Introducción
Se cree que un fenómeno bien conocido, la línea de rayos entre una nube de tormenta y el suelo, es de naturaleza puramente eléctrica. Se cree que el mecanismo para la formación de tal rayo es, en términos generales, el mismo que el mecanismo para la formación de una chispa larga, a saber: una avalancha de ruptura de aire con una ruptura de la intensidad del campo eléctrico.
Sin embargo, el brote de rayos es fundamentalmente diferente del brote de chispas largas. Primero, el canal de conducción para un rayo se forma bajo condiciones en las que la intensidad del campo eléctrico es mucho menor que la requerida para una avalancha. En segundo lugar, este canal no se forma de una vez en toda la longitud entre la nube y el suelo, sino a través de acumulaciones sucesivas, con pausas significativas entre ellos. Dentro del marco de los enfoques tradicionales, ambas circunstancias aún no han encontrado explicaciones razonables, por lo tanto, incluso cómo es posible un rayo en principio sigue siendo un misterio.
En este artículo, intentaremos llenar estos vacíos. Intentaremos mostrar que la gravedad juega un papel importante a la hora de garantizar la posibilidad de una descarga eléctrica entre una nube tormentosa y la tierra. El papel de la gravitación está aquí, por supuesto, no en el efecto gravitacional sobre las partículas cargadas libres, sino en la influencia en el funcionamiento de los programas que controlan el comportamiento de estas partículas, es decir. programas que proporcionan fenómenos electromagnéticos. Esta influencia de la gravitación se siente cuando la escala vertical del fenómeno eléctrico es bastante grandiosa, y los relámpagos de nube a tierra son precisamente ese fenómeno. Las partículas con carga libre entre una nube de tormenta y el suelo se controlan de acuerdo con un algoritmo estándar: las partículas con una carga del mismo nombre con un exceso de carga en la parte inferior de la nube son "rechazadas" eléctricamente de ella, y las partículas con una carga opuesta a esa carga,"Atraído" por él. Pero la gravedad hace que este algoritmo estándar funcione de una manera completamente paradójica. La presencia de gravitación conduce al hecho de que para partículas separadas por una diferencia de altura suficientemente grande, el mismo nombre o la diferencia de cargas no es una propiedad que sea constante en el tiempo. La frecuencia con la que cambia cíclicamente el signo de la carga de esta partícula con respecto al signo de la carga en exceso depende de la diferencia de altura entre la carga en exceso en la nube y la partícula con carga libre. En consecuencia, cada una de esas partículas experimenta influencias de fuerzas alternas - "hacia la nube - desde la nube". Esto facilita la formación de un canal de conducción para un rayo, ya que el tipo de avería eléctrica del aire no es avalancha, sino alta frecuencia (HF). La construcción escalonada del canal de conducción (el movimiento del líder escalonado) también encuentra una explicación natural.
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La impotencia de los enfoques tradicionales
Hasta ahora, no existe una explicación razonable de cómo se producen los rayos con las intensidades de campo eléctrico existentes.
Frenkel, habiendo ilustrado la flagrante insuficiencia de la intensidad del campo eléctrico para una ruptura de avalancha de aire entre una nube de tormenta y el suelo, presentó la hipótesis de que la punta de la ruptura creciente es un amplificador de fuerza, debido a la fuerte falta de homogeneidad del campo cerca de la punta. A pesar de la plausibilidad externa de este modelo, en nuestra opinión, tiene un serio inconveniente. La punta mejora la intensidad del campo cuando hay un exceso de carga en esta punta. Pero, como veremos a continuación, el canal con aire ionizado se forma en condiciones en las que las cargas de la nube aún no han logrado avanzar hasta el final de este canal, y aún no hay carga en exceso en este extremo. ¿Cómo crece este canal si la amplificación de campo aún no funciona? ¿Y de dónde viene la primera sección del canal de conducción?el primer punto? Esto es lo que escriben los autores modernos sobre las intensidades del campo eléctrico en una tormenta: “Está claro que en el punto en el que comienza el rayo, el campo eléctrico debería ser suficiente para aumentar la densidad de electrones como resultado de la ionización por impacto. En aire de densidad normal, esto requiere Eyo"30 kV / cm; a una altitud de 3 km sobre el nivel del mar (esta es la altura media del inicio del rayo en Europa) - aproximadamente 20 kV / cm. Un campo eléctrico tan fuerte nunca se ha medido en una nube de tormenta. Las cifras más altas se registraron durante el sondeo de cohetes de nubes (10 kV / cm) … y al volar a través de una nube de un avión de laboratorio especialmente equipado (12 kV / cm). En las inmediaciones de una nube de tormenta, cuando se vuela a su alrededor en un avión, se pretende que sea de aproximadamente 3,5 kV / cm … Se obtuvieron cifras de 1,4 a 8 kV / cm en una serie de mediciones similares en metodología ". Si estos números no son demasiado altos, aún están muy por debajo del valor requerido para un colapso de avalancha, incluso donde comienzan los rayos. “Incluso con voltajes de megavoltios de generadores de laboratorio, las serpentinas solo crecen hasta varios metros en el aire. Voltajes en decenas de megavoltios,Los rayos que provocan pueden aumentar la longitud de las serpentinas, en el mejor de los casos, hasta decenas de metros, pero no hasta kilómetros, sobre los que generalmente crecen los rayos”, escriben los autores. Ofrecen una manera asombrosa de salir del callejón sin salida: "Lo único que se puede prevenir … la desintegración del plasma de aire en un campo eléctrico débil es elevar la temperatura del gas en el canal … a 5000-6000K", y luego