Почему возникает молния - Electrik-Ufa.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Почему возникает молния

Что такое молния? Что такое гром?

Молния – это мощный электрический разряд. Он возникает при сильной электризации туч или земли. Поэтому разряды молнии могут происходить или внутри облака, или между соседними наэлектризованными облаками, или между наэлектризованным облаком и землей. Разряду молнии предшествует возникновение разности электрических потенциалов между соседними облаками или между облаком и землей.

Электризация, то есть образование сил притяжения электрической природы, всем хорошо знакома из повседневного опыта.


Если расчесать чистые сухие волосы пластмассовой расческой, они начинают притягиваться к ней, или даже искрят. После этого расческа может притягивать и другие мелкие предметы, например, мелкие бумажки. Это явление называется электризация трением.

Что вызывает электризацию облаков? Ведь они не трутся друг о друга, как это происходит при образовании электростатического заряда на волосах и на расческе.

Грозовое облако – это огромное количество пара, часть которого сконденсирована в виде мельчайших капелек или льдинок. Верх грозового облака может находиться на высоте 6-7 км, а низ нависать над землей на высоте 0,5-1 км. Выше 3-4 км облака состоят из льдинок разного размера, так как температура там всегда ниже нуля. Эти льдинки находятся в постоянном движении, вызванном восходящими потоками теплого воздуха от нагретой поверхности земли. Мелкие льдинки легче, чем крупные, увлекаются восходящими потоками воздуха. Поэтому “шустрые” мелкие льдинки, двигаясь в верхнюю часть облака, все время сталкиваются с крупными. Каждое такое столкновение приводит к электризации. При этом крупные льдинки заряжаются отрицательно, а мелкие – положительно. Со временем положительно заряженные мелкие льдинки оказываются в верхней части облака, а отрицательно заряженные крупные – внизу. Другими словами, верх грозовой тучи заряжен положительно, а низ – отрицательно.

Электрическое поле тучи имеет огромную напряженность – около миллиона В/м. Когда большие противоположно заряженные области подходят достаточно близко друг к другу, некоторые электроны и ионы, пробегая между ними, создают светящийся плазменный канал, по которому за ними устремляются остальные заряженные частицы. Так происходит молниевый разряд.

Во время этого разряда выделяется огромная энергия – до миллиарда Дж. Температура канала достигает 10 000 К, что и рождает яркий свет, который мы наблюдаем при разряде молнии. Облака постоянно разряжаются по этим каналам, и мы видим внешние проявления данных атмосферных явлений в виде молний.

Раскаленная среда взрывообразно расширяется и вызывает ударную волну, воспринимаемую как гром.

Мы и сами можем смоделировать молнию, пусть миниатюрную. Опыт следует производить в темном помещении, иначе ничего не будет видно. Нам потребуется два продолговатых воздушных шарика. Надуем их и завяжем. Затем, следя, чтобы они не соприкасались, одновременно натрем их шерстяной тряпочкой. Воздух, наполняющий их, электризуется. Если шарики сблизить, оставив между ними минимальный зазор, то от одного к другому через тонкий слой воздуха начнут проскакивать искры, создавая световые вспышки. Одновременно мы услышим слабое потрескивание — миниатюрную копию грома при грозе.

Каждый, кто видел молнию, заметил, что это не ярко светящаяся прямая, а ломаная линия. Поэтому процесс образования проводящего канала для разряда молнии называют ее “ступенчатым лидером”. Каждая из таких “ступенек” – это место, где разогнавшиеся до околосветовых скоростей электроны остановились из-за столкновений с молекулами воздуха и изменили направление движения.

Таким образом, молния – это пробой конденсатора, у которого диэлектриком является воздух, а обкладками – облака и земля. Емкость такого конденсатора невелика – примерно 0,15 мкФ, но запас энергии огромен, так как напряжение достигает миллиарда вольт.

Одна молния состоит обычно из нескольких разрядов, каждый из которых длится всего несколько десятков миллионных долей секунды.

Наиболее часто молния возникает в кучево-дождевых облаках. Молния бывает также при вулканических извержениях, торнадо и пылевых бурях.

Существует несколько видов молний по форме и по направлению разряда. Разряды могут происходить:

  • между грозовым облаком и землей,
  • между двумя облаками,
  • внутри облака,
  • уходить из облака в чистое небо.
Молния между облаком и землейГоризонтальная молния
Внутриоблачная молнияЛенточная молния

Большая часть молний и электрических разрядов (порядка 80%) происходит между грозовыми облаками и внутри грозового облака. Но мощность электрических разрядов между землей и облаками несопоставимо больше, так как намного выше разность потенциалов “между небом и землей”.

