Видове физика на мълнията. Какви са видовете мълния? Какво да правим, когато се приближава мълния

"физическо явление"

Гигантски електрически искров разряд в атмосферата, обикновено проявяващ се с ярка светкавица и придружаващ гръм. Електрическата природа на мълнията е разкрита в изследванията на американския физик Б. Франклин, въз основа на които е проведен експеримент за извличане на електричество от гръмотевичен облак.

Най-често мълнията възниква в купесто-дъждовни облаци, тогава те се наричат гръмотевични облаци; понякога мълнии се образуват в облаци от слоесто-нимбо, както и по време на вулканични изригвания, торнадо и прашни бури.

Процесът на развитие на земната мълния се състои от няколко етапа. На първия етап, в зоната, където електрическото поле достига критична стойност, започва ударна йонизация, първоначално създадена от свободни електрони, които винаги присъстват в малко количество във въздуха, които под действието на електрическо поле придобиват значителни скорости към земята и, сблъсквайки се с въздушни атоми, ги йонизират. Че. появяват се електронни лавини, превръщайки се в нишки от електрически разряди - стримери, които са добре проводими канали, които, сливайки се, пораждат ярък термично йонизиран канал с висока проводимост - стъпков лидер.

Движението на лидера към земната повърхност става на стъпки от няколко десетки метра със скорост ~ 5 * 10 000 000 m / sec, след което движението му спира за няколко десетки микросекунди и блясъкът е силно отслабен; след това в следващия етап лидерът отново напредва няколко десетки метра.Ярка светлина покрива всички изминати стъпки; след това отново следва спиране и отслабване на блясъка. Тези процеси се повтарят, когато лидерът се движи към земната повърхност със средна скорост 2*100 000 м/сек. С придвижването на лидера към земята, силата на полето в края му се увеличава и под действието му от стърчащите на земната повърхност обекти се изхвърля ответен стример, свързващ се с лидера.

светкавични форми

Линейна мълния

Разрядът на линейна мълния възниква между облаци, вътре в облак или между облак и земята и обикновено има дължина около 2-3 km, но има мълнии с дължина до 20-30 km.

Прилича на прекъсната линия, често с множество разклонения. Цвят на светкавицата - бял, жълт, син или червеникав

Най-често диаметърът на нишката на такава мълния достига няколко десетки сантиметра. Този тип е най-често срещаният; най-често го виждаме. Линейната мълния се появява, когато електрическото поле на атмосферата е до 50 kV / m, потенциалната разлика в пътя й може да достигне стотици милиони волта. Токът на мълния от този вид е около 10 хиляди ампера. Гръмотевичен облак, който произвежда линеен разряд на мълния на всеки 20 секунди, има електрическа енергия от 20 милиона kW. Потенциалната електрическа енергия, съхранявана в такъв облак, е равна на енергията на мегатонна бомба.

Това е най-честата форма на мълния.

Плосък цип

Плоската мълния изглежда като разпръсната светкавица върху повърхността на облаците. Гръмотевичните бури, придружени само от плоски светкавици, се класифицират като слаби и обикновено се наблюдават само през ранна пролет или късна есен.

Цип с лента

Лентова мълния - няколко еднакви зигзагообразни изхвърляния от облаци към земята, успоредно изместени един спрямо друг с малки или никакви празнини.

мъниста мълния

Рядка форма на електрически разряд по време на гръмотевична буря, под формата на верига от светещи точки.Животът на мънистовата мълния е 1–2 секунди. Трябва да се отбележи, че траекторията на перлиста мълния често има вълнообразен характер. За разлика от линейната мълния, следата на мънистата мълния не се разклонява - това е отличителна черта на този вид.

ракетна мълния

Ракетната мълния е бавно развиващ се разряд, който продължава 1–1,5 секунди. Ракетната мълния е много рядка.

Кълбовидна мълния

Кълбовидната мълния е ярък светещ електрически заряд с различни цветове и размери. В близост до земята най-често изглежда като топка с диаметър около 10 см, по-рядко има формата на елипсоид, капка, диск, пръстен и дори верига от свързани топки. Продължителността на съществуването на кълбовидната мълния е от няколко секунди до няколко минути, цветът на сиянието е бял, жълт, светло син, червен или оранжев. Обикновено този вид светкавица се движи бавно, почти безшумно, придружено само от леко пращене, свистене, бръмчене или съскане. Кълбовидната мълния може да проникне в затворени пространства през пукнатини, тръби, прозорци.

Рядка форма на мълния, според статистиката има 2-3 кълбовидни мълнии на хиляда обикновени мълнии.

Природата на кълбовидната мълния не е напълно разбрана. Има много хипотези за произхода на кълбовидната мълния, от научни до фантастични.

завеса с цип

Мълнията на завесата изглежда като широка вертикална ивица светлина, придружена от тих тътен.

Обемна мълния

Масовата мълния е бяла или червеникава светкавица с ниски полупрозрачни облаци, със силен пукащ звук „отвсякъде“. По-често се наблюдава преди основната фаза на гръмотевична буря.

лентов цип

Ивица светкавица - силно наподобява полярното сияние, "положена настрани" - хоризонтални ивици светлина (3-4 ивици) са групирани една върху друга.

