Добавить сайт в закладки

Молния с точки зрения электричества

Электрическая природа молнии была раскрыта в исследованиях американского физика Б. Франклина, по инициативе которого был проведен опыт по извлечению электричества из грозового облака. Широко известен опыт Франклина по выяснению электрической природы молнии. В 1750 г. им была опубликована работа, в которой был описан эксперимент с использованием воздушного змея, запущенного в грозу. Опыт Франклина был описан в работе Джозефа Пристли.

Средняя длина молнии 2,5 км, некоторые разряды простираются в атмосфере на расстояние до 20 км.

Как происходит формирование молнии? Наиболее часто молния возникает в кучево-дождевых облаках, тогда они называются грозовыми. Иногда молния образуется в слоисто-дождевых облаках, а также при вулканических извержениях, торнадо и пылевых бурях.

Схема возникновения молнии: а - формирование; б - разряд.

Для возникновения молнии необходимо, чтобы в относительно малом (но не меньше некоторого критического) объёме облака образовалось электрическое поле с напряжённостью, достаточной для начала электрического разряда (~ 1 МВ/м), а в значительной части облака существовало бы поле со средней напряжённостью, достаточной для поддержания начавшегося разряда (~ 0,1-0,2 МВ/м). В молнии электрическая энергия облака превращается в тепловую и световую.

Обычно наблюдаются линейные молнии, которые относятся к так называемым безэлектродным разрядам, так как они начинаются (и кончаются) в скоплениях заряженных частиц. Это определяет их некоторые до сих пор необъяснённые свойства, отличающие молнии от разрядов между электродами.

Так, молнии не бывают короче нескольких сотен метров; они возникают в электрических полях значительно более слабых, чем поля при межэлектродных разрядах; сбор зарядов, переносимых молнией, происходит за тысячные доли секунды с миллиардов мелких, хорошо изолированных друг от друга частиц, расположенных в объёме несколько кв.км.

Наиболее изучен процесс развития молнии в грозовых облаках, при этом молнии могут проходить в самих облаках (внутриоблачные молнии), а могут ударять в землю (наземные молнии).

Наземные молнии

Схема развития наземной молнии: а, б - две ступени лидера; 1 - облако; 2 - стримеры; 3 - канал ступенчатого лидера; 4 - корона канала; 5 - импульсная корона на головке канала; в - образование главного канала молнии (К).

Процесс развития наземной молнии состоит из нескольких стадий. На первой стадии, в зоне, где электрическое поле достигает критического значения, начинается ударная ионизация, создаваемая вначале свободными электронами, всегда имеющимися в небольшом количестве в воздухе, которые под действием электрического поля приобретают значительные скорости по направлению к земле и, сталкиваясь с молекулами, составляющими воздух, ионизируют их.

По более современным представлениям, разряд инициируют высокоэнергетические космические лучи, которые запускают процесс, получивший название пробоя на убегающих электронах. Таким образом, возникают электронные лавины, переходящие в нити электрических разрядов - стримеры, представляющие собой хорошо проводящие каналы, которые, сливаясь, дают начало яркому термоионизованному каналу с высокой проводимостью - ступенчатому лидеру молнии.

Движение лидера к земной поверхности происходит ступенями в несколько десятков метров со скоростью ~ 50 000 километров в секунду, после чего его движение приостанавливается на несколько десятков микросекунд, а свечение сильно ослабевает; затем в последующей стадии лидер снова продвигается на несколько десятков метров.

Яркое свечение охватывает при этом все пройденные ступени, затем следуют снова остановка и ослабление свечения. Эти процессы повторяются при движении лидера до поверхности земли со средней скоростью 200 000 метров в секунду. По мере продвижения лидера к земле напряжённость поля на его конце усиливается, и под его действием из выступающих на поверхности Земли предметов выбрасывается ответный стример, соединяющийся с лидером. Эта особенность молнии используется для создания молниеотвода.

В заключительной стадии по ионизованному лидером каналу следует обратный (снизу вверх), или главный, разряд молнии, характеризующийся токами от десятков до сотен тысяч ампер, яркостью, заметно превышающей яркость лидера, и большой скоростью продвижения, вначале доходящей до ~ 100 000 километров в секунду, а в конце уменьшающейся до ~ 10 000 километров в секунду.

Температура канала при главном разряде может превышать 25 000 °C. Длина канала молнии может быть от 1 до 10 км, диаметр - несколько сантиметров. После прохождения импульса тока ионизация канала и его свечение ослабевают. В финальной стадии ток молнии может длиться сотые и даже десятые доли секунды, достигая сотен и тысяч ампер. Такие молнии называют затяжными, они наиболее часто вызывают пожары.

Главный разряд разряжает нередко только часть облака. Заряды, расположенные на больших высотах, могут дать начало новому (стреловидному) лидеру, движущемуся непрерывно со скоростью в тысячи километров в секунду. Яркость его свечения близка к яркости ступенчатого лидера. Когда стреловидный лидер доходит до поверхности земли, следует второй главный удар, подобный первому.

Обычно молния включает несколько повторных разрядов, но их число может доходить и до нескольких десятков. Длительность многократной молнии может превышать 1 сек. Смещение канала многократной молнии ветром создаёт так называемую ленточную молнию - светящуюся полосу.

Внутриоблачные молнии

Внутриоблачные молнии включают в себя обычно только лидерные стадии, их длина колеблется от 1 до 150 км. Доля внутриоблачных молний растет по мере смещения к экватору, меняясь от 0,5 в умеренных широтах до 0,9 в экваториальной полосе. Прохождение молнии сопровождается изменениями электрических и магнитных полей и радиоизлучением, так называемыми атмосфериками.

Вероятность поражения молнией наземного объекта растет по мере увеличения его высоты и с увеличением электропроводности почвы на поверхности или на некоторой глубине (на этих факторах основано действие громоотвода). Если в облаке существует электрическое поле, достаточное для поддержания разряда, но недостаточное для его возникновения, роль инициатора молнии может выполнить длинный металлический трос или самолёт, особенно если он сильно электрически заряжен. Таким образом иногда «провоцируются» молнии в слоисто-дождевых и мощных кучевых облаках.

В каждую секунду около 50 молний ударяются в поверхность земли, и в среднем каждый ее квадратный километр молния поражает шесть раз за год.

Люди и молния

Молнии - серьезная угроза для жизни людей. Поражение человека или животного молнией часто происходит на открытых пространствах, т.к. электрический ток идет по кратчайшему пути "грозовое облако-земля". Часто молния попадает в деревья и трансформаторные установки на железной дороге, вызывая их возгорание.

Поражение обычной линейной молнией внутри здания невозможно, однако бытует мнение, что так называемая шаровая молния может проникать через щели и открытые окна. Обычный грозовой разряд опасен для телевизионных и радиоантенн, расположенных на крышах высотных зданий, а также для сетевого оборудования.

В организме пострадавших от молнии отмечаются такие же патологические изменения, как при поражении электротоком. Жертва теряет сознание, падает, у него могут начаться судороги, часто останавливается дыхание и сердцебиение. На теле обычно можно обнаружить «метки тока» - места входа и выхода электричества.

Это древовидные светло-розовые или красные полосы, исчезающие при надавливании пальцами (сохраняются в течение 1-2 суток после смерти). Они - результат расширения капилляров в зоне контакта молнии с телом. В случае смертельного исхода причиной прекращения основных жизненных функций является внезапная остановка дыхания и сердцебиения от прямого действия молнии на дыхательный и сосудодвигательный центры продолговатого мозга.

При поражении молнией первая медицинская помощь должна быть неотложной. В тяжелых случаях (остановка дыхания и сердцебиения) необходима реанимация, её должен оказать, не ожидая медицинских работников, любой свидетель несчастья. Реанимация эффективна только в первые минуты после поражения молнией, через 10-15 минут она, как правило, уже неэффективна. Экстренная госпитализация необходима во всех случаях.

Жертвы молний

В мифологии и литературе:

• Асклепий (Эскулап), сын Аполлона - бог врачей и врачебного искусства, не только исцелял, но и оживлял мёртвых. Чтобы восстановить нарушенный мировой порядок, Зевс поразил его своей молнией;
• Фаэтон, сын бога солнца Гелиоса - однажды взялся управлять солнечной колесницей своего отца, но не сдержал огнедышащих коней и едва не погубил в страшном пламени Землю. Разгневанный Зевс пронзил Фаэтона молниями.

Исторические личности:

• российский академик Г. В. Рихман - в 1753 году погиб от удара молнии;
• народный депутат Украины, экс-губернатор Ровенской области В. Червоний 4 Июля 2009 года погиб от удара молнии.