Молнии могут иметь разветвленный рисунок или представлять собой единый столб (линейные молнии). Они могут быть линейными и разветвленными. Редкой и загадочной малоизученной формой молнии является шаровая молния.

Как появляется молния: причины и интересные факты

  • 27 Июля, 2018
  • Советы туристу
  • Р.И.М.

Молния – мощнейший электрический разряд, который может происходить внутри облаков, между соседними облаками или между облаком и землей. А как появляется молния и почему? Разряду молнии всегда предшествует образование разности электропотенциалов между облаками или между облаком и землей.

Электризация облаков

Разряды молний могут возникать внутри облака, между соседними электризованными облаками или же между наэлектризованным облаком и землей. Сам процесс электризации всем хорошо знаком. К примеру, если взять пластиковую расческу и расчесать ею сухие волосы, то они начнут к ней притягиваться, может возникать искра. После этого к расческе могут притягиваться другие предметы, такие как перья, мелкие кусочки бумаги. Это явление называется электризацией трением. А как появляется молния, ведь тучи не трутся друг об друга?

Грозовое облако представляет собой огромное количество пара, частично сконденсированного в виде мелких капелек воды или льдинок. Верхняя часть пара может находиться очень высоко – до семи километров от уровня земли, а нижняя – на высоте около 500 метров. Примерно на высоте три и более километров облако содержит льдинки: температура на этой высоте в облаках ниже нуля. Сами льдинки находятся в постоянном движении, возникающими из-за восходящих потоков теплого воздуха. Мелкие льдинки легкие и теплыми потоками воздуха возвышаются вверх. Во время движения вверх они постоянно сталкиваются с крупными льдинками. Каждое столкновение приводит к электризации. При этом крупные льдинки заряжаются отрицательно, а мелкие – положительно. Постепенно мелкие льдинки заполоняют всю верхнюю часть облака, а внизу остаются только тяжелые элементы, заряженные отрицательно.

Сила неба

Когда противоположно заряженные частицы приближаются близко друг к другу, возникает светящийся канал, по которому проходят другие заряженные частицы. Так появляется молния. Как только возникает подобное свечение, то стоит быть очень осторожным, так как напряженность разряда огромна – около миллиона в/м, а энергии в такой молнии содержится до миллиарда джоулей.

В самом канале температура достигает 10 000 К, из-за чего и возникает яркий свет, который видно с земли. По этим каналам облака разряжаются, позволяя увидеть красивое свечение в виде молний. Раскаленная среда расширяется, вызывая ударную волну, т. е. гром.

Зная, как появляется молния, можно самостоятельно сделать мини-молнию. Опыт проводится в темном помещении, в противном случае ничего не будет видно. Понадобится два овальных воздушных шарика. Их следует надуть и завязать. Шарики натираются шерстяной тканью. Во время этого процесса воздух, находящийся внутри шаров, начинает электризоваться.

Затем шарики устанавливают друг напротив друга, оставляя между ними зазор. Остается только наблюдать, как по нему между шариками будут проскакивать молнии. Вместе с ними будет слышно слабое потрескивание – своего рода миниатюрный гром.

Вид молнии

Каждый видел, что свечение представляет собой не прямую линию, а ломаную. Из-за чего молния появляется в таком виде? Процессу образования подобной ломаной способствует форма проводящего канала, представленная в виде ступенек. Каждая из подобных ступенек – это место, где движущиеся молекулы останавливаются из-за столкновения с воздухом и изменяют направление.

Молния – конденсатор, диэлектриком которого является воздух, а обкладки – земля и облака. Емкость подобного конденсатора мала, но зато напряжение в нем колоссальное и может достигать миллионов вольт. Причем во время свечения то, что мы видим с земли, – это не одна молния, а несколько разрядов, каждый из которых длится миллионные доли секунды.

Облако – дом для молнии

Откуда появляется молния, из каких облаков? Чаще всего это явление наблюдается в кучево-дождевых облаках. Однако подобное свечение наблюдается при торнадо, пылевых бурях, извержениях вулканов. Каждый вид имеет свои особенности, но то, как возникает молния, остается неизменным – всему виной трение.

Направление разряда

По направлению разряда молнии делят на следующие виды:

  • молнии, возникающие между землей и грозовым облаком;
  • молнии, сформированные между двумя облаками;
  • внутренние разряды, происходящие внутри облаков;
  • молнии, уходящие из облака в чистое небо.