Елфи, джетове и спрайтове

Елфите (на английски Elves; Емисии на светлина и много нискочестотни смущения от източници на електромагнитни импулси) са огромни, но слабо светещи флаш-конуси с диаметър около 400 km, които се появяват директно от върха на гръмотевичен облак.

Джетовете са сини тръбни конуси.

Спрайтове - вид светкавица, която бие от облака. За първи път това явление е регистрирано през 1989 г. случайно. Много малко се знае за физическата природа на спрайтовете.

Джетове и елфи се образуват от върховете на облаците до долния край на йоносферата (90 километра над земната повърхност). Продължителността на тези сияния е част от секундата. За да се заснемат такива краткотрайни явления, е необходимо високоскоростно оборудване за изображения. Едва през 1994 г., летейки със самолет над голяма гръмотевична буря, учените успяха да заснемат тази невероятна гледка.

Други явления

мига

Светкавиците са бели или сини тихи светкавици, наблюдавани през нощта при частично облачно или ясно време. Светкавиците обикновено се появяват през втората половина на лятото.

Зърница

Zarnitsy - отражения на далечни високи гръмотевични бури, видими през нощта на разстояние до 150 - 200 km. Звукът от гръмотевица по време на мълния не се чува, небето е облачно.

Вулканична мълния

Има два вида вулканични мълнии. Единият възниква в кратера на вулкана, а другият, както се вижда на това изображение на вулкана Пуйехуе в Чили, наелектризира дима на вулкана. Водата и замръзналите частици пепел в дима се търкат една в друга и това причинява статични разряди и вулканични мълнии.

Светкавица Кататумбо

Светкавицата Кататумбо е невероятно явление, което се наблюдава само на едно място на нашата планета - при вливането на река Кататумбо в езерото Маракайбо (Южна Америка). Най-изненадващото при този вид светкавица е, че нейните разряди продължават около 10 часа и се появяват през нощта 140-160 пъти в годината. Светкавицата на Кататумбо се вижда ясно на доста голямо разстояние - 400 километра. Светкавици от този вид често се използват като компас, от което хората дори нарекоха мястото на наблюдението си - „Фар Маракайбо“.

Повечето казват, че мълнията на Кататумбо е най-големият единичен генератор на озон на Земята, т.к. ветровете, идващи от Андите, причиняват гръмотевични бури. Метанът, който е в изобилие в атмосферата на тези влажни зони, се издига до облаците, подхранвайки мълнии.

Федерална агенция за образование

Държавна образователна институция за висше професионално образование

ПЕТРОЗАВОДСК ДЪРЖАВЕН УНИВЕРСИТЕТ

Линейна мълния.

Неговото раждане и методи на използване.

Петрозаводск 2009 г

Списък на изпълнителите:

Егорова Елена,

1 курс, група 21102

Лебедев Павел,

1 курс, група 21112

Шелегина Ирина,

1 курс, група 21102

Светкавица. Обща информация…………………………………….4

История. Теории за произход……………………………5

Образуване на мълния……………………………………….6

Светкавица. Главна информация

Светкавицае искров разряд на статично електричество, натрупано в гръмотевични облаци.

Дължината на линейната мълния е няколко километра, но може да достигне 20 km или повече.

Формата на светкавицата обикновено е подобна на разклонените корени на дърво, израснало в небето.

Основният мълниеприемник има няколко клона с дължина 2-3 км.

Диаметърът на мълниеотводния канал е от 10 до 45 cm.

Продължителността на съществуването на мълнията е десети от секундата.

Средната скорост на светкавицата е 150 km/s.

Силата на тока в канала на мълнията достига 200 000 А.

Температурата на плазмата при мълния надвишава 10 000°C.

Напрегнатостта на електрическото поле вътре в гръмотевичен облак варира от 100 до 300 волта/см, но преди разряд на мълния в отделни малки обеми може да достигне до 1600 волта/см.

Средният заряд на гръмотевичен облак е 30-50 кулона. При всеки разряд на мълния се прехвърлят от 1 до 10 кулона електричество.

Наред с най-често срещаните линейни мълнии, понякога се срещат ракетни, перли и кълбовидни мълнии. Ракетната мълния е много рядка. Продължава 1-1,5 секунди и представлява разряд, който се развива бавно между облаците. Мънистата мълния също трябва да се припише на много редки видове мълния. Тя е с обща продължителност 0,5 секунди и се появява за окото на фона на облаците под формата на светещи броеници с диаметър около 7 см. Кълбовидната мълния в повечето случаи е сферично образувание с диаметър 10-20 см при земната повърхност, а на височината на облаците до 10 m.

На Земята се наблюдават около 100 линейни мълнии всяка секунда, средната мощност, изразходвана в мащаба на цялата Земя за образуване на гръмотевични бури, е 1018 erg / sec. Тоест, енергията, отделена по време на валеж от гръмотевичен облак, значително надвишава неговата електрическа енергия.