dar relatos fantásticos de cómo podría la temperatura de la superficie del Sol. se lograría y mantendría en el canal de conducción de formación - hasta el choque de corriente principal. En este caso, los autores pasan por alto la cuestión de cómo brillaría el aire a una temperatura tan alta; después de todo, no se observa un brillo intenso en el canal de conducción en formación.en el que generalmente crece el rayo”- escriben los autores. Ofrecen una manera asombrosa de salir del callejón sin salida: "Lo único que se puede prevenir … la desintegración del plasma de aire en un campo eléctrico débil es elevar la temperatura del gas en el canal … a 5000-6000K", y luego dar relatos fantásticos de cómo podría la temperatura de la superficie del Sol. se lograría y mantendría en el canal de conducción de formación - hasta el choque de corriente principal. En este caso, los autores pasan por alto la cuestión de cómo brillaría el aire a una temperatura tan alta; después de todo, no se observa un brillo intenso en el canal de conducción en formación.en el que generalmente crece el rayo”- escriben los autores. 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En este caso, los autores pasan por alto la cuestión de cómo brillaría el aire a una temperatura tan alta; después de todo, no se observa un brillo intenso en el canal de conducción en formación.esto es para elevar la temperatura del gas en el canal … a 5000-6000K "- y luego se dan diseños fantásticos sobre el tema de cómo se puede alcanzar y mantener la temperatura de la superficie del Sol en el canal de conducción en formación - hasta el choque de corriente principal. En este caso, los autores pasan por alto la cuestión de cómo brillaría el aire a una temperatura tan alta; después de todo, no se observa un brillo intenso en el canal de conducción en formación.
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Agregamos que hubo intentos anteriores de proponer un mecanismo que desempeñaría un papel auxiliar en la formación del canal de conducción y facilitaría la ruptura de avalanchas. Entonces, Tverskoy da un enlace a Kaptsov, quien expone la teoría de Loeb y Mick. Según esta teoría, en la cabeza del canal de conducción en crecimiento hay iones excitados, con energías de excitación que exceden las energías de ionización de los átomos. Estos iones emiten fotones de longitud de onda corta que ionizan los átomos, lo que contribuye a la formación del canal de conducción. Sin negar la existencia de este mecanismo, observamos que aquí, nuevamente, la energía cinética de los electrones se gasta en la excitación de iones, que de otra manera iría directamente a la ionización de los átomos. La ionización indirecta, a través de la excitación de iones y la emisión de fotones de longitud de onda corta, es menos efectiva que la ionización directa por impacto de electrones. Por lo tanto, esta ionización indirecta no facilita la ruptura de la avalancha, sino que, por el contrario, la complica, dando pérdidas de energía durante la formación de una avalancha, especialmente si tenemos en cuenta que los fotones ionizantes, al no tener carga, deben dispersarse en todas las direcciones y el canal de conducción crece en una dirección preferida. Finalmente, es un hecho: los "iones emitidos" no ayudan a que se formen largas serpentinas en condiciones de laboratorio.
Pero no solo el crecimiento del canal de conducción en sí mismo es un misterio en las intensidades de campo eléctrico existentes; la discontinuidad de este crecimiento, con pausas significativas entre acumulaciones sucesivas, sigue siendo un misterio. Schonland escribe: “La duración de la pausa entre pasos sucesivos para un líder de paso varía sorprendentemente poco … En el 90% de los muchos líderes estudiados, cae en el rango entre 50 y 90 m seg. Por tanto, es difícil aceptar una explicación de la pausa que no incluya un mecanismo fundamental de descarga de gas. Por lo tanto, la pausa difícilmente puede asociarse con alguna propiedad de la carga en la nube, que alimenta al líder, ya que esto debería dar una amplia dispersión de pausas de flash en flash. Por la misma razón, debe descartarse cualquier interpretación.basado en oscilaciones en el canal entre la nube y la punta del líder o en impulsos que se mueven a lo largo de este canal. De tales explicaciones, un aumento en la duración de la pausa a medida que crece la longitud del canal, pero no se observa tal aumento”(nuestra traducción). Pero aún no se ha propuesto una explicación razonable de las pausas, basada en el "mecanismo de descarga de gas de naturaleza fundamental". Human escribe: “Para engañar completamente al lector, en la literatura sobre la“teoría”del rayo, los datos de laboratorio, muchos de los cuales son contradictorios, a menudo se extrapolan para“explicar”los fenómenos del rayo. El estado deplorable general está ilustrado por varias teorías del líder de paso … En la mayoría de las fuentes literarias sobre el relámpago de la palabraDe tales explicaciones, un aumento en la duración de la pausa a medida que crece la longitud del canal, pero no se observa tal aumento”(nuestra traducción). Pero aún no se ha propuesto una explicación razonable de las pausas, basada en el "mecanismo de descarga de gas de naturaleza fundamental". Human escribe: “Con el fin de confundir completamente al lector, en la literatura sobre la“teoría”del rayo, los datos de laboratorio, muchos de los cuales son contradictorios, a menudo se extrapolan para“explicar”los fenómenos del rayo. El estado deplorable general está ilustrado por varias teorías del líder de paso … En la mayoría de las fuentes literarias sobre el relámpago de la palabraDe tales explicaciones, un aumento en la duración de la pausa a medida que crece la longitud del canal, pero no se observa tal aumento”(nuestra traducción). Pero aún no se ha propuesto una explicación