Примерно 85 % всех разрядов происходит между грозовыми облаками как снаружи, так и внутри. Однако самая большая мощность у тех молний, который возникают между землей и небом. Каждый раз, как появляется молния и гром, видно красивый, разветвленный рисунок, реже разряд представлен линейным столбом. Самая редкая и необычная форма, которую пока еще не изучили, – шар (шаровые молнии).

Читайте также:  Почему скрипит стиральная машина при стирке

Интересные факты

Загадочная природа возникновения молний не дает покоя ученым. И не зря.

  1. Во время вспышки вырабатывается ток силой до 100 000 А.
  2. Молния имеет высокое напряжение – свыше миллиарда вольт.
  3. Во время разряда воздух разогревается до тридцати тысяч градусов, что в пять раз выше, чем на поверхности Солнца.
  4. Молния имеет огромную скорость. От неба до земли разряд доходит всего за 0,002 секунды со скоростью 1 млн м/с.
  5. Свечение проходит по очень узкому каналу: там, где проходит ток, канал толщиной всего в один сантиметр, а снаружи – 1 метр.

По оценкам ученых, вероятность быть убитым молнией не так уж и высока – примерно 1 шанс на 2 000 000: такие же шансы умереть, упав с кровати. А вот шансы увидеть шаровую молнию хотя бы раз в жизни намного меньше – примерно 1 из 10 тысяч.

Молнии очень длинные – несколько сотен километров. Если видны сначала разряды, а потом слышен гром, то молнии возникают в небе очень далеко, хотя возникновение разряда и сопровождается громом. Задержка звука происходит из-за того, что свет долетает быстрее, чем звук. Узнать более подробно о молнии, можно из видео, представленного в статье.

Молнии бывают не только на нашей планете. Также это явление наблюдается на других планетах: на Марсе, Венере и не только. Вспышки появляются неожиданно, длятся доли секунды и состоят из нескольких разрядов.

Несмотря на свою мощь и силу, самыми опасными считаются те молнии, которые возникают в облаках и не касаются земли. Также опасны шаровые молнии. О них мало что известно, но говорят, что рядом с ними нельзя двигаться, так как эти виды вспышек любят «погулять». Они могут даже в дом залететь, если будут открыты окна и двери во время грозы.

Самое красивое явление – это Огни Святого Эльма. Так называется свечение, возникающее после грозы на остроконечных фонарях, мачтах кораблей, зданиях.

Молния – природа газового электричества

В разных точках нашей планеты одновременно бушует около 2000 гроз и в каждую секунду в поверхность Земли бьет приблизительно 50 молний. Человечество изучает молнии издавна, однако только четверть века назад американским ученым Бенджамином Франклином было доказано, что молния представляет собой электрический разряд несущий в себе отрицательный заряд. Сегодня скоростная фотосъемка позволила установить, что вспышка состоит из нескольких коротких разрядов длящихся десятые доли секунды.

Как появляется молния?

Молния возникает в сильно наэлектризованных дождевой туче, между облаком и землей либо между соседними облаками. Причиной электризации выступает сила притяжения, которая возникает вследствие трения сконденсированных капелек или льдинок, из которых и образуется грозовая туча. Эти частички находятся в непрекращающемся движении вызванным потоками теплого воздуха, поднимающимися вверх от нагретой поверхности земли. Льдинки и капельки воды сталкиваются друг с другом, в результате чего и происходит электризация тучи. При этом более мелкие частички, увлекаемые воздухом вверх, имеют положительный заряд, а более крупные и тяжелые, находящиеся в нижней части облака – отрицательный.

Когда два противоположно заряженных облака приближаются друг к другу между ними возникает плазменный канал, образующийся из ионов и электронов. По этому каналу устремляются заряженные частицы в результате чего получается электрический молниевый разряд. Как между разными облаками получается молния, так и между тучей и поверхностью земли или же внутри одной грозовой тучи.

Сегодня ученые нашли ответ из чего же состоит молния – из нитей электрических зарядов (стримеров), которые сливаясь образуют ступенчатый лидер. По мере приближения лидера к поверхности земли или другому облаку, образуется ответный и при их соприкосновении происходит яркая вспышки и электрический разряд.

Как велика энергия одной молнии?

Напряжение молнии очень огромно и этой энергии хватит чтобы лампочка в 100 Вт светила непрерывно в течение 90 дней. В среднем один грозовой разряд несет в себе до 20 000 мегаватт, при этом температура достигает 10 тысяч по Кельвину, что в 5 раз больше чем на поверхности Солнца.

Известно, что разряд между тучей и поверхностью земли высвобождает энергии больше нежели разряд внутри облака или между двумя соседними. Это происходит потому, что разность потенциалов между небом и землей намного выше, чем просто между тучами.

