Шаровые молнии своими руками | Телеграф

Телеграф

Плазменная лампа Николы Теслы не может считаться моделью шаровой молнии, хотя изобретателем наверняка двигал интерес к этому странному атмосферному явлению. Оказалось, что холодная плазма в разреженной среде при наличии быстропеременного электрического поля имеет к нему мало отношения.

Фото

(SXC license): Jeff Hire

В Петербургском институте ядерной физики уже несколько лет существует мастерская шаровых молний. Тут была придумана и создана небольшая установка, с достаточной точностью воспроизводящая природный процесс рождения молний на влажной поверхности: тут есть медный ввод, играющий громоотвода, кварцевая трубочка с электродом, открытая поверхность водопроводной воды. В роли громового облака выступает батарея конденсаторов на 600 мкФ, которую можно заряжать до 5,5 кВ. Это серьезное напряжение — малейшая неосторожность при работе с ним грозит смертельной опасностью.

Она была подробно описана в институтском препринте от 24 марта 2004 года. Вода в полиэтиленовой чашке должна быть заземлена, для этого на дно положен медный кольцевой электрод. Он соединен изолированной медной шиной с землей. Положительный полюс конденсаторной батареи тоже заземлен. От медного ввода хорошо изолированная шина ведёт к центральному электроду. Это цилиндрик из железа, алюминия или меди, диаметром 5–6 мм, который плотно окружен трубочкой из кварцевого стекла. Она возвышается над поверхностью воды на 2–3 мм, сам электрод опущен вниз на 3–4 мм. Образуется цилиндрическая ямка, куда можно капнуть каплю воды. Конец медного провода от отрицательного полюса конденсаторной батареи нужно закрепить на длинной эбонитовой ручке.

Если быстро коснуться этим разрядником медного ввода, то из центрального электрода с хлопком вылетит плазменная струя, от которой отделится и поплывет в воздухе шаровой плазмоид. Цвет его будет разным: с железного электрода сорвется яркий белёсый плазмоид, с медного — зеленый, а с алюминиевого электрода — белый с красноватым отливом: такие плазмоиды видят летчики, когда в самолет ударяет молния.

Чтобы получить настоящую шаровую молнию, нужно вставить в кварцевую трубку цилиндрик из пористого угля. Такие угли используют при дуговом спектральном анализе. Пористый уголь можно пропитать разными растворами и суспензиями. Если нанести на электрод водную вытяжку из почвы, с органикой, частичками угля и глины, то при разряде из электрода вылетит классическая шаровая молния «апельсинового» цвета. Правда, проживет она не дольше секунды, но этого достаточно, чтобы рассмотреть её во всех деталях и полюбоваться ею.

Получение настоящих шаровых молний — дело нетрудное. Нужна линейная молния, бьющая в некое подобие громоотвода, и сырой воздух. Рисунок автора 

Для того, чтобы изучать свойства шаровых молний, нам приходилось изготавливать их тысячами. Прежде всего, электрические измерения показали, что шаровая молния — это, действительно, автономное образование: ток в разрядном контуре исчезает через десятую долю секунды, потом молния свободно движется и светится за счет аккумулированной энергии. При этом, кстати, она не горячее огурца на грядке. Этот парадокс связан с особым состоянием ионов в керне шаровой молнии. Каждый возникший при разряде ион сразу гидратируется — во влажном воздухе его плотно окружают молекулы воды. Разноименные ионы притягиваются друг к другу, но молекулы воды мешают им сблизиться. Возникает особое состояние вещества — гидратированные кластеры. Компьютерное моделирование показало, что в гидратированной плазме скорость рекомбинации ионов резко замедляется. Если в «сухой» плазме она происходит за миллиардную долю секунды, то у ионов, законсервированных в кластере, рекомбинация затягивается на десятки и сотни секунд. В течение этого времени молния будет светиться.

В керне шаровой молнии гидратированные кластеры с большим дипольным моментом образуют цепочечные и фрактальные структуры. Клуб теплого, влажного воздуха может аккумулировать громадную энергию, до килоджоуля на литр, если получит её при разряде в виде разобщенных ионов разного знака.