• Рой Салли Ван остался живым после семи ударов молнией;
• американский майор Саммерфорд умер после продолжительной болезни (результат удара третьей молнией). Четвертая молния полностью разрушила его памятник на кладбище;
• у индейцев Анд удар молнией считается необходимым для достижения высших уровней шаманской инициации.

Деревья и молния

Высокие деревья - частая мишень для молний. На реликтовых деревьях-долгожителях легко можно найти множественные шрамы от молний. Считается, что одиночно стоящее дерево чаще поражается молнией, хотя в некоторых лесных районах шрамы от молний можно увидеть почти на каждом дереве. Сухие деревья от удара молнии загораются. Чаще удары молнии бывают направлены в дуб, реже всего в бук, что, по-видимому, зависит от различного количества жирных масел в них, представляющих большое сопротивление электричеству.

Молния проходит в стволе дерева по пути наименьшего электрического сопротивления, с выделением большого количества тепла, превращая воду в пар, который раскалывает ствол дерева или чаще отрывает от него участки коры, показывая путь молнии.

В следующие сезоны деревья обычно восстанавливают поврежденные ткани и могут закрывать рану целиком, оставив только вертикальный шрам. Если ущерб является слишком серьезным, ветер и вредители в конечном итоге убивают дерево. Деревья являются естественными громоотводами и, как известно, обеспечивают защиту от удара молнии для близлежащих зданий. Посаженные возле здания высокие деревья улавливают молнии, а высокая биомасса корневой системы помогает заземлять разряд молнии.

Из деревьев, пораженных молнией, делают музыкальные инструменты, приписывая им уникальные свойства.

""физическое явление""

Гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, проявляющийся обычно яркой вспышкой света и сопровождающим её громом. Электрическая природа молнии была раскрыта в исследованиях американского физика Б. Франклина, по идее которого был проведён опыт по извлечению электричества из грозового облака.

Наиболее часто молния возникает в кучево-дождевых облаках, тогда они называются грозовыми; иногда молния образуются в слоисто-дождевых облаках, а также при вулканических извержениях, торнадо и пылевых бурях.

Процесс развития наземной молнии состоит из несколько стадий. На первой стадии в зоне, где электрическое поле достигает критического значения, начинается ударная ионизация, создаваемая вначале свободными электронами, всегда имеющимися в небольшом количестве в воздухе, которые под действием электрического поля приобретают значительные скорости по направлению к земле и, сталкиваясь с атомами воздуха, ионизуют их. Т. о. возникают электронные лавины, переходящие в нити электрических разрядов - стримеры, представляющие собой хорошо проводящие каналы, которые, сливаясь, дают начало яркому термоионизованному каналу с высокой проводимостью - ступенчатому лидеру.

Движение лидера к земной поверхности происходит ступенями в несколько десятков м со скоростью ~ 5*10000000 м/сек, после чего его движение приостанавливается на несколько десятков мксек, а свечение сильно ослабевает; затем в последующей стадии лидер снова продвигается на несколько десятков м. Яркое свечение охватывает при этом все пройденные ступени; затем следуют снова остановка и ослабление свечения. Эти процессы повторяются при движении лидера до поверхности земли со средней скоростью 2*100000 м/сек. По мере продвижения лидера к земле напряжённость поля на его конце усиливается и под его действием из выступающих на поверхности Земли предметов выбрасывается ответный стример, соединяющийся с лидером.

Формы молний

Линейная молния

Разряд линейной молнии происходит между облаками, внутри облака или между облаком и землёй, и обычно имеет длину около 2-3 км, но бывают молнии длиной и до 20-30 км.

Выглядит как ломаная линия, зачастую с многочисленными ответвлениями. Цвет молнии - белый, жёлтый, голубой или красноватый

Чаще всего диаметр нити такой молнии достигает пару десятков сантиметров. Этот вид самый распространенный; мы видим его чаще всего. Линейная молния появляется при напряжении электрического поля атмосферы до 50 кВ/м, разность потенциалов на ее пути может достичь сотни миллионов вольт. Сила тока молнии такого рода - порядка 10 тысяч ампер. Грозовое облако, которое дает разряд линейной молнии каждые 20 секунд, имеет электрическую энергию в 20 млн. кВт. Потенциальная электрическая энергия, запасенная таким облаком,равна энергие мегатонной бомбы.

Это наиболее часто встречающаяся форма молнии.

Плоская молния

Плоская молния имеет вид рассеянной вспышки света на поверхности облаков. Грозы, сопровождаемые только плоскими молниями, относятся к разряду слабых, и наблюдаются они обычно лишь ранней весной или поздней осенью.

Ленточная молния

Ленточная молния - несколько одинаковых зигзагообразных разрядов от облаков к земле, параллельно смещённых относительно друг друга с небольшими промежутками или без них.

Четочная молния

Редкая форма электрического разряда при грозе, в виде цепочки из светящихся точек. Время существования четочной молнии 1–2 секунды. Примечательно, что траектория четочной молнии нередко имеет волнообразный характер. В отличие от линейной молнии след четочной молнии не ветвится - это является отличительной особенностью этого вид.

Ракетообразная молния

Ракетообразная молния представляет собой медленно развивающийся разряд, продолжительностью 1–1.5 секунды. Ракетообразная молния наблюдается очень редко.

Шаровая молния

Шаровая молния - яркий светящийся электрический заряд различный по окраске и величине. Вблизи земли он чаще всего выглядит как шар диаметром около 10 см, реже имеет форму эллипсоида, капли, диска, кольца и даже цепи соединённых шаров. Длительность существования шаровой молнии - от нескольких секунд до нескольких минут, цвет свечения - белый, жёлтый, светло-голубой, красный или оранжевый. Обычно этот вид молнии медленно перемещается, почти бесшумно, в сопровождении лишь легкого треска, свиста, жужжания или шипения. Шаровая молния может проникать в закрытые помещения через щели, трубы, окна.

Редкая форма молнии, по статистике на тысячу обычных молний приходится 2-3 шаровых.

Природа шаровой молнии изучена не до конца. Существует множество гипотез о происхождении шаровой молнии, от научных до фантастических.

Шторовая молния

Шторовая молния выглядит как широкая вертикальная полоса света, сопровождающаяся низким негромким гулом.

Объёмная молния

Объёмная молния – белая или красноватая вспышка при низкой полупрозрачной облачности, с сильным звуком треска “отовсюду”. Чаще наблюдается перед основной фазой грозы.

Полосовая молния

Полосовая молния - сильно напоминает полярное сияние, “положенное на бок” - горизонтальные полосы света (3-4 полосы) группируются друг над другом.

Эльфы, джеты и спрайты

Эльфы (англ. Elves; Emissions of Light and Very Low Frequency Perturbations from Electromagnetic Pulse Sources) представляют собой огромные, но слабосветящиеся вспышки-конусы диаметром около 400 км, которые появляются непосредственно из верхней части грозового облака.

Джеты представляют собой трубки-конусы синего цвета.

Спрайты - некое подобие молнии, бьющей из облака вверх. Впервые это явление было зафиксировано в 1989 году случайно. Сейчас о физической природе спрайтов известно крайне мало.

Джеты и Эльфы образуются, начиная от верхушек облаков до нижнего края ионосферы (90 километров над поверхностью Земли). Продолжительность этих сияний составляет доли секунды. Чтобы сфотографировать такие короткоживущие явления необходимы приборы для высокоскоростной съемки. Только в 1994 году, пролетая в самолете над большой грозой, ученым удалось заснять это потрясающее зрелище.

Другие явления

Сполохи

Сполохи – белые или голубые беззвучные вспышки света, наблюдаемые ночью в малооблачную или ясную погоду. Сполохи обычно бывают во второй половине лета.

Зарницы

Зарницы – отблески далёких высоких гроз, ночью видны на расстоянии до 150 – 200 км. Звука грома при зарницах не слышно, небо малооблачно.

Вулканическая молния

Существует два типа вулканических молний. Один возникает у кратера вулкана, а другой, как видно на этом снимке вулкана Пуйеуэ в Чили, электризует дым вулкана. Вода и замерзшие частицы пепла в дыме трутся друг о друга, и это вызывает статические разряды и появляется вулканическая молния.

Молнии Кататумбо

Молнии Кататумбо - удивительный феномен, который наблюдается лишь в одном месте на нашей планете - в месте впадения реки Кататумбо в озеро Маракайбо (Южная Америка). Самое удивительное в этом виде молнии, что разряды ее длятся около 10 часов и появляются ночью 140–160 раз в год. Молнии Кататумбо хорошо видно на достаточно большое расстояние - 400 километров. Молнии такого рода часто использовали как компас, от чего место их наблюдения люди даже прозвали - «Маяк Маракайбо».