2. Историята на изучаването на природата на мълнията и първоначалните "теории" за обяснението на този природен феномен

Светкавицата и гръмотевицата първоначално са били възприемани от хората като израз на волята на боговете и,

по-специално, като проява на Божия гняв. В същото време любознателен човек

умът от древни времена се опитва да разбере природата на светкавицата и гръмотевицата, да ги разбере

естествени причини. В древността Аристотел е мислил за това. По-горе

Лукреций мисли за природата на мълнията. Много наивно

опити да се обясни гръмотевицата като следствие от факта, че „облаците се сблъскват там под

настъплението на ветровете."

В продължение на много векове, включително през Средновековието, се е смятало, че мълнията е огнена

пара, уловена в облаци от водна пара. Разширявайки се, тя пробива най-много през тях

слабо място и бързо се втурва надолу към повърхността на земята. През 1929 г. Дж. Симпсън предлага теория, която обяснява електрификацията чрез раздробяването на дъждовните капки от въздушните течения. В резултат на раздробяването, падащите по-големи капки се зареждат положително, докато по-малките, останали в горната част на облака, се зареждат отрицателно. В теорията на Ch.Wilson за свободната йонизация се приема, че наелектризирането възниква в резултат на селективно натрупване на йони от капчици с различни размери, разположени в атмосферата. Възможно е наелектризирането на гръмотевичните облаци да се извършва от съвместното действие на всички тези механизми, като основният е падането на достатъчно големи частици, наелектризирани от триене в атмосферния въздух.

През 1752 г. Бенджамин Франклин експериментално доказва, че мълнията е

силен електрически разряд. Ученият извършил известния експеримент с въздух

хвърчило, изстреляно във въздуха при наближаването на гръмотевична буря.

Опит: Заострена тел беше фиксирана върху напречната част на змията,

на края на въжето бяха завързани ключ и копринена лента, които той държеше с ръка.

Щом гръмотевичният облак беше над хвърчилото, заострената тел стана

извлече електрически заряд от него и хвърчилото, заедно с въжето за теглене, ще се наелектризират.

След дъжд намокря змията заедно с връвта, правейки ги по този начин

свободен да провежда електрически заряд, може да се наблюдава като електричен

зарядът ще се "източи", когато пръстът се приближи.

Едновременно с Франклин, изследването на електрическата природа на мълнията

били ангажирани с М.В. Ломоносов и Г. В. Ричман. Благодарение на техните изследвания в средата на 18 век е доказана електрическата природа на мълнията. Оттогава стана ясно, че мълнията е мощен електрически разряд, който възниква, когато облаците са достатъчно наелектризирани.

3. Оформяне на мълния

Обикновено се наблюдават линейни мълнии, които принадлежат към безелектродните разряди, тъй като започват (и завършват) в клъстери от заредени частици. Това определя някои от все още необяснените им свойства, които отличават мълнията от разрядите между електродите. И така, светкавицата не е по-къса от няколкостотин метра; те възникват в електрически полета, много по-слаби от полетата по време на междуелектродни разряди; Събирането на заряди, пренасяни от мълния, става за хилядни от секундата от безброй малки, добре изолирани частици, разположени в обем от няколко km3. Процесът на развитие на мълния в гръмотевични облаци е най-изучен, докато мълнията може да премине в самите облаци - вътрешнооблачна мълния и може да удари земята - земна мълния.

За да възникне мълния, е необходимо в относително малък (но не по-малък от определен критичен) обем на облака да се образува електрическо поле със сила, достатъчна да започне електрически разряд (~ 1 MV / m), а в значителна част от облака ще има поле със средна сила, достатъчна за поддържане на започналия разряд (~ 0,1-0,2 MV / m). При светкавицата електрическата енергия на облака се преобразува в топлина и светлина.

Гръмотевични разряди могат да възникнат между съседни електрифицирани облаци или между електрифициран облак и земята. Разрядът се предшества от появата на значителна разлика в електрическите потенциали между съседни облаци или между облак и земята поради отделянето и натрупването на атмосферно електричество в резултат на такива естествени процеси като дъжд, снеговалеж и др. Получената потенциална разлика може да достигне милиард волта, а последващото разреждане на натрупаната електрическа енергия през атмосферата може да създаде краткотрайни токове от 3 до 200 kA.

4. Основни фази на първата и следващите

светкавични компоненти

Сродството на мълния с искров разряд е доказано от трудовете на Бенджамин Франклин преди два века и половина. Изричайки такава фраза днес, би било по-правилно да се споменат тези две форми на електрически разряд в обратен ред, тъй като най-важните структурни елементи на искрата първоначално са били наблюдавани при мълния и едва след това са били открити в лабораторията. Причината за такава нестандартна последователност от събития е проста: мълниеносният разряд има значително по-голяма дължина, развитието му отнема повече време и следователно оптичното записване на мълния не изисква оборудване с особено висока пространствена и времева разделителна способност. Първите и все още впечатляващи времеви интервали на мълниеносни разряди бяха извършени с помощта на прости камери с механично взаимно движение на обектива и филма (камери Boyce) през 30-те години. Те позволиха да се идентифицират две основни фази на процеса: лидери У домаетапи.