Таким образом, загадку шаровых молний можно считать разгаданной. А ведь ещё совсем недавно она занимала свое место среди загадок природы, обсуждаемых на телевидении и в печати, где-то рядом с НЛО , Тунгусским метеоритом и Бермудским треугольником . И это неудивительно. Миф о шаровой молнии кормит уже не одно поколение журналистов и ученых. В погоне за сенсацией в сообщения о шаровой молнии вводились красочные подробности. Бесхитростный рассказ фермера: «Раздался сильный удар грома. По водосточной трубе сбежал огненный комок, размером с кулак, и нырнул в бочку с водой. Вода булькнула. Я подошел и сунул руку в воду. Вода, вроде, стала теплее…», — после четырех последовательных перепечаток в газетах превратился в научный труд по вычислению запаса энергии в объеме размером с кулак, способном испарить объем воды размером с бочку.

По показаниям свидетеля Соколова, причиной смерти российского академика Георга Вильгельма Рихмана (1711–1753) явилась именно шаровая, а не линейная молния. Установка Рихмана для измерения атмосферного электричества состояла из громоотвода, соединенного проводом с незаземленным электрометром. Рис. М. В. Ломоносова

Известному охотнику за шаровой молнией Игорю Павловичу Стаханову (1928–1987) пришлось разработать специальную методику опроса очевидцев, чтобы отделить реальность от домыслов и вымыслов. После критической обработки рассказов очевидцев Стаханов — как и Джеймс Барри (James Dale Barry) лет за десять до него — пришел к выводу, что в большинстве случаев шаровая молния представляет собой светящийся сфероид, 12–25 см в диаметре, свободно плывущий в воздухе и существующий 1–2 секунды. Реже шаровая молния имеет форму тора или короны. Окрашена она обычно в разные оттенки желто-красного цвета, встречаются также серо-голубые и сиреневые тона и, иногда, зеленоватые — от примеси меди.

У большинства молний видно светящееся ядро и окружающая его оболочка. Иногда ядро вращается вокруг горизонтальной оси. В редких случаях внутри молнии видно блестки, как на новогоднем шарике. Она никогда не обугливает бумагу или ткань и не производит ощущения нагретого тела. Обычно она бесследно исчезает, хотя иногда взрывается с резким хлопком, подобно шарику с водородом или метаном.

В редчайших случаях шаровая молния может прожить десяток секунд. Замечательную молнию посчастливилось наблюдать в 1867 году химику Михаилу Дмитриеву на р. Онеге. Воздух в тот день был чистым, хорошо промытым дождем. После сильного линейного разряда с громовым ударом шаровая молния появилась над длинным (130 м) плотом из мокрых бревен, образовавших проводящую плоскость. Шаровая молния, с серо-голубым керном и голубоватой оболочкой, медленно двигалась над плотом, постепенно поднимаясь, вышла на берег и, после беспорядочных движений среди деревьев, исчезла. Просуществовала она более тридцати секунд. Дмитриеву удалось взять пробы воздуха около молнии. Анализ показал, что пробы содержат повышенное содержание озона и окислов азота, как это бывает после грозы.

Шаровая молния — далеко не единственный природный феномен, связанный с атмосферным электричеством. Кроме них существуют линейные молнии, токовые струи, четочные молнии, голубые струи и спрайты, различные формы сидящих разрядов и огней святого Эльма. Линейная молния — грозное явление природы — это мощный высоковольтный пробой влажной атмосферы. Чаще всего линейный разряд происходит над землей в облачном слое.

Токовые струи — более редкое явление — это сток электрического заряда по каналу, оставленному линейной молнией или высокоэнергетичной космической частицей. Токовые струи интенсивно изучаются. Их можно получать искусственно, запуская в грозовое облако ракету с проволочным хвостом. По проволоке стекает электрический заряд — возникает светящийся след с округлой светящейся головкой.

При определенных условиях головная часть струи, обогащенная электронами, может отделиться и просуществовать некоторое время в виде автономного светящегося образования.