Большинство говорят,что молнии Кататумбо - крупнейший одиночный генератор озона на Земле, т.к. ветры, приходящие со стороны Анд, вызывают грозы. Метан, которым богата атмосфера этих заболоченных мест, поднимается к облакам, подпитывая разряды молнни.

Молния - одно из тех природных явлений, которые издавна внушали страх человеческому роду. Понять её сущность стремились величайшие умы, такие как Аристотель или Лукреций. Они считали, что это шар, состоящий из огня и зажатый в водяных парах туч, и, увеличиваясь в размере, он прорывает их и стремительной искрой падает на землю.

Понятие молнии и ее зарождение

Чаще всего молния образуется в которые имеют достаточно большой размер. Верхняя часть может располагаться на высоте 7 километров, а нижняя - всего лишь в 500 метрах над поверхностью земли. Учитывая атмосферную температуру воздуха, можно прийти к выводу, что на уровне 3-4 км вода замерзает и превращается в льдинки, которые, сталкиваясь между собой, электризуются. Те, что обладают наибольшим размером, получают отрицательный заряд, а наименьшие - положительный. Исходя из своего веса, они равномерно распределяются в облаке по слоям. Сближаясь между собой, они образуют плазменный канал, из которого и получается электрическая искра, именуемая молнией. Свою ломаную форму она получила из-за того, что на пути к земле часто встречаются различные воздушные частицы, которые образуют преграды. И чтобы их обойти, приходится менять траекторию.

Физическое описание молнии

Разряд молнии выделяет от 109 до 1010 джоулей энергии. Такое колоссальное количество электричества в большей степени расходуется на создание световой вспышки и которая иначе называется громом. Но даже маленькой части молнии хватит, чтобы творить немыслимые вещи, например, ее разряд может убить человека или разрушить здание. Еще один интересный факт говорит о том, что это природное явление способно плавить песок, образуя полые цилиндры. Такой эффект достигается из-за высокой температуры внутри молнии, она может достигать 2000 градусов. Время удара о землю также различно, оно не может быть больше секунды. Что же касается мощности, то амплитуда импульса может достичь сотни киловатт. Соединяя все эти факторы, получается наисильнейший природный разряд тока, который несет в себе гибель всему тому, к чему прикоснется. Все существующие виды молний очень опасны, и встреча с ними крайне нежелательна для человека.

Образование грома

Все виды молний невозможно представить себе без раската грома, который не несет в себе такой же опасности, но в некоторых случаях может привести к сбою работы сети и к другим техническим неполадкам. Он возникает из-за того, что теплая волна воздуха, нагретая молнией до температуры горячее, чем солнце, сталкивается с холодной. Звук, получающийся при этом, - не что иное, как волна, вызванная колебаниями воздуха. В большинстве случаев громкость увеличивается к концу раската. Это происходит из-за отражения звука от облаков.

Какие бывают молнии

Оказывается, все они разные.

1. Линейные молнии - наиболее часто встречающаяся разновидность. Электрический раскат выглядит как перевернутое вверх тормашками, разросшееся дерево. От главного канала отходит несколько более тонких и коротких "отростков". Длина такого разряда может достигать 20 километров, а сила тока - 20 000 ампер. Скорость движения составляет 150 километров в секунду. Температура плазмы, наполняющей канал молнии, доходит до 10 000 градусов.

2. Внутриоблачные молнии - происхождение данного вида сопровождается изменением электрических и магнитных полей, также излучаются радиоволны. Такой раскат с наибольшей вероятностью можно встретить ближе к экватору. В умеренных широтах он появляется крайне редко. Если в облаке находится молния, то побудить ее выбраться наружу может и посторонний объект, нарушающий целостность оболочки, например наэлектризованный самолет или металлический трос. По длине может колебаться от 1 до 150 километров.

3. Наземные молнии - данный вид проходит несколько стадий. На первой из них начинается ударная ионизация, которая создается в начале свободными электронами, они всегда присутствует в воздухе. Под действием электрического поля элементарные частицы приобретают высокие скорости и направляются к земле, сталкиваясь с молекулами, составляющими воздух. Таким образом, возникают электронные лавины, по-другому называющиеся стримеры. Они представляют собой каналы, которые, сливаясь между собой, служат причиной яркой, термоизолированной молнии. Она достигает земли в форме небольшой лестницы, потому что на ее пути встречаются преграды, и чтобы их обойти, она меняет направление. Скорость движения составляет примерно 50000 километров в секунду.

После того как молния пройдет свой путь, она заканчивает движение на несколько десятков микросекунд, при этом свет ослабевает. После этого начинается следующая стадия: повторение пройденного пути. Самый последний разряд превосходит по яркости все предыдущие, сила тока в нем может достигать сотен тысяч ампер. Температура же внутри канала колеблется в районе 25 000 градусов. Такой вид молний самый продолжительный, поэтому последствия могут быть разрушительными.

Жемчужные молнии

Отвечая на вопрос о том, какие бывают молнии, нельзя упустить из виду такое редкое природное явление. Чаще всего разряд проходит после линейного и полностью повторяет его траекторию. Только вот на вид он представляет собой шары, находящиеся на расстоянии друг от друга и напоминающие собой бусы из драгоценного материала. Такая молния сопровождается самыми громкими и раскатистыми звуками.

Шаровая молния

Природное явление, когда молния принимает форму шара. В этом случае траектория ее полета становится непредсказуемой, что делает ее еще опаснее для человека. В большинстве случаев такой электрический ком возникает совместно с другими видами, но зафиксирован факт его появления даже в солнечную погоду.

Как образуется Именно этим вопросом чаще всего задаются люди, столкнувшиеся с этим феноменом. Как всем известно, некоторые вещи являются прекрасными проводниками электричества, так вот именно в них, накапливая свой заряд, и начинает зарождаться шар. Также он может появиться из основной молнии. Очевидцы же утверждают, что она возникает просто из ниоткуда.

Диаметр молнии колеблется от нескольких сантиметров до метра. Что же касается цвета, то существует несколько вариантов: от белого и желтого до ярко-зеленого, крайне редко можно встретить черный электрический шар. После стремительного спуска он движется горизонтально, примерно в метре от поверхности земли. Такая молния может неожиданно менять траекторию и так же неожиданно исчезнуть, высвободив при этом огромную энергию, из-за которой происходит плавление или же вовсе разрушение различных предметов. Живет она от десяти секунд до нескольких часов.

Спрайт-молния

Совсем недавно, в 1989 году, ученые обнаружили еще один вид молнии, который получил название спрайт . Открытие произошло совершенно случайно, потому что феномен наблюдается крайне редко и длится лишь десятые доли секунды. От других их отличает высота, на которой они появляются - примерно 50-130 километров, в то время как другие подвиды не преодолевают 15-километровый рубеж. Также спрайт-молния отличается огромным диаметром, который достигает 100 км. Они выглядят как вертикальные и вспыхивают группами. Их цвет различается в зависимости от состава воздуха: ближе к земле, где больше кислорода, они зеленые, желтые или белые, а вот под влиянием азота, на высоте более 70 км, они приобретают ярко-красный оттенок.

Поведение во время грозы

Все виды молний несут в себе необычайную опасность для здоровья и даже жизни человека. Чтобы избежать электрического удара, на открытой местности следует придерживаться следующих правил:

1. В данной ситуации в группу риска попадают самые высокие объекты, поэтому стоит избегать открытых местностей. Чтобы стать ниже, лучше всего присесть и положить голову и грудь на колени, в случае поражения эта поза защитит все жизненно важные органы. Ни в коем случае нельзя ложиться плашмя, чтобы не увеличивать площадь возможного попадания.
2. Также не стоит прятаться под высокими деревьями и Нежелательным укрытием будут и незащищенные конструкции или металлические объекты (например, навес для пикника).
3. Во время грозы нужно немедленно выйти из воды, потому что она является хорошим проводником. Попадая в нее, разряд молнии может с легкостью распространиться и на человека.
4. Ни в коем случае нельзя пользоваться мобильным телефоном.
5. Для оказания первой помощи пострадавшему лучше всего произвести сердечно-легочную реанимацию и немедленно вызвать службу спасения.

Правила поведения в доме

Внутри помещений тоже существует опасность поражения.