По време на лидеретап в интервала облак-земя или между облаците покълва проводящ плазмен канал - лидер. Той се ражда в областта на силно електрическо поле, което със сигурност е достатъчно, за да йонизира въздуха с електронен удар, но лидерът трябва да проправи основната част от пътя, където силата на външното поле (от заряда на гръмотевични облаци ) не надвишава няколкостотин волта на сантиметър. Независимо от това, дължината на водещия канал се увеличава, което означава, че в главата му възниква интензивна йонизация, превръщайки неутралния въздух в високопроводима плазма. Това е възможно, защото лидерът сам носи своето силно поле. Създава се от обемен заряд, концентриран в областта на главата на канала и се движи заедно с него. Функцията на проводник, галванично свързващ главата на лидера с началната точка на мълнията, се изпълнява от плазмения канал на лидера. Лидерът расте за доста дълго време, до 0,01 s - цяла вечност в мащаба на мимолетните явления на импулсен електрически разряд. През цялото това време плазмата в канала трябва да поддържа висока проводимост. Това е невъзможно без нагряване на газа до температури, близки до температурите на електрическа дъга (над 5000-6000 K). Въпросът за баланса на енергията в канала, който е необходим за

неговото загряване и компенсиране на загубите - един от най-важните в теорията на лидера.

Лидерът е необходим елемент на всяка светкавица. При многокомпонентно изригване не само първият, но и всички следващи компоненти започват с водещия процес. В зависимост от полярността на мълнията, посоката на нейното развитие и броя на компонентите (първи или някой от следващите), водещият механизъм може да се промени, но същността на явлението остава същата. Състои се в образуването на високопроводим плазмен канал поради локалното усилване на електрическото поле в непосредствена близост до главата на лидера.

Основен етап на светкавицата(обратен удар) започва от момента, в който водачът докосне земята или заземен обект. Най-често това не е директен контакт. От върха на обекта може да възникне собствен водещ канал, наречен контра лидер, и да се придвижи към светкавичния лидер. Срещата им бележи началото на основната сцена. Докато се движи в пролуката облак-земя, главата на светкавичния лидер носи висок потенциал, сравним с потенциала на гръмотевична буря.

облаци в началната точка на светкавицата (те се различават по спада на напрежението в канала). След контакт водещата глава поема потенциала на земята и нейният заряд се оттича в земята. С времето същото се случва и с другите.

участъци от канала с висок потенциал. Това "разтоварване" се случва чрез разпространението на вълната за неутрализиране на заряда на лидера през канала от земята към облака. Скоростта на вълната се доближава до скоростта на светлината, до 108 m/s. Между фронта на вълната и земята тече през канала

силен ток, който носи заряд към земята от "разтоварващите" секции на канала. Амплитудата на тока зависи от първоначалното разпределение на потенциала по канала. Средно е близо до 30 kA, а за най-много

мощна мълния достига 200-250 kA. Прехвърлянето на такъв силен ток е придружено от интензивно освобождаване на енергия. Поради това газът в канала бързо се нагрява и разширява; възниква ударна вълна. Гръмотевицата е едно от неговите проявления. Енергийно основната сцена е най-мощна. Характеризира се и с най-бързата промяна на тока. Стръмността на неговото издигане може да надхвърли 1011 A / s - оттук и изключително мощното електромагнитно излъчване, което придружава мълния. Ето защо работещо радио или телевизор реагират интензивно на гръмотевична буря.

смущения, а това се случва на разстояния от десетки километри.

Токовите импулси на главния етап придружават не само първия, но и всички следващи компоненти на низходящата мълния. Това означава, че лидерът на всеки следващ компонент зарежда движещия се към земята.

канал, като по време на основния етап част от този заряд се неутрализира и преразпределя. Дългите удари на гръмотевици са резултат от суперпозицията на звукови вълни, възбудени от токови импулси на цялото население

последващи компоненти. За възходящата мълния картината е малко по-различна. Първи компонент лидер

започва от точка с нулев потенциал. С нарастването на канала потенциалът на главата се променя постепенно, докато процесът на лидер се забави някъде в дълбините на гръмотевичния облак. Това не е придружено от бързи промени в заряда и следователно първият компонент на възходящата мълния има основния

етапът липсва. Наблюдава се само в следващите компоненти, които започват вече от облака и се движат към земята, не се различават от следващите компоненти на низходяща мълния.

В научен план основният етап на междуоблачната мълния представлява голям интерес. Фактът, че съществува, е показан от гръмотевици, не по-малко силни, отколкото при изхвърляния в земята. Ясно е, че лидерът на междуоблачната мълния започва някъде в обема на една заредена област на гръмотевичен облак (гръмотевична клетка) и се движи в посока на друг, противоположен знак. Заредените области в облака по никакъв начин не могат да бъдат представени като някакви проводими тела, подобни на пластините на високоволтов кондензатор, тъй като зарядите там са разпределени в обем с радиус от стотици метри и са разположени на малки капки вода и ледени кристали (хидрометеори), които не контактуват помежду си. Появата на основното стъпало по своята физическа същност задължително предполага контакт на светкавичния лидер с високопроводимо тяло с голям електрически капацитет, сравним или по-голям от капацитета на лидера. Трябва да се приеме, че по време на междуоблачен разряд на мълния ролята на такова тяло играе някакъв друг плазмен канал, който е възникнал едновременно и след това е в контакт с първия.

