Часть 4. Механизм возникновения молний.

Механизм возникновения молний. Дифференцирование по пространству и интегрирование по частоте. Почти нулевая разница потенциала между геометрическим началом и концом молнии.

В предыдущих частях показан вариант представления модели «среда – мультичастотное гармоническое воздействие – мультичастотная реакция» в виде суммы ряда Фурье воздействия и мультичастотной реакции системы (изменения фаз и амплитуд сигнала реакции, а также обмена энергией между составляющими разной частоты). В результате в верхнем диапазоне частот получилась устойчиво положительная генерируемая мощность.

Интеграл генерируемой мощности по частоте растет с увеличением полосы пропускания частот в верхнюю сторону. При этом потребление мощности в низкочастотной области не изменяется (меняем свойство измерительной системы, а не среды). В Нижней части спектра наблюдается достаточно большое число резонансов не только генерирования, но и потребления энергии, а интеграл по частоте практически «крутится» около нуля. Таким образом, для повышения КПД системы следует в схеме потребителя (измерительная часть) по возможности «укоротить» низкочастотную составляющую и максимально расширить спектр в высокочастотную область.

Получаемая от сложения на верхних частотах кривая практически представлена суммой сошедших «на нет» сумм синусоид плюс постоянная составляющая, о которой и поговорим.

Предположим, что в качестве физической модели, описываемой уравнением Фурье воздействия и реакции, как и в части первой, рассматривается пространство с изначально равномерно распределенными по координатам x,y,z зарядами обоего знака. Чтобы рассматривать заряды отдельно, среда должна быть в достаточной степени ионизирована, например статическим электричеством в результате трения (туча перед грозой). Это пространство подвергается локальному воздействию мультичастотного поля в объеме ΔxΔyΔz (например, равномерного в xyz-пространстве, или от линейного разряда - в последнем случае логично перейти в цилиндрическую систему координат).

То есть, в качестве исходной функции для ряда Фурье рассматривается распределенная плотность заряда по объему системы. Такой переход можно представить, например, рассматривая элементарный объем ΔxΔyΔz, разделив использованное в предыдущих частях (начиная от Части 1), выражение для напряжения U на дифференциальное сопротивление ΔR элементарного участка Δ и продифференцировав полученное значение тока по пространственным координатам. Следует отметить, что в связи с существенной разностью в подвижности электронов и ионов, проводимость среды на высоких частотах будет обеспечена в основном электронной составляющей. Таким образом, появление постоянной составляющей пространственного тока можно было бы описать неуравновешенной диффузией носителей в холодной плазме при воздействии на эту плазму мультичастотного полевого воздействия. Достаточно громоздкие выражения. Кстати, эффект вполне может объясниться результатом нелинейности взаимодействия в реальных физических процессах, в частности появления степенных функций в описывающих взаимодействие формулах в одной части балансового выражения при линейной функции в другой. В природе такая направленная диффузия может объяснить, например, структуру и направление разряда молнии в опыте Теслы или в атмосфере в грозу. Т.е. рождение молнии можно описать следующей последовательностью причинно-следственных связей:

• короткий в пространственном смысле и не очень-то высоковольтный разряд в наэлектризованной среде, которая может быть описана теми же уравнениями холодной плазмы, вызывает (подобно опытам Теслы) мультичастотное электромагнитное облучение окружающего пространства.

• Полученное облучение вызывает направленную диффузию зарядов вдоль оси разряда в «электронную» сторону за пределы объема начального разряда – тот самый постоянный ток в высокочастотной области кривой в первой статье.

• Направленная диффузия вызывает ионизацию, скачкообразное увеличение проводимости среды от начавшегося разряда в этом направлении и распространение туда первоначального разряда.

• Возникает самоподдерживающееся однонаправленное (или с ветвлениями) движение зарядов вдоль канала молнии. Тот самый постоянный ток в высокочастотной части графика из первой статьи.

Таким образом, поддерживая впереди себя ионизированный канал, молния пробивает огромные расстояния при изначальных довольно скромных (или нулевых) разницах в напряжениях между геометрическими точками начала и конца разряда молнии. Напомню, для пробоя в атмосфере необходимо напряжение порядка 20 тысяч вольт на один сантиметр длины разряда, а длина реальных молний в атмосфере достигает парадоксальных километров. При этом наличие в атмосфере разностей потенциалов в триллионы вольт весьма сомнительно на высотах до единиц километров, где и наблюдаются молнии – регистрация таких электрических полей в природе мне не известна. Тогда как для предложенного варианта причинно-следственных связей достаточно наличия распределенного заряда (с нулевым интегралом по пространству) с достаточной степенью ионизации (объемной наэлектризованности) и первоначального поджигающего небольшого разряда. Напомню, что красивые многометровые пучки молний в опытах Теслы также вызывались при напряженностях значительно менее 20кВ/см (на катушке-то пробоя нет, только на разряднике!).

Для подтверждения можно поставить опыт: линейный разряд от катушки Теслы в пространстве с сильным  статическим электрическим полем, т.е. в ионизированной среде или в среде с объемной электризацией газа. Результат интуитивно предсказуем, элементарен и закономерен:

НЕ ТОЛЬКО С РОСТОМ МОЩНОСТИ КАТУШКИ ТЕСЛЫ, НО И С РОСТОМ МЕРЫ СТАТИЧЕСКОЙ ИОНИЗАЦИИ СРЕДЫ ДЛИНА РАЗРЯДА РАСТЕТ И, В КОНЕЧНОМ ИТОГЕ, ПРОБОЙ СКАЧКОМ ДОСТИГАЕТ ГРАНИЦ ИОНИЗИРОВАННОГО ПРОСТРАНСТВА ПРИ НЕИЗМЕННОЙ ЭНЕРГИИ  МОЛНИИ ОТ ГЕНЕРАТОРА ТЕСЛЫ, КОТОРЫЙ ОДНОВРЕМЕННО ЯВЛЯЕТСЯ И ИСТОЧНИКОМ ИОНИЗАЦИИ СРЕДЫ. ДЛИНА МОЛНИИ ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ ПОРОГОМ ИОНИЗАЦИИ.

Надо бы поисследовать этот скачек, но нам пора дальше.

Основным выводом изложенного является то, что энергия  и длина молнии не зависит от перепада напряжений между ее концами и практически не уменьшает статической энергии атмосферы на низких частотах или в статике. Снова имеем «перекачку» в наш мир энергии миров высокочастотных. Перепад же напряжений между геометрическими точками по длине канала молнии является не причиной ее возникновения, а последствием протекания большого тока через среду с конечным электрическим сопротивлением. В принципе - закон Ома для плазмы в канале молнии.

Очевидно, что если я прав, на этом принципе может быть создано лучевое оружие огромной мощности, причем мощность будет определяться внешней средой, а не батарейкой самого оружия. Какая безответственность с моей стороны! ... Хотел бы ошибиться:-)
16 марта 2010г.

Продолжение  смотрите в   Части 11 Теория молний