introduction
Un phénomène bien connu, la ligne de foudre entre un nuage d'orage et le sol, serait de nature purement électrique. On pense que le mécanisme de formation d'un tel éclair est, en termes généraux, le même que le mécanisme de formation d'une longue étincelle, à savoir: un claquage en avalanche d'air à une intensité de champ électrique de claquage.
Cependant, la germination de la foudre est fondamentalement différente de la germination à longue étincelle. Premièrement, le canal de conduction pour un coup de foudre est formé dans des conditions où l'intensité du champ électrique est bien inférieure à celle requise pour une panne d'avalanche. Deuxièmement, ce canal ne se forme pas en même temps sur toute la longueur entre le nuage et le sol, mais par des accumulations successives - avec des pauses importantes entre elles. Dans le cadre des approches traditionnelles, ces deux circonstances n'ont pas encore trouvé d'explications raisonnables, par conséquent, même comment la foudre est possible en principe reste un mystère.
Dans cet article, nous tenterons de combler ces lacunes. Nous essaierons de montrer que la gravité joue un rôle important pour garantir la possibilité d'une décharge électrique entre un nuage d'orage et la terre. Le rôle de la gravitation n'est ici, bien entendu, pas dans l'effet gravitationnel sur les particules chargées libres, mais dans l'influence sur le fonctionnement des programmes qui contrôlent le comportement de ces particules, c'est-à-dire programmes fournissant des phénomènes électromagnétiques. Cette influence de la gravitation se fait sentir lorsque l'échelle verticale du phénomène électrique est assez grandiose et que la foudre nuage-terre est un tel phénomène. Les particules chargées libres entre un nuage d'orage et le sol sont contrôlées selon un algorithme standard: les particules avec une charge du même nom avec un excès de charge dans la partie inférieure du nuage en sont électriquement "repoussées", et les particules avec une charge opposée à cette charge,«Attiré» par lui. Mais la gravité fait fonctionner cet algorithme standard de manière complètement paradoxale. La présence de gravitation conduit au fait que pour des particules séparées par une différence de hauteur suffisamment importante, le même nom ou la dissemblance de charges n'est pas une propriété constante dans le temps. La fréquence à laquelle le signe de la charge de cette particule change cycliquement par rapport au signe de l'excès de charge dépend de la différence de hauteur entre la charge en excès dans le nuage et la particule chargée libre. En conséquence, chacune de ces particules subit des influences de force alternées - «vers le nuage - du nuage». Cela facilite la formation d'un canal de conduction pour un coup de foudre, car le type de claquage électrique de l'air n'est pas une avalanche, mais une haute fréquence (HF). La construction pas à pas du canal de conduction (le mouvement du chef de marche) trouve également une explication naturelle.
L'impuissance des approches traditionnelles
Jusqu'à présent, il n'y a aucune explication raisonnable de la façon dont la foudre se produit aux intensités de champ électrique existantes.
Frenkel, après avoir illustré l'insuffisance flagrante de l'intensité du champ électrique pour une panne d'air en avalanche entre un nuage d'orage et le sol, a émis l'hypothèse que la pointe de la panne croissante est un amplificateur de force - en raison de la forte inhomogénéité du champ près de la pointe. Malgré la plausibilité externe de ce modèle, il présente à notre avis un sérieux inconvénient. La pointe améliore l'intensité du champ lorsqu'il y a une charge excessive sur cette pointe. Mais, comme nous le verrons plus loin, le canal à air ionisé se forme dans des conditions où les charges du nuage n'ont pas encore réussi à avancer jusqu'au bout de ce canal, et il n'y a toujours pas de charge excédentaire à cette extrémité. Comment ce canal se développe-t-il si l'amplification de champ ne fonctionne pas encore? Et d'où vient la première section du canal de conduction,le premier point? Voici ce que les auteurs modernes écrivent sur les intensités du champ électrique dans un environnement orageux: «Il est clair qu'au point de départ de la foudre, le champ électrique devrait être suffisant pour augmenter la densité électronique suite à l'ionisation par impact. Dans l'air de densité normale, cela nécessite Eje"30 kV / cm; à une altitude de 3 km au-dessus du niveau de la mer (c'est la hauteur moyenne du début de la foudre en Europe) - environ 20 kV / cm. Un champ électrique aussi puissant n'a jamais été mesuré dans un nuage d'orage. Les chiffres les plus élevés ont été enregistrés lors du sondage de fusée des nuages (10 kV / cm) … et lors du vol à travers un nuage d'un avion de laboratoire spécialement équipé (12 kV / cm). Au voisinage immédiat d'un nuage d'orage, en volant autour de celui-ci en avion, il est censé être d'environ 3,5 kV / cm … Des chiffres de 1,4 à 8 kV / cm ont été obtenus dans un certain nombre de mesures similaires en termes de méthodologie. Si ces chiffres ne sont