razonable de las pausas, basada en el "mecanismo de descarga de gas de naturaleza fundamental". Human escribe: “Para engañar completamente al lector, en la literatura sobre la“teoría”del rayo, los datos de laboratorio, muchos de los cuales son contradictorios, a menudo se extrapolan para“explicar”los fenómenos del rayo. El estado deplorable general está ilustrado por varias teorías del líder de paso … En la mayoría de las fuentes literarias sobre el relámpago de la palabra“Para engañar completamente al lector, en la literatura de la 'teoría' del rayo, los datos de laboratorio, muchos de los cuales son contradictorios, a menudo se extrapolan para 'explicar' los fenómenos del rayo. El estado deplorable general está ilustrado por varias teorías del líder de paso … En la mayoría de las fuentes literarias sobre el relámpago de la palabra“Para engañar completamente al lector, en la literatura de la 'teoría' del rayo, los datos de laboratorio, muchos de los cuales son contradictorios, a menudo se extrapolan para 'explicar' los fenómenos del rayo. El estado deplorable general está ilustrado por varias teorías del líder de paso … En la mayoría de las fuentes literarias sobre el relámpago de la palabra piloto-líder y streamer reemplazan las explicaciones del significado físico de los fenómenos. Pero nombrar no significa explicar ". Finalmente, aquí hay una cita más: “Numerosas hipótesis sobre el mecanismo del líder escalonado son tan imperfectas, poco convincentes y, a menudo, simplemente ridículas que ni siquiera las discutiremos aquí. Hoy no estamos preparados para ofrecer nuestro propio mecanismo”.
En resumen, estas son las opiniones modernas de la ciencia sobre la física del rayo. Presentamos ahora un enfoque alternativo.
Cómo la gravedad interfiere con los fenómenos electromagnéticos
La dinámica de las cargas libres está bien estudiada para los casos en que las partículas cargadas involucradas tienen aproximadamente el mismo potencial gravitacional. Pero si las partículas involucradas están suficientemente dispersas a lo largo de la altura, entonces la naturaleza de la dinámica de las cargas libres resulta ser radicalmente diferente.
Según el concepto del mundo físico "digital", una carga eléctrica elemental no es una característica energética, es solo una marca para una partícula, un identificador para programas que proporcionan fenómenos electromagnéticos. La etiqueta de carga de una partícula se implementa físicamente de manera bastante simple. Representa pulsaciones cuánticas a la frecuencia electrónica f e, cuyo valor está determinado por la fórmula de De Broglie hf e = m e c 2, donde h es la constante de Planck, m ees la masa de un electrón, c es la velocidad de la luz. El signo positivo o negativo de una carga elemental está determinado por la fase de las pulsaciones cuánticas a la frecuencia de los electrones: las pulsaciones que identifican las cargas de un signo están en fase, pero son contrarias a las pulsaciones que identifican las cargas de un signo diferente.
Está claro que solo las ondas que tienen la misma frecuencia pueden estar constantemente exactamente en fase o en antifase. Si las frecuencias de las dos pulsaciones difieren, entonces su diferencia de fase cambia con el tiempo, de modo que los estados de su fase en fase y antifase se repiten alternativamente en la frecuencia de diferencia.
Ahora recordemos que la gravitación, según nuestro modelo, está organizada de tal manera que las masas de partículas elementales y las frecuencias correspondientes de pulsaciones cuánticas dependen del potencial gravitacional, aumentando a medida que ascienden a lo largo de la vertical local. Entonces, para el espacio cercano a la Tierra, la relación es válida.
donde R es la distancia al centro de la Tierra, f ¥ es la frecuencia de pulsaciones cuánticas "en el infinito", G es la constante gravitacional, M es la masa de la Tierra, c es la velocidad de la luz.
Comparando el criterio para identificar la disimilitud de cargas del mismo nombre y la dependencia de la frecuencia electrónica del potencial gravitacional, obtenemos consecuencias paradójicas. Las frecuencias de electrones de partículas en el mismo potencial gravitacional son las mismas, por lo tanto, las cargas opuestas ubicadas a la misma altura deben ser diferentes todo el tiempo, y las del mismo nombre deben ser del mismo nombre. Pero debería ocurrir una situación diferente para dos partículas separadas por la diferencia de altura DH. La diferencia relativa entre sus frecuencias electrónicas, como se sigue de (1), es
donde g es la aceleración local de la gravedad, f e = 1.24 × 10 20 Hz es el valor local de la frecuencia electrónica. Para estas dos partículas, los estados de en fase y antifase de las pulsaciones electrónicas se repiten cíclicamente, y el período de repetición es 1 / D f e. Esto significa que para los programas que controlan partículas cargadas, las cargas de nuestras dos partículas, en relación entre sí, deberían resultar alternativamente del mismo nombre y luego del opuesto.
Tal enfoque, a primera vista, contradice el concepto del signo absoluto de la carga elemental inherente a una partícula particular. Pero esta contradicción es evidente. Por tanto, un electrón a cualquier altura se comporta como propietario de una carga negativa elemental, porque para cada potencial gravitacional, además del valor de la frecuencia del electrón, se programan dos fases de corriente opuestas de pulsaciones a esta frecuencia, que establecen dos signos de la carga eléctrica - y la fase de corriente de pulsaciones para el electrón. siempre corresponde a una carga negativa. En este sentido, el signo negativo de la carga del electrón es absoluto. La conmutación de los signos de las cargas es de naturaleza relativa, se manifiesta en pares de partículas cargadas libres suficientemente espaciadas en altura.