Почему гремит гром?

Грозовая, насыщенная электричеством молния, всегда сопровождается раскатами грома. Это происходит из-за вибрации раскаленного воздуха, под воздействием стремительно возросшего атмосферного давления. Звук получается раскатистым, поскольку длина одной молнии достигает нескольких километров, а разряд длится некоторое время, потому доходит до слуха с разностью в доли секунд. И хотя вспышка и гром происходят в одно время, раскаты слышатся с некоторым запозданием, поскольку скорость звука ниже скорости света.

Какие бывают молнии

Всего в природе насчитывает несколько основных видов грозовых разрядов:

  • линейная (облако-земля, земля-облако, облако-облако);
  • горизонтальная или плоская;
  • ленточная;
  • бисерная (чоткова);
  • шторовая;
  • объемная;
  • шаровая;
  • вулканическая.

Также ученые называют молнией такие природные явления как эльфы, джеты, спрайты и огни Святого Эльма. Каждый вид возникающих электрических разрядов отличается характерными только для него особенностями и ведет себя по-разному.

Чем опасна гроза

Поскольку молния представляет собой электрический заряд огромной мощности, при попадании в здание она может вызвать его разрушение или возгорание. Кроме того, если такой разряд попадет в человека это может стать причиной тяжелых увечий и даже летального исхода. Поражается головной мозг, разрушается центральная нервная система, может произойти остановка сердца. И хотя по статистике прямое попадание грозового разряда в человека происходит в 1% случаев, это чрезвычайно опасно.

Ударная волна высвободившего разряда способна сломать дерево, выбить окна, травмировать, контузить, обжечь или оглушить оказавшегося по близости человека, потому даже ударившая рядом молния чрезвычайно опасна.

Сила тока молнии

Сила тока в молнии может достигать порядка 100 тысяч ампер, при этом напряжение составляет около несколько миллиона вольт (вплоть до миллиарда). Температура внутри молниевого канала достигает 25 000 градусов Цельсия и при ударе в песок или песчаную почву образуется стекло. Длина одного грозового разряда может быть от 8-10 до нескольких сот километров.

Правила поведения во время грозы

Чтобы избежать риска попадания молнии нужно знать, как правильно себя вести во время грозы:

  • избегать открытой местности. Известно, что разряд обычно бьет в самую высокую точку на поверхности земли. Если гроза застает человека и поле или степи следует постараться стать как можно ниже: спрятаться в канаву или ложбину, присесть на корточки и передвигаться пригнувшись;
  • нельзя прятаться под высокими деревьями. Если гроза застала в лесу, нужно отойти от высоких деревьев, лучшим вариантом будет присесть на корточки между низкорослых растений.
  • опасаться купаться в открытых водоемах. Вода хороший проводник тока, потому если внезапно началась гроза нужно выйти на берег. Кроме того, часто разряд бьет по берегу, потому пока бушует стихия нельзя ловить рыбу, нужно как можно дальше отойти от водоема;
  • избегать разговоров по мобильному телефону. Радиоволны, испускаемые телефоном, притягивают грозовой разряд;
  • постараться избавиться от металлических предметов. Известны случаи, когда молния била по ключам, находящимся в кармане, цепочке на шее и даже раскрытому зонту.

Находясь в автомобиле во время грозы категорически запрещено прикасаться к крыше машины, двери и ручкам, поскольку при попадании молнии в корпус разряд идет по поверхности металла. Также лучше отключить радиоприемник, GPS-навигатор и опустить антенну.

Находясь дома нужно закрыть окна и двери, чтобы исключить возможные сквозняки. Известно, что именно сквозняк привлекает шаровую молнию. Во время грозы нельзя находится вблизи металлической батареи, подоконника или электроприборов – именно в них чаще всего разряжается шаровая молния. Также находясь в помещении рекомендовано отключить от сети бытовую технику и выключить радиоприборы.

Если непогода застает человека на улице на велосипеде, мопеде или мотоцикле – лучше спешиться, положить транспортное средство на бок и отойти от него на расстояние 25-30 метров. Не стоит раскрывать зонт, поскольку опасность попадания грозового разряда в этом случае повышается. Также опасно прятаться от дождя под высокими деревьями или находится вблизи металлических заборов.

