Ступенчатый лидер

Cтраница 3

Схема распространения лидера молнии по Лебу и Кравату. [31]

Вторая скорость - скорость распространения ступенчатого лидера в целом, включая паузы, неизменна в течение всего процесса и представляет собой скорость движения электрона в воздухе при минимальной напряженности поля, достаточной для ионизации соударением электронов. [32]

Свечение пилотирующего стримера слишком слабо для того, чтобы этот стример мог быть запечатлен на бойсограмме. Пилотирующий стример представляет собой не что иное, как обычное в длинной искре распространение лавины электронов, сопровождаемое периодическим обратным распространением по каналу лавины положительного стримера. Стрельчатый лидер и каждое продвижение вперед ступенчатого лидера представляют собой процесс, аналогичный отрицательному стримеру. [33]

Свечение пилотирующего стримера слишком слабо для того, чтобы этот стример сам по себе мог быть запечатлен на бойсограмме. По мнению Шонланда, поддержанному Миком и Лебом, пилотирующий стример представляет собой не что иное, как обычное в длинной искре распространение лавины электронов, сопровождаемое периодическим обратным распространением по каналу лавины положительного стримера. Стрельчатый лидер и каждое продвижение вперед ступенчатого лидера представляют собой процесс, аналогичный отрицательному стримеру. [34]

Распад канала молнии происходит после прекращения протекания токов и снижения степени ионизации в канале до значений, характерных для нормального воздуха. Однако движение зарядов в облаке может привести к возникновению дополнительных разрядов вдоль пути, определенного прохождением обратного импульса. Этим вторичным разрядам, распространяющимся по ранее возникшему каналу, предшествует разряд, называемый стреловидным лидером, который увеличивает степень ионизации канала и облегчает прохождение другого сильноточного обратного импульса. Поскольку стреловидный лидер движется по предварительно ионизованному каналу, скорость его распространения, составляющая около 2 - 106 м / с, превышает скорость ступенчатого лидера. Стреловидный и ступенчатый лидеры различаются также и по внешнему виду. Поскольку стреловидный лидер не должен искать для себя ионизованный путь, он не ветвится в отличие от ступенчатого лидера. Если после прекращения тока в начальном канале проходит время порядка 100 мс или больше, то может образоваться стреловидно-ступенчатый лидер, поскольку происшедшее за это время снижение степени ионизации в канале замыкает образованный ранее канал. [35]

Часто вспышка состоит из множества элементарных разрядов, или импульсов, которые продолжаются десятки миллисекунд и следуют друг за другом с интервалом примерно 40 - 50 мс. В свою очередь импульсы инициируются разрядами меньшего масштаба - лидерами. Канал разряда между облаком и землей, возникновение которого предшествует обратному импульсу, носит название ступенчатого лидера. Ступенчатый лидер распространяется вниз со скоростью порядка 105 м / с в виде последовательности коротких разрядов, следующих друг за другом с интервалами примерно 50 мкс. Ступенчатый лидер, вызывая на своем пути увеличение локальной степени ионизации, тем самым создает канал для прохождения обратного импульса. [36]

Пример распространения главного канала импульса молнии. [37]

Цифрами указано время в микросекундах. Различная толщина кривой соответствует различной яркости свечения канала в различных точках. В точке Р произошла длившаяся несколько микросекунд остановка в распространении главного канала вверх по основному пути. После точки Р яркость свечения значительно упала. На рисунке 261 сопоставлены следы, оставленные на бойсограмме лидерным процессом ( пунктир) и главным каналом ( сплошные кривые) двух ветвей импульса молнии. Моменты времени, соответствующие распространению головки ступенчатого лидера ( пунктир), получены из бойсограммы медленной камеры и даны в миллисекундах. Время распространения главного канала определено при помощи камеры с быстрым вращением объективов и дано в микросекундах. Верхняя точка лидера второго импульса, поместившаяся на бойсограмме, соответствует моменту времени на 1800 микросекунд позднее верхнего конца первого лидера. Но благодаря более короткому пути, пробегаемому вторым лидером, он достиг земли лишь на 73 микросекунды позднее лидера первого импульса. Стрелкой указано направление движения изображения на фотопленке. [38]

Расскажем о молнии подробнее, хотя мы и не понимаем точно, как она действует. Мы хотим дать качественное описание того, на что это похоже, но мы не будем входить в детали того, почему происходит то, что, по-видимому, происходит. Ее потенциал намного более отрицателен, чем земная поверхность под нею, так что отрицательные электроны будут ускоряться по направлению к Земле. Все начинается со светящегося комка, называемого ступенчатым лидером. Он не такой яркий, как сама вспышка молнии. На снимках можно видеть вначале небольшое светлое пятнышко, выходящее из тучи и очень быстро катящееся вниз со скоростью 1 / 6 скорости света. [39]

Представленное в предыдущем параграфе описание разделения зарядов в туче показывает, что на нижней части тучи скапливается большой заряд, соответствующий потенциалу в сотни мегавольт. Однако этого потенциала недостаточно, чтобы осуществить прямой пробой в воздухе, ибо пробойное напряжение для сухого воздуха составляет 30 кВ см 1, что на один - два порядка превышает напряженность электрических полей, создаваемых зарядами облака. По этой причине грозовой разряд носит более сложный характер. Пробой осуществляется за счет случайных неоднородиостей, а также зарядов и примесей в воздухе, которые снижают пробойное напряжение. Роль таких примесей играет обычно пыль или аэрозоль. Первая стадия разряда - молнии создает канал разряда, эта стадия носит название ступенчатого лидера. Ступенчатый лидер представляет собой слабо светящийся пробой, который идет по отдельным ломаным линиям, причем длина каждой линии составляет десятки метров. Характерная скорость распространения ступенчатого лидера составляет 105 м с 1, что по порядку величины совпадает со скоростью дрейфа электронов в воздухе в рассматриваемых полях. [40]

Пример кривой процентного распределения интервалов между отдельными импульсами кратных ударов молнии. [44]

Между лидером первого импульса молнии и лидерами последующих повторных импульсов существует коренное различие. В то время как лидер повторного импульса распространяется равномерно со скоростью от 5 - 107 до 1 8 Ю9 см / сек, лидер первого импульса растет скачкообразно. После того, как головка первоначального лидера пробежала по направлению к земле путь около 5 м, в росте лидера наблюдается пауза. Дальнейший рост возобновляется лишь через 50 j сек. Лидер снова проходит путь около 5 м и снова останавливается в своем раз - витии. Такие лидеры называют ступенчатыми. Непрерывно продвигающиеся вперед лидеры носят название стрельчатых: их изображение на бойсограм-ме напоминает собой стрелу с расширенным кончиком. Ступенчатый лидер характерен как форма пробоя лишь очень слабо ионизованного воздуха, тогда как стрельчатый лидер характерен для пробоя, происходящего по старому каналу, еще сохранившему заметные следы ионизации от предыдущего импульса молнии. [45]

Страницы: 1 2 3 4