Antes de explicar lo que significa "suficiente espacio de altura", observemos que en condiciones de un gradiente vertical de frecuencia de electrones, incluso con una diferencia de altura insignificante que separa dos electrones, sus frecuencias de electrones difieren y la diferencia de fase de sus pulsaciones de electrones cambia con el tiempo. Si para un par de tales electrones la disimilitud de cargas del mismo nombre entre sí tuviera lugar solo en los momentos de antifase en fase exacta de sus pulsaciones electrónicas, entonces su "atracción-repulsión" mutua se proporcionaría solo en estos momentos separados de tiempo. Entonces, con una diferencia de altura de 1 cm, dos electrones se “sentirían” entre sí durante un corto período de tiempo con una periodicidad, según (2), de aproximadamente 7 ms. Y esto no se observa en la experiencia: se "sienten" constantemente.
De esto concluimos: se han tomado medidas especiales para asegurar que las partículas cargadas, que están en diferentes potenciales gravitacionales y tienen diferentes frecuencias electrónicas, muestren continuamente sus cargas en relación con las demás. Es lógico suponer que la disimilitud de cargas del mismo nombre no se determina para la antifase exacta en fase de las pulsaciones electrónicas, sino para corredores de fase más amplios. Es decir, se considera que las cargas tienen el mismo nombre si la diferencia de fase para las pulsaciones cuánticas correspondientes a la frecuencia de los electrones cae en el intervalo 0 ± (p / 2), y a diferencia de si esta diferencia de fase cae en el intervalo p ± (p / 2). Como resultado de tal definición de la disimilitud de cargas con el mismo nombre, prácticamente todas las partículas cargadas ubicadas a diferentes alturas serán cubiertas constantemente por el control del programa.responsable de los fenómenos electromagnéticos.
Pero, como nos parece, la operación de estos programas se simplifica radicalmente al eliminar la necesidad de resolver cambios mutuos en los signos de cargas separados por pequeñas diferencias de altitud. Para ello, mediante la manipulación por software de las fases de pulsaciones cuánticas a frecuencias electrónicas, se organizan capas horizontales adyacentes - con un grosor de aproximadamente varias decenas de metros - en las que estas pulsaciones, a pesar de una pequeña dispersión de frecuencia, se producen cuasi en fase. En cada una de estas capas, que llamaremos capas cuasi-en fase, la fase actual de pulsaciones a la altura del centro de la capa es la referencia, y las pulsaciones que ocurren por encima y por debajo del centro de esta capa se pulsan en fase para que permanezcan en el 0 ± (p / 2) con pulsaciones en el centro de la capa, como se muestra esquemáticamente en la Fig.1. Tales manipulaciones de fase no violan el gradiente de frecuencia que proporciona la gravitación, pero establecen una uniformidad constante de cargas para todos los electrones libres ubicados dentro de una capa de cuasi-en-fase. Al mismo tiempo, los cambios cíclicos de la misma disimilitud de cargas en los electrones libres ocurren solo para aquellos de ellos que están en diferentes capas de cuasi-en-fase, con una frecuencia igual a la diferencia de frecuencias electrónicas en las alturas del medio de estas capas.igual diferencia de frecuencias electrónicas en las alturas del medio de estas capas.igual diferencia de frecuencias electrónicas en las alturas del medio de estas capas.
Figura: 1
Si nuestro modelo es correcto, entonces el exceso de carga espacial en la atmósfera, ubicada dentro de una capa de cuasi-en-fase, debería conducir a efectos de fuerza cíclica "arriba y abajo" en la partícula cargada libre debajo de ella. Si el área de exceso de carga cubre varias capas de cuasi-en-fase, entonces las cargas de cada capa deberían dar lugar a un efecto en su propia frecuencia, y el espectro de frecuencia del efecto total debería ser, en consecuencia, más amplio. Entonces, las cargas espaciales estáticas en la atmósfera, por el mero hecho de su presencia, deberían generar ruido de banda ancha en los equipos electrónicos y, de manera especialmente efectiva, en los equipos de recepción de radio. Entonces, cuando el límite superior de la región de sobrecarga está 3 km por encima del receptor de radio, la frecuencia superior de la banda de ruido que podría generarse en el receptor esdebe rondar los 40 MHz. ¿Existen tales ruidos en la práctica?
Los ruidos ocurren
Es bien sabido que, además de la llamada, se interfiere con la recepción de radio a medias y especialmente a longitudes de onda largas. silbidos atmosféricos y otras interferencias características, que se manifiestan acústicamente como ruido (susurro) y crujidos. Estas interferencias aumentan drásticamente a medida que se acerca una tormenta local y se debilitan a medida que retrocede, pero está claro que no son causadas por descargas de rayos locales. De hecho, al tener un carácter de pulso, las descargas individuales producen, respectivamente, perturbaciones a corto plazo separadas, mientras que el ruido en cuestión se caracteriza por la continuidad en el tiempo. Una explicación ingeniosa, que se incluyó en casi todos los libros de texto, declara que este ruido es el resultado de descargas de rayos que ocurren en todo el mundo a la vez; después de todo, según algunas estimaciones, alrededor de 100 rayos caen sobre la superficie de la Tierra cada segundo. Pero queda abierta una pregunta ridícula de por qué la interferencia debida a los rayos, remotos a grandes distancias, aumenta drásticamente cuando se acerca una tormenta local.