pas trop élevés, ils sont encore loin de la valeur requise pour une panne d'avalanche - même lorsque la foudre commence. «Même avec les tensions mégavolts des générateurs de laboratoire, les streamers ne poussent que jusqu'à plusieurs mètres dans l'air. Tensions en dizaines de mégavolts,provoquant des coups de foudre peuvent augmenter la longueur des banderoles, au mieux, jusqu'à des dizaines de mètres, mais pas jusqu'à des kilomètres, sur lesquels la foudre pousse habituellement », écrivent les auteurs. Ils offrent un moyen incroyable de sortir de l'impasse: "La seule chose qui peut être évitée … la désintégration du plasma d'air dans un champ électrique faible est d'élever la température du gaz dans le canal … à 5000-6000K" - et ensuite donner des comptes fantastiques sur la façon dont la température de la surface du Soleil pourrait serait réalisé et maintenu dans le canal de conduction de formation - jusqu'au choc de courant principal. Dans ce cas, les auteurs contournent la question de savoir comment l'air brillerait à une température aussi élevée - après tout, aucune lueur intense n'est observée au niveau du canal de conduction en formation.sur lequel la foudre pousse habituellement »- écrivent les auteurs. Ils offrent un moyen étonnant de sortir de l'impasse: "La seule chose qui peut être évitée … la désintégration du plasma d'air dans un champ électrique faible est d'élever la température du gaz dans le canal … à 5000-6000K" - et ensuite donner des comptes fantastiques sur la façon dont la température de la surface du Soleil pourrait serait réalisé et maintenu dans le canal de conduction de formation - jusqu'au choc de courant principal. Dans ce cas, les auteurs contournent la question de savoir comment l'air brillerait à une température aussi élevée - après tout, aucune lueur intense n'est observée au niveau du canal de conduction en formation.sur lequel la foudre pousse habituellement »- écrivent les auteurs. Ils offrent un moyen incroyable de sortir de l'impasse: "La seule chose qui peut être évitée … la désintégration du plasma d'air dans un champ électrique faible est d'élever la température du gaz dans le canal … à 5000-6000K" - et ensuite donner des comptes fantastiques sur la façon dont la température de la surface du Soleil pourrait serait réalisé et maintenu dans le canal de conduction de formation - jusqu'au choc de courant principal. Dans ce cas, les auteurs contournent la question de savoir comment l'air brillerait à une température aussi élevée - après tout, aucune lueur intense n'est observée au niveau du canal de conduction en formation.il s'agit d'élever la température du gaz dans le canal … à 5000-6000K "- puis des dispositions fantastiques sont données sur la façon dont la température de la surface du Soleil pourrait être atteinte et maintenue dans le canal de conduction en formation - jusqu'au choc de courant principal. Dans ce cas, les auteurs contournent la question de savoir comment l'air brillerait à une température aussi élevée - après tout, aucune lueur intense n'est observée au niveau du canal de conduction en formation.il s'agit d'élever la température du gaz dans le canal … à 5000-6000K "- puis des dispositions fantastiques sont données sur la façon dont la température de la surface du Soleil pourrait être atteinte et maintenue dans le canal de conduction en formation - jusqu'au choc de courant principal. Dans ce cas, les auteurs contournent la question de savoir comment l'air brillerait à une température aussi élevée - après tout, aucune lueur intense n'est observée au niveau du canal de conduction en formation.
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Nous ajoutons qu'il y a eu des tentatives antérieures pour proposer un mécanisme qui jouerait un rôle auxiliaire dans la formation du canal de conduction et faciliterait la rupture d'avalanche. Ainsi, Tverskoy donne un lien avec Kaptsov, qui expose la théorie de Loeb et Mick. Selon cette théorie, dans la tête du canal de conduction croissant, il y a des ions excités - avec des énergies d'excitation dépassant les énergies d'ionisation des atomes. Ces ions émettent des photons de courte longueur d'onde qui ionisent les atomes - ce qui contribue à la formation du canal de conduction. Sans nier l'existence de ce mécanisme, nous notons qu'ici encore l'énergie cinétique des électrons est dépensée sur l'excitation d'ions - qui autrement iraient directement à l'ionisation des atomes. L'ionisation indirecte, par excitation d'ions et émission de photons de courte longueur d'onde, est moins efficace que l'ionisation directe par impact électronique. Par conséquent, cette ionisation indirecte ne facilite pas la rupture d'avalanche, mais au contraire la complique, donnant des pertes d'énergie lors de la formation d'une avalanche - surtout si l'on tient compte du fait que les photons ionisants, n'ayant pas de charge, doivent se disperser dans toutes les directions, et le canal de conduction croît dans une direction privilégiée. Enfin, c'est un fait: les «ions émis» n'aident pas à former de longues banderoles dans des conditions de laboratoire.
