22 Августа 2018
МОСКВА, 22 августа Ученые из Китая и США создали самую миниатюрную и скоротечную молнию на Земле, наблюдая за появлением облачков плазмы и разрядов между двумя микроэлектродами. Их выводы и фотографии наномолнии были представлены в журнале Physics of Plasmas.
Природа молний была разгадана еще в 1749 году американским естествоиспытателем Бенджаменом Франклином. Он обнаружил, экспериментируя с громоотводами и воздушными гарпиями, что молнии представляют собой электрические разряды между грозовыми облаками и поверхностью Земли.
В начале текущего десятилетия, благодаря проведение исследованиям российских физиков, картина стала сложнее. Оказалось, что в рождении молний замешаны мировые лучи, выступающие в качестве спускового крючка для вспышек электричества. Кроме того, именитые со спутника Чибис-М указали, что молнии представляют многоуровневые конструкции, так называемые фракталы, физические свойства и устройство микроячеек которых идентично всей молнии в целом.
Мэн и его коллеги усваивали еще один пример подобных конструкций – так называемые эксперименты, разряды электричества, завязывающиеся в газообразных средах примерно так же, как и молнии. Хорошо известный всем простой пример подобных рукотворных молний – электрическая дуга в сварочном фотоаппарате или искры в свечах воспламенения.
Ученые, как отмечает Мэн, достаточно хорошо знают, как ведут себя такие разряды электричества нормальных размеров, однако поведение более миниатюрных молний оставалось загадкой для физиков.
Авторы статьи разработали первый шаг к раскрытию тайн подобных разрядов, создав самую небольшую молнию на Земле, чья длина составляла всего 1-10 микрометров. Для этого ученые создали силовую установку, способную вырабатывать очень короткие импульсы водобега с напряжением в 5 киловольт, и соединили ее с камерой, способной получать снимки каждые 2 наносекунды.
Источник тока они подключили к двум электродам из вольфрама, установленных в лаборатории таким образом, что расстояние между ними можно было корректировать с точностью в несколько соток нанометров. Передвигая эти термоэлектроды и меняя напряжение на них, ученые отслеживали то, при каких условиях возникали молнии и как менялись свойства микроклимата при их рождении.
Эти наблюдения показали, что подобные вспышки вызываются благодаря тому, что вакантные электроны, плавающие в воздухе между электродами, ускоряются под действием электрических полей, и сталкиваются с нейтральными молекулами. Они выбивают из них еще больше электронов, которые ударяются с другими атомами, вызываю своеобразную лавину ионизации. В конечном итоге нейтральный газ делается в плазму, через которую может двигаться ток.
Подобный сценарий рождения микромолний, как отмечают физики, в целом подходит текущим теоретическим представлениям об их природе, хотя некоторые интересные и неожиданные вещи им все же удалось раскрыть.
К примеру, выяснилось, что минимальное напряжение, необходимое для возникновения молнии, остается примерно одинаковым при небольших расстояниях между электродами, но начинает резко расти после того, как дистанция достигает записи в 10 микрометров.
Это, как считают Мэн и его коллеги, говорит о том, что пробой возникает при близком соседстве электродов не только из-за появления лавины электронов, но и по каким-то другими причинам, которые еще предстоит рассмотреть. Их изучение поможет оборонить компьютерные чипы от пробоев, и создать устройства, использующие наномолнии в своей работе.
Редактор рубрики
Олег Кудрин
Место события на карте мира:
.
.
.
комментарии (0)