Интересные факты

Существует немало интересных и шокирующих фактов, связанных с этим природным явлением:

  • поверхности земли достигает только четверть разрядов;
  • шанс смертельного исхода от попадания молнии всего 1 к 2 миллионам, столько же составляет риск умереть от падения с кровати;
  • самый длинный разряд был зафиксирован в 2007 году и его протяженность составила 321 км;
  • самая продолжительная молния длилась 7.74 секунды;
  • молнией вызывается около 10 тысяч лесных пожаров ежегодно;
  • в среднем, по всему миру, от попадания молнии погибает около 3 тысяч человек;
  • самой распространенной причиной попадания молнии в человека является факт беседы во время грозы по мобильному телефону;
  • 70% людей, пораженных молнией, выживают. Известно, что в американца Роя Селливана грозовой разряд попал семь раз и он после этого остался жив;
  • срок жизни шаровой молнии составляет 10 секунд, а вероятность увидеть ее хотя бы один раз в жизни сопоставим 1:10000;
  • подобное явление наблюдается не только в земной атмосфере. Грозы и вспышки также возникают на юпитере, Сатурне, Уране и Венере.
Читайте также:  Почему бачок унитаза мокрый

Понимание того, как в грозовых тучах образуется молния и что она из себя представляет поможет относиться к этому явлению без пренебрежения. При неправильном поведении во время грозы молнии несут прямую опасность здоровью и жизни человека. Потому важно не забывать вовремя выключить мобильный телефон и постараться найти подходящие убежище на время буйства стихии.

Природа молнии. Что такое молния и как она возникает?

  • 19 апреля 2019 17:39:56
  • Просмотров: 1012

Молния во время грозы

Когда в электрическом поле атмосферы развивается искровой разряд гигантских размеров, мы можем наблюдать удивительное природное явление – молнию. Самое зрелищное проявление грозы может быть крайне опасным для человеческой жизни и эксплуатируемой человеком инфраструктуры. Количество гроз на нашей планете в год превышает десять миллионов. В среднем на Земле происходит до полусотни тысяч гроз в день, одновременно – более тысячи. Грозы над мировым океаном случаются в разы чаще, чем над сушей. Каждую секунду десятки молний ударяют в поверхность Земли. Притом их частоту и динамику развития невозможно точно спрогнозировать, как нельзя со стопроцентной вероятностью предсказать и последствия грозовой активности.

Благодаря современным техническим средствам удалось зафиксировать появление молний на других планетах солнечной системы, в частности на Юпитере. Что касается Земли, на экваториальную и тропическую зону приходится абсолютное большинство всех гроз. А вероятность появления молнии над полюсами нашей планеты стремится к нулю. В России наибольшая грозовая активность наблюдается в южных регионах. Грозозащита прежде всего требуется там, где велика вероятность проявления сил стихии.

Разряд молнии во время грозы подобен электрическому взрыву. А впечатляющие звуковые и световые эффекты зачастую сопровождаются резким усилением ветра, выпадением града и ливнем. Сила тока молнии может составлять сотни тысяч ампер, напряжение – до миллиарда вольт. Ее протяженность достигает сотен километров, скорость – сотен тысяч километров в секунду, длительность – нескольких секунд, а температура – десятков тысяч градусов. Интенсивность разрядов в среднем составляет полсотни в секунду. Скорость движения грозы составляет десятки километров в час, размеры – от нескольких километров до пары десятков. Зрелое грозовое облако может иметь биполярную или более сложную структуру распределения зарядов. Количество разрядов молнии и их параметры связаны с величиной заряда и с тем, как он распределен в облаке. На количество также влияет скорость, с которой воспроизводится заряд.

Грозовые облака, которые могут достигать в диаметре нескольких километров, образуются в результате мощных атмосферных процессов и отличаются вертикальным развитием. Их формируют воздушные потоки, насыщенные парами воды. В электрическом поле облака запасается энергия – грозовое электричество. Первая и вторая стадии развития грозового облака – кучевое и зрелое – завершаются стадией распада. Развитие грозы запускается при появлении конвекции. Потоки влажного воздуха движутся вверх, притом влага находится частично в жидком состоянии, а частично – виде льдинок. Величина и мощность потоков определяют тип грозы и цикл жизни грозового облака. Одноячейковое кучево-дождевое облако отличается небольшим сроком жизни – не более часа, – и быстро исчезает после грозы, которую вызвало. Более распространенные многоячейковые кластерные грозы возникают, когда грозовые ячейки на разных стадиях развития собираются в группу, или кластер, и движутся как единое целое. Такая гроза длится уже несколько часов, сопровождаясь градом, ливнем и порывами ветра. Многоячейковая линейная гроза напоминает темную стену, закрывающую горизонт. Этой опасной для авиации грозе, которую также называют “линия шквалов”, сопутствуют мощные нисходящие потоки воздуха, сильный ливень и крупный град. Суперъячейковая гроза получила свое название благодаря гигантскому размеру грозовой ячейки. Помимо сильнейшего града и шквала для нее характерны разрушительные смерчи.