Токовая струя всегда движется вдоль линии наименьшего электрического сопротивления. В дом она, чаще всего, проникает через дымоход, электропроводку, телефонный или телевизионный кабель. Может влететь в форточку, обтекая стекло, а иногда проделывает в нем дырочку.

При сильном ветре, когда воздух электризуется от трения, токовые струи возникают в ясную погоду. Тогда электрический заряд стекает невидимо, и только в узкостях канала появляется голубоватое свечение.

В горах, в чистом разреженном воздухе, токовые струи и огни святого Эльма проявляются чаще, чем на равнине. Альпинистам частенько достается от токовых струй. Не вдаваясь в тонкости, они зовут их «шаровыми молниями».

Разряд молнии, вызванный запуском ракеты с медным проволочным хвостом в грозовое облако.

Фото

Florida Lightning Research Group

Отрицательный заряд, пришедший на поверхность земли при разряде линейной молнии, распространяется по узкому электропроводному каналу. Если этот канал снова выходит на поверхность, то из него может вырваться плазменная струя, от которой отделится и поплывет шаровая молния. Видеть рождение шаровой молнии доводилось редким очевидцам. Тем значительнее случай, произошедший на одной геодезической вышке с простейшим громоотводом из железного троса. Он был небрежно прикопан у основания — конец его торчал из лужи. При ударе молнии в громоотвод из конца троса вырвалась ослепительная струя, от которой отделился и поплыл в воздухе светящийся комок.

Одно из самых удивительных и необъяснимых свойств шаровой молнии — её способность снимать золотые обручальные кольца с руки, не вызывая при этом ожогов. Золотое или медное колечко из проволоки, повешенное на пути шаровой молнии, теряет часть своей массы, что можно установить взвешиванием. По-видимому, это явление связано с ускоренной рекомбинацией ионов на поверхности металла, что сопровождается его распылением.

Нашу мастерскую шаровых молний посетили сотни желающих посмотреть на редкий феномен: академики, ученые, специалисты в области атмосферного электричества, журналисты, телевизионщики, и просто интересующиеся шаровой молнией.

Особенно благодарными были очевидцы природного явления — демонстрация шаровой молнии вызывала у них воспоминание о прежней встрече с ними. Выяснялись новые подробности. Оказалось, что наблюдателей короткоживущих шаровых молний гораздо больше, чем анкетированных у Стаханова — просто многие не придают значения своей встрече с этим мимолетным явлением.

У некоторых зрителей вспышка плазменной струи вызывала стойкий послеобраз на сетчатке глаза. Он существует десяток секунд и двигается в пространстве при повороте головы. Как тут не вспомнить теорию, что долгоживущие шаровые молнии — феномен не физический, а физиологический.

Конечно, эта теория не верна: шаровые молнии безусловно могут жить более десяти секунд. Это отнюдь не комок плазмы, как полагают некоторые. Это сложное физико-химическое образование — клуб тепловатого, влажного воздуха с обильной популяцией гидратированных разноименных ионов, связанных в кластеры, которые образуют некоторую структуру, окруженную отрицательно заряженной оболочкой. Физика шаровой молнии — это физика громадных токов при относительно низком напряжении.

Уйдут годы на детальное исследование такого сложного состояния материи. Процесс можно ускорить, если установить достойную премию за метод устойчивого получения долгоживущих шаровых молний. Нужны международные соревнования по получению самой долгоживущей шаровой молнии. Возможно, это окажется не так уж и сложно: известно, что некоторые громоотводы на высотных зданиях охотно посещаются молниями в течение года. Достаточно поставить на пути стока заряда тазик с грязной водой, чтобы получить полигон для создания настоящих природных шаровых молний.

Читайте также в журнале «Вокруг Света»:

• Посланцы грозовых небес
• Энергия искры
• Сияние

Антон Егоров

Даже не верится, что такую красоту можно сделать из обычной молнии

Молнию можно использовать не только в качестве застежки. Вот пять примеров того, как создать эффектное украшение своими руками.