При измервания в близост до земната повърхност импулсът на тока на основното стъпало намалява средно с половината от стойността на амплитудата за около 10 -4 s. Разпространението на този параметър е много голямо - отклоненията от средната стойност във всяка посока достигат почти порядък. Положителните импулси на ток на мълния като правило са по-дълги от отрицателните, а импулсите на първите компоненти продължават по-дълго от следващите.

След главния етап леко променлив ток от порядъка на 100 A може да тече през канала на мълния за стотни, а понякога и десети от секундата.В този последен етап на непрекъснат ток, каналът на мълния запазва проводимото си състояние и температурата си се поддържа на нивото на дъгата. Етап на непрекъснат ток може да следва всеки компонент на мълния, включително първия компонент на мълния нагоре по веригата, който няма основно стъпало. Понякога на фона на непрекъснат ток

наблюдават се изблици на ток с продължителност около 10 -3 s и амплитуда до 1 kA. Те са придружени от увеличаване на яркостта на сиянието на канала.

5. Линейни ципове

Широко разпространената линейна мълния, която всеки човек среща много пъти, изглежда като разклонена линия. величината на тока в канала на линейната мълния е средно 60 - 170 kA, мълнията е регистрирана с ток от 290 kA. средната мълния носи енергия от 250 kWh (900 MJ). енергията се реализира главно под формата на светлинна, топлинна и звукова енергия.

Разрядът се развива за няколко хилядни от секундата; при такива високи токове въздухът в зоната на канала на мълнията почти моментално се нагрява до температура от 30 000-33 000 ° C. В резултат на това налягането се повишава рязко, въздухът се разширява - възниква ударна вълна, придружена от звук импулс - гръм.

Преди и по време на гръмотевична буря, понякога на тъмно, по върховете на високи заострени предмети (върхове на дървета, мачти, върхове на остри скали в планините, кръстове на църкви, гръмоотводи, понякога в планините върху глави на хора, вдигнати ръце или животни) може да се наблюдава сияние, което е получило името "Огънят на Свети Елмо". Това име е дадено в древни времена от моряци, които са наблюдавали сиянието на върховете на мачтите на ветроходни кораби. Светенето възниква поради факта, че на високи, заострени обекти силата на електрическото поле, създадено от статичния електрически заряд на облака, е особено висока; в резултат на това започва йонизация на въздуха, възниква светещ разряд и се появяват червеникави светещи езици, понякога скъсени и отново удължени. не трябва да се правят опити за гасене на тези пожари, т.к няма горене. при висока напрегнатост на електрическото поле може да се появи лъч от светещи нишки - коронен разряд, който е придружен от съскане. линейна мълния понякога може да се появи и при липса на гръмотевични облаци. Неслучайно е възникнала поговорката – „гръм от ясно небе“.

Линейна мълния

6.Физични процеси при разряд на мълния.

Светкавицата тръгва не само от облак към земята или от заземен обект към облак, но и от изолирани от земята тела (самолети, ракети и др.). Опитите да се изяснят механизмите на тези процеси са малко подпомогнати от експериментални данни, свързани със самата мълния. Почти няма наблюдения, които да хвърлят светлина върху физическата същност на явленията. Ето защо е необходимо да се изграждат спекулативни схеми, включващи активно резултатите от експеримента и теорията за дълга лабораторна искра. Светкавицата е много интересна по своя физически произход, но най-важно е да се разгледа в детайли основният етап на мълнията.

Ж основният етап или процесът на разреждане на канала на мълнията започва от момента, в който празнината между облака и земята се затвори от низходящия лидер. Докосвайки земята или заземен обект, водещият канал (за по-голяма сигурност нека е отрицателен лидер) трябва да придобие своя нулев потенциал, тъй като капацитетът на земята е "безкраен". Нулев потенциал придобива и каналът на възходящия лидер, който е продължение на неговия "близнак" на низходящия. Заземяването на водещия канал, който носи висок потенциал, е придружено от силна промяна в разпределения по него заряд. Преди началото на основния етап зарядът τ 0 = C 0 беше разпределен по канала. Тук и в това, което следва, „първоначалният“ потенциал за основната сцена, донесена на земята, се обозначава с Ui. Както и преди, ние го считаме за постоянно по дължината на двата лидера, пренебрегвайки спада на напрежението по канала, който е от малко значение за нашите цели. Да приемем, че в хода на основния етап, както и в водещия етап, каналът може да се характеризира с капацитет Co, който не се променя нито по дължината, нито във времето. Когато целият канал придобие нулев потенциал (U = 0), линейният заряд става равен на τ 1 = -CоUо(x). Частта от канала, принадлежаща на отрицателния низходящ лидер, не само губи своя отрицателен заряд, но придобива положителен (Uо 0). Той не само се разрежда, но и презарежда. Каналът на спрегнатия положителен възходящ лидер високо в облака става още по-положително зареден (виж Фиг.). Изменение на линейния заряд през основния етап ∆τ = τ-τ o = -С o U i . Когато U i (x) = const, промяната на заряда е еднаква по цялата дължина на канала. Сякаш дълъг проводник (дълга линия), предварително зареден до напрежение Ui, е напълно разреден.