La rica experiencia de los radioaficionados puede complementarse con la triste experiencia de los aviadores. Las instrucciones y órdenes regulan las acciones de la tripulación cuando la aeronave ingresa a la zona de mayor electrificación atmosférica, debido al peligro de daño a la aeronave por una descarga de electricidad estática. El término "daño a la aeronave por descargas eléctricas fuera de las zonas de actividad de tormentas" es típico aquí. De hecho, en un porcentaje significativo de casos, especialmente en la estación fría, las zonas de mayor electrificación atmosférica se forman en ausencia de nubes de tormenta, y si las regiones de carga espacial no tienen límites pronunciados, entonces no dan lugar a destellos en las pantallas de los radares aéreos y terrestres. Entonces, el impacto de la aeronave en la zona de mayor electrificación de la atmósfera no se predice, pero los pilotos lo determinan, de hecho, el signo más importante es la aparición de una fuerte interferencia de radio.que aparecen, nuevamente, como ruido y crujidos en los auriculares de los pilotos. La razón de este ruido y crujido es la fuerte electrificación de la aeronave, es decir, exceso de carga en él. Se puede suponer que la descarga de electricidad estática de la aeronave (corona) genera ruido y crepitaciones en la banda de radiofrecuencia utilizada. Pero recuerde que los receptores de radio terrestres también producen ruidos y crepitaciones completamente similares, en condiciones completamente similares de mayor electrificación de la atmósfera, de los cuales no es apropiado hablar de electrificación fuerte.que ruidos y crepitaciones completamente análogos, en condiciones completamente análogas de mayor electrificación de la atmósfera, también son dados por receptores de radio terrestres, de los cuales no es apropiado hablar de electrificación fuerte.que ruidos y crepitaciones completamente análogos, en condiciones completamente análogas de mayor electrificación de la atmósfera, también son dados por receptores de radio terrestres, de los cuales no es apropiado hablar de electrificación fuerte.
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Comparando la experiencia de radioaficionados y aviadores, llegamos a la conclusión de que la causa principal de los ruidos anteriores tanto en los equipos de tierra como de a bordo es de hecho la misma, y que esta razón es desconocida para la ciencia, al no estar relacionada tampoco con descargas de rayos en todo el globo, ni con la electrificación del avión. Asociamos esta razón con cargas volumétricas locales en la atmósfera, cuya presencia por sí sola es suficiente para efectos de fuerza de cambio de signo sobre partículas cargadas libres, de acuerdo con el mecanismo descrito anteriormente.
Acerca de la corriente de electrones a lo largo de un conductor vertical largo
Si el modelo anterior es correcto para el comportamiento de frecuencia-fase de las pulsaciones cuánticas para electrones libres distribuidos a lo largo de la altura, entonces los conceptos tradicionales de diferencia de potencial, para fenómenos eléctricos que involucran grandes diferencias de altitud, pierden su significado. Por ejemplo, deje que un conductor vertical se extienda a través de varias capas de cuasi-en-fase. Entonces no tiene sentido decir que se aplica alguna diferencia de potencial constante a sus fines. De hecho, ¿de qué tipo de diferencia de potencial constante podemos hablar si los signos de las cargas de los electrones en los extremos superior e inferior del conductor resultan ser del mismo nombre, luego diferentes, con una frecuencia de, digamos, 1 MHz? En este caso, es correcto hablar simplemente de la concentración de una cantidad excesiva de electrones en uno de los extremos del conductor, es decir, utilizar el aparato conceptual,sobre la que se construye la lógica de los programas, que eliminan la inhomogeneidad en la distribución de carga, moviendo el exceso de electrones a lo largo del conductor.
Pero incluso cuando se usa la terminología correcta, se requiere una explicación: cómo, por ejemplo, funcionan las líneas eléctricas entre puntos con grandes diferencias de elevación, es decir, cómo la corriente de electrones (especialmente constante) pasa a través de un conductor, en las secciones vecinas de las cuales las cargas de los electrones no siempre tienen el mismo nombre, sino que cambian entre estados del mismo nombre y nombre opuesto en la radiofrecuencia.
Consideremos el caso de tal longitud de un conductor vertical en el que la aceleración de la gravedad g puede considerarse constante. Entonces, como se puede suponer, los espesores de las capas cuasi-en fase involucradas son los mismos y, por lo tanto, las diferencias df e entre las frecuencias de las pulsaciones de referencia en las capas adyacentes son las mismas. Con anchos p iguales de los corredores de fase, que dan la identificación del mismo nombre o disimilitud de cargas (ver arriba), dos estados se reemplazarán entre sí en el conductor, con una periodicidad de 1 / df e. Es decir, el medio período durará con el mismo nombre de las cargas de electrones en todas las capas, y los otros signos de medio período de las cargas de electrones se alternarán de capa a capa; en este caso, cualquiera de las capas puede tomarse como referencia.