Mais non seulement la croissance du canal de conduction elle-même est un mystère au niveau des intensités de champ électrique existantes - la discontinuité de cette croissance, avec des pauses significatives entre les accumulations successives, n'en reste pas moins un mystère. Schonland écrit: «La durée de la pause entre les étapes successives pour un leader de pas varie étonnamment peu … Dans 90% des nombreux leaders étudiés, elle se situe entre 50 et 90 m sec. Par conséquent, il est difficile d'accepter une explication de la pause qui n'inclut pas de mécanisme fondamental de décharge de gaz. Ainsi, la pause ne peut guère être associée à une propriété de la charge dans le nuage, qui alimente le leader, car cela devrait donner une large dispersion des pauses de flash à flash. Pour la même raison, toute interprétation doit être écartée.basé sur des oscillations dans le canal entre le nuage et la pointe du leader ou sur des impulsions se déplaçant le long de ce canal. A partir de telles explications, une augmentation de la durée de la pause à mesure que la longueur du canal augmente, mais une telle augmentation n'est pas observée »(notre traduction). Mais une explication raisonnable des pauses, basée sur le "mécanisme de décharge de gaz de nature fondamentale", n'a pas encore été proposée. Human écrit: «Afin de tromper complètement le lecteur, dans la littérature sur la« théorie »de la foudre, les données de laboratoire, dont beaucoup sont contradictoires, sont souvent extrapolées pour« expliquer »les phénomènes de la foudre. L'état déplorable général est illustré par diverses théories du step leader … Dans la plupart des sources littéraires sur l'éclair du motA partir de telles explications, une augmentation de la durée de la pause à mesure que la longueur du canal augmente, mais une telle augmentation n'est pas observée »(notre traduction). Mais une explication raisonnable des pauses, basée sur le "mécanisme de décharge de gaz de nature fondamentale", n'a pas encore été proposée. Human écrit: «Afin de tromper complètement le lecteur, dans la littérature sur la« théorie »de la foudre, les données de laboratoire, dont beaucoup sont contradictoires, sont souvent extrapolées pour« expliquer »les phénomènes de la foudre. L'état déplorable général est illustré par diverses théories du step leader … Dans la plupart des sources littéraires sur l'éclair du motA partir de telles explications, une augmentation de la durée de la pause à mesure que la longueur du canal augmente, mais une telle augmentation n'est pas observée »(notre traduction). Mais une explication raisonnable des pauses, basée sur le "mécanisme de décharge de gaz de nature fondamentale", n'a pas encore été proposée. Human écrit: «Afin de tromper complètement le lecteur, dans la littérature sur la« théorie »de la foudre, les données de laboratoire, dont beaucoup sont contradictoires, sont souvent extrapolées pour« expliquer »les phénomènes de la foudre. L'état déplorable général est illustré par diverses théories du step leader … Dans la plupart des sources littéraires sur l'éclair du mot«Pour induire complètement le lecteur en erreur, dans la littérature sur la« théorie »de la foudre, les données de laboratoire, dont beaucoup sont contradictoires, sont souvent extrapolées pour« expliquer »les phénomènes de la foudre. L'état déplorable général est illustré par diverses théories du step leader … Dans la plupart des sources littéraires sur l'éclair du mot«Pour induire complètement le lecteur en erreur, dans la littérature sur la« théorie »de la foudre, les données de laboratoire, dont beaucoup sont contradictoires, sont souvent extrapolées pour« expliquer »les phénomènes de la foudre. L'état déplorable général est illustré par diverses théories du step leader … Dans la plupart des sources littéraires sur l'éclair du mot pilote-leader et streamer remplacent les explications de la signification physique des phénomènes. Mais nommer ne veut pas dire expliquer. " Enfin, voici une autre citation: «De nombreuses hypothèses sur le mécanisme du leader de pas sont si imparfaites, peu convaincantes et souvent simplement ridicules que nous ne les discuterons même pas ici. Aujourd'hui, nous ne sommes pas prêts à proposer notre propre mécanisme ».
Ce sont, en bref, les vues modernes de la science sur la physique de la foudre. Présentons maintenant une approche alternative.
Comment la gravité interfère avec les phénomènes électromagnétiques
La dynamique des charges libres est bien étudiée pour les cas où les particules chargées impliquées ont approximativement le même potentiel gravitationnel. Mais si les particules impliquées sont suffisamment dispersées sur la hauteur, alors la nature de la dynamique des charges libres s'avère radicalement différente.
Selon le concept du monde physique «numérique», une charge électrique élémentaire n'est pas une caractéristique énergétique, n'étant qu'une marque pour une particule, un identifiant pour des programmes qui fournissent des phénomènes électromagnétiques. L'étiquette de charge pour une particule est implémentée physiquement tout simplement. Il représente les pulsations quantiques à la fréquence électronique f e, dont la valeur est déterminée par la formule de Broglie hf e = m e c 2, où h est la constante de Planck, m eest la masse d'un électron, c est la vitesse de la lumière. Le signe positif ou négatif d'une charge élémentaire est déterminé par la phase des pulsations quantiques à la fréquence de l'électron: les pulsations qui identifient des charges de même signe sont en phase, mais elles sont antiphase aux pulsations qui identifient des charges d'un signe différent.
Il est clair que seules les ondulations qui ont la même fréquence peuvent être constamment exactement en phase ou en antiphase. Si les fréquences des deux pulsations diffèrent, alors leur différence de phase change avec le temps, de sorte que les états de leur phase et de leur antiphase sont alternativement répétés à la fréquence de différence.
Rappelons maintenant que la gravitation, selon notre modèle, est organisée de telle manière que les masses de particules élémentaires et les fréquences correspondantes des pulsations quantiques dépendent du potentiel gravitationnel - croissant à mesure qu'elles s'élèvent le long de la verticale locale. Donc, pour l'espace proche de la Terre, la relation est valide.
où R est la distance au centre de la Terre, f ¥ est la fréquence des pulsations quantiques "à l'infini", G est la constante gravitationnelle, M est la masse de la Terre, c est la vitesse de la lumière.
En comparant le critère d'identification de la dissemblance de même nom des charges et de la dépendance de la fréquence électronique au potentiel gravitationnel, nous obtenons des conséquences paradoxales. Les fréquences électroniques des particules dans le même potentiel gravitationnel sont les mêmes, par conséquent, les charges opposées situées à la même hauteur doivent toujours être du même nom, et les mêmes charges doivent être du même nom. Mais une situation différente devrait avoir lieu pour deux particules séparées par la différence de hauteur DH. La différence relative entre leurs fréquences électroniques, comme suit de (1), est
où g est l'accélération locale de la gravité, f e = 1,24 × 10 20 Hz est la valeur locale de la fréquence électronique. Pour ces deux particules, les états en phase et en antiphase des pulsations électroniques sont répétés cycliquement, et la période de répétition est 1 / D f e. Cela signifie que pour les programmes qui contrôlent les particules chargées, les charges de nos deux particules, l'une par rapport à l'autre, devraient alternativement se révéler du même nom, alors différentes.
