Шаровая молния — сделай сам
Лабораторные опыты с атмосферным электричеством позволяют узнать много, но загадки все ещё остаются.
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.
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 роль 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. 
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.
Молния, кстати, не намного 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.
Источник
Аппарат Лихтенберга из трансформатора старой микроволновки
Выжигание по дереву — очень увлекательный процесс, но требует терпения, усидчивости и немного творческого мышления. Далеко не каждый человек обладает всеми этими навыками.
А что делать, если хочется попробовать освоить это декоративное искусство?
Есть один интересный способ, как выжигать красивые узоры на дереве, не прилагая никаких усилий. Всю основную работу за вас проделает аппарат Лихтенберга.
При помощи этого нехитрого устройства можно в считанные секунды сделать оригинальный декор — фигуры Лихтенберга.
Выжигать хаотичный рисунок можно на деревянных элементах мебели или столешнице. Молниями можно украсить раму зеркала. В общем, из любой деревяшки можно сделать настоящее произведение искусства.
Выбираем трансформатор от микроволновки
Для изготовления аппарата Лихтенберга своими руками используется высоковольтный трансформатор от микроволновой печи. Обратите внимание: трансформатор от сварочного инвертора не подойдет.
Для выжигания фигур Лихтенберга на поверхности дереве требуется высокое напряжение и малый ток, что и обеспечивает высоковольтный трансформатор.
В то время как трансформатор от сварочного аппарата — наоборот, генерирует низкое напряжение и высокий ток. По этой причине он и не подходит.
Что касается выбора источника питания, то подойдет абсолютно любой трансформатор от СВЧ печи (их характеристики в разных моделях микроволновок не сильно отличаются). Главное — чтобы трансформатор работал.
Рекомендуем посмотреть видео, где в общих чертах показан процесс сборки самодельного «генератора молний», а также принцип его работы.
Как правильно подключать источник тока
Существует множество разных способов подключения трансформатора. Рассмотрим один из самых оптимальных и безопасных.
В электрической схеме обязательно должен присутствовать предохранитель, а также термозащита, поскольку трансформатор очень сильно греется в процессе работы.
Поэтому один провод от разъема питания надо подключить к предохранителю, второй — к термозащите (можно снять со старой СВЧ печи).
Сам разъем питания можно использовать от блока питания компьютера (и провод с вилкой для подключения к сети 220В тоже от компьютера).
С предохранителя и термозащиты провода идут на кнопку включения/выключения с подсветкой. От кнопки провода идут на соединительную колодку, а от нее — на первичную обмотку.
Поскольку предохранитель и термозащита установлены до кнопки, то в случае перегорания предохранителя или срабатывания термозащиты, она светиться не будет, из чего будет понятно, что напряжение на трансформатор не подается.
Для трансформатора мощностью 1 кВт необходимо подбирать предохранитель на 8-10 Ампер.
Клеммный выход со вторичной обмотки выводим на колодку. Второй конец обмотки заведен на корпус, поэтому нужно прикрепить клемму к корпусу с помощью болта и гайки, а ее конец также вывести на колодку.
Из колодки провода, идущие от вторичной обмотки, подключаются к выходной розетке. В эту розетку будет включаться вилка с «крокодильчиками» на конце.
Различные защитные диоды, а также родной предохранитель трансформатора от СВЧ печи, расположенный в цепи вторичной обмотки, обязательно нужно убрать.
Часто используют более простую схему подключения. В данном случае провод с вилкой подключается напрямую к первичной обмотке, а провода с «крокодильчиками» подключаются ко вторичной обмотке: то есть один провод надо будет подключить к выходу вторичной обмотки (он всего один), а второй — к металлическому корпусу трансформатора (место прилегания клеммы необходимо будет зачистить от лака).
Подготовка дерева
Для выжигания молний с помощью аппарата Лихтенберга требуется материал, который хорошо впитывает влагу.
Соответственно, заготовка из пластика или металла для этой цели не подойдет (как, впрочем, и ЛДСП). Поэтому для выжигания молний используется натуральное дерево или фанера.
Варианты для основы могут быть разными: сосна, дуб, граб, бук. На любой древесине рисунок получится очень красивым и, что немаловажно — уникальным и неповторимым (такого же рисунка вы больше нигде не встретите).
Причем перед тем как приступить к выжиганию, нужно чтобы электролит полностью впитался в древесину — в противном случае ничего путного не получится. Только зря время потратите.
В качестве электролита используется обычный содовый раствор.
Приготовить его очень просто — 2 столовых ложки пищевой соды разводим в 0,5 л воды, и потом тщательно перемешиваем.
Для получения качественного результата желательно соды добавить немного больше — чем мощнее будет электролит, тем больше сила тока, а, значит, и узор будет красивее.
Единственный недостаток содового раствора в том, что на некоторых породах дерева после его применения могут оставаться темные пятна.
Как вариант, некоторые мастера рекомендуют в качестве электролита использовать солевой раствор, но работает он намного хуже. Солевой раствор очень быстро закипает, разбрызгивается, и электрическая цепь обрывается. Так что лучше соды нет ничего.
Процесс выжигания молний
Нам потребуется деревянная заготовка — дощечка любого размера и электролит (содовый раствор).
С помощью кисточки или кухонной губки наносим подготовленный электролит на поверхность древесины. Смачивать нужно всю плоскость доски — рисунок получится гораздо интереснее.
По краям заготовки вбиваем два гвоздя. Некоторые мастера гвозди не используют — цепляют зажимы-прищепки прямо на заготовку.
Но для лучшего эффекта лучше все-таки забить пару гвоздей. Ну или можно саморезы закрутить.
Далее включаем трансформатор, и наслаждаемся красочным зрелищем. Прямо на глазах рождаются узоры в виде хаотичных разрядов молнии.
Внимание! Высокое напряжение
Высоковольтный трансформатор от микроволновки является источником высокого напряжения (4-5 тыс. Вольт), которое опасно для жизни. Поэтому при эксплуатации самодельного аппарата Лихтенберга крайне важно соблюдать правила ТБ.
Поскольку сам трансформатор (его металлическая часть) является одним из полюсов вторичной обмотки, то крепить его нужно к изоляционному материалу, чтобы исключить пробой корпуса.
В качестве основания для установки трансформатора можно использовать кусок стеклотекстолита или кусок фанеры.
Желательно купить в магазине пластиковую коробку, внутрь которой надо будет поместить пластину стеклотекстолита с трансформатором (как вариант, можно использовать в качестве корпуса пластиковый ящик для ручного инструмента).
К самой коробке (снизу) желательно еще прикрутить резиновые ножки.
Подключать и отключать «крокодильщики», а также наносить электролит на деревянную заготовку необходимо только при отключенном трансформаторе (во избежание поражения электрическим током).
Источник
Новое в блогах
Шаровые молнии своими руками
Лабораторные опыты с атмосферным электричеством позволяют узнать много, но загадки все ещё остаются
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.
Источник
