Atmosférické výboje

O atmosférické výboje jsem se začal zajímat v roce 1966. Od této doby jsem začal konstruovat generátory vysokého napětí dle svých zkušeností i finančních možností.

Ze všech generátorů vysokého napětí mnou zkonstruovaných má skutečně hodnotu až generátor vysokého napětí zhotovený v roce 1975.

Specifické parametry tohoto generátoru mně umožnily uskutečnit v lednu

1976 objev z oboru vysokého napětí. Na tento objev, přihlášený dne 27. ledna 1976 na Úřadu pro vynálezy a objevy, mně byl na návrh ČSAV 17. ledna 1985 udělen diplom za objev.

Název objevu zní: „Vznik tvarově deformovaných čarových výbojů mezi

elektrodami jiskřiště“.

Definice předmětu objevu je následující:

Jev spočívající ve vzniku tvarově deformovaných čarových výbojů, k němuž

dochází mezi elektrodami jiskřiště, upraveného parafinem po reverzi

stejnosměrného napětí řádově 100 000 V a to vlivem vytvoření lokálních

ionizovaných prostorů a lokálních prostorových nábojů, jejichž tvar a

mechanismus vzniku je totožný s tvarem a mechanismem čarových výbojů

v atmosféře.

Tímto objevem jsem vyřešil záhadu ohledně čarových výbojů v atmosféře (blesku).

Do roku 1976 bylo známo, že mezi elektrodami jiskřiště je pro výboj třeba potenciální spád 30 000 V na centimetr vzájemné vzdálenosti.

Vzniklé výbojové kanálky byly přibližně rovné a nedařilo se dosáhnout rozvětvení a zakřivení výbojových kanálků jako je v atmosféře. Bylo již známo, že v atmosféře je potenciální spád mezi mrakem a zemí několikrát menší než je 30 000 V mezi elektrodami jiskřiště.

Můj objev umožnil na jiskřišti vytvářet výboje tvarem odpovídající čarovým výbojům v atmosféře. K těmto výbojům docházelo též i při několikanásobně nižším potenciálním spádu mezi elektrodami než je obvyklých 30 000 V.

Hlavní příčinou vzniku těchto výbojů na jiskřišti i v atmosféře je to, že postupem nabitých mikroskopických vodních kapiček ovzduším vznikají, jak mezi elektrodami mnou upraveného jiskřiště, tak i v atmosféře, lokální prostorové náboje a lokálně ionizované prostory. Není tedy v atmosféře mezi mrakem a zemí homogenní elektrické pole, jak se předpokládalo dříve.

Mnou zhotovený generátor vysokého napětí, na kterém jsem uskutečnil výše uvedený objev, měl tak specifické vlastnosti, že byl uznán jako vynález. Na tento vynález mně bylo uděleno v roce 1989 autorské osvědčení číslo 256002.

Na tomto generátoru jsem v roce 1975 – 1977 prováděl pokusy se svítícími mlhovinami.

Pokusy se svítícími mlhovinami jsem znovu, ale na jiném generátoru, zkoumal v roce 1988. Během tohoto zkoumání jsem zjistil přímou závislost vzniku svítících mlhovin na znečištěném ovzduší.

Vzhledem k tomu, že jsem chtěl odhalit vznik kulového blesku, začal jsem v roce 1966 experimentovat v oboru vysokého napětí. Tehdy jsem předpokládal, že energie, která se u kulového blesku uvolňuje, by po objasnění a ovládnutí mohla mít pro člověka značný význam.

Mé pokusy, na kterých jsem pracoval do roku 2003, mně nepotvrdily výše uvedený předpoklad. Naopak jsem došel k zcela jiným výsledkům.

Z experimentální činnosti do roku 2003 jsem dospěl k výsledkům, že ze svítících útvarů popisovaných v literatuře jsou dva druhy svítících útvarů spojené s atmosférickou elektřinou.

Jedná se o:

1) svítící útvary znečištěného ovzduší

2) kulové blesky

K bodu 1) – svítící útvary znečištěného ovzduší

Ke vzniku svítících útvarů je nutné:

- znečištěné ovzduší

- potenciální spád přibližně 2 000 V na cm vzdálenosti v prostoru jejich vzniku,

- samotný potenciální spád nestačí, je nutný tok el. nábojů uvedeným prostorem,

- vzhledem k tomu, že intenzita svítících útvarů je malá, k jejich pozorování je

nutná tma nebo alespoň značně snížená viditelnost.

Po snížení toku nábojů uvedeným prostorem světelný efekt ihned zaniká. Nemůže dále existovat samostatně. Tok nábojů uvedeným prostorem je na jednotku objemu malý.

Velikost těchto útvarů však může teoreticky dosahovat stovek snad i tisíců metrů. Jejich vznik v atmosféře je pravděpodobně spojen s předcházejícími tornády i tajfuny a s nasátím znečištěného ovzduší do atmosféry.

Laboratorně lze tyto obdobné svítící útvary vytvořit v zakouřené místnosti při vydechování vzduchu kuřákem, a při potenciálním spádu přibližně 2 000 V na cm vzdálenosti a odpovídajícím tokem el. nábojů prostorem.

K bodu 2) – kulové blesky

Ohledně kulových blesků, vzhledem k prováděným pokusům, jsem došel k těmto závěrům:

Kulový blesk pro svůj vznik bezpodmínečně potřebuje intenzivní elektrické pole.

Po svém vzniku může existovat nezávisle i bez elektrického pole.

Kulový blesk má dvě fáze:

1) vznik kulového blesku až do doby, kdy začne intenzivně uvolňovat energii

2) doba, kdy uvolňuje energii buď zářením nebo výbuchem.

Pro kulový blesk platí přibližně toto:

Jde o slepenec elektrických ledových dipólů, na jejichž povrchu jsou vlivem adsorpce v dostatečné míře přichyceny molekuly ozónu. Tato hmota je bílé barvy, bez lesku, je ohebná a lehká. Při změně el. pole je pak schopna se ohýbat.