Une telle approche, à première vue, contredit le concept du signe absolu de la charge élémentaire inhérente à une particule particulière. Mais cette contradiction est évidente. Un électron à n'importe quelle hauteur se comporte donc comme le propriétaire d'une charge élémentaire négative, car pour chaque potentiel gravitationnel, en plus de la valeur de la fréquence de l'électron, deux phases actuelles de pulsations opposées à cette fréquence sont programmées, définissant deux signes de la charge électrique - et la phase actuelle des pulsations pour l'électron correspond toujours à une charge négative. En ce sens, le signe négatif de la charge électronique est absolu. La commutabilité des signes de charge est de nature relative, elle se manifeste par paires de particules chargées libres, suffisamment espacées en hauteur.
Avant d'expliquer ce que signifie «espacement en hauteur suffisant», nous notons que dans des conditions de gradient vertical de fréquence électronique, même avec une différence de hauteur négligeable séparant deux électrons, leurs fréquences électroniques diffèrent, et la différence de phase de leurs pulsations électroniques change avec le temps. Si, pour une paire de ces électrons, la dissemblance de même nom des charges les unes par rapport aux autres ne se produisait qu'aux moments de l'antiphase en phase exacte de leurs pulsations électroniques, alors leur "répulsion-attraction" mutuelle ne serait fournie qu'à ces moments séparés. Ainsi, avec une différence de hauteur de 1 cm, deux électrons se «sentiraient» pendant un court laps de temps avec une périodicité, selon (2), d'environ 7 ms. Et cela ne s'observe pas dans l'expérience: ils se «sentent» constamment.
Nous en concluons: des mesures spéciales ont été prises pour garantir que les particules chargées, qui ont des potentiels gravitationnels différents et des fréquences électroniques différentes, montrent en permanence leurs charges les unes par rapport aux autres. Il est logique de supposer que la dissemblance de même nom des charges est déterminée non pas pour l'antiphase en phase exacte des pulsations électroniques, mais pour des couloirs de phase plus larges. À savoir, les charges sont considérées comme du même nom si la différence de phase des pulsations quantiques correspondantes à la fréquence électronique tombe dans l'intervalle 0 ± (p / 2) - et contrairement si cette différence de phase tombe dans l'intervalle p ± (p / 2). En raison d'une telle définition de la dissemblance de même nom des charges, pratiquement toutes les particules chargées situées à des hauteurs différentes seront constamment couvertes par le contrôle du programme,responsable des phénomènes électromagnétiques.
Mais, comme il nous semble, le fonctionnement de ces programmes est radicalement simplifié en supprimant la nécessité de travailler sur des changements mutuels des signes de charges séparés par de petites différences d'altitude. Pour cela, grâce à des manipulations logicielles des phases de pulsations quantiques à des fréquences électroniques, s'organisent des couches horizontales adjacentes - d'environ plusieurs dizaines de mètres d'épaisseur - dans lesquelles ces pulsations, malgré un faible étalement de fréquence, se produisent quasi en phase. Dans chacune de ces couches, que nous appellerons couches quasi-en phase, la phase courante des pulsations à la hauteur du centre de la couche est la référence, et les pulsations se produisant au-dessus et au-dessous du centre de cette couche sont pulsées en phase pour qu'elles restent dans le 0 ± (p / 2) avec des pulsations au centre de la couche - comme illustré schématiquement sur la Fig.1. De telles manipulations de phase ne violent pas le gradient de fréquence qui fournit la gravitation, mais elles établissent une uniformité constante des charges pour tous les électrons libres situés dans une couche de quasi-phase. Dans le même temps, des changements cycliques de même nom-dissimilarité des charges dans les électrons libres ne se produisent que pour ceux d'entre eux qui sont dans différentes couches de quasi-phase - avec une fréquence égale à la différence des fréquences électroniques aux hauteurs du milieu de ces couches.différence égale des fréquences électroniques aux hauteurs du milieu de ces couches.différence égale des fréquences électroniques aux hauteurs du milieu de ces couches.
Figure: 1
Si notre modèle est correct, alors la charge d'espace excédentaire dans l'atmosphère, située dans une couche de quasi-en phase, devrait conduire à des effets de force cyclique «de haut en bas» sur la particule chargée libre en dessous. Si la zone de charge excédentaire couvre plusieurs couches de quasi-phase, alors les charges de chaque couche devraient conduire à un effet à sa propre fréquence - et le spectre de fréquences de l'effet total devrait être, en conséquence, plus large. Ensuite, les charges spatiales statiques dans l'atmosphère - du seul fait de leur présence - devraient générer du bruit à large bande dans les équipements électroniques et, surtout efficacement, dans les équipements de réception radio. Ainsi, lorsque la limite supérieure de la zone de surcharge est à 3 km au-dessus du récepteur radio, la fréquence supérieure de la bande de bruit qui pourrait être générée dans le récepteur estdevrait être d'environ 40 MHz. Existe-t-il de tels bruits dans la pratique?
Des bruits se produisent
Il est bien connu que la réception radio aux ondes moyennes et surtout longues est perturbée, en plus de ce que l'on appelle. atmosphères sifflantes et autres interférences caractéristiques, qui se manifestent acoustiquement par du bruit (bruissement) et des crépitements. Ces interférences augmentent fortement à l'approche d'un orage local et s'affaiblissent à mesure qu'il s'éloigne, mais il est clair qu'elles ne sont pas causées par des décharges locales de foudre. En effet, ayant un caractère pulsé, les décharges individuelles donnent respectivement des perturbations à court terme séparées - tandis que le bruit en question se caractérise par une continuité dans le temps. Une explication ingénieuse, qui a été incluse dans presque tous les manuels, déclare que ce bruit est le résultat de décharges de foudre se produisant partout dans le monde à la fois - après tout, selon certaines estimations, environ 100 éclairs frappent la surface de la Terre chaque seconde. Mais une question ridicule reste ouverte quant à savoir pourquoi les interférences dues à la foudre, éloignées à d'énormes distances, augmentent fortement à l'approche d'un orage local.