История изучения молнии

Изучение грозовой активности и, в частности, молнии, неразрывно связаны с темой электричества и его проявлений в пространстве около земного шара. Совокупность проявлений атмосферного электричества исследует физика атмосферы. Предметом ее изучения выступает целый спектр связанных между собой электрических явлений: ионизация и проводимость атмосферы, электрическое поле и токи, электрические заряды и разряды. Прорыв в этой области совершил в 18 веке видный американский деятель из научной и политической областей, Бенджамин Франклин. Благодаря экспериментам он выяснил, что молния имеет электрическую природу, и определил понятия положительного и отрицательного заряда. В 1752 году Франклин впервые предложил проект молниеотвода на основе металлического стержня, соединенного с землей. Ключевые принципы, открытые ученым, по сей день актуальны в деле устройства молниезащиты зданий и сооружений.

Тогда же российский ученый и естествоиспытатель Михаил Васильевич Ломоносов объяснил природу грозовых облаков, высказав гипотезу о причинах их электризации. Свою научную теорию он изложил в работе «Слово о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих». Оба исследователя, Ломоносов и Франклин, использовали в своих экспериментах воздушного змея, запуская его в направлении грозовых облаков. Соратник Ломоносова, Георг Вильгельм Рихман, погиб во время грозы, проводя электрические опыты. Тем не менее, незадолго до этого академики успели совместно положить начало серьезному изучению молниезащиты в России. В 1753 году Ломоносов и Рихман создали первые в России прототипы молниеотводов. Также Рихман начал исследования взаимодействия электрически заряженных тел. Этот вопрос занимал многих видных ученых, среди которых были Франц Эпинус, Даниил Бернулли, Джозеф Пристли, Джон Робинсон и Генри Кавендиш.

Электрическая искра, или искровой разряд, представляет собой пучок заполненных плазмой каналов. Искровые каналы представляют собой разветвленные яркие полоски, напоминающие нити. Такой разряд в природе и является молнией. Впервые искусственным путем электрическая искра была получена в электрическом конденсаторе голландского ученого Питера ван Мушенбрука в 1745 году.

Электрический заряд, или количество электричества, как скалярная величина впервые был определен Шарлем Кулоном, физиком и инженером из Франции. Связь силы взаимодействия между неподвижными точечными электрическими зарядами и расстояния между ними была выведена им в законе Кулона в 1785 году. Кулон как единица измерения электрического заряда определяется величиной заряда, прошедшего через проводник за 1 секунду при силе тока 1 ампер. Электрические заряды в околоземном космическом пространстве, в атмосфере и на поверхности нашей планеты генерируют поле, которое называется электрическим полем Земли. Заряд в полмиллиона кулонов создает у поверхности Земли электрическое поле напряжённостью в десятки вольт на метр.

Единица измерения электрического напряжения “вольт” получила свое название в честь Алессандро Вольты, ученого из Италии. Он создал первый химический источник тока при помощи кислоты и пластин из цинка и меди, а также ряд электрических приборов. В вольтах выражается электростатический потенциал. Вольт обозначается как В или V. Мощность постоянного электрического тока измеряется в ваттах – единице, названной в честь изобретателя из Шотландии Джеймса Ватта. Ватт обозначается как Вт или W.

Принцип взаимодействия электрических токов был сформулирован физиком Андре Ампером в 1820 году. Французский ученый ввел в физику и само понятие электрического тока. Закон Ампера описывает состояния проводников в зависимости от направления тока. Если электрические токи в параллельных проводниках текут в одном направлении – проводники притягиваются. Если в них же токи текут в противоположных направлениях, то параллельные проводники отталкиваются. Со временем единица измерения силы неизменяющегося электрического тока получила наименование “ампер”. Ампер обозначается как A.

Тепловое действие электрического тока сформулировал в виде закона английский физик Джеймс Джоуль. Единица измерения энергии получила название в честь этого ученого. Джоуль обозначается как Дж или J. За 1 секунду силы электрического поля при напряжении в 1 вольт для поддержания силы тока в 1 ампер совершают работу в 1 джоуль.

20 век принес человечеству знания об ионосфере и магнитосфере. А затем, с развитием космических технологий, стало возможным исследование процессов в самых высоких слоях атмосферы. Наибольший вклад в формирование современного знания об электрических атмосферных явлениях внесли Нобелевский лауреат Чарлз Вильсон и ученый-физик Яков Френкель.

