Партнеры
Вход в систему
Яндекс.Метрика
on-line
Сейчас на сайте 0 пользователей и 35 гостей.

Сколько энергии содержится в шаровой молнии?

 Оценить минимальное количество энергии в шаровой молнии можно по тем последствиям, которые она оставляет после своего исчезновения. Воспользуемся сообщением одного из наблюдателей:
 «Она оплавила участок батареи диаметром 6 мм, оставив лунку глубиной 2 мм».
 Значит, молния испарила около 0,45 г железа. Для этого требуется энергия, равная 4 кДж. Естественно, что не вся (и наверное, далеко не вся) энергия шаровой молнии была израсходована на испарение небольшого участка батареи, так что полученный результат можно рассматривать всего лишь как оценку нижней границы энергии молнии: эта энергия оказывается не меньше нескольких килоджоулей.

 Вот еще одно из наблюдений шаровой молнии:
 «Молния диаметром 30 см взорвалась около водопроводного крана. Этот кран представлял собой трубу диаметром 3 см и высотой 80 см. После взрыва труба оказалась скрученной и была покрыта окалиной, хотя и не накалилась докрасна».
 Чтобы скрутить железную трубу, надо разогреть некоторый ее участок до достаточно высокой температуры. В то же время, как указывает наблюдатель, труба не накалилась докрасна. Поэтому можно предположить, что молния нагрела участок трубы, скажем, на 600 К. Длину этого участка будем полагать приблизительно равной диаметру трубы.

 Решим в связи с этим следующую задачу.
 Сколько энергии требуется для нагревания на ΔT = 600 К участка железной трубы длиной l = 5 см? Наружный радиус трубы R = 1,5 см, внутренний r = 1,2 см, Удельная теплоемкость железа с = 0,71 Дж/(г•К), плотность железа ρ = 7,8 г/см3.

Решение.
 Согласно условию задачи, надо нагреть участок трубы длиной l, т. е. нагреть массу железа:

m = ρ(πR2 − πr2).

 Используя числовые значения величин, получаем m = 100 г. Отсюда находим искомую энергию:
W = cmΔT = 4,2•104 Дж = 42 кДж.

 В одном из писем сообщалось, что шаровая молния диаметром 30 см расщепила торчащую из воды деревянную причальную сваю диаметром 30 см вдоль волокон на длинные щепки. Воспользуемся этим сообщением для оценки энергии молнии.

 Рассмотрим задачу.
 Сколько энергии необходимо для того, чтобы пар, образовавшийся в результате нагрева и испарения воды, разорвал деревянную сваю вдоль волокон? Радиус сваи r = 0,15 м; длина участка сваи, в пределах которого образуется пар, l = 0,2 м; предел прочности дерева, соответствующий его расщеплению вдоль волокон, ро = 3•106 Па, начальная температура воды T1 = 20 °С, удельная теплоемкость воды с = 4,19 Дж/(г•К), удельная теплота парообразования λ = 2,26 кДж/г. Коэффициент пористости дерева принять равным 0,1.

Решение.
 Под коэффициентом пористости α понимают долю объема древесины, приходящегося на поры. Разрывающий сваю пар занимает объем пор

V = απr2l.

 В этом объеме при температуре кипения воды T = 380 К необходимо обеспечить давление водяных паров, равное рo, для чего надо нагреть до температуры кипения и испарить некоторое количество молей воды. Обозначим это количество молей через х. Чтобы найти его, воспользуемся уравнением Менделеева − Клапейрона для идеального газа:
poV = xRT,

где R − универсальная газовая постоянная; R = 8,31 Дж/(моль•К).
 Учитывая, что V = απr2l, получаем
x = απr2lpo/(RT).

 Используя числовые значения величин, находим x = 1,35 моль. Молекулярный вес воды равен 18; значит, один моль воды имеет массу 18 г. Искомую энергию W рассчитываем по формуле:
W = μx(λ + cΔT)

где μ = 18 г/моль, ΔТ = 100 − 20 = 80 К.
Подставляя в последнюю формулу числовые значения, находим
W = 63 кДж.

 Принимая во внимание результаты рассмотренных задач, можно заключить, что энергия, запасенная в шаровой молнии диаметром 25 см, находится в пределах примерно 100 кДж, Такая оценка представляется вполне правдоподобной; она согласуется с результатами, получаемыми на основе большого количества наблюдений шаровой молнии. Если энергия молнии 100 кДж, а ее диаметр 25 см, то, следовательно, плотность энергии оказывается порядка 10 Дж/см3. В общем случае (с учетом молний разных диаметров) можно считать, что энергия шаровой молнии принимает значения от нескольких килоджоулей до нескольких сотен килоджоулей, а плотность энергии лежит в пределах примерно от 1 до 10 Дж/см3.

Еще о шаровой молнии:
Наблюдения шаровой молнии
  Как выглядит шаровая молния?
  Поведение шаровой молнии
  Сколько энергии содержится в шаровой молнии?
  Опасна ли шаровая молния?
  Как возникает шаровая молния?
  Как часто появляется шаровая молния?
  О физической природе шаровой молнии

Еще о молнии:
Почему так сильно изломан канал молнии? Каков ток разряда молнии? Какова яркость вспышки?
Почему вообще возникает молния?
Форма молнии.
Физика шаровой молнии или это просто обман зрения?
Молния при ядерном взрыве.
Может ли возникнуть молния при извержении вулкана?
Может ли возникнуть молния при землетрясениях?
Воздушный змей Франклина при изучении природы молнии.
Как действует молниеотвод?
Правда ли, что молния предпочитает ударять в дубовые деревья?
Опасна ли молния при попадании в самолет?
Порыв дождя и удар молнии − есть ли связь между этими явлениями?
При прямом ударе молнии могут ли с вас слететь одежда и обувь?
Почему удар молнии так опасен для лежащего на земле человека и для коровы?
Огни святого Эльма.
Как велика энергия, которая воздействует на человека, ставшего жертвой молнии?
Что такое спрайт?

Смотрите еще