Nos interesa la pregunta: si, digamos, se mantiene un exceso constante de electrones en el extremo superior de nuestro conductor, ¿cuál será la naturaleza de la corriente de electrones resultante en el conductor? A intervalos de tiempo con la identidad de cargas de un extremo a otro, es obvio que los electrones se moverán hacia abajo a lo largo de todo el conductor. En intervalos de tiempo con signos alternos capa por capa de cargas de electrones, la situación será más complicada. En las capas donde las cargas de los electrones serán del mismo nombre con el exceso de carga en la parte superior, los electrones se moverán hacia abajo y en las capas donde estarán opuestas, se moverán hacia arriba. Tenga en cuenta que la corriente de electrones "negativos" hacia abajo y la corriente de electrones "positivos" hacia arriba son equivalentes. Y cualquier detector detectará, en nuestro problema, la misma corriente continua en cualquier parte del conductor, si descuidamos la condensación y la rarefacción de los electrones libres,que se obtendrá en las uniones de las capas para cada intervalo de tiempo con signos de carga alternos capa por capa. Y estas condensaciones-rarefacciones serán, de hecho, insignificantes, ya que la velocidad de avance de los electrones en los conductores, incluso con corrientes fuertes, es sólo de unos pocos centímetros por segundo.
Así, la discrepancia en los signos de las cargas de los electrones, de la que habla nuestro modelo, prácticamente no afecta el proceso de movimiento del exceso de electrones a lo largo de un conductor vertical largo. Pero los rayos caen a través del aire, que en condiciones normales no es un conductor. Para que un rayo sea posible, se debe formar un canal de conducción en el aire, es decir, canal con un grado de ionización suficientemente alto.
Cómo se crean las condiciones para la descomposición del aire de alta frecuencia bajo una nube de tormenta
En la parte inferior de la nube de tormenta, debajo de la cual comienza la formación del canal de conducción para un rayo, se concentra un exceso de carga, como regla, negativo. La longitud vertical del área de concentración de esta carga puede ser de 2-3 km.
Parecería que esta poderosa concentración de carga debería provocar una deriva eléctrica de partículas cargadas libres, que están presentes en pequeñas cantidades en el aire impenetrable entre la nube y el suelo. La acción de la fuerza estática sobre los electrones libres sería más efectiva que sobre los iones, en comparación con los cuales, los electrones tienen menos inercia y mayor movilidad. Pero en la literatura sobre la electricidad atmosférica, no encontramos ninguna mención de la deriva de electrones atmosféricos bajo una nube de tormenta hacia el suelo, y esta deriva no podía pasar desapercibida. Y ninguno de los autores hizo la pregunta: ¿por qué no existe tal deriva?
Nuestro modelo explica fácilmente esta paradoja por el hecho de que la poderosa concentración de la carga en la atmósfera no conduce a un efecto de fuerza estática sobre las partículas cargadas libres debajo, sino a un signo alterno, además, en una amplia banda de frecuencia determinada por la extensión vertical de la concentración de carga. Con tal impacto, en el movimiento resultante de los electrones atmosféricos no hay ningún componente correspondiente a la corriente continua, como en un conductor que tiene un exceso de carga en un extremo, estos electrones solo experimentan una "irregularidad" de alta frecuencia.
Pero esta "irregularidad" de los electrones atmosféricos asegura, en nuestra opinión, la formación de un canal de conducción para un rayo. Si la energía cinética de los electrones libres como resultado de la exposición al HF es suficiente para la ionización por impacto de los átomos de aire, se produce una ruptura de alta frecuencia sin electrodos. Es bien sabido que la ruptura de HF ocurre a intensidades de campo mucho más bajas que la ruptura de avalancha, en igualdad de condiciones. Esto explica el misterio de la formación de un canal de conducción para el impacto de un rayo a voltajes que están lejos de ser suficientes para una avalancha.
Es pertinente agregar que N. Tesla conmocionó a sus contemporáneos con el espectáculo de largas descargas en el aire, provocadas por él artificialmente, incluso fue llamado el "señor del rayo". Se sabe que el secreto de Tesla consistía no solo en el uso de voltajes muy altos, sino también en la alternancia de estos voltajes, a frecuencias de decenas de kHz y superiores. Por lo tanto, el tipo de ruptura de aire en los rayos de Tesla fue sin duda de alta frecuencia.
Pero volvamos a la descomposición del aire por HF, que forma el canal de conducción de un rayo de nube a tierra. Está claro que, con la misma densidad de electrones libres en toda la altura entre la nube y el suelo, la ruptura de HF se producirá principalmente donde, debido al impacto de HF, los electrones tengan la máxima energía cinética. Entre la nube y el suelo, la energía de los electrones atmosféricos resulta ser máxima en la región inmediatamente adyacente al "fondo" de la nube: en primer lugar, está la máxima intensidad de exposición a HF y, en segundo lugar, la densidad del aire es mínima allí, lo que favorece la aceleración de los electrones. Por eso, en nuestro caso, la ruptura de HF comienza desde debajo del fondo de la nube de tormenta. Pero no brota de una vez a toda la altura entre la nube y el suelo; brota solo la longitud de un paso en el "líder del paso".
Qué determina la longitud del paso líder
Entonces, el canal de conducción para un rayo de nube a tierra comienza a crecer desde el área adyacente al "fondo" de la nube de tormenta. Parecería que la ruptura de HF que se desarrolla desde la nube hasta el suelo podría hacer crecer el canal de conducción de una vez por toda la longitud que permite la intensidad de la exposición a HF; esta intensidad sería suficiente para garantizar el grado requerido de ionización del aire. Pero este enfoque no tiene en cuenta las condiciones específicas que existen en los límites de las capas cuasi-en fase.