Измерванията близо до земята показват, че низходящият водещ канал се разрежда с много силен ток. В случай на отрицателна мълния токовият импулс на основното стъпало с амплитуда IM ~ 10-100 kA продължава 50-100 µs при ниво 0,5. За приблизително същото време кратък ярък участък, главата на главния канал, който се вижда ясно на фотографски сканирания, се движи нагоре по канала. Скоростта му v r≈(1-0.5)s е само няколко пъти по-малко от скоростта на светлината. Естествено е това да се тълкува като разпространение на разрядна вълна по канала, т.е. вълни с намаляващ потенциал и поява на силен ток. В областта на фронта на вълната, където потенциалът рязко спада по величина от U i и се образува силен ток, поради интензивното освобождаване на енергия, бившият лидерен канал се нагрява до висока температура (според измерванията до 30 –35 kK). Защото предната част на вълната свети толкова ярко. Зад него каналът, разширявайки се, се охлажда и, губейки енергия за радиация, свети по-слабо. Процесът на основния етап има много общо с изхвърлянето на обикновена дълга линия, образувана от метален проводник.

Линейният разряд също има вълнов характер и този процес служи като прототип при формирането на идеи за основния етап на мълнията. Светкавичният канал се разрежда много по-бързо, отколкото се зареждаше по време на растежа си със скоростта на лидерите v л 10 -3 -10 -2)v r. Но промените в потенциала и линейния заряд по време на зареждане и разреждане са от един и същи порядък: τ o =∆t. Според скоростта каналът се разрежда v t /v l ~ 10 2 -10 3 пъти по-силен ток i M ~ ∆tv r от водещия i L ~ t 0 V L ~ 100 A. Линейното съпротивление на канала R 0 приблизително намалява със същата сума при преход от лидерския етап към основния етап. Причината за намаляването на съпротивлението е нагряването на канала по време на преминаването на силен ток, което увеличава проводимостта на плазмата. Следователно съпротивленията на канала и зоната на стримера, през които протича един и същи ток, също са сравними. Това означава, че същият порядък на енергия се разсейва на единица дължина на водещия канал и се изразява чрез параметрите на лидера

Това дава Оказва се също, че средното електрическо поле във водещия канал и зад разрядната вълна във вече трансформирания канал е от един и същи порядък. Това е в съгласие с подобно заключение, което може да се направи чрез директно разглеждане на стационарните състояния в каналите на лидера и главните етапи на мълнията. Ситуацията там е подобна на тази в неподвижна дъга. Но при силнотокови дъги полето в канала всъщност е слабо зависимо от тока. От казаното следва, че ако във лидера и , то в стационарно състояние зад вълновия фронт на основното стъпало трябва да има , а общото омично съпротивление на целия канал на мълнията с дължина няколко километра се оказва около 102 ома. Това е сравнимо с вълновото съпротивление на идеално проводяща дълга линия във въздуха Z, докато за водещ канал със същата дължина общото съпротивление е 2 порядъка по-голямо от Z. Ако съпротивлението на канала не се промени, оставайки на нивото на лидера, разрядната вълна на канала на мълнията ще се навлажни и ще се разпространи, без да премине дори малка част от канала. Токът през точката земя-земя на канала също би изчезнал твърде бързо. Опитът подсказва обратното: видимата светеща глава има остър фронт и през цялото време на издигане се регистрира голям ток близо до земята. Трансформацията на водещия канал по време на преминаването на вълната, което води до рязко намаляване на нейното линейно съпротивление, определя целия ход на процеса на главния етап на мълнията.

Опасни фактори на излагане на мълния.

Поради факта, че мълнията се характеризира с високи токове, напрежения и температури на разряд, въздействието на мълния върху човек, като правило, завършва с много сериозни последици - обикновено смърт. около 3000 души умират всяка година от удар на мълния в света и са известни случаи на едновременно поражение на няколко души.

Мълниеносният разряд следва пътя на най-малкото електрическо съпротивление. тъй като разстоянието между висок обект и гръмотевичен облак, а оттам и електрическото съпротивление, е по-малко, светкавицата обикновено удря високи предмети, но не е задължително. например, ако поставите две мачти една до друга - метална и по-висока дървена, тогава има вероятност мълния да удари метална мачта, въпреки че е по-ниска, защото електропроводимостта на метала е по-висока. мълния също удря глинени и влажни зони много по-често от сухи и песъчливи, т.к Първите са по-електропроводими.

Например в гората мълнията също действа избирателно. Едно дърво се разцепва, когато го удари мълния. механизмът на това е следният: дървесният сок и влагата в зоната на изхвърляне моментално се изпаряват и разширяват, създавайки огромно налягане,

които чупят дървата. Подобен ефект, придружен от разпръскване на чипове, може да се получи, когато мълния удари стената на дървена конструкция. следователно да си под високо дърво по време на гръмотевична буря е опасно.

Опасно е да сте на или близо до вода по време на гръмотевична буря. водата и земята в близост до вода имат висока електропроводимост. в същото време, намирането в стоманобетонни сгради, метални конструкции (например метални гаражи) по време на гръмотевична буря е безопасно за хората.

Освен че нанасят щети на хора и животни, линейните мълнии често причиняват горски пожари, както и жилищни и промишлени сгради, особено в селските райони.