Základním stavebním prvkem kulového blesku je ledový elektrický dipól, na jehož povrchu je přichycen ozón.

Elektrické ledové dipóly vznikají z přechlazených vodních kapiček o teplotě –50°C až –60°C v naší zeměpisné šířce většinou při bouřce ve výšce 10 – 11 km.

Ke vzniku uvedených ledových dipólů dochází spontánně v případě, že kapičky přechlazené vody jsou vystaveny intenzivnímu el. poli.

Souběžně s ledovými dipóly vzniká i ozón, který se pak vlivem adsorpce na ledových dipólech uchytí.

Po zániku vnějšího el. pole el. dipóly postupně přeměňují el. energii v tepelnou. Další energie se pak uvolní v době, kdy se začne rozkládat uchycený ozón. Tento rozpad může být pozvolný nebo skončí spontánně výbuchem.

Průměr kulových blesků je dle mechanismu jejich vzniku pravděpodobně pouze do průměru 30 cm.

Svítící mlhoviny

To, že lze v laboratoři vytvořit svítící mlhoviny, které jsou viditelné při dostatečném zatmění pokusné místnosti, jsem přišel náhodou.

K laboratornímu vzniku svítících mlhovin při mých pokusech přispěly tyto okolnosti:

- V místnosti, kde jsem prováděl pokusy, jsem značně kouřil.

Nedomníval jsem se, že by kouř mohl mnou prováděné pokusy nějak ovlivnit.

- Ke vzniku svítících mlhovin pomohla i konstrukce a funkčnost

vysokonapěťového generátoru používaného v roce 1975 –76. Zbytek, který

mně umožnil pozorovat svítící mlhovinu, byla náhoda.

K mému prvému setkání se svítící mlhovinou došlo v zimě roku 1975 při opravě vysokonapěťového generátoru pro pokusy.

U mnou zkonstruovaného generátoru byly elektrody izolovány parafinem. Protože parafin má tu vlastnost, že u vodní kapičky usazené na jeho povrchu dochází ke kapilární depresi, tak se nabité vodní kapičky po reverzi napětí od parafinu snadno oddělí i s nábojem. Totéž platí i o pevných prachových částicích. Jinak se náboj z povrchu pevných látek odděluje velice nesnadno (u elektronek až při červeném žáru katody). Protože v místnosti, kde jsem prováděl pokusy, se topilo pouze nárazově, docházelo často k pnutí parafinové izolace a ta praskala.

Prasklinou v parafinu jedné elektrody docházelo k sršení náboje na elektrodu opačné polarity. Někdy se v prostoru sršení náboje objevil i čarový výboj, který zkratoval obě elektrody. Po tomto zkratu docházelo vlivem konstrukce tohoto generátoru vždy k postupné změně polarity elektrod a generátor se přepóloval.

Popisovaný generátor mně umožňoval dosažení napětí na elektrodě, k níž jsem připojoval pokusné zařízení 100 000 V vůči zemi. Potenciál této elektrody mohl být kladný i záporný.

Po samotném zkratování elektrod nebo i po zkratování záměrném docházelo k tomuto procesu:

Kartáčky, z nichž jsem z rotujících kotoučů odebíral proud, na chvíli potemněly. Pak se styčná plocha mezi kartáčky a rotujícími kotouči začala znovu rozjasňovat a na sběrnou elektrodu začal docházet náboj opačné polarity. Po dosažení určité hodnoty napětí na sběrné elektrodě (toto napětí jsem přesně

neměřil) začalo docházet na povrchu parafinové vrstvy (desítky dm₂) ke klouzavému výboji doprovázenému měnícími se svítícími kanálky a praskotem.

Tento vznik klouzavého výboje na uváděné elektrodě byl zapříčiněn intenzivním oddělováním nabitých vodních kapiček a prachových zrn z povrchu parafinu elektrody. Protože v této fázi napětí měly stejnou polaritu jako náboj na elektrodu přicházející, byly elektrodou odpuzovány.

Časový úsek, kdy z parafinu elektrody postupovaly do okolí nabité vodní kapičky a prachová zrna, byl nejvhodnější pro vznik svítících mlhovin. Svítící mlhovinu jsem poprvé pozoroval v pokusné zatměné místnosti v okamžiku, kdy jsem byl od uvedené elektrody přibližně vzdálen jeden metr a vydechl jsem proti elektrodě ústy. Tehdy jsem spatřil od svých úst vystupující kužel rychle se vlnící svítící mlhoviny. Světelný efekt trval asi 2 – 4 desetiny sekundy. Proto jsem vydechování proti elektrodě znovu několikráte opakoval, avšak žádný další světelný efekt se znovu neobjevil.

Protože jsem tehdy nepostřehl, že světelný efekt, jenž jsem pozoroval, byl časově souběžný s oddělováním nabitých vodních kapiček z elektrody, udělal jsem z tohoto světelného efektu špatný závěr.

Vzhledem k tomu, že znovu opakovaným vydechováním se mně světelný efekt znovu neobjevil, dospěl jsem k mylnému závěru, že šlo o zrakový přelud způsobený dlouhodobějším pozorováním poškozené elektrody v zatměné místnosti. Tento závěr jsem přehodnotil až v době, kdy jsem znovu vlivem náhody dokázal vytvořit svítící mlhovinu teoreticky na libovolnou neomezenou dobu.

K mému druhému setkání se svítícími mlhovinami, tentokrát dlouhodobějšího trvání s možností tento efekt libovolně opakovat, došlo v roce 1976 za těchto okolností:

Při venkovní teplotě přibližně –10 °C v záporných hodnotách jsem zakouřenou pokusnou místnost částečně odvětral, abych vysokou relativní vlhkost snížil na střední, při které generátor lépe pracoval. Z dřívějších pokusů došlo k částečnému poškození místa, ze kterého jsem odebíral el. energii pro pokusná zařízení. To se projevovalo sršením el. náboje z pokusného místa při vzestupu napětí na 100 000 V. Pak jsem zapnul generátor a při zatemnění pozoroval poškozené místo. Čistě náhodou jsem proti poškozenému místu vydechl ze vzdálenosti přibližně 30 cm. V tomto okamžiku se objevil rychle se vlnící svítící válec zasahující od mých úst až na místo sršení na elektrodě.