De hecho, consideremos un electrón libre que, en la etapa de aceleración de la acción de RF, cruza el límite entre capas adyacentes cuasi-en fase. Si, en el momento de cruzar el límite, en estas capas vecinas hay el mismo nombre de las cargas de los electrones, entonces no le sucederá nada especial a nuestro electrón, la etapa de aceleración del impacto de RF continuará. Pero si la transición del límite recae sobre la diferencia en las cargas de los electrones en las capas vecinas, entonces el resultado de tal transición del límite será una inversión de fase inmediata del efecto HF: la etapa de aceleración cambiará a una de desaceleración. En este caso, el electrón no podrá percibir el efecto HF en su totalidad, a diferencia de los electrones que oscilan dentro de una capa casi en fase o cruzan la frontera entre ellos cuando las cargas de electrones en ellos tienen el mismo nombre.
De esto se deduce que en los límites entre capas adyacentes cuasi en fase hay capas límite en las que algunos de los electrones libres tienen energías cinéticas que son mucho más bajas que las proporcionadas por la acción de RF para los electrones restantes. Dado que la energía cinética reducida de un electrón también significa su capacidad reducida para ionizar el aire, en las capas límite la eficiencia de la ionización se reduce, aproximadamente a la mitad. Por lo tanto, existe una alta probabilidad de que la ruptura de HF, habiendo alcanzado la región con una eficiencia de ionización reducida en la capa límite, no pueda atravesar esta región, y el desarrollo de la ruptura de HF se detendrá allí.
Entonces, los pasos de la abrumadora mayoría de los líderes de pasos deberían comenzar y terminar en las capas límite entre las capas de cuasi-fase. Y por la longitud promedio del escalón principal, se puede juzgar el grosor de las capas cuasi-en fase, teniendo en cuenta que si un escalón cae sobre una capa cuasi-en fase, entonces la longitud del escalón debería aumentar cuando el escalón se desvía de la dirección vertical. Desafortunadamente, no encontramos ningún dato en la literatura que nos permita confirmar o refutar la tesis sobre el aumento en la longitud del paso líder cuando se desvía de la vertical. Sin embargo, hay indicios de que los relámpagos lineales casi horizontales se forman más libremente, sin esas restricciones rígidas en la longitud de los escalones guía, que están en su lugar para los relámpagos "de nube a tierra". De hecho, a pesar del hecho de que la longitud del rayo "nube a tierra" es en promedio de 2-3 km, "la longitud del rayo,lo que pasó entre las nubes, llegó a los 15-20 km e incluso más.
Si nuestro razonamiento es correcto, entonces el grosor de las capas cuasi-en fase debería ser ligeramente menor que la longitud promedio del escalón principal. Diferentes autores dan valores ligeramente diferentes para la longitud media del escalón - como valor aproximado llamaremos la cifra de 40 m Si esta cifra no está lejos de la verdad, entonces no nos equivocaremos mucho si llamamos el valor de 30 m como un valor aproximado para el espesor de las capas cuasi en fase.
¿Qué sucede en las pausas entre la construcción del canal de conducción?
La experiencia muestra que después de la siguiente construcción del canal de conducción por la longitud de una etapa del líder, que toma alrededor de 1 ms, hay una pausa antes de construir la siguiente etapa; estas pausas duran aproximadamente 50 ms. ¿Qué sucede durante estas pausas?
La respuesta se sugiere a sí misma: durante estas pausas, los electrones libres se mueven desde la nube a lo largo de todo el canal de conducción formado, con el llenado de una nueva sección ampliada hasta su final, de modo que en este extremo la concentración de electrones en exceso es suficiente para la ruptura de la capa límite entre capas adyacentes cuasi-en fase. Encontramos la confirmación de la tesis sobre el avance de los electrones a lo largo del canal de conducción en las pausas entre la acumulación de los pasos del líder en Schonland, quien escribe sobre la coincidencia de la velocidad del líder del paso con la velocidad de deriva de los electrones libres, dada la densidad del aire y la intensidad del campo eléctrico. Aquí Shonland habla de la velocidad promedio de un líder escalonado, pero este líder avanza con lanzamientos cortos, y abrumadoramente el resto del tiempo “descansa”. Y si la velocidad media resultante del líder del paso es igual a la velocidad de avance de los electrones, esto significa que los electrones se mueven a lo largo de las nuevas secciones en crecimiento del canal de conducción precisamente durante las siguientes pausas; después de todo, con su velocidad de deriva, simplemente no tendrían tiempo para avanzar a lo largo de la nueva sección. durante su formación.
Y, de hecho, la ruptura de HF forma una nueva sección del canal de conducción solo a través de un aumento en el grado de ionización del aire en él: el número de electrones libres e iones positivos aumenta, pero permanece igual entre sí. Por lo tanto, inicialmente, no hay exceso de carga en la nueva sección del canal de conducción, y su entrada toma tiempo. Por eso, en nuestra opinión, el modelo de Frenkel de amplificación de campo en la punta de la ruptura creciente no funciona. Para tal mejora del campo, se requiere un exceso de carga en la punta. Pero vemos que la acumulación del canal de conducción ocurre en ausencia de un exceso de carga en la punta de la ruptura creciente; estos excesos de carga fluyen con un retraso significativo.