По време на гръмотевична буря да си в град е по-малко опасно, отколкото на открито, тъй като стоманените конструкции и високите сгради работят добре като гръмоотводи.

Напълно или частично затворена електропроводима повърхност образува така наречената "Фарадеева камера", вътре в която не може да се образува значителен и опасен за хората потенциал. следователно пътниците в автомобил с изцяло метална каросерия, трамвай, тролейбус, вагон са в безопасност по време на гръмотевична буря, докато не излязат навън или не започнат да отварят прозорци.

Мълнията може да удари самолет, но тъй като съвременните самолети са изцяло метални, пътниците са сравнително добре защитени от удари от разряд.

статистиката показва, че за 5000-10000 летателни часа има една мълния върху самолет, за щастие почти всички повредени самолети продължават да летят. сред различните причини за въздушни катастрофи, като заледяване, силен дъжд, мъгла, сняг, буря, торнадо, светкавицата заема последно място, но все пак полетите на самолети по време на гръмотевична буря са забранени.

Светкавицата почти винаги удря световноизвестната Айфелова кула в Париж по време на гръмотевична буря, но това не представлява опасност за хората на палубата за наблюдение, т.к. ажурната метална решетка на кулата образува фарадеева камера, която е отлична защита срещу електрически мълнии.

Признак, че сте в електрическо поле, може да е настръхнала коса, която ще започне да издава леко пращене. Но това е само суха коса.

Ако сте ударени от мълния, но все още можете да мислите, трябва да посетите лекар възможно най-скоро. Лекарите смятат, че човек, оцелял след удар от мълния, дори без тежки изгаряния на главата и тялото, впоследствие може да получи усложнения под формата на отклонения в сърдечно-съдовата и невралгичната дейност от нормата.

Мълния удря Айфеловата кула, снимка от 1902 г

8. Колко често удря мълния?

Мълнии удрят земни конструкции. От ежедневния опит се знае, че мълнията най-често удря високи конструкции, особено тези, които доминират наоколо. В равнината повечето удари са в свободно стоящи мачти, кули, комини и др. В планинските райони ниските сгради често страдат, ако стоят на отделни високи хълмове или на върха на планина. На световно ниво обяснението за това е просто: по-лесно е електрическият разряд, който е мълния, да блокира по-късо разстояние до извисяващ се обект. Например мачта с височина 30 метра средно в Европа има 0,1 мълнии годишно (един удар за 10 години), докато за самотен 100-метров обект те са почти 10 пъти повече. При по-внимателно отношение такава рязка зависимост на броя на ударите от височината вече не изглежда тривиална. Средната височина на началната точка на низходяща мълния е около 3 км, а дори 100 метра височина е само 3% от разстоянието между облака и земята. Случайните криви променят общата дължина на траекторията десет пъти по-силно. Трябва да признаем, че крайният повърхностен етап на развитие на мълнията се отличава с някои специални процеси, които доста твърдо предопределят последния участък от пътя. Тези процеси водят до ориентацията на низходящия лидер, привличането му към високи обекти.

От опита на научните наблюдения на мълнията може да се говори за приблизително квадратична зависимост на броя на ударите нМ от височина чконцентрирани обекти (те имат чмного по-голям от всички други размери); за удължените, дължини азкато въздушен електропровод, н M ~ h i . Това предполага съществуването на някакъв еквивалентен радиус на свиване на мълнията Р ъъъ~ч. Всички мълнии, изместени от обекта хоризонтално на разстояние r R ъъъпаднете в него, останалите минават. Такава примитивна схема на ориентация като цяло води до правилния резултат. За оценки можете да използвате Р ъъъ~ 3 часа; Въз основа на тях се изграждат специални карти на интензивността на гръмотевичната активност. В европейската тундра n m R ъъъ= 0,3 км и за нея

въздействие на година, ако се фокусираме върху средната цифра n m = 3,5 km -2 година -1 Оценката има смисъл за равен терен и само за не много високи обекти h

Човешко поражение

Радиусът на свиване на мълния в човек е само 5-6 m, площта на свиване е не повече от 10 -4 km 2. Всъщност мълнията има много повече жертви и директният удар няма нищо общо. Човешкият опит не препоръчва да сте в гора по време на гръмотевична буря, особено на открити места, близо до високи дървета. И е правилно. Едно дърво е около 10 пъти по-високо от човек и мълния го удря 100 пъти по-често. Намирайки се под корона на дърво, човек има забележим шанс да бъде в зоната на разпространение на тока на мълния, което не е безопасно. След удар на мълния във върха на дърво, токът му аз Мразпространява се по протежение на добре проводящ ствол и след това се разпространява през корените в земята. Кореновата система на дървото се превръща в естествен заземителен проводник. Поради тока в земята се появява електрическо поле, където p е съпротивлението на почвата, j е плътността на тока. Оставете тока да тече в почвата строго симетрично. Тогава еквипотенциалите са полукълба с диаметрална равнина на земната повърхност. Плътността на тока на разстояние r от ствола на дървото j(r) =,