1. Если на улице началась гроза, первым делом нужно закрыть все окна и двери.
2. Необходимо отключить все электрические приборы.
3. Не приближаться к проводным телефонам и прочим кабелям, они являются прекрасными проводниками электричества. Таким же эффектом обладают и металлические трубы, поэтому не стоит находиться рядом с сантехникой.
4. Зная, как образуется шаровая молния и как непредсказуема ее траектория, если она все-таки попала в помещение, необходимо немедленно его покинуть и закрыть все окна и двери. Если же эти действия невозможны, лучше стоять неподвижно.

Природа все еще неподвластна человеку и несет многие опасности. Все виды молний - это, по своей сути, мощнейшие электрические разряды, которые в несколько раз превышают по мощности все искусственно созданные человеком источники тока.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Линейная молния.

Её рождение и методы использования.

Петрозаводск 2009 год

Список исполнителей:

Егорова Елена,

1 курс, гр.21102

Лебедев Павел,

1 курс, гр.21112

Шелегина Ирина,

1 курс, гр.21102

Молния. Общие сведения…………………………………….4

История. Теории происхождения……………………………5

Формирование молнии……………………………………….6

Молния. Общие сведения

Молния - это искровой разряд статического электричества, аккумулированного в грозовых облаках.

Длина линейной молнии составляет несколько километров, но может достигать 20 км и более.

Форма молнии обычно похожа на разветвленные корни разросшегося в поднебесье дерева.

Основной канал молнии имеет несколько ответвлений длиной 2-3 км.

Диаметр канала молнии составляет от 10 до 45 см.

Длительность существования молнии составляет десятые доли секунды.

Средняя скорость движения молнии 150 км/с.

Сила тока внутри канала молнии доходит до 200000 А.

Температура плазмы в молнии превышает 10000°С.

Напряженность электрического поля внутри грозового облака составляет от 100 до 300 вольт/см, но перед разрядом молнии в отдельных небольших объемах она может доходить до 1600 вольт/см.

Средний заряд грозового облака составляет 30-50 кулонов. В каждом разряде молнии переносится от 1 до 10 кулонов электричества.

Наряду с наиболее распространенной линейной молнией иногда встречаются ракетообразная, четочная и шаровая молнии. Ракетообразная молния наблюдается очень редко. Она длится 1-1,5 сек и представляет собой медленно развивающийся между облаками разряд. К весьма редким видам молнии следует отнести и четочную. Она имеет общую длительность 0,5 сек и представляется глазу на фоне облаков в виде светящихся четок диаметром около 7 см. Шаровая молния в большинстве случаев представляет собой сферическое образование диаметром у земной поверхности 10-20 см, а на высоте облаков до 10 м.

На Земле ежесекундно наблюдается в среднем около 100 разрядов линейной молнии, средняя мощность, которая затрачивается в масштабе всей Земли на образование гроз равняется 1018 эрг/сек. То есть, энергия, выделяющаяся при выпадении осадков из грозового облака, значительно превышает его электрическую энергию.

2. История изучения природы молний и первоначальные «теории» обьяснения этого природного явления

Молния и гром первоначально воспринимались людьми как выражение воли богов и,

в частности, как проявление божьего гнева. Вместе с тем пытливый человеческий

ум с давних времен пытался постичь природу молний и грома, понять их

естественные причины. В древние века над этим размышлял Аристотель. Над

природой молний задумывался Лукреций. Весьма наивно представляются его

попытки объяснить гром как следствие того, что «тучи сшибаются там под

натиском ветров».

Многие столетия, включая и средние века, считалось, что молния – это огненный

пар, зажатый в водяных парах туч. Расширяясь, он прорывает их в наиболее

слабом месте и быстро устремляется в низ, к поверхности земли. В 1929 Дж.Симпсон предложил теорию, которая объясняет электризацию дроблением дождевых капель потоками воздуха. В результате дробления падающие более крупные капли заряжаются положительно, а остающиеся в верхней части облака более мелкие – отрицательно. В теории свободной ионизации Ч.Вильсона предполагается, что электризация возникает как результат избирательного накопления ионов находящимися в атмосфере капельками разных размеров. Возможно, что электризация грозовых облаков осуществляется совместным действием всех этих механизмов, а основным из них является падение достаточно крупных частиц, электризуемых трением об атмосферный воздух.

В 1752 г Бенджамин Франклин экспериментально доказал, что молния – это

сильный электрический разряд. Ученый выполнил знаменитый опыт с воздушным

змеем, который был запущен в воздух при приближении грозы.

Опыт: На крестовине змея была укреплена заостренная проволочка,

к концу веревки привязаны ключ и шелковая лента, которую он удерживал рукой.

Как только грозовая туча оказалась над змеем, заостренная проволока стала

извлекать из нее электрический заряд, и змей вместе с бечевой наэлектризуется.

После того, как дождь смочит змея вместе с бечевкой, сделав их тем самым

свободными проводить электрический заряд, можно наблюдать как электрический

заряд будет «стекать» при приближении пальца.

Одновременно с Франклином, исследованием электрической природы молнии

занимались М.В. Ломоносов и Г.В.Рихман. Благодаря их исследованиям в середине 18 века была доказана электрическая природа молнии. С этого времени стало ясно, что молния представляет собой мощный электрический разряд, возникающий при достаточно сильной электризации туч.

3. Формирование молнии

Наиболее часто молния возникает в кучево-дождевых облаках, тогда они называются грозовыми; иногда молния образуются в слоисто-дождевых облаках, а также при вулканических извержениях, торнадо и пылевых бурях.

Обычно наблюдаются линейные молнии, которые относятся к безэлектродным разрядам, так как они начинаются (и кончаются) в скоплениях заряженных частиц. Это определяет их некоторые, до сих пор необъяснённые свойства, отличающие молнии от разрядов между электродами. Так, молнии не бывают короче нескольких сотен метров; они возникают в электрических полях значительно более слабых, чем поля при межэлектродных разрядах; сбор зарядов, переносимых молнией, происходит за тысячные доли секунды с мириадов мелких, хорошо изолированных друг от друга частиц, расположенных в объёме несколько км3. Наиболее изучен процесс развития молнии в грозовых облаках, при этом молнии могут проходить в самих облаках - внутриоблачные молнии, а могут ударять в землю - наземные молнии.

Для возникновения молнии необходимо, чтобы в относительно малом (но не меньше некоторого критического) объёме облака образовалось электрическое поле с напряжённостью, достаточной для начала электрического разряда (~ 1 МВ/м), а в значительной части облака существовало бы поле со средней напряжённостью, достаточной для поддержания начавшегося разряда (~ 0,1-0,2 МВ/м). В молнии электрическая энергия облака превращается в тепловую и световую.

Разряды молний могут происходить между соседними наэлектризованными облаками или между наэлектризованным облаком и землей. Разряду предшествует возникновение значительной разности электрических потенциалов между соседними облаками или между облаком и землей вследствие разделения и накопления атмосферного электричества в результате таких природных процессов, как дождь, снегопад и т.д. Возникшая таким образом разность потенциалов может достигать миллиарда вольт, а последующий разряд накопленной электрической энергии через атмосферу может создавать кратковременные токи от 3 до 200 кА.

4.Основные фазы первого и последующих

компонентов молнии

Родство молнии с искровым разрядом доказано еще работами Бенджамина Франклина два с половиной века назад. Произнося подобную фразу сегодня, правильнее упоминать две эти формы электрического разряда в обратной последовательности, ибо наиболее важные структурные элементы искры первоначально наблюдались у молнии и только затем были обнаружены в лаборатории. Причина столь нестандартной последовательности событий проста: разряд молнии имеет существенно большую длину, его развитие занимает больше времени, а потому для оптических регистрации молнии не требуется аппаратуры с особо высокой пространственной и временной разрешающей способностью. Первые и до сих пор впечатляющие развертки во времени разрядов молнии были выполнены с помощью простых фотокамер с механическим взаимным перемещение мобъектива и пленки (камер Бойса) еще в 30~е годы. Они позволили выявить две основные фазы процесса: лидерную и главную стадии.

В течение лидерной стадии в промежутке облако-земля или между облаками прорастает проводящий плазменный канал - лидер. Он рождается в области сильного электрического поля, безусловно достаточного для ионизации воздуха электронным ударом, но основную часть пути лидеру приходится прокладывать там, где напряженность внешнего поля (от заряда грозовых облаков) не превышает нескольких сотен вольт на сантиметр. Тем не менее, длина лидерного канала увеличивается, а это значит, что у его головки идет интенсивная ионизация, превращающая нейтральный воздух в хорошо проводящую плазму. Такое возможно, потому что лидер сам несет свое сильное поле. Оно создается объемным зарядом, сконцентрированным в области головки канала, и перемещается вместе с ней. Функцию проводника, гальванически связывающего головку лидера с точкой старта молнии, выполняет плазменный канал лидера. Лидер растет достаточно долго, до 0,01 с - целая вечность в масштабе быстротечных явлений импульсного электрического разряда. Все это время плазма в канале должна сохранять высокую проводимость. Такое невозможно без разогрева газа до температур, приближающихся к температурам электрической дуги (свыше 5000-6000 К). Вопрос о балансе энергии в канале, которая требуется для

его разогрева и для компенсации потерь, - один из самых важных в теории лидера.

Лидер - необходимый элемент любой молнии. У многокомпонентной вспышки с лидерного процесса начинается не только первый, но и все последующие компоненты. В зависимости от полярности молнии, направления ее развития и номера компонента (первый или какой-либо из последующих) механизм лидера может меняться, но суть явления сохраняется. Она заключается в формировании высокопроводящего плазменного канала за счет локального усиления электрического поля в ближайшей окрестности лидерной головки.

Главная стадия молнии (return stroke) начинается с момента контакта лидера с поверхностью земли или заземленным объектом. Чаще всего,это не непосредственный контакт. От вершины объекта может возникать и двигаться навстречу лидеру молнии собственный лидерный канал, называемый встречным лидером. Их встреча кладет начало главной стадии. Во время движения в промежутке облако-земля головка лидера молнии несла высокий потенциал, сравнимый с потенциалом грозового

облака в точке старта молнии (они отличаются падением напряжения на канале). После контакта, головка лидера принимает потенциал земли, а ее заряд стекает в землю. Со временем то же случается и с другими

участками канала, обладающими высоком потенциалом. Эта «разгрузка» происходит путем распространения по каналу от земли к облаку волны нейтрализации заряда лидера. Скорость волны приближается к скорости света, до 108 м/с. Между фронтом волны и землей по каналу течет

сильный ток, уносящий к земле заряд с «разгружающихся» участков канала. Амплитуда тока зависит от первоначального распределения потенциала вдоль канала. В среднем она близка к 30 кА, а для наиболее

мощных молний достигает 200-250 кА. Перенос столь сильного тока сопровождается интенсивным выделением энергии. Благодаря этому газ в канале быстро нагревается и расширяется; возникает ударная волна. Раскат грома - одно из ее проявлений. В энергетическом отношении главная стадия наиболее мощная. Она же характеризуется наиболее быстрым изменением тока. Крутизна его нарастания может превысить 1011 А/с - отсюда чрезвычайно мощное электромагнитное излучение, сопровождающее разряд молнии. Вот почему работающий радиоприемник или телевизор реагируют на грозу интенсив-

ными помехами, и это происходит на расстояниях в десятки километров.

Импульсы тока главной стадии сопровождают не только первый, но и все последующие компоненты нисходящей молнии. Это значит, что лидер каждого очередного компонента заряжает движущийся к земле

канал, а во время главной стадии часть этого заряда нейтрализуется и перераспределяется. Длительные раскаты грома - результат наложения звуковых волн, возбужденных импульсами тока всей совокупности

последующих компонентов. У восходящей молнии картина несколько иная. Лидер первого компонента

стартует от точки с нулевым потенциалом. По мере роста канала потенциал головки меняется постепенно, пока лидерный процесс не затормозится где-то в глубине грозового облака. Никакими быстрыми изменениями заряда это не сопровождается, а потому у первого компонента восходящей молнии главная

стадия отсутствует. Она наблюдается только у последующих компонентов, которые стартуют уже от облака и движутся к земле, ничем не отличаясь от последующих компонентов нисходящих молний.

В научном плане большой интерес представляет главная стадия межоблачных молний. На то что она существует, указывают раскаты грома, не менее громкие, чем при разрядах в землю. Ясно, что лидер межоблачной молнии стартует где-то в объеме одной заряженной области грозового облака (грозовой ячейке) и движется в направлении другой, противоположного знака. Заряженные области в облаке никак нельзя представлять в виде каких-то проводящих тел, подобных пластинам высоковольтного конденсатора, ибо заряды там распределены по объему радиусом в сотни метров и располагаются на малых каплях воды и кристалликах льда (гидрометеорах), не контактирующих друг с другом. Возникновение же главной стадии по своей физической сути необходимо предполагает контакт лидера молнии с высокопроводящим телом большой электрической емкости, сопоставимой или большей емкости лидера. Надо полагать при межоблачном разряде молнии в роли такого тела выступает одновременно возникший какой-либо другой плазменный канал, контактирующий затем с первым.

В измерениях у поверхности земли импульс тока главной стадии снижается по половины амплитудного значения в среднем примерно за 10 -4 с. Разброс этого параметра очень велик - отклонения от среднего в каждую сторону достигают почти порядка величины. Импульсы тока положительных молний, как правило, длительнее отрицательных, а импульсы первых компонентов длятся дольше последующих.

После главной стадии по каналу молнии в течение сотых, а иногда и десятых долей секунды может протекать слабо меняющийся ток порядка 100 А. В этой финальной стадии непрерывного тока канал молнии сохраняет свое проводящее состояние, а его температура удерживается на уровне дуговых. Стадия непрерывного тока может следовать за каждым компонентом молнии, в том числе и за первым компонентом восходящей молнии, у которой нет главной стадии. Иногда на фоне непрерывного тока

наблюдаются всплески тока длительностью порядка 10 -3 с и амплитудой до 1 кА. Они сопровождаются увеличением яркости свечения канала.

5. Линейные молнии

Распространенная линейная молния, с которой многократно встречается любой человек, имеет вид разветвляющейся линии. величина силы тока в канале линейной молнии составляет в среднем 60 - 170 кА, зарегистрирована молния с током 290 кА. средняя молния несет энергию 250 кВт/час (900 Мдж). энергия, в основном, реализуется в виде световой, тепловой и звуковой энергий.

Разряд развивается за несколько тысячных долей секунды; при столь высоких токах воздух в зоне канала молнии практически мгновенно разогревается до температуры 30 000-33 000° С. в результате резко повышается давление, воздух расширяется - возникает ударная волна, сопровождающаяся звуковым импульсом - громом.

Перед и во время грозы изредка в темное время на вершинах высоких заостренных объектов (макушках деревьев, мачтах, вершинах острых скал в горах, крестах церквей, молниеотводах, иногда в горах у людей на голове, поднятой руке или у животных) можно наблюдать свечение, получившее название «огни святого Эльма». Это название дано в древности моряками, наблюдавшими свечение на вершинах мачт парусников. Свечение возникает из-за того, что на высоких заостренных предметах напряженность электрического поля, создаваемого статическим электрическим зарядом облака, особенно высока; в результате начинается ионизация воздуха, возникает тлеющий разряд и появляются красноватые языки свечения, временами укорачивающиеся и опять удлиняющиеся. не следует пытаться тушить эти огни, т.к. горения нет. при высокой напряженности электрического поля может появиться пучок светящихся нитей - коронный разряд, который сопровождается шипением. линейная молния также изредка может возникнуть и при отсутствии грозовых облаков. не случайно возникла поговорка - «гром среди ясного неба».

Линейные молнии

6.Физические процессы при разряде молний.

Молнии стартуют не только от облака к земле, или от заземленного объекта к облаку, но и от изолированных от земли тел (самолетов, ракет и др.). Попыткам прояснить механизмы перечисленных процессов мало помогают экспериментальные данные, относящиеся к самой молнии. Наблюдений, которые проливали бы свет именно на физическое существо явлений, почти нет. Поэтому приходится строить умозрительные схемы, активно привлекая результаты эксперимента и теории длинной лабораторной искры. Молния очень интересна своим физическим началом, но наиболее важно подробно рассмотреть главную стадию молнии

Главная стадия, или процесс разряда канала молнии, начинается с момента перекрытия промежутка между облаком и землей нисходящим лидером. Коснувшись земли или заземленного объекта, лидерный канал (для определенности пусть это будет отрицательный лидер) должен приобрести их нулевой потенциал, поскольку емкость земли «бесконечна». Нулевой потенциал приобретает и канал восходящего лидера, который является продолжением своего «близнеца» нисходящего. Заземление лидерного канала, несущего высокий потенциал, сопровождается сильным изменением распределенного вдоль него заряда. Перед началом главной стадии вдоль канала был распределен заряд τ 0 = C 0 . Здесь и в дальнейшем принесенный к земле, «начальный» для главной стадии потенциал обозначаем Ui. По-прежнему считаем его постоянным по длине обоих лидеров, игнорируя мало значащее для наших целей падение напряжения вдоль канала. Допустим, что в ходе главной стадии, как и в лидерной, канал можно характеризовать погонной емкостью Со, которая не меняется ни по его длине, ни во времени. Когда весь канал приобретает нулевой потенциал (U = 0), погонный заряд становится равным τ 1 = -CоUо(x). Часть канала, принадлежащая отрицательному нисходящему лидеру, не просто теряет свой отрицательный заряд, но приобретает положительный (Uо 0). Она не только разряжается, но и перезаряжается. Канал сопряженного положительного восходящего лидера высоко в облаке заряжается положительным зарядом еще сильнее (см рис.). Изменение погонного заряда за время главной стадии ∆τ = τ-τ о = -С о U i . При U i (х) = const изменение заряда одинаково по всей длине канала. Оно такое, как будто полностью разряжается длинный проводник (длинная линия), предварительно заряженный до напряжения Ui.

Измерения у земли показывают, что канал нисходящего лидера разряжается очень сильным током. В случае отрицательных молний импульс тока главной стадии с амплитудой IM ~ 10-100 кА длится 50-100 мкс по уровню 0,5. В течение примерно такого же времени вверх по каналу бежит хорошо видимый на фоторазвертках короткий яркий участок-головка главного канала. Скорость его v r ≈(1-0,5)с всего лишь в несколько раз меньше скорости света. Это естественно интерпретировать как распространение по каналу волны разряда, т.е. волны уменьшения потенциала и возникновения сильного тока. В области фронта волны, где потенциал резко падает по величине от U i и формируется сильный ток, вследствие интенсивного энергии выделения бывший лидерный канал разогревается до высокой температуры (по измерениям - до 30-35 кК). Потому фронт волны так ярко светится. Позади него канал, расширяясь, остывает и, теряя энергию на излучение, светится слабее. У процесса главной стадии имеется много общего с разрядом обычной длинной линии, образованной металлическим проводником.

Разряд линии также имеет волновой характер, и этот процесс послужил прототипом при формировании представлений о главной стадии молнии. Канал молнии разряжается много скорее, чем он заряжался во время своего роста со скоростью лидеров v l 10 -3 -10 -2)v r . Но изменения потенциала и погонного заряда в ходе заряжения и разряда - величины одного порядка: τ o =∆t. Соответственно скорости канал разряжается в v t /v l ~ 10 2 --10 3 раз более сильным током i M ~ ∆tv r нежели лидерный i L ~ t 0 V L ~ 100 А. Во столько же раз ориентировочно уменьшается и погонное сопротивление канала R 0 при переходе от лидерной стадии к главной. Причиной уменьшения сопротивления является нагрев канала при прохождении сильного тока, от чего возрастает проводимость плазмы. Сравнимы, следовательно, и сопротивления канала и стримерной зоны, по которым идет один и тот же ток. Значит, в единице длины лидерного канала диссипируется такая же по порядку величины энергия и она выражается через параметры лидера

Это дает Получается также, что среднее электрическое поле в канале лидера и за волной разряда в уже преобразованном канале одного порядка. Это согласуется с аналогичным заключением, которое можно сделать, рассматривая непосредственным образом установившиеся состояния в каналах лидерной и главной стадий молнии. Ситуация там подобна той, что имеет место в стационарной дуге. Но в сильноточных дугах поле в канале самом деле слабо зависит от тока. Из сказанного вытекает, что если в лидере и , то в установившемся состоянии за фронтом волны главной стадии должно быть , а полное омическое сопротивление всего канала молнии длиной в несколько километров оказывается порядка 102 Ом. Это сравнимо с волновым сопротивлением идеально проводящей длинной линии в воздухе Z, тогда как для лидерного канала той же длины полное сопротивление на 2 порядка больше Z. Соотношение между омическим сопротивлением участка линии, пройденного волной, и волновым сопротивлением характеризует степень затухания волны при распространении вдоль линии Если бы сопротивление канала не менялось, оставаясь на уровне лидерного, волна разряда канала молнии затухала бы и расплывалась, не пройдя и небольшой доли канала. Слишком быстро затухал бы и ток через точку замыкания канала на землю. Опыт говорит об обратном: видимая светящаяся головка имеет резкий фронт, и большой ток у земли регистрируется в течение всего времени ее подъема. Преобразование лидерного канала во время прохождения волны, приводящее к резкому уменьшения его погонного сопротивления, определяет весь ход процесса главной стадии молнии.

Опасные факторы воздействия молнии.

В связи с тем, что молния характеризуется большими величинами токов, напряжений и температур разряда, воздействие молнии на человека, как правило, завершается очень тяжелыми последствиями - обычно смертью. от удара молнии в мире в среднем ежегодно погибает около 3 000 человек, причем известны случаи одновременного поражения нескольких человек.

Разряд молнии проходит по пути наименьшего электрического сопротивления. так как между высоким объектом и грозовым облаком расстояние, а следовательно, и электрическое сопротивление, меньше, то молния, как правило, ударяет в высокие объекты, но не обязательно. например, если расположить рядом две мачты - металлическую и более высокую деревянную, то молния скорее всего ударит в металлическую мачту, хотя она ниже, потому что электропроводимость металла выше. молния также значительно чаще ударяет в глинистые и влажные участки, чем в сухие и песчаные, т.к. первые обладают большей электропроводностью.

Например, в лесу молния действует тоже избирательно. Дерево при ударе молнии расщепляется. механизм этого следующий: древесный сок и влага на участке прохождения разряда мгновенно испаряются и расширяются, при этом создаются огромные давления,

которые и разрывают древесину. Аналогичный эффект, сопровождающийся разлетом щепок, может иметь место при ударе молнии в стену деревянного строения. поэтому нахождение под высоким деревом во время грозы опасно.

Опасно находиться во время грозы на воде или вблизи нее, т.к. вода и участки земли у воды имеют большую электропроводность. в то же время нахождение во время грозы внутри железобетонных зданий, металлических строений (например, металлических гаражей) безопасно для человека.

Кроме поражения людей и животных линейная молния довольно часто является причиной возникновения лесных пожаров, а также жилых и производственных зданий, особенно в сельской местности.

Во время грозы находиться в городе менее опасно, чем на открытой местности, так как стальные конструкции и высокие здания хорошо выполняют функцию молниеотводов.

Полностью или частично закрытая электропроводная поверхность образует так называемую «камеру фарадея» внутри которой не может образоваться сколько-нибудь значительный и опасный для человека потенциал. поэтому пассажиры внутри автомобиля с цельнометаллическим кузовом, трамвая, троллейбуса, вагона поезда находятся во время грозы в безопасности, пока не выйдут наружу или не начнут открывать окна.

Молния может ударить в самолет, но так как современные самолеты является цельнометаллическими, пассажиры достаточно надежно защищены от поражения разрядом.

статистика показывает, что на 5000-10000 летных часов приходится один удар молнии в самолет, к счастью, почти все поврежденные самолеты продолжают полет. среди различных причин авиакатастроф, таких, как оледенение, ливень, туман, снег, буря, смерч, молния занимает последнее место, но все равно полеты самолетов во время грозы запрещаются.

В известную всему миру Эйфелеву башню в Париже при грозе молнии ударяют почти всегда, но для находящихся на смотровой площадке людей это не представляет опасности, т.к. ажурная металлическая решетка башни образует камеру фарадея, являющуюся великолепной защитой от поражения электрической молнией.

Признаком того, что вы находитесь в электрическом поле, могут послужить вставшие дыбом волосы, которые начнут издавать легкое потрескивание. Но это только сухие волосы.

Если молния вас задела, но вы еще в состоянии думать, следует как можно скорее обратиться к врачу. Медики полагают, что человек, выживший после удара молнии, даже не получив сильных ожогов головы и тела, впоследствии может получить осложнения в виде отклонений в сердечно-сосудистой и невралгической деятельности от нормы.

Молния ударяет в Эйфелеву башню, фотография 1902 г.

8.Как часто поражает молния?

