Миняйло Ю.Г.

ГВУЗ “Украинский государственный химико-технологический университет”

О ЭЛЕКТРИЗАЦИИ И ПРОВОДИМОСТИ ДИЭЛЕКТРИКОВ

Нагретые тела из металлов и неметаллов излучают электромагнитные волны различной длины и электроны подобно электронной эмиссии в электронных лампах. Если разницы температур между нагретым телом и средой, куда оно помещено, нет, тело излучает и поглощает энергию в равных количествах и электризация отсутствует. Иное дело если нагретое тело помещено в охлажденную, по сравнению с телом, неэлектропроводную среду, например в сухой воздух или вакуум внутри охлажденных стенок. Энергия , излучаемых телом, не восполняется извне; тело охлаждается. Потеря электронов в поверхностных слоях тел из диэлектриков приведет к появлению положительного заряда на их поверхности, величина которого пропорциональна разности температур, размеру поверхности тела и электрическому сопротивлению среды. Явление хорошо заметно при перемещении нагретых полимеров из тепла на холод, например, электризацией одежды из полимерных материалов на морозе при выходе из теплого помещения и разрядом потенциала на землю при касании её. В проводниках такое явление исключительно мало ввиду подвижности электронов в металлах и их перераспределением между поверхностью и объемом. Электрическое сопротивление проводников также уменьшается ввиду уменьшения количества электронов на внешних орбитах.

Скорее всего, так осуществляется накопление зарядов в грозовых облаках. Сконденсированный водный дистиллат имеет свойства диэлектрика, а зародыши капель воды сразу после конденсации, сравнительно нагреты до 273К. Летом мощными восходящими потоками сухого, после конденсации паров воды, воздуха они забрасываются с высоты около 3 км, где температура составляет 273К на высоты от 4 км (-10 С) , до 6 (-24 С) или 8 км (-37 С), где их поверхности отдают электроны и заряжаются положительно. Поверхности зародышей остывают еще больше, отдают электроны и заряжаются положительно. Зарядившись положительно зародыши капель притягиваются к поверхности земли, которая имеет заряд отрицательный. Нисходящие зародыши, являясь центрами конденсации, накапливают на своей поверхности влагу и нагреваются за счет тепла конденсации паров воды. Турбулентными потоками воздуха капля снова возвращается в холодные слои атмосферы и таким образом постепенно возрастают размеры капли и её заряд. Капля циркулирует до тех пор, пока необходимая скорость её витания не будет выше скорости восходящих потоков воздуха и не начнется дождь. Заряд зародышей и капель одинаков, - положительный, плотность водяного пара более чем в тысячу раз меньше плотности воды, поэтому вероятность трения и слияния капель также мала, а, следовательно, роль трения капель между собой в образовании электрических зарядов на капле можно полностью исключить. Из-за высоких скоростей восходящих потоков воздуха летом размеры, а, самое главное, заряд капель за счет возможной их многократной циркуляции может превысить величину пробойного напряжения для воздуха, что вызовет молниеносный разряд на землю или облака. Этим можно объяснить, что грозы гремят наиболее часто именно летом и крайне редко зимой.

Примем, что при температуре 273К на высоте 3 км начнется конденсация водяного пара. Начальная мощность излучения всех длин электромагнитного излучения капель, считая их абсолютно черными телами, согласно закону Стефана-Больцмана составит ε_н = 0,1442 вт/см², а с учетом коэффициента “серости” на уровне 0,05, она составит около ε_н = 7,0^. 10^-3 вт/см². Конечную мощность при подъеме капель на предполагаемую высоту 6 км (обычная граничная высота грозового фронта), где температура составляет -24..25⁰ С (248-249К) с учетом коэффициента «серости» определяем на уровне ε_к = 1,07^. 10^-3 вт/см² ; среднюю -- на уровне ε_с= 4,04^.10^-3 вт/см².

Из уравнения Эйнштейна Е = m^.c² масса утраченных в кг^.с/см² электронов при этом составит: m_е = 4,48_.^.10^-20 кг/с^.см², а их количество n_е = 4,92^.10¹⁰ 1/c^.см². Исходя из заряда электрона е = 1, 60202^.10^-19 к общий А подъём заряда в единице поверхности капель составит: А = n_e^.е = 7, 887_.10^-9к/c^.см². Тогда подъём напряжения заряда капли в секунду составит: ∆V_k = ε_с вт/см² / A к/c^.см² = 511753,5 в/с.

Принимая скороподъёмность капли в летнее время на уровне 5..10 м/c, время её подъёма от высоты 3,0 км до 6,0 км составит ≈300.. 600 секунд, а накопленное напряжение на поверхности капли может достичь 1,5..3,0^.10⁹ в.

Известно, что напряжение в молнии может достигать и порядка 10^.10⁹ в, но с учетом возможной неоднократной турбулентной циркуляции капли и дальнейшего подъёма напряжения на её поверхности, результат расчета, на наш взгляд, можно считать близким к этим значениям.

Водный дистиллат является отличным диэлектриком и поэтому разряд электрического потенциала на поверхностях капель можно объяснить высокой проводимостью поверхности заряженной капли поскольку пробойное напряжение атмосферы выше расчетных и опытных значений напряжений в молнии, а с учетом сопротивления воды этот процесс был бы вообще практически невозможным. Отсюда следует, что и заряженные поверхности полимерного диэлектрика должны также кратковременно быть проводниками электрического тока, возможно даже со сверхпроводящими

свойствами.