Плетеный браслет из двух молний

Вам понадобится:

• Две одинаковых застежки;
• два зажима для украшений, замок;
•  ножницы; круглогубцы

Для начала отрежьте один край у каждой молнии и уберите фиксаторы. Разделите половинки, чтобы получить три одинаковых части. Расположите три полоски так, чтобы застежка была с одной стороны, а тканевая часть — с другой. Совместите края трех частей, наложив их друг на друга, и зафиксируйте зажимом. Плетите из полосок не очень плотную косичку по размеру запястья. В конце зафиксируйте полоски вторым зажимом, и прикрепите замочек.

Простой джинсовый браслет

Вам понадобится:

• Металлическая молния на основе джинсовой ткани;
• зажимы и замочек для бижутерии;
• ножницы и круглогубцы

Обмотайте молнию вокруг запястья и обрежьте лишнюю часть. Концы с двух сторон совместите, наложив друг на друга и зафиксируйте зажимами. Прикрепите к браслету замочек. Такое украшение можно носить как застегнутым, так и расстегнутым — полностью или частично.

Браслет в виде шнура

Вам понадобится:

• 2 длинные молнии с металлическими зубцами;
• зажим и замочек для бижутерии;
• небольшое колечко под цвет металла молнии;
• ножницы, круглогубцы

Измерьте длину запястья (с небольшим припуском) и увеличьте его в два с половиной раза. Срежьте всю тканевую часть, не повреждая саму молнию, а затем соедините собачки колечком вместе. С другой стороны соедините две застежки зажимом, располагая их в одну линию. Носите браслет, обмотав вокруг запястья.

Узкие цветные браслеты

Вам понадобится:

• Разноцветные застежки с пластиковыми зубцами;
• по одной паре зажимов и одному замочку на каждый браслет;
• ножницы, круглогубцы

Срежьте всю ткань и лишнюю длину молнии. Закрепите один зажим со стороны обрезанного конца. Дальше расстегните замок и закрепите второй зажим, предварительно отрезав фиксаторы молнии. Прикрепите к каждому браслету замочек.

Браслет со сложным узором

Вам понадобится:

• 3 одинаковые застежки-молнии;
• липучка;
• кусачки, ножницы;
• зубочистки;
• прозрачный клей

Вначале из молний делается основа для браслета. Для этого измеряется длина и полоски склеиваются вместе, внахлест, чтобы добиться нужной ширины. По краям прикрепляется липучка. Из оставшейся металлической части нужно сделать декор. Отрежьте всю ткань и разделите ленту из зубцов кусачками. Выкладывайте понравившийся узор на браслете, фиксируя его клеем (работать удобнее зубочистками). Дождитесь полного высыхания, прежде чем примерить его.

Тэги: браслет, молния, Поделки

Сделать молнию дома | #SMOatHome

Назад

Сделать дома молнию

4 апреля 2020 г.

Молния — это разряд статического электричества. Крошечные заряженные частицы, называемые электронами, накапливаются до тех пор, пока облако больше не может их удерживать — тогда они начинают двигаться! Это накопление заряженных частиц вызвано сильными восходящими потоками, которые уносят влажный ледяной воздух вверх в грозу, где падают более тяжелые капли жидкости. Лед и жидкость сталкиваются и переносят электроны изо льда в жидкую воду. Лед становится положительно заряженным, когда он движется к верхней части облака, в то время как жидкость становится отрицательно заряженной, когда она движется к нижней части.

Когда облако получает столько электрического заряда, что больше не может его удерживать, электричество движется гигантской искрой, иногда от нижней части облака к вершине, а иногда от облака к земле! Эти гигантские искры и есть то, что мы называем молнией.

Когда образуется молния, она перегревает воздух. Это заставляет воздух быстро расширяться. Этот быстро движущийся воздух издает очень громкий звук, который мы называем громом.

Давайте сделаем нашу собственную молнию чуть меньшего размера из вещей, которые наверняка есть у вас дома! Устройство, которое мы создаем, иногда называют электрофорус .

Вот что вам понадобится:

• Пенопластовая тарелка или контейнер на вынос
• Алюминиевая форма для пирога
• Карандаш с ластиком
• Чертежная кнопка
• Шерстяной свитер, шерстяной носок или даже собственные волосы
• Вилка

Вот что нужно сделать: 

Шаг 1. С помощью кнопки проделайте отверстие в центре формы для пирога. Вставьте ластик карандаша в канавку, чтобы получилась ручка. Это создает ручку изоляционного пенополистирола на алюминии. Алюминий является проводником, а не изолятором. Проводники, такие как алюминий, позволяют электронам двигаться очень легко.