Enfaticemos que es el modelo del movimiento de electrones de la nube a lo largo del canal de conducción durante las pausas entre acumulaciones sucesivas de este canal el que da la respuesta más simple y lógica a la pregunta de cómo se mantiene un alto grado de ionización en el canal durante estas pausas, cuando el mecanismo que proporcionó la ruptura rápida, ya no puede hacer frente a la pérdida de iones como resultado de la recombinación y la difusión. En nuestra opinión, es el avance del exceso de electrones lo que crea iones adicionales a través de la ionización por impacto y así contribuye a mantener el estado de conducción en el canal.
Agregamos que el movimiento de electrones libres en las pausas entre las acumulaciones del canal de conducción ocurre no solo a lo largo del canal que llega al suelo y a través del cual ocurrirá el choque de corriente principal, sino también a lo largo de todos los canales sin salida ramificados. Esto se evidencia visualmente por la completa similitud del crecimiento de muchos canales a la vez, cuando aún no está claro cuál de ellos será el canal del principal shock actual.
Choque de corriente principal
Cuando el canal de conducción entre la nube tormentosa y el suelo está completamente formado, el choque de corriente principal (o varios choques de corriente) ocurre a lo largo de él. A veces, en la bibliografía, el choque de corriente principal se denomina extremadamente infructuosamente choque de corriente inversa o descarga inversa. Estos términos son engañosos y dan la impresión de que en una descarga inversa, los electrones se mueven en la dirección opuesta a aquella en la que creció el canal de conducción y en la que se movieron a medida que crecían. De hecho, en una "descarga inversa", los electrones se mueven en una dirección "hacia adelante", saliendo de la nube, es decir, desde el área de su concentración excesiva - en el suelo. El "reverso" de esta descarga se manifiesta exclusivamente a través de su dinámica observada. El hecho es que inmediatamente después de la formación de un canal de conducción entre la nube y el suelo,lleno de electrones en exceso, el choque de corriente principal se desarrolla de tal manera que, en primer lugar, los electrones comienzan a moverse en las secciones del canal más cercanas al suelo, luego, en secciones más altas, etc. Al mismo tiempo, el borde de la zona de intenso resplandor, que es generado por estos poderosos movimientos de electrones, se mueve de abajo hacia arriba, lo que da a otros autores una razón para hablar de una "descarga inversa".
El resplandor durante el choque de corriente principal tiene características interesantes. “Tan pronto como el líder llega a la Tierra, la descarga principal surge inmediatamente y se extiende desde la Tierra a la nube. La descarga principal es mucho más intensa en luminiscencia, y se ha observado que a medida que la descarga principal se mueve hacia arriba, esta luminiscencia disminuye, especialmente a medida que pasa por los puntos de ramificación. Nunca se observó un aumento en el brillo a medida que la descarga se movía hacia arriba. Explicamos estas características por el hecho de que, en las etapas iniciales del choque de corriente principal, la corriente de electrones en el canal de conducción principal, que se extiende desde la nube hasta el suelo, es alimentada por las corrientes de electrones de las ramas sin salida, al igual que un río se alimenta de corrientes que fluyen hacia él. Estas corrientes, que alimentan el choque de corriente en el canal principal, son realmente "inversas":los electrones luego regresan de las ramas sin salida al canal principal.
Las grabaciones de video de un rayo de nube a tierra en cámara lenta están disponibles gratuitamente en Internet. Muestran claramente, mediante un débil resplandor de propagación, la dinámica del avance de los electrones a lo largo de los canales de conducción en crecimiento, con abundantes ramificaciones. Finalmente, se produce una descarga luminosa a lo largo del canal principal, al principio acompañada de un resplandor en las ramas laterales, que se extingue mucho más rápido que el resplandor en el canal principal, ya que los electrones de la nube ahora no entran en las ramas laterales, sino que se mueven a lo largo del canal principal hacia el suelo.
Conclusión
No pretendemos cubrir completamente los fenómenos que ocurren cuando cae un rayo. Hemos considerado solo el caso de un rayo lineal típico de nube a tierra. Pero por primera vez hemos dado una explicación sistémica de la física de tal rayo. Hemos resuelto el enigma de la posibilidad misma de un rayo con intensidades de campo eléctrico que están lejos de ser suficientes para una avalancha de aire; después de todo, la avería aquí resulta no ser una avalancha, sino una alta frecuencia. Hemos mencionado el motivo de esta avería de RF. Y explicamos por qué este desglose brota en segmentos sucesivos, con pausas importantes entre ellos.
Todas estas explicaciones resultaron ser consecuencias directas de nuestras ideas sobre la naturaleza de la electricidad y sobre la organización de la gravitación, sin embargo, con algunas suposiciones aclaratorias. El papel clave lo jugó la idea de la organización de la gravitación, porque el rayo nos aparece como un fenómeno eléctrico-gravitacional. Sorprendentemente, el fenómeno del rayo entre una nube de tormenta y la tierra resulta ser una evidencia importante de la corrección de dos conceptos básicos del mundo físico "digital" a la vez, sobre las esencias de la electricidad y la gravitación; después de todo, el rayo encuentra una explicación razonable sobre la base de unir estos dos conceptos.
Agregamos que la física anterior del rayo lineal entre una nube de tormenta y la Tierra puede servir como punto de partida para explicar la naturaleza de otros tipos de rayos. Por ejemplo, la regularidad de la disposición de las capas con condiciones especiales de ionización del aire puede jugar un papel clave en la formación de los llamados. Cremallera con cuentas.
Autor: A. A. Grishaev, investigador independiente