La riche expérience des radioamateurs peut être complétée par la triste expérience des aviateurs. Les instructions et les ordres régissent les actions de l'équipage lorsque l'aéronef entre dans la zone d'électrification accrue de l'atmosphère - en raison du risque d'endommagement de l'aéronef par une décharge d'électricité statique. Le terme «dommages aux aéronefs par des décharges électriques en dehors des zones d'activité orageuse» est ici typique. En effet, dans un pourcentage important de cas, notamment en saison froide, des zones d'électrification atmosphérique accrue se forment en l'absence de nuages d'orage, et si les régions de charge d'espace n'ont pas de frontières prononcées, alors elles ne donnent pas lieu à des fusées éclairantes sur les écrans des radars aéroportés et au sol. Ensuite, le coup de l'avion dans la zone d'électrification accrue de l'atmosphère n'est pas prédit, mais est déterminé par les pilotes en fait, dont le signe le plus important est l'apparition de fortes interférences radio,qui apparaissent, encore une fois, comme du bruit et des grésillements dans les écouteurs des pilotes. La raison de ce bruit et crépitement est la forte électrification de l'avion, c.-à-d. excès de charge dessus. On peut supposer que la décharge d'électricité statique de l'aéronef (corona) génère du bruit et des craquements dans la bande de fréquences radio utilisée. Mais rappelez-vous que des bruits et des crépitements complètement similaires - dans des conditions tout à fait similaires d'électrification accrue de l'atmosphère - sont également produits par des récepteurs radio au sol, dont il est inapproprié de parler d'électrification forte.que des bruits et des crépitements tout à fait analogues - dans des conditions tout à fait analogues d'électrification accrue de l'atmosphère - sont également émis par des récepteurs radio au sol, dont il est inapproprié de parler d'électrification forte.que des bruits et des crépitements tout à fait analogues - dans des conditions tout à fait analogues d'électrification accrue de l'atmosphère - sont également émis par des récepteurs radio au sol, dont il est inapproprié de parler d'électrification forte.
En comparant l'expérience des radioamateurs et des aviateurs, nous arrivons à la conclusion que la cause principale des bruits ci-dessus dans les équipements au sol et à bord est en fait la même, et que cette raison est inconnue de la science, n'étant pas non plus liée aux décharges de foudre dans le globe entier, ni avec l'électrification de l'avion. Nous associons cette raison à des charges volumétriques locales dans l'atmosphère, dont la présence seule est suffisante pour les effets de force de changement de signe sur les particules chargées libres, selon le mécanisme décrit ci-dessus.
À propos du courant d'électrons le long d'un long conducteur vertical
Si le modèle ci-dessus est correct pour le comportement fréquence-phase des pulsations quantiques pour les électrons libres répartis le long de la hauteur, alors les concepts traditionnels de différence de potentiel - pour les phénomènes électriques impliquant de grandes différences d'altitude - perdent leur sens. Par exemple, laissez un conducteur vertical s'étirer à travers plusieurs couches de quasi-phase. Alors cela n'a aucun sens de dire qu'une différence de potentiel constante est appliquée à ses extrémités. En fait, de quel type de différence de potentiel constante pouvons-nous parler si les signes des charges électroniques aux extrémités supérieure et inférieure du conducteur se révèlent être du même nom, alors différents - avec une fréquence de, disons, 1 MHz? Dans ce cas, il est correct de parler simplement de la concentration d'une quantité excessive d'électrons à l'une des extrémités du conducteur - c.-à-d. utiliser l'appareil conceptuel,sur lequel la logique des programmes est construite, qui éliminent l'inhomogénéité nommée dans la distribution de charge, en déplaçant les électrons en excès le long du conducteur.
Mais même en utilisant la terminologie correcte, une explication est nécessaire: comment, par exemple, les lignes électriques fonctionnent entre des points avec de grandes différences d'élévation - c.-à-d. comment le courant d'électrons (surtout constant) traverse un conducteur, dans les sections voisines dont les charges d'électrons ne sont pas toujours du même nom, mais basculent entre les états du même nom et du nom opposé à la fréquence radio.
Considérons le cas d'une telle longueur de conducteur vertical à laquelle l'accélération de la pesanteur g peut être considérée comme constante. Ensuite, comme on peut le supposer, les épaisseurs des couches quasi-en phase impliquées sont les mêmes, et, par conséquent, les différences df e entre les fréquences des pulsations de référence dans les couches adjacentes sont les mêmes. Avec des largeurs p égales des couloirs de phase, qui donnent l'identification d'une charge identique ou opposée (voir ci-dessus), deux états du conducteur se remplaceront avec une périodicité de 1 / df e. À savoir, la demi-période durera du même nom que les charges d'électrons dans toutes les couches, et les autres signes de demi-période des charges d'électrons alterneront d'une couche à l'autre - dans ce cas, n'importe laquelle des couches peut être prise comme référence.