Удары молнии в наземные сооружения. Из повседневного опыта известно, что чаще всего молния ударяет в высокие сооружения, особенно в те, что главенствуют над окружающей местностью. На равнине большинство ударов приходится в отдельно стоящие мачты, башни, дымовые трубы и т.п. В горной местности часто страдают и невысокие сооружения, если они стоят на отдельных высоких холмах или на вершине горы. На житейском уровне объяснение тому простое: электрическому разряду, каковым является молния, легче перекрыть более короткое расстояние до возвышающегося объекта. Так, в мачту высотой 30 м в среднем по Европе приходится 0,1 удар молнии за год (одно поражение за 10 лет), тогда как для уединенного стометрового объекта их почти в 10 раз больше. При более внимательном отношении столь резкая зависимость числа ударов от высоты уже не кажется тривиальной. Средняя высота точки старта нисходящей молнии около 3 км и даже 100 метровая высота-лишь 3 % расстояния между облаком и землей. Случайные искривления меняют полную длину траектории в десятки раз сильнее. Приходится допустить, что конечная приземная стадия развития молнии отличается какими-то особыми процессами, которые достаточно жестко предопределяют последний участок пути. Эти процессы приводят к ориентировке нисходящего лидера, его притяжению к высоким объектам.

Из опыта научных наблюдений за молниями можно говорить о приблизительно квадратичной зависимости числа ударов N M от высоты h сосредоточенных объектов (у них h много больше всех других размеров); для протяженных же, длины I , таких как воздушная линия электропередачи, N M ~ h i . Это наводит на мысль о существовании некоторого эквивалентного радиуса стягивания молний R э ~ h. Все молнии, смещенные от объекта по горизонтали на расстояние г R э попадают в него, остальные проходят мимо. Такая примитивная схема ориентировки в целом приводит к правильному результату. Для оценок можно использовать R э ~ 3h, а число ударов молнии на единицу невозмущенной поверхности земли в единицу времени n м извлечь из данных метеонаблюдений. По ним строятся специальные карты интенсивности грозовой деятельности. В европейской тундре n м R э = 0,3 км и для нее

удар за год, если ориентироваться на среднюю цифру n м = 3,5 км -2 год -1 Оценка имеет смысл для равнинной местности и только для не слишком высоких объектов h

Поражение человека

Радиус стягивания молний в человека всего 5-6 м, площадь стягивания - не более 10 -4 км 2 . На деле жертв у молнии намного больше и прямой удар здесь не при чем. Человеческий опыт не рекомендует в грозу находиться в лесу, тем более, на открытой местности, у высоких деревьев. И это правильно. Дерево примерно в 10 раз выше человека и молния попадает в него в 100 раз чаще. Находясь под древесной кроной, человек имеет заметный шанс оказаться в зоне растекания тока молнии, что не безопасно. После удара молнии в вершину дерева ее ток I M распространяется по неплохо проводящему стволу, а затем через корни растекается в земле. Корневая система дерева становится как бы естественным заземлителем. Благодаря току, в земле появляется электрическое поле , где р - удельное сопротивление грунта, j - плотность тока. Пусть ток растекается в грунте строго симметрично. Тогда эквипотенциали представляют собой полусферы с диаметральной плоскостью на поверхности земли. Плотность тока на расстоянии г от ствола дерева j(r) =,

разность потенциалов между близкими точками равна ∆ U =. Если, например, человек стоит на расстоянии r ≈ 1 м от центра ствола дерева боком к дереву, а расстояние между его ступнями ∆r ≈ 0,3 м, то для средней по силе молнии с током I м = 30 кА, перепад напряжения на поверхности грунта с р = составляет . Это напряжение оказывается приложенным к подошвам обуви, а после их неизбежного очень быстрого пробоя - к телу человека. То, что человек пострадает, а скорее всего будет убит, сомнений не вызывает - слишком велико действующее на него напряжение. Заметим, что оно пропорционально ∆r. Это значит, что стоять, широко расставив ноги, много опаснее, чем по стойке смирно с плотно сжатыми ступнями, а лежать по радиусу от дерева еще опаснее, потому что в этом случае расстояние между крайними точками, контактирующими с грунтом, становится равным росту

человека. Лучше всего, подобно аисту, замереть на одной ноге, но такие советы легче давать, чем выполнить. Кстати сказать, крупных животных молния поражает чаще, чем человека, в том числе и потому, что у них больше расстояние между ногами.

Если у вас дача с молниеотводом и для нее сооружен специальный заземлитель, проследите, чтобы во время грозы поблизости от заземлителя и заземляющего спуска к нему не было людей. Ситуация здесь аналогична только что рассмотренной.

7. Правила поведения во время грозы.

Вспышку молнии мы видим практически мгновенно, т.к. свет распространяется со скоростью 300 000 км/с. скорость распространения звука в воздухе равна примерно 344 м/с, т.е. примерно за 3 секунды звук проходит 1 километр. таким образом, разделив время в секундах между вспышкой молнии и последовавшим за ней первым раскатом грома, определим расстояние в километрах до нахождения грозы.

Если эти промежутки времени уменьшаются, то гроза приближается, и необходимо принять меры защиты от поражения молнией. Молния опасна тогда, когда за вспышкой тут же следует раскат грома, т.е. грозовое облако находится над вами, и опасность удара молнии наиболее вероятна. Ваши действия перед грозой и во время ее должны быть следующими:

не выходить из дома, закрыть окна, двери и дымоходы, позаботиться, чтобы не было сквозняка, который может привлечь шаровую молнию.

во время грозы не топить печку, т.к. дым, выходящий из трубы, имеет высокую электропроводность, и вероятность удара молнии в возвышающуюся над крышей трубу возрастает;

радио и телевизоры отключить от сети, не пользоваться электроприборами и телефоном (особенно важно для сельской местности);

во время прогулки спрятаться в ближайшем здании. Особенно опасна гроза в поле. При поиске укрытия отдайте предпочтение металлической конструкции больших размеров или конструкции с металлической рамой, жилому дому или другой постройке, защищенной молниеотводом;если нет возможности укрыться в здании, не надо прятаться в небольших сараях, под одинокими деревьями;

не находиться на возвышенностях и открытых незащищенных местах, вблизи металлических или сетчатых оград, крупных металлических объектов, влажных стен, заземления молниеотвода;

при отсутствии укрытия лечь на землю, при этом предпочтение следует отдать сухому песчаному грунту, удаленному от водоема;

если гроза застала вас в лесу, необходимо укрыться на низкорослом участке. Нельзя укрываться под высокими деревьями, особенно соснами, дубами, тополями. Лучше находиться на расстоянии 30 м от отдельного высокого дерева. обратите внимание - нет ли рядом деревьев, ранее пораженных грозой, расщепленных. лучше держаться в таком случае подальше от этого места. обилие пораженных молнией деревьев свидетельствует, что грунт на данном участке имеет высокую электропроводность, и удар молнии в этот участок местности весьма вероятен;

во время грозы нельзя находиться на воде и у воды - купаться, ловить рыбу. необходимо подальше отойти от берега;

в горах отойдите от горных гребней, острых возвышающихся скал и вершин. при приближении грозы в горах нужно спуститься как можно ниже. металлические предметы - альпинистские крючья, ледорубы, кастрюли, собрать в рюкзак и спустить на веревке на 20-30 м ниже по склону;

во время грозы не занимайтесь спортом на открытом воздухе, не бегайте, т.к. считается, что пот и быстрое движение «притягивает» молнию;

если вы застигнуты грозой на велосипеде или мотоцикле, прекратите движение и переждите грозу на расстоянии примерно 30 м от них;

8. Технология использования энергии молнии.

Китайские ученые разработали технологию использования энергии молнии в научных и промышленных целях,

"Новая разработка позволяет захватывать молнию в воздухе и перенаправлять ее в коллекторы на земле для исследований и использования", - сообщил сотрудник института атмосферной физики Це Сюшу.

Для захвата молнии будут использоваться оснащенные специальными громоотводами ракеты, которые будут запускать в центр грозового облака. Ракета YL-1 должна стартовать за несколько минут до удара молнии.

"Проверки показали, что точность запусков составляет 70%", - сообщили разработчики аппарата.

Энергия молнии, а также производимое ей электромагнитное излучение будут использоваться для генной модификации сельскохозяйственных пород и производства полупроводников.

Кроме того, новая технология позволит значительно снизить экономический ущерб от гроз, поскольку разряды будут уходить в безопасные места. По статистике, в КНР от удара молнии ежегодно гибнет около тысячи человек. Экономический ущерб от гроз в Китае достигает 143 миллионов долларов в год.

Исследователи также пытаются найти способ использования молний в энергетике. По данным ученых, один разряд молнии производит миллиарды киловатт электричества. По всему миру каждую секунду происходит 100 ударов молний - это огромный источник электроэнергии.

Список литературы:

Стекольников И. К., Физика молнии и грозозащита, М. - Л., 1943;

Имянитов И. М., Чубарина Е. В., Шварц Я. М., Электричество облаков, Л., 1971;

Renema.py, Молния.URL: http :// www . renema . ru / Info / molniya _ priroda . shtml

История молнии. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/ Молния

Имянитов И.М., Чубарина Е.В., Шварц Я.М. Электричество облаков. Л., 1971

Наука и техника: Физика. URL: http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/fizika/MOLNIYA.html

Автономные светящиеся образования в открытом воздухе. URL: http://elibrary.ru/item.asp?id=9199806

Базелян Э.М., Райзер Ю.П. Физика молнии и молниезащиты. М.: Физматлит, 2001.

Скорее всего, многие читатели сайта « Новости наук о Земле » знают, что есть несколько видов молний, однако даже наиболее образованные люди иногда не подозревают о том, сколько же в действительности бывает видов молний. Оказывается, их больше десяти видов, и обзоры наиболее интересных молний приводятся в этой статье. Естественно, здесь не только голые факты, но и реальные фотографии реальных же молний. Честно говоря, у авторов вызывает удивление профессионализм фотографов, способных запечатлеть эти атмосферные явления настолько четко.

Итак, виды молний будут рассматриваться по порядку, от наиболее часто встречающихся линейных молний до редчайших спрайтовых молний. Каждому виду молний приводится одно или более фото, которые помогают понять, что же на самом деле представляет собой такая молния.

Итак, начнем с линейной молнии туча-земля

Как получить такую молнию? Да очень просто — все, что требуется, это пара сотен кубических километров воздуха, достаточная для образования молнии высота и мощный тепловой двигатель — ну, к примеру, Земля. Готовы? Теперь возьмем воздух и последовательно начнем его нагревать. Когда он начнет подниматься, то с каждым метром подъема нагретый воздух охлаждается, постепенно становясь холоднее и холоднее. Вода конденсируется во все более крупные капли, образуя грозовые облака. Помните те темные тучи над горизонтом, при виде которых замолкают птицы и перестают шелестеть деревья? Так вот, это и есть грозовые облака, которые рождают молнии и гром.

Ученые считают, что молнии образуются в результате распределения электронов в облаке, обычно позитивно заряжен верх облака, а негативно — из. В результате получаем очень мощный конденсатор, который может время от времени разряжаться в результате скачкообразного преобразования обычного воздуха в плазму (это происходит из-за все более сильной ионизации атмосферных слоев, близких к грозовым тучам). Плазма образует своеобразные каналы, которые, при соединении с землей, и служат отличным проводником для электричества. Облака постоянно разряжаются по этим каналам, и мы видим внешние проявления данных атмосферных явлений в виде молний.

Кстати, температура воздуха в месте прохождения заряда (молнии) достигает 30 тысяч градусов, а скорость распространения молнии — 200 тысяч километров в час. В общем и целом, нескольких молний вполне хватило для электроснабжения небольшого города на несколько месяцев.

Молния земля- облако

И такие молнии бывают. Образуются они в результате накапливающегося электростатического заряда на вершине самого высокого объекта на земле, что делает его весьма «привлекательным» для молнии. Такие молнии образуются в результате «пробивания» воздушной прослойки между вершиной заряженного объекта и нижней частью грозовой тучи.

Чем выше объект, тем больше вероятность того, что молния в него ударит. Так что правду говорят — не стоит прятаться от дождя под высокими деревьями.

Молния облако-облако

Да, молниями могут «обмениваться» и отдельные облака, поражающие электрическими зарядами друг друга. Все просто — поскольку верхняя часть облака заряжена позитивно, а нижняя — негативно, рядом стоящие грозовые облака могут простреливать электрическими зарядами друг друга.

Довольно частым явлением является молния пробивающая одно облако, и гораздо более редким явлением является молния, которая исходит от одного облака к другому.

Горизонтальная молния

Эта молния не бьет в землю, она распространяется в горизонтальной плоскости по небу. Иногда такая молния может распространяться по чистому небу, исходя от одной грозовой тучи. Такие молнии очень мощные и очень опасные.

Ленточная молния

Эта молния выглядит как несколько молний, идущих параллельно друг другу. В образовании их нет никакой загадки — если дует сильный ветер, он может расширять каналы из плазмы, о которых мы писали выше, и в результате образуется вот такая вот дифференцированная молния.

Бисерная (пунктирная молния)

Это очень, очень редкая молния, существует, да, но как она образуется — пока что можно только догадываться. Ученые предполагают, что пунктирная молния образуется в результате быстрого остывания некоторых участков трека молнии, что и превращает обычную молнию в пунктирную. Как видим, такое объяснение явно нуждается в доработке и дополнении.

Спрайтовые молнии

До сих пор мы говорили только о том, что случается ниже облаков, или на их уровне. Но оказывается, что некоторые виды молний бывают и выше облаков. О них было известно со времени появления реактивной авиации, но вот сфотографированы и сняты на видео эти молнии были только в 1994 году. Больше всего они похожи на медуз, правда? Высота образования таких молний — около 100 километров. Пока что не очень понятно, что они из себя представляют.

Вот фото и даже видео уникальных спрайтовых молний. Очень красиво, не так ли?

Шаровые молнии

Некоторые люди утверждают, что шаровых молний не бывает. Другие размещают видео шаровых молний на YouTube и доказывают, что все это — реальность. В общем, ученые пока твердо не уверены в существовании шаровых молний, а наиболее известным доказательством их реальности является фото, сделанное японским студентом.

Огни Святого Эльма

Это, в принципе и не молнии, а просто явление тлеющего разряда на конце различных острых объектов. Огни Святого Эльма были известны в древности, сейчас они детально описаны и запечатлены на пленку.

Вулканические молнии

Это очень красивые молнии, которые появляются при извержении вулкана. Вероятно, газо-пылевой заряженный купол, пробивающий сразу несколько слоев атмосферы, вызывает возмущения, поскольку сам несет довольно значительный заряд. Выглядит все это очень красиво, но жутковато. Ученые пока не знают точно, почему такие молнии образуются, и существует сразу несколько теорий, одна из которых и изложена выше.

Вот несколько интересных фактов о молниях, которые не так часто публикуются:

* Типичная молния длится около четверти секунды и состоит из 3-4 разрядов.

* Средняя гроза путешествует со скоростью 40 км в час.

* Прямо сейчас в мире гремят 1800 гроз.

* В американский Эмпайр-стейт-билдинг молния ударяет в среднем 23 раза в год.

* В самолеты молния попадает в среднем один раз на каждые 5-10 тысяч летных часов.

* Вероятность быть убитым молнией составляет 1 к 2 000 000. Такие же шансы у каждого из нас умереть от падения с кровати.

* Вероятность увидеть шаровую молнию хотя бы раз в жизни составляет 1 к 10 000.

* Люди, в которых попала молния, считались отмеченными богом. А если они погибали, то якобы попадали прямо на небеса. В древности жертв молнии хоронили на месте гибели.

Что следует делать при приближении молнии?

В доме

* Закройте все окна и двери.
* Выключите из розеток все электроприборы. Не прикасайтесь к ним, в том числе к телефонам, во время грозы.
* Не подходите к ваннам, кранам и раковинам, поскольку металлические трубы могут проводить электричество.
* Если в комнату залетела шаровая молния, постарайтесь выйти побыстрее и закройте дверь с другой стороны. Если не удается — хотя бы замрите на месте.

На улице

* Постарайтесь зайти в дом или в машину. В машине не прикасайтесь к металлическим частям. Автомобиль не должен быть припаркован под деревом: вдруг молния ударит в него и дерево свалится прямо на вас.
* Если укрытия нет, выйдите на открытое пространство и, согнувшись, прижмитесь к земле. Но просто ложиться нельзя!
* В лесу лучше укрыться под низкими кустами. НИКОГДА не стойте под отдельно стоящим деревом.
* Избегайте башен, оград, высоких деревьев, телефонных и электрических проводов, автобусных остановок.
* Держитесь подальше от велосипедов, мангалов, других металлических предметов.
* Не подходите к озеру, реке или другим водоемам.
* Снимите с себя все металлическое.
* Не стойте в толпе.
* Если вы находитесь в открытом месте и вдруг чувствуете, что волосы встали дыбом, или слышите странный шум, исходящий от предметов (это значит, молния вот-вот ударит!), нагнитесь вперед, положив руки на колени (но не на землю). Ноги должны быть вместе, пятки прижаты друг к другу (если ноги не соприкасаются, разряд пройдет через тело).
* Если гроза застала вас в лодке и к берегу приплыть вы уже не успеваете, пригнитесь ко дну лодки, соедините ноги и накройте голову и уши.