Шаг 2: Возьмите пластину из пенопласта и накопите в ней заряд, протирая ее шерстяным свитером или шерстяным носком. Если вам абсолютно необходимо, вы можете использовать свои собственные волосы, если они достаточно длинные. Это перемещает электроны к пенополистиролу и придает ему отрицательный заряд. Пенопласт является изолятором. Это означает, что он крепко держится за электроны и не позволяет им двигаться очень легко.

Вот оно! Два шага, и ваш электрофорус готов к работе.

Теперь сделаем молнию:

1. Осторожно установите алюминиевую форму для пирога на пластину из пенополистирола кнопкой вниз. Отрицательные заряды в пластине из пенополистирола притягивают к себе положительные заряды и отталкивают отрицательные заряды внутрь алюминия. Сторона тарелки, касающаяся кастрюли, становится положительной, а сторона, которая не касается, становится отрицательной.

2. Медленно прикоснитесь пальцем (или вилкой, если не хотите чувствовать удар) к краю формы для пирога. Когда вы делаете это, вы снимаете отрицательные заряды с этой стороны формы для пирога и создаете искру!

3. Используйте карандаш как ручку, чтобы взять форму для пирога. Теперь положительные заряды больше не притягиваются к пенополистиролу, поэтому они распространяются по всему алюминию, и если вы коснетесь кастрюли в любом месте, вы получите еще один удар током.

Этот процесс можно повторять снова и снова, поднимая и осторожно опуская кастрюлю на пластину из пенопласта. В конце концов электроны покинут пенополистирол, и он не будет работать так же хорошо, как при первой зарядке. Если вы хотите зарядить его снова, потрите его снова своей шерстью!

Этот электрофорус забавен, но если поэкспериментировать, то можно сделать еще забавнее. Вот несколько идей, с которых можно начать.

• Что работает лучше: шерстяной носок, свитер, волосы?
• Что еще можно попробовать?
• Что произойдет, если вы будете использовать стопку пластин из пенопласта вместо одной?
• Лучше работает в дождливую или сухую погоду?
• Кто в вашем доме любит быть пораженным искрой молнии? Кому это не нравится хоть немного?

Как сделать молнию | Научный проект

Научный проект

Вы когда-нибудь хотели стать сумасшедшим ученым? Вас обескуражило отсутствие контроля над молнией? Не бойся; этот эксперимент позволит вам подчинить электричество своей воле, показав, как создавать молнии!

• Резиновая перчатка
• Пластиковая вилка
• Оловянная фольга
• Разделочная доска из дерева или пластика
• Пластина из пенопласта или резиновый баллон
• Голова волос или шерсти
• Прохладный день с низкой влажностью (влажность < 45%, температура < 75 F)

1. Оберните пластиковую вилку оловянной фольгой так, чтобы она выглядела как большая лопатка. Убедитесь, что он максимально ровный, без острых углов.
2. Наденьте резиновую перчатку и рукой в ​​перчатке потрите пластину из пенопласта или резиновый шарик о волосы или шерсть.
3. Поместите тарелку или шарик на разделочную доску и рукой в ​​перчатке возьмите шпатель из оловянной фольги.
4. Поместите часть шпателя из оловянной фольги на шарик или тарелку. Коснитесь фольги другой рукой. Что случилось? Как вы можете объяснить то, что видели?
5. Вытащите шпатель из баллона или пластины и снова коснитесь его. Что случилось на этот раз? Вы ожидали этого?
6. Поэкспериментируйте с другими материалами. При необходимости перезарядите заряженный объект, используя волосы или шерсть. Ваша рука искрит, когда она касается воздушного шара? Как вы думаете, почему это так?

Дополнительно: для еще более крутых результатов проведите этот эксперимент в комнате, которую вы можете максимально затемнить!

Скачать проект

Оценка

Пятый класс

Вы должны были увидеть и почувствовать искру, когда коснулись фольги. Когда вы сняли фольгу и снова коснулись ее, вы должны были почувствовать еще одну искру. Ваша рука не искрит, и большинство неметаллических предметов также не искрят, когда вы касаетесь заряженного предмета. Все металлы, изолированные вашей перчаткой, которые касаются заряженного объекта и вашей руки, будут искрить.

Вы экспериментируете со статическим электричеством . Статическое электричество, которое вы видите, вызвано движением электронов . Электроны несут отрицательный электрический заряд , который заставляет их притягиваться к протонам и отталкиваться от других электронов. Когда вы третесь чем-то о волосы, он делает одно из двух: либо помещает электроны на шарик, либо снимает электроны с пенопластовой пластины. Это дает воздушному шару или тарелке чистый заряд , означает, что у объекта либо больше электронов, либо меньше электронов, чем протонов.

Металлы — это особые материалы, в которых их электроны могут свободно перемещаться почти везде, где им хочется, а не прилипать к молекулам материала. Когда металлический предмет помещается рядом с чем-то с суммарным зарядом, все электроны в металле будут двигаться либо как можно дальше от отрицательного заряда, либо как можно ближе к положительному заряду. Металлы называются проводниками . Ваша тарелка и ваш воздушный шар являются изоляторами — они не позволяют своим электронам двигаться туда, куда им хочется.

Когда ваш шпатель приближается к заряженному объекту, электроны стремятся либо приблизиться к объекту, либо удалиться от него. Когда вы поднимаете руку, чтобы коснуться шпателя, электроны текут к вам или текут на шпатель, в зависимости от того, касается ли шпатель пластины из пенопласта (в направлении) или резинового шарика (вдали). Ваша кожа на самом деле довольно проводящая! После движения электронов оловянная фольга имеет достаточное количество электронов для своего местоположения (близко к заряженному объекту). Когда вы отодвигаете шпатель из оловянной фольги от заряженного объекта, в нем внезапно появляется намного больше или меньше электронов, чем ему нужно, и поэтому из вашего тела выпрыгнет еще больше, чтобы уравновесить его. Вы можете продолжать ходить туда-сюда в течение долгого времени, поскольку электроны (или отсутствие электронов) на заряженном объекте не меняются.

В вашей руке нет искры, потому что ваше тело обеспечивает путь к земле . Это означает, что когда вы приближаете руку к воздушному шару, все необходимые дополнительные электроны исходят из земли, на которой вы стоите, или уходят в нее! Из-за резиновой перчатки, которую вы носите, шпатель из оловянной фольги не имеет пути к земле, поэтому он не может выровнять свой заряд. Когда вы прикасаетесь к нему, вы предоставляете ему путь к земле, по которому электроны могут двигаться и уравновешивать ситуацию. У Земли много лишних электронов, и они движутся повсюду.

Так что же делает молнию? Молния возникает, когда существует большая разница в заряде облаков в небе и на земле. Молния — это просто увеличенная версия искр, которые вы видели!

Заявление об отказе от ответственности и меры предосторожности

Education. com предоставляет идеи проекта научной ярмарки для информационных
только цели. Education.com не дает никаких гарантий или заявлений
относительно идей проекта научной ярмарки и не несет ответственности за
любые убытки или ущерб, прямо или косвенно вызванные использованием вами таких
Информация. Получая доступ к идеям проекта научной ярмарки, вы отказываетесь и
отказаться от любых претензий к Education.com, возникающих в связи с этим. Кроме того, ваш
доступ к веб-сайту Education.com и проектным идеям научной ярмарки покрывается
Политика конфиденциальности Education.com и Условия использования сайта, включая ограничения
об ответственности Education.com.

Настоящим предупреждаем, что не все проектные идеи подходят для всех
отдельных лиц или во всех обстоятельствах. Реализация любой идеи научного проекта
следует проводить только в соответствующих условиях и с соответствующими родителями.
или другой надзор. Чтение и соблюдение мер предосторожности всех
материалы, используемые в проекте, является исключительной ответственностью каждого человека.