Nous nous intéressons à la question: si, par exemple, un excès constant d'électrons est maintenu à l'extrémité supérieure de notre conducteur, quelle sera alors la nature du courant d'électrons résultant dans le conducteur? À des intervalles de temps avec l'identité de bout en bout des charges, il est évident que les électrons se déplaceront vers le bas le long de tout le conducteur. Sur les intervalles de temps avec des signes alternés couche par couche de charges électroniques, la situation sera plus compliquée. Dans les couches où les charges d'électrons porteront le même nom avec l'excès de charge au sommet, les électrons se déplaceront vers le bas, et dans les couches où ils seront opposés, ils se déplaceront vers le haut. Notez que le courant des électrons «négatifs» vers le bas et le courant des électrons «positifs» vers le haut sont équivalents. Et tout détecteur détectera, dans notre problème, le même courant continu n'importe où dans le conducteur - si nous négligeons la condensation et la raréfaction des électrons libres,qui sera obtenu aux jonctions des couches pour chaque intervalle de temps avec des signes de charge alternés couche par couche. Et ces condensations-raréfactions seront, en effet, négligeables, puisque la vitesse d'avancement des électrons dans les conducteurs, même avec des courants forts, n'est que de quelques centimètres par seconde.
Ainsi, la divergence des signes des charges d'électrons, dont parle notre modèle, n'affecte pratiquement pas le processus de déplacement des électrons en excès le long d'un long conducteur vertical. Mais la foudre traverse l'air qui, dans des conditions normales, n'est pas un conducteur. Pour qu'un coup de foudre devienne possible, un canal de conduction doit être formé dans l'air, c.-à-d. canal avec un degré d'ionisation suffisamment élevé.
Comment les conditions d'une ventilation haute fréquence de l'air sont créées sous un nuage d'orage
Dans la partie inférieure du nuage d'orage, à partir de laquelle commence la formation d'un canal de conduction pour un coup de foudre, une charge en excès est concentrée - en règle générale, négative. La longueur verticale de la zone de concentration de cette charge peut être de 2-3 km.
Il semblerait que cette puissante concentration de charge devrait provoquer une dérive électrique de particules chargées libres présentes en petites quantités dans l'air impénétrable entre le nuage et le sol. L'action de la force statique sur les électrons libres serait plus efficace que sur les ions - en comparaison avec laquelle, les électrons ont moins d'inertie et une mobilité plus élevée. Mais dans la littérature sur l'électricité atmosphérique, nous n'avons trouvé aucune mention de la dérive des électrons atmosphériques sous un nuage d'orage vers le sol - et cette dérive ne pouvait pas passer inaperçue. Et aucun des auteurs n'a posé la question: pourquoi une telle dérive n'existe-t-elle pas?
Notre modèle explique facilement ce paradoxe par le fait que la forte concentration de la charge dans l'atmosphère ne conduit pas à un effet de force statique sur les particules chargées libres en dessous, mais à un signe alternatif - de plus, dans une large bande de fréquences déterminée par l'étendue verticale de la concentration de charge. Avec un tel impact, dans le mouvement des électrons atmosphériques qui en résulte, il n'y a pas de composante correspondant à un courant continu - comme dans un conducteur avec une charge excédentaire à une extrémité - ces électrons ne subissent qu'une «bumpiness» à haute fréquence.
Mais cette "bumpiness" des électrons atmosphériques assure, à notre avis, la formation d'un canal de conduction pour un coup de foudre. Si l'énergie cinétique des électrons libres résultant d'une exposition à haute fréquence est suffisante pour l'ionisation par impact des atomes d'air, alors une panne haute fréquence sans électrode se produit. Il est bien connu que la panne HF se produit à des intensités de champ beaucoup plus faibles que la panne par avalanche, toutes choses étant égales par ailleurs. Ceci explique le mystère de la formation d'un canal de conduction pour un coup de foudre à des tensions loin d'être suffisantes pour une panne d'avalanche.
Il est pertinent d'ajouter que N. Tesla a choqué ses contemporains avec le spectacle de longues décharges dans l'air, provoquées artificiellement par lui - il était même appelé le «seigneur de la foudre». On sait que le secret de Tesla consistait non seulement dans l'utilisation de très hautes tensions, mais aussi dans l'alternance de ces tensions, à des fréquences de plusieurs dizaines de kHz et plus. Ainsi, le type de ventilation de l'air dans la foudre de Tesla était sans aucun doute à haute fréquence.
Mais revenons à la décomposition HF de l'air, qui forme le canal de conduction pour un coup de foudre nuage-sol. Il est clair qu'avec la même densité d'électrons libres sur toute la hauteur entre le nuage et le sol, la panne HF se produira d'abord là où, du fait de l'action HF, les électrons ont l'énergie cinétique maximale. Entre le nuage et le sol, l'énergie des électrons atmosphériques s'avère maximale dans la région immédiatement adjacente au «fond» du nuage: d'une part, il y a l'intensité maximale d'exposition HF, et d'autre part, la densité de l'air y est minimale, ce qui favorise l'accélération des électrons. C'est pourquoi, dans notre cas, la panne HF commence sous le fond du nuage d'orage. Mais il ne pousse pas d'un seul coup sur toute la hauteur entre le nuage et le sol - il ne pousse que sur la longueur d'un pas au «chef de marche».
Qu'est-ce qui détermine la longueur du pas de leader
Ainsi, le canal de conduction pour un coup de foudre nuage-sol commence à se développer à partir de la zone adjacente au «fond» du nuage d'orage. Il semblerait que la décomposition HF se développant du nuage vers le sol pourrait faire croître le canal de conduction à la fois sur toute la longueur que permet l'intensité de l'exposition HF - cette intensité serait suffisante pour assurer le degré requis d'ionisation de l'air. Mais cette approche ne prend pas en compte les conditions spécifiques qui existent aux frontières des couches quasi-en phase.
En effet, considérons un électron libre qui, au stade accélérateur de l'action RF, franchit la frontière entre des couches quasi-en phase adjacentes. Si, au moment du franchissement de la frontière, dans ces couches voisines, il y a le même nom de charges d'électrons, alors rien de spécial n'arrivera à notre électron - l'étape d'accélération de l'impact HF se poursuivra. Mais si la transition de la frontière tombe sur la différence des charges d'électrons dans les couches voisines, alors le résultat d'une telle transition de la frontière sera une inversion de phase immédiate de l'effet HF: l'étape d'accélération sera remplacée par une étape de décélération. Dans ce cas, l'électron ne pourra pas percevoir pleinement l'effet HF, contrairement aux électrons qui oscillent au sein d'une couche quasi-en phase ou traversent la frontière entre eux lorsque les électrons qui se chargent en eux portent le même nom.
Il en découle qu'aux frontières entre les couches quasi en phase adjacentes se trouvent des couches limites dans lesquelles certains des électrons libres ont des énergies cinétiques bien inférieures à celles fournies par l'action RF pour les électrons restants. Étant donné que l'énergie cinétique réduite d'un électron signifie également sa capacité réduite à ioniser l'air, dans les couches limites, l'efficacité d'ionisation est réduite - environ de moitié. Par conséquent, il existe une forte probabilité que la décomposition HF, ayant atteint la région avec une efficacité d'ionisation réduite dans la couche limite, ne puisse pas traverser cette région, et le développement de la décomposition HF s'arrêtera là.
Ensuite, les étapes de l'écrasante majorité des chefs de pas devraient commencer et se terminer aux couches limites entre les couches de quasi-en-phase. Et par la longueur moyenne du pas de tête, on peut juger de l'épaisseur des couches quasi-en phase - en tenant compte du fait que si un pas tombe sur une couche quasi-en phase, la longueur du pas devrait augmenter lorsque le pas s'écarte de la direction verticale. Malheureusement, nous n'avons trouvé aucune donnée dans la littérature permettant de confirmer ou de réfuter la thèse sur l'augmentation de la longueur du pas de tête lorsqu'il s'écarte de la verticale. Cependant, il y a des indications que la foudre linéaire presque horizontale se forme plus librement - sans ces restrictions rigides sur la longueur des marches de tête, qui sont en place pour les éclairs «nuage-sol». En effet, malgré le fait que la longueur de l'éclair "nuage-sol" est en moyenne de 2-3 km, "la longueur de l'éclair,ce qui s'est passé entre les nuages, a atteint 15-20 km et même plus.
Si notre raisonnement est correct, alors l'épaisseur des couches quasi-en phase doit être légèrement inférieure à la longueur moyenne du pas de tête. Différents auteurs donnent des valeurs légèrement différentes pour la longueur de pas moyenne - comme valeur approximative, nous appellerons le chiffre de 40 m. Si ce chiffre n'est pas loin de la vérité, alors nous ne nous tromperons pas beaucoup si nous appelons la valeur de 30 m comme valeur approximative de l'épaisseur des couches quasi-en phase.
Que se passe-t-il dans les pauses entre la construction du canal de conduction
L'expérience montre qu'après la construction suivante du canal de conduction par la longueur d'un étage du leader - ce qui prend environ 1 ms - il y a une pause avant de construire l'étape suivante; ces pauses durent environ 50 ms. Que se passe-t-il pendant ces pauses?
La réponse se suggère: pendant ces pauses, des électrons libres se déplacent du nuage le long de tout le canal de conduction formé, avec le remplissage d'une nouvelle section cultivée jusqu'à son extrémité, de sorte qu'à cette fin la concentration d'électrons en excès est suffisante pour la décomposition de la couche limite entre les couches adjacentes de quasi-en phase. Nous trouvons la confirmation de la thèse sur l'avancement des électrons le long du canal de conduction dans les pauses entre la construction des marches de tête à Schonland, qui écrit sur la coïncidence de la vitesse du pas de tête avec la vitesse de dérive des électrons libres - étant donné la densité de l'air et la force du champ électrique. Ici, Shonland parle de la vitesse moyenne d'un leader en escalier, mais ce leader avance avec des lancers courts, et massivement le reste du temps, il «se repose». Et si la vitesse moyenne résultante du leader de pas est égale à la vitesse d'avancement des électrons, cela signifie que les électrons se déplacent le long des nouvelles sections croissantes du canal de conduction précisément pendant les pauses suivantes - après tout, avec leur vitesse de dérive, ils n'auraient tout simplement pas le temps d'avancer le long de la nouvelle section. lors de sa formation.
Et, en effet, la décomposition HF ne forme une nouvelle section du canal de conduction que par une augmentation du degré d'ionisation de l'air - le nombre d'électrons libres et d'ions positifs augmente, mais reste égal les uns aux autres. Par conséquent, au départ, il n'y a pas de charge excessive dans la nouvelle section du canal de conduction - et cela prend du temps pour son entrée. C'est pourquoi, à notre avis, le modèle Frenkel d'amplification de champ à la pointe de la panne croissante est inopérant. Pour une telle amélioration du champ, une charge excédentaire est nécessaire à la pointe. Mais nous voyons que l'accumulation du canal de conduction se produit en l'absence d'excès de charge à la pointe de la panne croissante - ces charges excédentaires circulent avec un retard important.
