«перемішані» за обсягом блискавки, то вони будуть дуже швидко рекомбінувати - за час порядку лише 10-9 с. Отже, така кульова блискавка не може існувати протягом секунд, не кажучи вже про десятки секунд. Треба якимось чином суттєво загальмувати (затримати процес рекомбінації іонів. Затримка рекомбінації могла б бути пов'язана з поділом в просторі іонів різного знаку; наприклад, можна було б припустити, що позитивні іони зосереджені в центрі кулі, а негативні поблизу його поверхні. Однак таке припущення слід відразу ж виключити. По-перше, відсутня фізичний механізм, який міг би змусити іони саме так розподілитися в просторі. По-друге (і це головне), між розділеними зарядами виникли б гігантські сили тяжіння, які ніяким способом неможливо врівноважити. Вирішимо у зв'язку з цим наступне завдання.
Завдання 1.4. Є сфера радіусом=1 см, заповнена газом з нейтральних атомів щільністю см - 3. Припустимо, що з кожного атома пішов один електрон і помістився на поверхні сфери, а що залишилися позитивні іони зосередилися в центрі сфери. Чому дорівнює сила тяжіння між електронами і іонами?
Рішення: Позначимо через обсяг сфери. Після поділу зарядів на поверхні сфери і в її центрі зосередяться заряди різного знака, кожен з яких по модулю дорівнює де - абсолютне значення заряду електрона; =1,6 · 10-19 Кл. Сферична симетрія сукупності розділених зарядів дозволяє для визначення шуканої сили скористатися законом Кулона:
, де Н · м2/Кл2. Оскільки см3, то, отже, 1019е. Підставляємо числові значення в попередню формулу, при цьому треба взяти=0,01 м. У підсумку отримуємо F=4.1015 H. Сила виявляється воістину гігантською.
Отже, припущення про можливе просторовому розділенні іонів різного знаку всередині кульової блискавки треба виключити. Як же бути? Що може загальмувати рекомбінацію рівномірно «перемішаних» за обсягом сфери іонів? Можливий відповідь на це питання дає так звана кластерна гіпотеза, запропонована в 1974 р. І. П. Стахановим.
Кластер - це позитивний чи негативний іон, оточений своєрідною «шубою» з нейтральних молекул. Якщо іон оточений молекулами води, його називають гідратованих. На (рис. 1.1, а), зображена схематично молекула води. Вона є полярною молекулою: центри її позитивних і негативних зарядів не збігаються один з одним. На (рис. 1.1, б) показаний кластер - гідратований негативний іон, а на (рис. 1.1, в) - ще один кластер - гідратований позитивний іон. Молекули води в силу своєї полярності утримуються поблизу іонів силами електростатичного притягання. Зауважимо, що гідратованих іони відомі давно; вони є в розчинах електролітів. В останні роки вони знайдені також в земній атмосфері.
На (рис. 1.1, г) два гідратованих іона різних знаків об'єдналися в нейтральний комплекс. Ось з таких комплексів і складається, відповідно до гіпотези Стаханова, речовина кульової блискавку. Таким чином, передбачається що в кульової блискавки кожен іон оточений «шубою» з молекул води. Ця «шуба» заважає іонам зблизитися безпосередньо один з одним і тим самим істотно уповільнює рекомбінацію іонів.
Якщо кількість рекомбінацій іонів за одиницю часу в одиниці об'єму не надто велике, кульова блискавка поводиться спокійно. Виділяється при рекомбінації енергія перетворюється на енергію світлового випромінювання і частково передається навколишньому середовищу через теплообмін. Коли ж число рекомбіна...
