профессор А.Л. Дмитриев, Е. М. Никущенко
Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики. 197101, г. Санкт-Петербург, Кронверкский проспект, 49.
Резюме. Показано, что характерная форма дугового разряда в воздухе при давлении 0.1 атм., в значительной мере, обусловлена не действием сил плавучести, а выталкиванием плазмы в гравитационном поле.
Электрическая дуга известна более 200 лет
и ее характерная форма традиционно объясняется эффектами плавучести,
конвекции,
воздушными течениями, влиянием внешних электрического и магнитного полей [1].
Экспериментально установленное влияние температуры тела на его вес [2,3] дает
основание рассмотреть вопрос о степени воздействия гравитационного поля Земли
на форму электрического разряда. Этому способствуют высокие, порядка
единиц-десятков тысяч 
,
температуры в канале свободного электрического разряда при низких, около 0.1
атм., давлениях. Ранее данному вопросу уделялось сравнительно мало внимания и
исследования физических свойств “дуги”, как правило, производились в разрядных
трубках либо в специальных камерах.
Элементарная теория влияния абсолютной температуры
тела на его физический, не связанный с действием
плавучести, конвекции, теплового расширения
и других артефактов вес 
приводит
к выражению
, (1)
где 
- коэффициент, зависящий от физических
характеристик материала взвешиваемого тела и температура
больше
температуры Дебая [3,4]. Из приведенной
формулы следует, что при достаточно высоких температурах, превышающих величину 
вес тела отрицателен, что можно истолковать как “выталкивание” тела от центра притяжения (центра Земли). В какой степени указанный эффект влияет на форму тлеющего разряда, можно оценить, рассматривая особенности электрической дуги в переменном токе.
Пример фото тлеющего разряда при давлении воздуха 0.1 атм, силе тока в диапазоне 30-70 мА, напряжении на электродах 0.6-1.0 кВ, частоте тока 50 Гц показан на рис. 1.
Рис. 1 Дуговой разряд в переменном токе в воздухе при давлении 0.1 атм.
За время экспозиции величиной 33 мс фиксируются два пространственно разделенных разряда, каждому из которых соответствует определенное, длительностью 10 мс (пол-периода колебаний), направление тока. Относительный сдвиг траекторий разрядов, по-видимому, обусловлен действием силы Лоренца в магнитном поле Земли. Очевидно, формирование дуги происходит за время, меньшее или около полупериода колебаний тока.
Полагая, что главной причиной дугообразной формы разряда является архимедова сила выталкивания, оценим время “всплывания” горячего канала такого разряда. Температурные и газодинамические процессы, сопровождающие формирование электрической дуги в атмосфере, весьма сложны. Тем не менее, порядок величины времени всплывания дуги приближенно можно оценить на основе следующих элементарных выкладок.
Электрический разряд представим в виде цепочки сфер радиуса
, заполненных плазмой с плотностью
. Сила выталкивания такой цепочки уравновешивается ее весом и силой трения, для оценки величины которой воспользуемся известной формулой Стокса,
, (2)
где 
- плотность воздуха,
- ускорение силы тяжести,
- вязкость воздуха,
- средняя скорость всплывания цепочки. Полагая
, время
всплывания цепочки на высоту
,
, равно
. (3)
Подставляя в правую часть (3) численные значения, близко соответствующие условиям эксперимента
(
), получим 
; 0.1 атм. соответствует примерно 0.13 
, а для
вязкости, величина которой увеличивается с температурой, выбрано указанное минимальное значение [5]. Приведенная величина существенно превышает время установления дугового разряда (около 10 мс). Следовательно, плавучесть (сила Архимеда) не является главной причиной своеобразной формы дуги.
Поскольку в рассматриваемых условиях эксперимента влияние медленных конвекционных потоков разреженного воздуха также незначительно, приводимые оценки дают основания предположить, что основной причиной формы электрической дуги является выталкивание плазмы гравитационным полем Земли, описываемое формулой 1.
Отметим, что выталкивание плазмы гравитационным полем является прямым подтверждением отрицательной температурной зависимости силы гравитационного взаимодействия, которая в принципе противоречит релятивистскому истолкованию природы тяготения. Анализ этого явления может стать основой новых подходов, например, в исследованиях динамики околосолнечной плазмы (солнечного ветра).
Full text of this paper in PDF