Soulignons que c'est le modèle du mouvement des électrons du nuage le long du canal de conduction lors des pauses entre les accumulations successives de ce canal qui donne la réponse la plus simple et logique à la question de savoir comment un haut degré d'ionisation est maintenu dans le canal pendant ces pauses - lorsque le mécanisme qui a fourni la panne rapide, ne peut plus faire face à la perte d'ions résultant de la recombinaison et de la diffusion. À notre avis, c'est l'avancée des électrons en excès qui crée des ions supplémentaires par ionisation par impact et contribue ainsi au maintien de l'état de conduction dans le canal.
Nous ajoutons que le mouvement d'électrons libres dans les pauses entre les accumulations du canal de conduction se produit non seulement le long du canal qui atteint le sol et à travers lequel se produira le choc de courant principal, mais aussi le long de tous les canaux sans issue de branchement. Ceci est visuellement démontré par la similitude complète de la croissance de nombreux canaux à la fois - quand on ne sait pas encore lequel d'entre eux sera le canal du choc de courant principal.
Choc de courant principal
Lorsque le canal de conduction entre le nuage d'orage et le sol est entièrement formé, le choc de courant principal (ou plusieurs chocs de courant) se produit le long de celui-ci. Parfois, dans la littérature, le choc de courant principal est appelé sans succès un choc de courant inverse ou une décharge inverse. Ces termes sont trompeurs, donnant l'impression que lors d'une décharge inversée, les électrons se déplacent dans la direction opposée à celle dans laquelle le canal de conduction s'est développé et dans laquelle ils se déplaçaient à mesure qu'ils grandissaient. En fait, dans une "décharge inverse", les électrons se déplacent dans une direction "avant", sortant du nuage - c.-à-d. de la zone de leur concentration excessive - sur le terrain. Le «revers» de cette décharge se manifeste exclusivement à travers sa dynamique observée. Le fait est qu'immédiatement après la formation d'un canal de conduction entre le nuage et le sol,rempli d'électrons en excès, le choc de courant principal se développe de telle manière que, tout d'abord, les électrons commencent à se déplacer dans les sections de canal les plus proches du sol, puis - dans les sections supérieures, etc. Dans ce cas, le bord de la zone de luminescence intense, qui est générée par ces puissants mouvements d'électrons, se déplace de bas en haut - ce qui donne à d'autres auteurs une raison de parler de «décharge inverse».
La lueur pendant le choc de courant principal présente des caractéristiques intéressantes. «Dès que le leader atteint la Terre, la décharge principale se produit immédiatement, se propageant de la Terre au nuage. La décharge principale est beaucoup plus intense en luminescence, et il a été observé que lorsque la décharge principale se déplace vers le haut, cette luminescence diminue, surtout lorsqu'elle passe par les points de ramification. Une augmentation de la lueur n'a jamais été observée lorsque la décharge s'est déplacée vers le haut. Nous expliquons ces caractéristiques par le fait que, aux premiers stades du choc de courant principal, le courant d'électrons dans le canal de conduction principal, s'étendant du nuage au sol, est alimenté par des courants d'électrons provenant de branches sans issue - tout comme une rivière est alimentée par des ruisseaux qui y coulent. Ces courants, alimentant le choc de courant dans le canal principal, sont vraiment "inverses":les électrons reviennent alors des branches sans issue vers le canal principal.
Les enregistrements vidéo d'un coup de foudre nuage-sol au ralenti sont disponibles gratuitement sur Internet. Ils montrent clairement, par une faible lueur de propagation, la dynamique de l'avancement des électrons le long des canaux de conduction croissants - avec une ramification abondante. Enfin, une décharge très lumineuse se produit le long du canal principal, d'abord accompagnée d'une lueur dans les branches latérales - qui s'éteint beaucoup plus rapidement que la lueur dans le canal principal, car les électrons du nuage n'entrent plus dans les branches latérales, mais se déplacent le long du canal principal dans le sol.
Conclusion
Nous ne prétendons pas couvrir entièrement les phénomènes qui surviennent lors de la foudre. Nous n'avons considéré que le cas d'un éclair linéaire nuage-sol typique. Mais pour la première fois, nous avons donné une explication systémique de la physique d'un tel éclair. Nous avons résolu l'énigme de la possibilité même de la foudre à des intensités de champ électrique qui sont loin d'être suffisantes pour une panne d'air en avalanche - après tout, la panne ici s'avère être non pas une avalanche, mais une haute fréquence. Nous avons nommé la raison de cette panne RF. Et nous avons expliqué pourquoi cette décomposition se fait par segments successifs, avec des pauses significatives entre eux.
Toutes ces explications se sont avérées être des conséquences directes de nos idées sur la nature de l'électricité et sur l'organisation de la gravitation - cependant, avec quelques hypothèses de clarification. Le rôle clé a été joué par le concept d'organisation de la gravitation, car la foudre nous apparaît comme un phénomène gravitationnel-électrique. De manière frappante, le phénomène de la foudre entre un nuage d'orage et la terre s'avère être une preuve importante de l'exactitude de deux concepts de base du monde physique «numérique» à la fois, à propos des essences d'électricité et de gravitation - après tout, la foudre trouve une explication raisonnable sur la base de la couture de ces deux concepts.
Nous ajoutons que la physique ci-dessus de la foudre linéaire entre un nuage d'orage et la terre peut servir de point de départ pour expliquer la nature d'autres types de foudre. Par exemple, la régularité de la disposition des couches avec des conditions spéciales d'ionisation de l'air peut jouer un rôle clé dans la formation de ce que l'on appelle. fermeture éclair perlée.
Auteur: A. A. Grishaev, chercheur indépendant