Молнии делятся на разные типы: линейная, горизонтальная, ленточная, пунктирная, шаровая, огни святого Эльма, а также спрайты, эльфы, джеты в верхних слоях атмосферы. Причиной систематических разрушений и аварий становится молния линейного типа, наиболее распространенного из всех. На сегодняшний день по сравнению с остальными типами подобных природных явлений она наиболее изучена. Линейные молнии можно разделить по месту возникновения. Они появляются и развиваются в пространстве между облаком и поверхностью земли. В основном именно такие разряды воздействуют на наземные объекты. Разряды электричества возникают в атмосфере из-за разности потенциалов между частями грозового облака, между облаками или между облаком и землей. Поэтому молния может также развиваться внутри облака или между разными облаками.

Читайте также:  Сколько электричества потребляет холодильник в месяц

Направление развития линейных молний служит критерием для их разделения на нисходящие и восходящие. За счет развития лидера молнии от облака к земле или от земли к облаку происходит пробой зоны между ними. Молнии, чье развитие направлено из грозового облака вниз к земле, называются нисходящими. Восходящие же молнии развиваются в направлении к облаку от вершин заземленных конструкций. В абсолютном большинстве случаев причиной поражения возвышающихся на равнинной местности сооружений от 200 метров выступают именно восходящие молнии.

Стадии развития молнии

Молния переносит с облака на землю положительный или отрицательный заряд. Знак заряда определяет ее полярность. Молнии с отрицательным зарядом встречаются значительно чаще, и их параметры более подробно изучены. Отрицательная нисходящая молния развивается в три стадии, которые образуют компоненту. За первой компонентой, как правило, идут последующие. Их количество может достигать нескольких десятков.

Разряд молнии начинается при появлении лидера. Он оказывает тепловое, механическое и электрическое воздействие на объекты, через которые проходит. Лидер молнии состоит из канала, головки канала и стримерной зоны. Канал лидера молнии – это плазменное образование, через которое протекает ток. Канал прорастает, пробивая промежуток между облаком и землей. Он несет огромный потенциал в десятки мегавольт, а сила тока в нем исчисляется сотнями ампер. Величина распределенного по его длине заряда электричества достигает нескольких кулон. Так за миллисекунды происходит лидерная стадия развития молнии.

Далее следует наиболее опасный процесс наподобие короткого замыкания – главная стадия. Высокотемпературный проводящий канал замыкается на землю и провоцирует переходный процесс разряда протяженной заряженной системы, созданной лидером. На этой стадии импульс тока может протекать по каналу за сотни микросекунд с амплитудой уже в несколько сотен килоампер. Скорость его распространения соизмерима со скоростью света. Главную стадию сопровождают световые вспышки, яркое свечение и раскаты грома. Гром вызывают колебания воздуха, когда нагретая молнией волна воздуха сталкивается с холодной.

На финальной стадии канал молнии продолжает переносить заряд к земле, но менее интенсивно. Тем не менее, для этой стадии характерна большая длительность тока, которой, в основном, обусловлено термическое воздействие молнии.

Мощную разрушительную силу атмосферного электричества трудно недооценить. С этим связана целесообразность установки специальных систем – систем молниезащиты и заземления.

Физика атмосферы: как, почему и откуда появляются молнии

Каждую секунду в атмосфере Земли возникает примерно 700 молний, и каждый год около 3000 человек погибают из-за удара молнии. Физическая природа молнии не объяснена окончательно, а большинство людей имеют лишь приблизительное представление о том, что это такое. Какие-то разряды сталкиваются в облаках, или что-то в этом роде. Сегодня мы обратились к нашим авторам по физике, чтобы узнать о природе молнии больше. Как появляется молния, куда бьет молния, и почему гремит гром. Прочитав статью, вы будете знать ответ на эти и многие другие вопросы.

Ежедневная рассылка с полезной информацией для студентов всех направлений – на нашем телеграм-канале.

Что такое молния

Молния – искровой электрический разряд в атмосфере.

Электрический разряд – это процесс протекания тока в среде, связанный с существенным увеличением ее электропроводности относительно нормального состояния. Существуют разные виды электрических разрядов в газе: искровой, дуговой, тлеющий.

Искровой разряд происходит при атмосферном давлении и сопровождается характерным треском искры. Искровой разряд представляет собой совокупность исчезающих и сменяющих друг друга нитевидных искровых каналов. Искровые каналы также называют стримерами. Искровые каналы заполнены ионизированным газом, то есть плазмой. Молния – гигантская искра, а гром – очень громкий треск. Но не все так просто.

