Вообще надо сказать, что в поведении шаровой молнии немало коварства. Мы не знаем, обойдет она тот или иной объект или, напротив, притянется к нему. Неизвестно, взорвется она или спокойно угаснет. Наконец, можно лишь гадать, в какой именно момент произойдет взрыв.
Ну а если взрыв все лее происходит, то, спрашивается, насколько он разрушителен? Это определяется, очевидно, запасом энергии молнии.
Сколько энергии содержится в шаровой молнии? Оценить минимальное количество энергии в шаровой молнии можно по тем последствиям, которые она оставляет после своего исчезновения. Воспользуемся сообщением одного из наблюдателей: «Она оплавила участок батареи диаметром 6 мм, оставив лунку глубиной 2 мм». Значит, молния испарила около 0,45 г железа. Для этого требуется энергия, равная 4 кДж. Естественно, что не вся (и наверное, далеко не вся) энергия шаровой молнии была израсходована на испарение небольшого участка батареи, так что полученный результат можно рассматривать всего лишь как оценку нижней границы энергии молнии: эта энергия оказывается не меньше нескольких килоджоулей.
Вот еще одно из наблюдений шаровой молнии: «Молния диаметром 30 см взорвалась около водопроводного крана. Этот кран представлял собой трубу диаметром 3 см и высотой 80 см. После взрыва труба оказалась скрученной и была покрыта окалиной, хотя и не накалилась докрасна». Чтобы скрутить железную трубу, надо разогреть некоторый ее участок до достаточно высокой температуры. В то же время, как указывает наблюдатель, труба не накалилась докрасна. Поэтому можно предположить, что молния нагрела участок трубы, скажем, на 600 К. Длину этого участка будем полагать приблизительно равной диаметру трубы.
Решим в связи с этим следующую задачу.Сколько энергии требуется для нагревания на DТ=600 К участка железной трубы длиной l=5 см? Наружный радиус трубы R=1,5 см, внутренний r=1,2 см. Удельная теплоемкость железа с=0,71 Дж/(rЧК), плотность железа r=7,8 г/см3.
Согласно условию задачи, надо нагреть участок трубы длиной l, т. е. нагреть массу железа:
m=rp(R2-r2)
Используя числовые значения величин, получаем m=100 г. Отсюда находим искомую энергию: W=cmDT=4,2Ч104Дж=42 кДж.
В одном из писем сообщалось, что шаровая молния диаметром 30 см расщепила торчащую из воды деревянную причальную сваю диаметром
30 см вдоль волокон на длинные щепки. Воспользуемся этим сообщением для оценки энергии молнии.
Рассмотрим задачу. Сколько энергии необходимо для того, чтобы пар, образовавшийся в результате нагрева и испарения воды, разорвал деревянную сваю вдоль волокон? Радиус сваи г=0,15 м,- длина участка сваи, в пределах которого образуется пар, 1=0,2 м; предел прочности дерева, соответствующий его расщеплению вдоль волокон, r0=3Ч106 Па; начальная температура воды Т1=20°С; удельная теплоемкость воды с=4,19 Дж/(гЧК), удельная теплота парообразования l=2,26 кДж/г. Коэффициент пористости дерева принять равным 0,1.
Под коэффициентом пористости a понимают долю объема древесины, приходящегося на поры. Разрывающий сваю пар занимает объем пор
V=apr2l
В этом объеме при температуре кипения воды T=380 К необходимо обеспечить давление водяных паров, равное r0, для чего надо нагреть до температуры кипения и испарить некоторое количество молей воды. Обозначим это количество молей через х. Чтобы найти его, воспользуемся уравнением Менделеева — Клапейрона для идеального газа:
r0V=xRT
где R — универсальная газовая постоянная; R=8,31 Дж/(мольЧК). Учитывая, что V=apr2l, получаем
x=apr2lЧr0 /RT
Используя числовые значения величин, находим x=1,35 моль. Молекулярный вес воды равен 18г. Значит, один моль воды имеет массу 18г. Искомую энергию W рассчитываем по формуле
W=mx(l+cDT),
Где m=18 г/Моль, DT=80 K
Подставляем числовые значения и получаем W=63 кДж.
Принимая во внимание результаты рассмотренных задач, можно заключить, что энергия, запасенная в шаровой молнии диаметром 25 см, находится в пределах примерно 100 кДж. Такая оценка представляется вполне правдоподобной; она согласуется с результатами полученными на основе большого количества наблюдений шаровой молнии. Если энергия молнии 100 кДж, а ее диаметр 25 см, то, следовательно, плотность энергии оказывается порядка 10Дж/см3. В общем случае можно считать, что энергия шаровой молнии принимает значения от нескольких кДж до сотен кДж, а плотность энергии лежит в пределах от 1 до 10 Дж/см3.