка: запитання без відповідей / А. Ільїн // Юний технік - 2005. - №5. - С.40

[10] Нікола Тесла Лекції та статті // Передача електричної енергії без проводів 2003. А 153

[11] Відеофільм Володар світу. Нікола Тесла.

[12] Томілін А. Загадка кульової блискавки / А. Томілін // Закляття Фавна С. 96
Прогнозування фінансової діяльності підприємства
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ Харківський національний економічний університет Кафедра фінансів Бізнес планування На тему: "Розробка бізнес-плану прогнозування фінансової діяльності підприємства" по курсу: "Фінансовий менеджмент" Перевірила: к.е.н., доц. І.В. Журавльова

Етичні аргументи "за" і "проти" смертної страти
Федеральне агентство за освітою Державна освітня установа вищої професійної освіти «Сибірський державний аерокосмічний університет імені академіка М.Ф. Решетнева» (СибГАУ) Факультет заочної додаткової освіти Реферат по філософії на тему: Етичні аргументи «за» і «проти» смертної страти Виконала:

Спрощена система оподаткування, обліку та звітності для малих підприємств
ЗМІСТ ВСТУП ГЛАВА 1. Спрощена система оподаткування як спеціальний податковий режим 1.1 Сучасна податкова політика 1.2 Сутність спеціальних податкових режимів для малих підприємств 1.3 Нормативне регулювання та умови застосування спрощеної системи оподаткування ГЛАВА 2. Порядок обчислення

Єдиний податок на поставлений дохід: об'єкт застосування та порядок оподаткування
Федеральне агентство з освіти Державна освітня установа вищої професійної освіти Рязанський державний університет імені С.А. Єсеніна Факультет економіки Кафедра національної економіки та регіонального розвитку Курсова робота з дисципліни «Регіональні податки» на тему: «Єдиний податок на поставлений

Казка-притча Антуана де Сент-Экзюпери "Маленький принц": особливості жанру і образної системи
Контрольна робота по зарубіжній літературі (друга половина 20 віку) Тема: «Казка-притча Антуана де Сент-Экзюпери «Маленький принц»: особливості жанру і образної системи» Введення Блискучою плеядою імен обдарувала світову літературу Франція XX віку: від Пруста і Бретона до Юрсенар і Саррот...

Філософське значення проблеми буття
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ ЧЕРЕПОВЕЦКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНИВРСИТЕТ Реферат на тему «Філософське значення проблеми буття» Виконала: студентка ГИ групи 2ФР-21 Курбанова Айгюль Перевірив: Андрощук В.А. Череповец 2010 Зміст Введення Значення проблеми буття з точки зору екзистенціалізму.

Українці в історії Краківської академії мистецтв
Українці в історії Краківської академії мистецтв Краківська академія мистецтв є одним із найдавніших вищих навчальних мистецьких закладів Польщі. Заснована в 1818 р. як Школа рисунку і малярства відділу літератури Ягеллонського університету. Після відокремлення від нього у 1873 р., отримала

© 2014-2022  8ref.com - українські реферати