Při tomto světelném efektu bylo patrno, že sršení náboje se z elektrody značně zvýšilo. Tento vznik svítící mlhoviny mně umožnil přehodnotit i první pozorování svítící mlhoviny, který jsem považoval za přelud, protože nešel ihned zopakovat. Tehdy příčina nemožnosti světelný efekt znovu zopakovat spočívala v tom, že nastal v době toku nabitých kapiček z elektrody po samovolné změně polarity.

Když jsem si uvědomil vznik prvně uváděného světelného efektu, rozhodl jsem se podobným způsobem světelný efekt zopakovat. Počkal jsem na dobu, kdy generátor samovolně měnil polaritu a v zatemněné místnosti jsem ze vzdálenosti 1 m proti elektrodě generátoru vydechoval vždy, když docházelo ke klouzavému výboji na povrchu elektrody. Tedy v době, kdy se z elektrody oddělovaly nabité vodní kapičky. Vydechoval jsem způsobem, jakým kuřáci vytvářejí kouřová kolečka. I když jsem přímo v těchto momentech nakouřil, objevovala se při vydechnutí svítící kolečka, která se prouděním vzduchu deformovala a od mých úst se vzdalovala.

Intenzita svitu se rychle snižovala. Asi po 0,3 – 0,4 sekundy byl jev nepozorovatelný.

Po celou dobu, kdy jsem tyto pokusy prováděl, jsem za příčinu vzniku svítících útvarů považoval vznik vodních kapiček kondenzací vydechovaného ovzduší.

Vodní kapičky, tok nábojů ovzduším a potenciální spád – přibližně 2 000 V na cm vzdálenosti jsem považoval za dostatečné podmínky pro vznik popsaného světelného efektu.

Později až v roce 1988 jsem zjistil, že ke vzniku popsaných efektů je nutnost dostatečného znečištění ovzduší. Pokud ovzduší není dostatečně znečištěno k vytváření světelných efektů nedochází – nemohou se vytvořit dostatečně intenzivní lokální prostory ionizovaného ovzduší ani intenzivní lokální prostorové náboje.

Prvně uváděný světelný efekt musel zákonitě nastat v době, kdy docházelo k toku nabitých vodních kapiček do okolního prostoru po samovolné změně polarity elektrod, jsem tehdy nepostřehl. Po ukončení toku těchto kapiček nešel tedy ihned světelný efekt zopakovat zcela logicky.

Elementy, jež při daných pokusech znečišťují ovzduší, plní tyto funkce. Některé z nich, které mají hygroskopické vlastnosti (váží molekuly vody), fungují jako kondenzační jádra a umožňují vznik vodních kapiček již za střední relativní vlhkosti. To umožní uchycení postupujících el. nábojů na těchto kapičkách. Postupem nabitých vodních kapiček ovzduším pak dochází k vytváření mikroskopických lokálních ionizovaných prostorů a prostorových nábojů. Následná rekombinace iontů způsobuje vyzařování fotonů a tím světelný efekt.

Jiné znečišťující částice, ještě mající vysokou el. vodivost a uchycené na nabitých vodních kapičkách tento popsaný světelný efekt ještě zvyšují.

V lednu 1976 jsem po uskutečnění dříve uváděného objevu ohledně čarového výboje, pokusy se svítícími mlhovinami přerušil a zpracovával jsem pokusy se svým objevem spojené. Po ukončení práce s objevem jsem se k doplňujícím pokusům s mlhovinami vrátil.

V době provádění pokusů byl významný níže uváděný pokus:

Kovová pokusná elektroda ve tvaru obdélníku 35 x 15 cm byla pokryta 1 mm vrstvou parafinu. Tři milimetry nad vrstvou parafinu byl natažen vodič vlasového průměru s touto elektrodou vodivě spojený. Tato konstrukce při nabití elektrody na 100 000 V umožňovala vznik intenzivního el. pole v okolí elektrody i sršení náboje z upevněného vodiče, pokud by se parafinová vrstva pokryla intenzivním nábojem opačné polarity.

Pak jsem na 30 cm vzdálenost přiblížil k elektrodě jeden konec pipety naplněné vodou. Pipetou procházel uzemněný drátek vlasového průměru, který končil vzhledem k vodivosti vody 2 cm před koncem pipety.

Vlivem elektrické indukce sršel z vodní kapičky uchycené na konci pipety el. náboj opačné polarity než měla pokusná elektroda. Protože pokus byl prováděn v zatemněné místnosti vodní kapička se projevovala nízkointenzivním svitem.

Po jejím oddělení z pipety svítila po celou dobu než dopadla na elektrodu pokrytou parafinem.

Při vzdalování kapičky od pipety neměla svítící kapička tvar bodu, ale stále se prodlužující svítící úsečky.

Tato změna byla způsobena zvyšující se rychlostí vodní kapičky a setrvačností lidského oka. Vlivem setrvačnosti lidského oka se při pozorování pohybující světelný bod změní v úsečku, jakou tento bod vytvoří pohybem za 0,1 sec.

Tento výsledek pokusu umožnil i vysvětlení jedné záhady, se kterou jsem se v předcházející době setkal.

Jde o toto: Horníci v hlubinném dole pozorovali, že z větrací šachty padají dolů

světelné paprsky (jakési úsečky). Po dopadu na podlahu zhasly a nic,

co by mohlo uvedený popsaný efekt vysvětlit, horníci nenašli.

Po mnou provedeném pokusu lze tento jev vysvětlit takto:

Vlivem proudění znečištěného ovzduší větrací šachtou došlo ke vzniku elektrostatického pole v této šachtě a k postupujícím nábojům uvedeným

prostorem. Z míst někde ve vyšších částech větrací šachty do dní napadaly kapičky vody. Ty se pak projevovaly jako svítící úsečky ze stejných příčin, které popisuji ve svém provedeném pokusu. Vzhledem ke značně vyšší vodivosti vodní kapičky než okolního prostředí docházelo k přesunům nábojů v kapičce. Na jejich protilehlých koncích byla intenzita el. pole tak vysoká, že došlo k ionizaci ovzduší el. polem. Následující rekombinace (zánik iontů) se projevila zmíněným světelným efektem.

Když jsem pokusy se svítícími mlhovinami ukončil, byl jsem bohatší o informaci, že v el. poli mohou vznikat svítící útvary, které byly omylem zahrnovány mezi kulové blesky, i když tam ve skutečnosti nepatří.

Nedomníval jsem se, že se budu problematikou kulových blesků ještě někdy zabývat. Neměl jsem žádnou informaci, která by mě mohla k objevu kulového blesku nasměrovat.

Pro mne důležitou informací, která mně umožnila o řešení vzniku kulového blesku se dále zajímat, byla v rozhlasovém vysílání přibližně v roce 1990, kterou jsem vyslechl.

Již od doby, kdy jsem se o kulový blesk začal zajímat, jsem se setkával s informací, že v tropických oblastech se kulový blesk vyskytuje velice zřídka oproti středním zeměpisným šířkám. Bylo to ponejvíce zdůvodňováno nízkou

hustotou osídlení a tím sníženou možností se s kulovým bleskem setkat.

Důležitou informací, se kterou jsem se setkal kolem roku 1990, bylo překvapující zjištění amerického vědce, který výskyt kulového blesku v tropických oblastech prověřoval. Při prověřování došel k závěru, že se v tropických oblastech kulový blesk nevyskytuje.

Protože v našich zeměpisných šířkách se kulový blesk objevuje obvykle za bouřky a v tropických krajích je na km₂ mnohem více bouřek než u nás, předpokládalo se zcela oprávněně, že tam bude i vyšší výskyt kulových blesků.

Na první pohled tedy závěr amerického vědce záhady kolem kulového blesku ještě zkomplikoval.

Na základě toho jsem se o kulový blesk začal znovu intenzívně zajímat. Snažil jsem se vyhledat nějakou odlišnost v tropických krajích a našich zeměpisných šířkách, která by umožnila uvedená zjištění kolem výskytu kulového blesku zdůvodnit.

Jediná odlišnost, již jsem zjistil, byla ve výšce, do které dosahují vrcholy oblaků ve středních šířkách a jak je tomu v tropech. Ve středních zeměpisných šířkách vrcholy oblaků dosahují do výšek 14 km, v tropech 19 km.

Mimo to v přízemních vrstvách v tropech je teplota ovzduší obvykle značně vyšší než ve středních zeměpisných šířkách. Bouřkové mraky, i když mají základnu poměrně nízkou, do nejvyšších pater oblaků zasahují.

V dalších závěrech jsem vycházel z literatury i z pozorování kulového blesku členy své rodiny – matky i dědy – jedná se o období přibližně osmdesáti let. V tomto období se příslušníci mé rodiny setkali s kulovým bleskem dvakrát. V obou těchto případech byl kulový blesk pozorován za bouřek – jako pád svítícího útvaru z velké výšky na zem. Na základě tohoto poznání jsem předpokládal, že kulový blesk vzniká ve velkých výškách, kde jsou značně nízké (záporné) teploty. Buď přímo při bouřce, nebo v době, kdy daným prostorem prochází značné intenzívní el. pole a přesto nedochází k bleskům. Proto jsem dospěl k závěru, že základem kulového blesku by mohl být elektrický ledový dipól.

Od této doby upřesňování teoretického modelu šlo poměrně snadno a dovolovalo jevy spojené s kulovým bleskem vysvětlit.

Prováděné pokusy tuto teorii pouze potvrzovaly.

Elektrický ledový dipól, který vznikne zmrznutím elektricky polarizované vodní kapičky v intenzívním el. poli, je stabilním útvarem pouze, pokud zůstává ve zmrzlém stavu a stále působí vnější intenzívní el. pole. Pokud se jeho teplota

zvýší na bod tání, změní se znovu v el. polarizovanou vodní kapičku. V případě, že zanikne vnější intenzívní el. pole, pak se takto vzniklý el. ledový dipól chová jako nabitý kondenzátor. Snaží se tedy postupem času vybíjet a el. energii dipólu přeměňuje na energii tepelnou. Doba vybití el. dipólu je tedy úměrná vodivosti ledu. Vzniklé elektrické ledové dipóly se vzájemně ovlivňují. Konce opačné polarity dipólů se vzájemně přitahují a při doteku jsou k sobě poutány pouze el. silami. Tímto způsobem vznikne v ovzduší základní slepenec ledových dipólů. Při vyšší hmotnosti pak vlivem gravitace postupují směrem k zemi a při tomto doteku s obdobnými slepenci el. ledových dipólů spojují na větší slepenec, který vlivem gravitace postupuje směrem k zemi.

Takto vytvořený útvar má pouze omezenou dobu existence, protože v postupné přeměně el. energie dipólů v tepelnou se snižuje síla jejich vzájemné vazby až zanikne úplně.

Proto zda se uvedený slepenec z vyšších vrstev atmosféry dostane až k zemi, aniž by se dříve rozpadl, závisí na těchto okolnostech:

1) na struktuře jednotlivých dipólů, hodnoty el. polí a vodivosti ledu, z něhož

jsou vytvořeny

2) na vzájemné vzdálenosti místa vzniku a země. Tedy i na čase, který musí

takto vzniklý slepenec padat, aby se k zemskému povrchu dostal dříve, než

dojde k jeho rozpadu

3) na teplotě okolních prostředí, jimiž uvedený slepenec prochází. Při vyšší

teplotě okolního prostředí se vnější vrstvy tohoto slepence dříve oteplují a

tedy i rozpadají.

Po této základní konstrukci kulového blesku bylo logické, proč se v tropech kulové blesky na zemi nevyskytují vůbec a ve středních zeměpisných šířkách mají vždy jen krátkou a omezenou dobu trvání.

Důvodem je postupná přeměna el. energie dipólu v tepelnou. Pokud v tropech vznikne kulový blesk obdobný kulovému blesku ve středních zeměpisných šířkách, pak je to přibližně o 5 km výše. Proto tak vzniklý kulový blesk potřebuje k dopadu na zem více času. Mimo to v nižších vrstvách atmosféry prochází v tropech teplejším ovzduším než ve středních zeměpisných šířkách. Tato vyšší teplota vnější vrstvy kulového blesku více narušuje.

Je tedy možno uvedený paradox o tom, že se kulový blesk na zemi v tropech nevyskytuje, vysvětlit tak, že tam ve vyšších vrstvách atmosféry sice hodně vzniká, ale z výše uvedených důvodů se rozpadne dříve, než dosáhne zemského povrchu.

Potřebné informace pro teoretický model kulového blesku jsem čerpal též z knihy Fyzika oblaků a srážek (autor Josef Podzimek).

Pro elektrický odpor ledu platí pro teploty - 20°C, že tento odpor je

1 000 000 000 ohmů. Každé další snížení teploty o 20°C znamená zvýšení elektrického odporu

více než o jeden řád. Proto platí, že při teplotě – 80°C je odpor ledu velmi vysoký.

Z těchto uvedených hodnot vyplývá, že efektivní elektrické ledové dipóly nemohou být v praxi vytvořeny z vodních kapiček, které zamrznou postupným ochlazováním při záporných teplotách blízko 0°C. Pokud by ledový dipól vznikl popsaným způsobem, měl by příliš velikou vodivost a byla by dlouhá doba na jeho vytvoření, neboť by tuhnoucí vodní kapička musela předat skupenské teplo okolí.

Jediná možnost, jak by se v atmosféře vytvořily elektrické ledové dipóly potřebných parametrů, je spontánní ztuhnutí kapiček přechlazené vody v intenzívním elektrickém poli.

Přechlazené vodní kapičky vznikají v tom případě, že v kapičce není žádné pevné kondenzační jádro, na němž by mohla voda kapičky zkrystalizovat.

Záporné teploty přechlazených vodních kapiček mají značnou hodnotu. V knize (Fyzika oblaků a srážek), kterou jsem použil, jsou uváděny hodnoty

- 50°C, - 60°C, dokonce v laboratoři – 72°C. Mimo to platí, čím je vodní kapička menší, tím snáze zůstane v přechlazeném stavu.

Pokud se zvyšuje přechlazení kapičky nad uvedené hodnoty, ztuhne kapička i bez kondenzačního jádra.

Pro vznik vhodných elektrických dipólů (co největší ohmický odpor) budou potřebné tedy malé kapičky (větší přechlazení) a záporná teplota těsně pod hranicí samovolného tuhnutí.

Impulsem pro spontánní tuhnutí těchto kapiček by mělo být intenzívní el. pole. V ledu jsou molekuly vázány elektrostatickými silami.

Spontánní ztuhnutí vodní kapičky o průměru 1 mm je dle výpočtů přibližně 10 sec (vypočetl Karčugen).

Z toho vyplývá, že pro spontánní ztuhnutí mnohem menších přechlazených kapiček bude doba potřebná k tomuto přechodu v elektrický ledový dipól vlivem el. pole pouze zlomky sec. To už je doba, kterou můžeme intenzívní el. pole v atmosféře předpokládat.

Pokud dojde k vytvoření slepence elektrických ledových dipólů, nezdá se, že by uvolněná energie v případném jejich výbuchu mohla být pokryta pouze uvedenou el. složkou.

Z chemických látek, jenž by se vlivem fyzikální adsorpce (usazení molekul na povrchu pevné látky) mohly usadit na povrchu elektrických ledových dipólů a obsahovaly energii, jež by se mohla uvolnit, připadaly v úvahu pouze některé kysličníky dusíku nebo ozón.

Pro ozón platí, že se vytváří pokud kyslíkem prochází tichý elektrický výboj nebo působením ultrafialového záření. Ultrafialové záření však ozón i rozkládá. Při rozkladu ozónu se uvolňuje značné množství tepla O₃ = 3/2 O₂ + 34,0 Kcal při normálním atmosférickém tlaku. Samotný ozón je schopen při vysoké

koncentraci vybuchovat. Ozón má dipólový moment 0,49 D. Chová se tedy každá molekula ozónu sama jako el. dipól. Teplota varu ozónu je – 110,51°C.

Z kysličníku dusíku by v úvahu, ohledně uvolňování energie, přicházel N₂O₅.

Ten taje při + 30°C. Má tu vlastnost, že bez vnější příčiny vybuchuje.

Další z kysličníku dusíku, který je schopen uvolňovat energii je NO₃. Je však nestálý.

Teoretický vznik těchto kysličníků by byl možný pouze ve vyšších vrstvách atmosféry v doutnavém výboji. Právě doutnavý výboj umožňuje chemické reakce, které se v normální atmosféře uskutečňují těžko.

Teoreticky by mohl být na el. dipólech uchycen i NO₂. Ten však nemůže žádnou energii uvolňovat. Pouze by po rozpadu kulového blesku svým zápachem zkresloval vzorek ovzduší.

Z výpovědi lidí, kteří se s kulovým bleskem setkali, je uváděn často zápach ozónu po rozpadu kulového blesku.

I když jsou též uváděny zápachy kysličníku dusíku, je nejpravděpodobnější, že základním zdrojem energie kulového blesku je ozón, adsorpcí uchycený na ledových dipólech. Že se případ od případu s ozónem uchycují na ledových dipólech i kysličníky dusíku lze též připustit.

Vznik ozónu v atmosféře vlivem elektrického pole je pravděpodobnější než vznik dříve uváděných kysličníků dusíku.

Po zhodnocení těchto údajů lze vznik kulového blesku formulovat takto:

Působením silného elektrického pole na mikroskopické přechlazené kapičky o teplotě – 50°C až – 60°C dojde k jejich spontánní přeměně na elektrické ledové dipóly. K tomu by mělo v našich zeměpisných šířkách docházet v nadmořské výšce 10 000 – 11 000 m. Vzhledem ke značné záporné teplotě ledových dipólů a čistotě vody, z níž vznikly, dá se předpokládat, že při dostatečné chemické čistotě ledových dipólů je ohmický odpor ještě značně

vyšší než bylo uváděno pro normální led. Tedy i značný odpor z nich vytvořeného slepence.

Souběžně se vznikem ledových dipólů vzniká i ozón, který se vlivem fyzikální adsorpce na nich přichycuje. Při pádu tohoto slepence k zemi se na něj mohou nabalovat i další ledové krystalky či namrzající vodní kapičky. Ty pak působí jako izolace.

Intenzívní uvolňování energie takto vytvořeného slepence může nastat:

1) buď narušením izolační vrstvy teplem

2) osvícením slepence bleskem. V tomto případě ultrafialové záření aktivuje

rozpad ozónu,

3) nárazem na zem, kdy náraz působí narušení kulového blesku.

Jako nejvhodnější přechlazené vodní kapičky pro vznik účinných ledových dipólů se jeví ty nejmenších rozměrů. Jednak zamrzají při vyšším poklesu teploty a jednak slepenec z nich vytvořený má větší plochu povrchu. Mohou tedy vázat na jednotku objemu více ozónu.

Po této teoretické části jsem si uvedené jevy začal ověřovat pokusně.

Pokus č. 1

Tímto pokusem jsem si ověřoval, zda vůbec intenzivní el. pole umožňuje vytváření ledových dipólů.

Kovovou elektrodu tvaru plochého válečku se zaoblenými okraji připojenými na vodič jsem umístil do mrazícího prostoru o objemu 50 l. Vodič procházel silnou skleněnou trubicí. V prostoru bylo ovzduší zmraženo na – 35°C. Na elektrodu jsem nejprve nechal působit hodinu chladné ovzduší, aby se též ochladila na uvedenou zápornou teplotu. Pak jsem na elektrodu přivedl kladné napětí

+ 110 000 V vzhledem ke stěnám mraženého prostoru.

Dále jsem do 50 litrového prostoru a s přerušením deseti minut, pouštěl venkovní vlhký vzduch o teplotě + 22°C. Objem tohoto vzduchu byl vždy jenom několik litrů.

Mísením chladného, suchého vzduchu s teplým a vlhkým se vytvářela směs, v níž docházelo nejprve ke vzniku mikroskopických kapiček, které se vlivem el. pole deformovaly na protáhlý tvar a docházelo k přesunu el. nábojů. V předposlední fázi zamrzaly a vytvářely se mikroskopické el. dipóly. Tyto se pak usazovaly na popsané elektrodě. Po jejich usazení na elektrodě se k nim přichycovaly další mikroskopické el. ledové dipóly.

Po ukončení pokusu byly na popsané elektrodě přichyceny několik milimetrů dlouhé ledové dipóly vzdálené od sebe přibližně 1 mm. Tloušťka dipólu přibližně totožná s tloušťkou lidského vlasu (spíše ještě tenčí).

Tyto ledové dipóly nebyly přichyceny jen na povrchu kovové elektrody, ale i na skleněné trubici, kterou procházel nabitý vodič.

V obou případech jejich postavení kopírovalo směr, jímž by procházely elektrické siločáry při tomto pokusu.

To, že byly přichyceny na izolátoru, jako je sklo, jednoznačně znamenalo, že jde o elektrické ledové dipóly, protože ledové mikroskopické náboje byl pokrývaly skleněný povrch rovnoměrnou vrstvou.

Pokus č. 2

Protože první pokus ukázal, že se v intenzivním el. poli elektrické dipóly skutečně vytváří, přešel jsem k pokusu, u kterého jsem pracoval ještě s větším ochlazením.

Do prostoru o objemu 5 l, vytvořeného skleněnou nádobou umístěnou v termoboxu, byla umístěna dutá kovová válcová elektroda o průměru přibližně 5 cm a výšce 12 cm. Tato dutá elektroda byla přichycena na kovové trubičce o vnitřním průměru přibližně 4 mm. Konstrukce byla provedena tak, že umožňovala 1,5 mm kovovou trubičkou přívod kapalného CO₂ do vnitřku elektrody. Zde docházelo k varu kapalného CO₂, ten pak odcházel 4 mm kovovou trubičkou mimo prostor skleněné nádoby.

Do pokusné nádoby pak byla přerušovaně vpouštěna směs ozónu, kyslíku a vodních par. Vpuštění této směsi jsem vždy přerušil, když se vnitřní prostor začal zamlžovat.

Při tomto pokusu byla kovová elektroda nabíjena stejnosměrným napětím. Zvláštnost byla v tom, že se samovolně napětí střídalo a to tak, že jedno nižší přibližně 60 000 V se střídalo s vyšším 110 000 V vždy přibližně po 15 sekundách.

Při vypouštění uvedené směsi do pokusného prostoru docházelo k vytváření el. ledových dipólů. Ty se uchycovaly na elektrodě i popsané trubici. Vytvářely jemnou bílou vrstvu bez lesku. Ledové dipóly vlivem proudění ochlazovaného vzduchu vytvářely na spodní straně elektrody jakési krápníky (podobně jako by stékala bílá barva po natření elektrody).

Vzhledem k popsaným změnám hodnoty napětí se prodlužující krápníky (končil jsem pokus při 7 cm délce) chovaly obdobně jako kovové lístečky u elektroskopu. Při nástupu vyššího napětí se od sebe protilehlé krápníky vzdalovaly. Při nástupu nižšího napětí se znovu rovnaly do svislé polohy. Při délce krápníků 7 cm byl výkyv větší než 1 cm od svislé polohy.

Na změnu napětí tyto krápníky reagovaly okamžitě. To svědčí o lehkosti jejich hmoty. Velká ohebnost, která jinak u ledových útvarů neexistuje, ukázala jasně, že jde o slepenec el. ledových dipólů. Přestože byl s vodní parou do pokusného prostoru dodáván i ozón s kyslíkem, byl takto provedený pokus nevhodný pro významné usazování ozónu vlivem adsorpce na ledových el. dipólech. Pouze v počáteční fázi, kdy byla vrstva ledových dipólů na elektrodě slabá a docházelo k dostatečnému ochlazování, byla možnost pro intenzivní adsorpci.

Pro fyzikální adsorpci platí, že je tím větší, čím je nižší teplota absorbentu (zde ledu). Protože jsem střídavě znovu pouštěl do prostoru elektrody směs vodní páry, ozónu a kyslíku, docházelo při znovuoteplování el. ledových dipólů a k uvolňování již uchyceného ozónu. Mimoto, pokud je v okolí ledových dipólů dostatek volných molekul vody, ty se na uvedených dipólech usazují při vyšší teplotě než ozón a ten již usazený vytěsňují.

Tento mnou uváděný jev byl specifickým problémem tohoto pokusu.

Pokud dojde v atmosféře při teplotě – 50°C až – 60°C k spontánnímu vytvoření el. ledových dipólů, pak absolutní vlhkost jejich okolí je přibližně nulová. Proto se může vytvořený ozón na jejich povrchu postupně uchycovat, aniž by byl odtud molekulami vody vytěsňován.

Proto jsem pro vytváření el. ledových dipólů s následným intenzivním usazováním ozónu na jejich povrchu musel zvolit jiný postup. Přibližně při 7 cm délce krápníků jsem pokus přerušil, protože již usazené ledové dipóly na elektrodě znemožnily dostatečně intenzivní přenos tepla mezi elektrodou a okolím. Tím byla značně snížena možnost adsorpce ozónu.

Pokus č. 3

Z dříve popisovaného pokusu č. 2 jsem si ověřil možnost vzniku slepence el. ledových dipólů a i jeho základní fyzikální vlastnosti. Postup v tomto pokusu však značně omezoval možnost usazování ozónu na vytvořených elektrických dipólech.

Přestože fyzikální adsorpce má obecnou platnost, považoval jsem za potřebné ověřit usazování ozónu na el. ledových dipólech pokusy i při svých omezených možnostech.

Pro tento pokus jsem použil stejný typ duté kovové elektrody jako u pokusu č. 2. Provedl jsem však úpravu této elektrody odlišnou od pokusu č. 2.

Celková konstrukce této elektrody v hrubých rysech vypadala takto:

Středem dna o průměru 5 cm rozebíratelné kovové elektrody procházela hliníková trubička o venkovním průměru 0,5 cm. Na tomto dně byl jeden konec trubičky pevně uchycen mezi elektrodou a trubičkou utěsněn silikonem. Tato trubička procházela dále celým vnitřním prostorem elektrody a horním víkem elektrody. Celková délka této trubičky byla 30 cm. Po výstupu z víka elektrody byla hliníková trubička obklopena v délce 15 cm souosou železnou trubicí o vnitřním průměru 2 cm. Železná trubice byla pevně uchycena v horním víku popisované elektrody a utěsněna silikonem. Silikonem byl utěsněn i spoj rozebíratelné dvoudílné elektrody.

Horní konec železné trubice byl uchycen v umělohmotném kotouči. Toto provedení umožňovalo přenášení takto upravené elektrody do různých skleněných nádob.

Mezerou vytvořenou mez hliníkovou a železnou trubičkou byla do prostoru elektrody zasunuta další kovová trubička s vnějším průměrem 1,5 mm. Ta sloužila jako v předcházejícím pokusu k přívodu tekutého CO₂ do vnitřního prostoru elektrody. Mezerou mezi železnou a hliníkovou trubičkou pak

odpařující se CO₂ procházel mimo prostor nádob, do nichž byl elektroda umístěna.

S takto vytvořenou elektrodou umístěnou do skleněné nádoby o obsahu 4 litry jsem prováděl pokus na ověření adsorpce ozónu tímto způsobem:

Nejprve jsem do prostoru skleněné nádoby otvorem vháněl vodní páru do doby, kdy se vodní kapičky začaly usazovat na vnitřním povrchu této nádoby. Pak jsem přívod páry přerušil.

Zapnul jsem chlazení elektrody CO₂. Tímto způsobem se mně elektroda i přívodní železná trubice rovnoměrně pokryly ledovým povrchem.

Proud kapalného CO₂ jsem nastavil tak, abych do chlazení nemusel zasahovat. Poté jsem elektrodu i s lahví CO₂, umístěné na izolátoru, nabil na kladné napěti přibližně 100 000 V oproti okolí.

Otvorem ve skleněné nádobě jsem do jejího vnitřního prostoru opatrně znovu vháněl vodní páru.

Hliníkovou trubičkou jsem do prostoru pod kovovou elektrodou začal vhánět směs ozónu s kyslíkem. Pro výrobu ozónu jsem použil čtyři ozónátory různé konstrukce zapojené v sérii. Protože kyslík s ozónem v hliníkové trubičce procházel ochlazovanou železnou trubicí a elektrodou, vystupoval ze dna elektrody značně ochlazen. Ve skleněné nádobě se směšoval s vodní parou.

Postupoval kolem elektrody a železné trubice. Ze skleněné nádoby vystupoval mezerou mezi umělohmotnou destičkou a skleněnou nádobou.

Při tomto pokusu se vodní pára ochlazovala, v elektrickém poli vytvářela elektrické ledové dipóly, které se usazovaly na elektrodě i železné trubici.

Když se elektroda a železná trubice pokryly přibližně 4 mm vrstvou el. ledových dipólů, přívod vodní páry jsem s konečnou platností ukončil.

Ochlazený ozón s kyslíkem jsem však nádobou nechal proudit přibližně dalších 10 minut.

I když jsem si uvědomoval, že takto provedeným pokusem nebude jemnost elektrických ledových dipólů taková, jaká může být dosažena ve vhodných podmínkách v atmosféře, bude adsorpční plocha a její záporná teplota dostatečná k tomu, abych si usazení ozónu na ledových dipólech mohl ověřit.

Proto druhá fáze pokusu byla provedena takto:

Protože ozón reaguje intenzivně s terpentýnovým olejem, tak jsem vytvořil v obdobné skleněné nádobě, popisované v tomto pokusu, prostředí nasycené terpentýnovými parami, a to tím způsobem, že jsem odporovou spirálu, umístěnou ve skleněné nádobě, natočenou na porcelánovém jádru, ohřál přibližně na 35°C. Pak jsem tuto spirálu pokapal terpentýnovým olejem a nádobu lehce uzavřel. Do takto vytvořeného prostředí jsem ze vzdálenosti 2 m přenesl dříve popsanou elektrodu s elektrickými ledovým dipóly.

Ihned po přenesení této elektrody do terpentýnových par došlo poměrně k rychlé reakci terpentýnu s ozónem.

Přibližně do 10 sekund se nádoba zaplnila bělavým kouřem takové intenzity, že elektroda i železná trubice byly téměř neviditelné. Pokud by na ledových dipólech nebyl ozón uchycen, tak nemohla takto popsaná reakce nastat.

Tím mně tento pokus, i když prováděný v jednoduchých podmínkách, potvrdil předpokládanou adsorpci ozónu na el. ledových dipólech.

Závěr k prováděným pokusům:

Provedené pokusy potvrdily možnosti vzniku elektrických ledových dipólů, jejich následných slepenců i fyzikální adsorpci ozónu na jejich povrchu.

Protože el. ledové dipóly vznikají z různě velkých vodních kapiček, jejich různé koncentraci v ovzduší a rovněž při různé intenzitě elektrického pole i různé teplotě, mohou se vzniklé slepence značně lišit hustotou ledové hmoty i hodnotou energie, která se z 1 cm₃ jejich objemu může uvolnit.

Z tohoto důvodu i rozpad jednotlivých slepenců může být značně rozdílný.

Z pozorování kulových blesků lze teoreticky předpokládat, že by kulové blesky, které se na zemském povrchu objevují náhle, vznikly aktivací rozpadu hmoty slepence po dopadu na zem. U části kulových blesků, které padají z větších výšek a září, lze předpokládat, že k aktivaci rozpadu došlo po ozáření čárovým výbojem ze značné blízkosti (rozpad ozónu způsobený ultrafialovým zářením). Svůj podíl na aktivaci rozpadu v tomto případě může mít i tlaková vlna způsobená čárovým výbojem.

Nelze též vyloučit aktivaci rozpadu kulového blesku způsobenou tokem nábojů z míst různého potenciálu.

Protože vlivem el. výbojů dochází i ke vzniku kysličníku dusíku, může též rozpad některých z nich aktivovat následný rozpad molekul ozónu.

Při rozpadu molekul dusíku vznikne nejprve kysličník dusnatý NO. Ten se samostatně slučuje s kyslíkem podle rovnice NO + 1/2 O₂ = NO₂ + 13,6 kcal. Pokud je v daném prostoru voda, následuje dále reakce 3 NO₂ + H₂O =

HNO₃ + NO. Dále se pak NO znovu oxiduje dle dříve popsané rovnice.

Toto platí při standardních tlacích a teplotě na zemském povrchu. Ve vyšších výškách, při záporné teplotě značných hodnot, existenci ledový dipólů a koncentrovaného ozónu na jejich povrchu lze teoreticky předpokládat i tento jev.

Je známo, že rozpad některých sloučenin je ovlivněn i teplotou. Patří k nim i ozón, který se při zvyšující teplotě více rozkládá a naopak. Reakcí ozónu O₃ s kysličníkem dusičným nebo dusičitým vzniká za standardních podmínek na zemském povrchu NO₃. Ten se ihned rozkládá 2NO₃ = 2NO₂ + O₂.

Teoreticky lze předpokládat, že posledně uváděná chemická reakce může na povrchu el. ledových dipólů vypadat úplně jinak a probíhat jev takto:

Uchycená molekula ozónu na povrchu el. ledového dipólu reaguje s kysličníkem dusičitým NO₂ a dává vznik molekule NO₃. Přičemž povrch el. ledového dipólu funguje v tomto případě jako katalyzátor, který převádí zbytkovou energii při reakci na krystalovou mřížku el. ledových dipólů. Proto se NO₃ ihned nerozpadne a zůstává společně s ozónem, při záporných teplotách značné hodnoty, přichycen na povrchu ledového dipólu.

Při značných záporných teplotách dipólu molekuly vody, pevně vázané v krystalické mřížce, do reakce nevstupují.

Další přeměnou elektrické energie dipólu v tepelnou a ohříváním povrchu slepence ledových dipólů při pádu do teplejšího ovzduší se tento stav naruší a NO₃ se začne rozpadat.

Energie uvolněná při tomto rozpadu se předává do okolí a aktivuje lavinovitý rozpad ozónu.

Pokud uvedené reakce takto existují, pak i ony snadno vysvětlují pád svítících útvarů kulového blesku již ze značných výšek. Tuto reakci uvádím pouze teoreticky, protože ověřování vzniku el. ledových dipólů a adsorpce ozónu na jejich povrchu pro mne znamenaly značné časové i finanční zatížení. Proto jsem se rozhodl svoji práci zveřejnit v tomto stavu, i když nemohu vyloučit, že si v budoucnosti tento teoretický jev ověřím pokusně.

Pokusy ohledně vzniku el. ledových dipólů a adsorpce ozónu na jejich povrchu byly prováděny v Písku od začátku roku 2003 a ukončeny 7.10.2003.