Физическая природа молнии

Как объясняют происхождение молнии? Система туча-земля или туча-туча представляет собой своеобразный конденсатор. Воздух играет роль диэлектрика между облаками. Нижняя часть облака имеет отрицательный заряд. При достаточной разности потенциалов между тучей и землей возникают условия, в которых происходит образование молнии в природе.

Ступенчатый лидер

Перед основной вспышкой молнии можно наблюдать небольшое пятно, движущееся от тучи к земле. Это так называемый ступенчатый лидер. Электроны под действием разности потенциалов, начинают двигаться к земле. Двигаясь, они сталкиваются с молекулами воздуха, ионизируя их. От тучи к земле прокладывается как бы ионизированный канал. Из-за ионизации воздуха свободными электронами электропроводность в зоне траектории лидера существенно возрастает. Лидер как бы прокладывает путь для основного разряда, двигаясь от одного электрода (тучи) к другому (земле). Ионизация происходит неравномерно, поэтому лидер может разветвляться.

Обратная вспышка

В момент, когда лидер приближается к земле, напряженность на его конце растет. Из земли или из предметов, выступающих над поверхностью (деревья, крыши зданий) навстречу лидеру выбрасывается ответный стример (канал). Это свойство молний используется для защиты от них путем установки громоотвода. Почему молния бьет в человека или в дерево? На самом деле ей все равно, куда бить. Ведь молния ищет наиболее короткий путь между землей и небом. Именно поэтому во время грозы опасно находиться на равнине или на поверхности воды.

Когда лидер достигает земли, по проложенному каналу начинает течь ток. Именно в этот момент и наблюдается основная вспышка молнии, сопровождаемая резким ростом силы тока и выделением энергии. Здесь уместен вопрос, откуда идет молния? Интересно, что лидер распространяется от тучи к земле, а вот обратная яркая вспышка, которую мы и привыкли наблюдать, распространяется от земли к туче. Правильнее говорить, что молния идет не от неба к земле, а происходит между ними.

Почему молния гремит?

Гром возникает в результате ударной волны, порождаемой быстрым расширением ионизированных каналов. Почему сначала мы видим молнию а потом слышим гром? Все дело в разности скоростей звука (340,29 м/с) и света (299 792 458 м/с). Посчитав секунды между громом и молнией и умножив их на скорость звука, можно узнать, на каком расстоянии от Вас ударила молния.

Нужна работа по физике атмосферы? Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Виды молний и факты о молниях

Молния между небом и землей – не самая распространенная молния. Чаще всего молнии возникают между облаками и не несут угрозы. Помимо наземных и внутриоблачных молний, существуют молнии, образующиеся в верхних слоях атмосферы. Какие есть разновидности молний в природе?

Последние три вида молний невозможно наблюдать без специальных приборов, так как они образуются на высоте от 40 километров и выше.

Приведем факты о молниях:

  • Протяженность самой длинной зафиксированной молнии на Земле составила 321 км. Эта молния была замечена в штате Оклахома, 2007 г.
  • Самая долгая молния длилась 7,74 секунды и была зафиксирована в Альпах.
  • Молнии образуются не только на Земле. Точно известно о молниях на Венере, Юпитере, Сатурне и Уране. Молнии Сатурна в миллионы раз мощнее земных.
  • Сила тока в молнии может достигать сотен тысяч Ампер, а напряжение – миллиарда Вольт.
  • Температура канала молнии может достигать 30000 градусов Цельсия – это в 6 раз больше температуры поверхности Солнца.

Шаровая молния

Шаровая молния – отдельный вид молнии, природа которого остается загадкой. Такая молния представляет собой движущийся в воздухе светящийся объект в форме шара. По немногочисленным свидетельствам шаровая молния может двигаться по непредсказуемой траектории, разделяться на более мелкие молнии, может взорваться, а может просто неожиданно исчезнуть. Существует множество гипотез о происхождении шаровой молнии, но ни одна не может быть признана достоверной. Факт – никто не знает, как появляется шаровая молния. Часть гипотез сводят наблюдение этого явления к галлюцинациям. Шаровую молнию ни разу не удалось наблюдать в лабораторных условиях. Все, чем могут довольствоваться ученые – это свидетельства очевидцев.

Напоследок предлагаем Вам посмотреть видео и напоминаем: если курсовая или контрольная свалилась на голову как молния в солнечный день, не нужно отчаиваться. Специалиста студенческого сервиса выручают студентов с 2000 года. Обращайтесь за квалифицированной помощью в любое время. 24 часа в сутки, 7 дней в неделю мы готовы помочь вам.

Читайте далее:
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector