A gömbvillám gömbalakjának az oka egy,
a felületi feszültséghez hasonló jelenség
(2026 július)
A gömbvillámokban nincs klasszikus értelemben vett éghető anyag (mint például szén, fémpor, kén vagy gázok), és nem is hagyományos értelmű égés történik a gömbökben.
A fizikai modell (https://bencsik.rs3.hu/component/content/category/1051-para-alapu-goembvillam-modell.html?)
szerint a gömbvillámban nincs éghető anyag, és nem hagyományos értelmű égés történik. A folyamat fenntartásáért és a gömb belső fűtéséért a szabad gyökök a felelősek. A reaktív szabad gyökök olyan instabil, magas energiájú molekulák vagy atomok, amelyek külső elektronhéján egy vagy több hiányzó elektron található, ezért gyorsan kémiai reakcióba lépnek a környező anyagokkal, hogy elektront szerezzenek tőlük. A gömb belsejében nagy mennyiségben vannak jelen a párából keletkező hidroxil (-OH) és perhidroxil (-O₂H) szabad gyökök. A gyököket a zivatar közben keletkező, szemmel nem látható elektromos elővillámok (streamerek) hozzák létre a levegő vízpárájának elbontásával. Amikor a reaktív szabad gyökök a gömbön belül újra egyesülnek (rekombinálódnak), vagy reagálnak a levegő más gázaival, folyamatosan nagy mennyiségű hő és fény szabadul fel.
A gömb alak
A modell alapján a gömbvillám alakját nem a klasszikus folyadékoknál látható felületi feszültség, hanem egy erősen csatolt Yukawa-porplazma hasonló jelensége tartja össze, eredményezi a gömb alakot. A villámláskor keletkező mikrométeres vízgőzcseppek (a porplazma „porszemei”) szabad elektronokat fognak be, ami miatt nagy negatív elektromos töltésre tesznek szert. Bár a negatív töltésű cseppek taszítanák egymást, a környező pozitív plazma ionok leárnyékolják a taszító hatást, ami egy rövid hatótávolságú kölcsönhatás, a Yukawa-potenciál. A plazma sűrű folyadékként viselkedik, mert a részecskék közötti elektrosztatikus energia sokkal nagyobb, mint a hőmozgásuk, a porplazma nem gázként tágul ki gázként, hanem sűrű folyadékként viselkedik. A gömb belsejében a cseppekre minden irányból egyforma erő hat, a porfelhő legszélén (a határfelületen) lévőkre viszont aszimmetrikus, befelé mutató erő hat, é az aszimmetria hozza létre a folyadékokéhoz hasonló felületi feszültséget.
A belső összetartó erő és a viszkozitás teljesen elnyomja a Rayleigh–Plateau instabilitást, ami miatt egy vékony vízsugár cseppekre esik szét; de a felületi feszültség a gömbvillámoknál megakadályozza ezt a szétesést, és a plazmacsatornát egyetlen stabil, makroszkopikus gömbbé alakítja.
A belső összetartó erő és a viszkozitás teljesen elnyomja a Rayleigh–Plateau instabilitást, ami miatt egy vékony vízsugár cseppekre esik szét; de a felületi feszültség a gömbvillámoknál megakadályozza ezt a szétesést, és a plazmacsatornát egyetlen stabil, makroszkopikus gömbbé alakítja.
A szemcsék anyag a vízpára. Egy átlagos gömbvillám kialakulásához és lebegéséhez kb. 5–28 grammnyi mikroszemcsés vízpára szükséges. A pára Yukawa-porplazmát alkot, amelynek belső felületi feszültsége egyben tartja a gömb alakot, miközben a gyökök folyamatosan "fűtik" és ~1000–2000 Kelvin közötti izzásban tartják a gömböt. Amikor a belső kémiai üzemanyag, a gyökök elfogynak, a gömbvillám vagy csendesen elhal, vagy a megmaradt anyagok robbanás szerűen reagálnak a külső oxigénnel, ami egy pukkanást eredményez.
Lebegési magasság
A modell alapján a gömbvillám lebegését a semleges felhajtóerő (hidrosztatikai egyensúly) biztosítja, amely a forró gázok és a nehezebb vízpára tömegének egyensúlyán alapul. Egy átlagos meleg gázgömb a fizika törvényei szerint felszállna. A gömbvillám azért képes stabilan lebegni, mert a belsejében lévő anyagok sűrűsége megegyezik a külső, hideg levegő sűrűségével. A gömb belsejében lévő 1000 - 2000 Kelvines forró levegő és plazma ritka és könnyű. Például egy 40 cm átmérőjű gömb esetén a kiszorított külső hideg levegő tömege 40,2 gramm, míg a belső forró gázoké mindössze 11,7 gramm, aminek a különbsége felfelé hajtaná a gömböt. A felhajtó erőt egyenlíti ki a plazmában a mikroszemcsés vízpára, valamint a hidroxilgyökök össztömege (a fenti példánál ez pontosan a kettő különbsége, azaz 28,5 gramm). Ha a gömbvillám hűlni kezdene, a belső sűrűsége megnő, és süllyedni kezdene, amikor a Yukawa-porplazma részecskéi közelebb kerülnek egymáshoz, ami fokozza a belső kémiai reakciósebességet, a rekombinációt. A felerősödő belső fűtés hatására a gömb visszamelegszik és kitágul, ami stabilizálja a lebegési magasságot, azaz a keletkezési magasságot próbálja tartani, megőrizni.
Ha a gömbben lévő pára tömege ennél a kritikus egyensúlynál kevesebb, a gömbvillám felszállna, ha több, akkor a lesüllyedne. A lebegéshez feltétlenül szükséges a hőmérséklet, a belső fűtés. A rekombináció folyamata tartja folyamatosan ~1000–2000 Kelvin közötti izzásban a gömböt, ami a lebegéshez szükséges ritka belső gázállapotot biztosítja.
Summary: The reason for the shape of ball lightning is a phenomenon similar to surface tension
There are no combustible materials in ball lightning in the classical sense (such as coal, metal powder, sulfur or gases), and no combustion in the traditional sense occurs in the balls. According to the physical model (https://bencsik.rs3.hu/component/content/category/1051-para-alapu-goembvillam-modell.html?), there are no combustible materials in ball lightning, and no combustion in the traditional sense occurs. Free radicals are responsible for maintaining the process and heating the ball internally. Inside the ball, there are large amounts of hydroxyl (-OH) and perhydroxyl (-O₂H) free radicals, which are created by invisible electrical pre-flashes (streamers) that occur during a thunderstorm by breaking down the water vapor in the air. When these reactive free radicals recombine within the ball or react with other gases in the air, a large amount of heat and light is continuously released.
According to the model, the shape of ball lightning is not held together by the surface tension seen in classical liquids, but by a phenomenon similar to a strongly coupled Yukawa dust plasma, resulting in the spherical shape. The micrometer-sized water vapor droplets produced during lightning (the "dust grains" of the dust plasma) capture free electrons, which causes them to acquire a large negative electric charge. Although the negatively charged droplets would repel each other, the surrounding positive plasma ions screen out the repulsive effect, which is a short-range interaction, the Yukawa potential. The plasma behaves like a dense liquid because the electrostatic energy between the particles is much greater than their thermal motion; the dust plasma does not expand like a gas, but behaves like a dense liquid. Inside the sphere, the droplets are subjected to equal forces from all directions, while those at the very edge of the dust cloud (at the boundary) are subjected to an asymmetric, inward force, and the asymmetry creates a surface tension similar to that of liquids.
The internal cohesive force and viscosity completely suppress the Rayleigh–Plateau instability, which causes a thin jet of water to break up into droplets; but surface tension in ball lightning prevents this breakup and transforms the plasma channel into a single, stable, macroscopic sphere.
The internal cohesive force and viscosity completely suppress the Rayleigh–Plateau instability, which causes a thin jet of water to break up into droplets; but surface tension in ball lightning prevents this breakup and transforms the plasma channel into a single, stable, macroscopic sphere.
The particulate material is water vapor. An average ball lightning requires about 5–28 grams of microparticle water vapor to form and float. The vapor forms a Yukawa dust plasma, the internal surface tension of which holds the sphere together, while the radicals continuously "heat" and keep the sphere glowing between ~1000–2000 Kelvin. When the internal chemical fuel, the radicals, are used up, the ball lightning either dies quietly, or the remaining materials react explosively with the external oxygen, resulting in a pop.
According to the model, the ball lightning levitates by neutral buoyancy (hydrostatic equilibrium), which is based on the balance of the mass of hot gases and heavier water vapor. An average hot gas ball would rise according to the laws of physics. The ball lightning is able to float stably because the density of the materials inside it is the same as the density of the external, cold air. The hot air and plasma inside the ball at ~1000 Kelvin are rare and light. For example, in the case of a ball with a diameter of 40 cm, the mass of the displaced external cold air is 40.2 grams, while that of the internal hot gases is only 11.7 grams, the difference of which would propel the ball upwards. The buoyant force is balanced by the total mass of microparticle water vapor and hydroxyl radicals in the plasma (in the above example, this is exactly the difference between the two, i.e. 28.5 grams). If the ball lightning were to start to cool, its internal density would increase and it would start to sink. At this time, however, the particles of the Yukawa dust plasma would come closer to each other, which increases the internal chemical reaction rate. Due to the increasing internal heating, the ball warms up again and expands, which stabilizes the hovering height. If the mass of vapor in the ball is less than this critical balance, the ball lightning would rise, if more, it would sink: it tries to maintain and preserve the height of its origin.
.
.