потенциалната разлика между близки точки е равна на ∆ U=. Ако, например, човек стои на разстояние r ≈ 1 m от центъра на ствола на дърво отстрани на дърво и разстоянието между краката му е ∆r ≈ 0,3 m, тогава за среден ток на мълния азм\u003d 30 kA, спадът на напрежението на повърхността на почвата с p \u003d е . Това напрежение се прилага върху подметките на обувките, а след неизбежната им много бърза повреда - и върху човешкото тяло. Фактът, че човек ще страда и най-вероятно ще бъде убит, е без съмнение - стресът, който действа върху него, е твърде голям. Обърнете внимание, че е пропорционално на ∆r. Това означава, че стоенето с широко разтворени крака е много по-опасно от стоенето на място с плътно стиснати крака, а легналото по радиуса от дърво е още по-опасно, тъй като в този случай разстоянието между крайните точки в контакт със земята става равен на височината

човек. Най-добре е като щъркел да замръзне на единия крак, но такъв съвет е по-лесен за даване, отколкото за изпълнение. Между другото, мълния удря големи животни по-често от хората, също и защото те имат по-голямо разстояние между краката.

Ако имате вила с гръмоотвод и за него е изграден специален заземителен проводник, уверете се, че по време на гръмотевична буря няма хора в близост до заземителния проводник и заземяващото спускане към него. Ситуацията тук е подобна на току-що разгледаната.

7. Правила за поведение по време на гръмотевична буря.

Виждаме светкавица почти мигновено, т.к. светлината се движи със скорост 300 000 km/s. скоростта на разпространение на звука във въздуха е приблизително 344 m/s, т.е. Звукът изминава 1 километър за около 3 секунди. по този начин, разделяйки времето в секунди между светкавицата и първия удар на гръмотевицата, който я последва, ние определяме разстоянието в километри до мястото на гръмотевичната буря.

Ако тези интервали от време намалеят, тогава наближава гръмотевична буря и е необходимо да се вземат мерки за защита срещу удари на мълнии. Светкавицата е опасна, когато веднага последва светкавица, т.е. гръмотевичен облак е над вас и опасността да бъдете ударени от мълния е най-вероятна. Вашите действия преди и по време на гръмотевична буря трябва да бъдат както следва:

не излизайте от къщи, затворете прозорци, врати и комини, внимавайте да няма течение, което да привлича кълбовидни мълнии.

по време на гръмотевична буря не нагрявайте печката, т.к. димът, излизащ от комина, има висока електрическа проводимост и вероятността от удар на мълния в комин, издигащ се над покрива, се увеличава;

изключете радио и телевизори от мрежата, не използвайте електрически уреди и телефони (особено важно за селските райони);

по време на разходката се скрийте в най-близката сграда. Гръмотевичните бури са особено опасни в полето. Когато търсите подслон, дайте предпочитание на голяма метална конструкция или конструкция с метална конструкция, жилищна сграда или друга сграда, защитена с гръмоотвод; ако не е възможно да се скриете в сграда, не се крийте в малки навеси, под самотни дървета;

да не се намират на хълмове и открити необезопасени места, в близост до метални или мрежести огради, големи метални предмети, мокри стени, гръмоотводни заземители;

при липса на подслон, легнете на земята, като предпочитате суха пясъчна почва, отдалечена от резервоара;

ако гръмотевична буря ви застигна в гората, трябва да се скриете в закърнела зона. Не можете да се скриете под високи дървета, особено борове, дъбове, тополи. По-добре е да сте на разстояние 30 м от едно високо дърво. обърнете внимание дали има наблизо дървета, които преди това са били ударени от гръмотевична буря, разцепени. в този случай е по-добре да стоите далеч от това място. изобилието от дървета, ударени от мълния, показва, че почвата в тази област има висока електрическа проводимост и удар от мълния в тази област е много вероятно;

по време на гръмотевична буря не можете да сте на водата и близо до водата - плувайте, ловете риба. необходимо е да се отдалечите от брега;

в планините се отдръпнете от планински хребети, остри извисяващи се скали и върхове. когато наближава гръмотевична буря в планината, трябва да слезете възможно най-ниско. метални предмети - куки за катерене, ледени брадви, саксии, събирайте в раница и спускайте по въже 20-30 м надолу по склона;

по време на гръмотевична буря не спортувайте на открито, не бягайте, т.к. смята се, че потта и бързото движение "привличат" мълния;

ако попаднете в гръмотевична буря на велосипед или мотоциклет, спрете да се движите и изчакайте гръмотевичната буря на разстояние около 30 м от тях;

8. Технология на светкавичната енергия.

Китайски учени са разработили технология за използване на енергия от мълния за научни и промишлени цели,

„Новата разработка прави възможно улавянето на светкавици във въздуха и пренасочването им към колектори на земята за изследване и използване“, каза Це Сюшу от Института по физика на атмосферата.

За улавяне на мълния ще се използват ракети, оборудвани със специални гръмоотводи, които ще бъдат изстрелвани в центъра на гръмотевичен облак. Ракетата YL-1 трябва да излети няколко минути преди удара на светкавицата.

"Проверките показаха, че точността на изстрелванията е 70%", казаха разработчиците на устройството.

Енергията на мълнията, както и електромагнитното излъчване, което произвежда, ще бъдат използвани за генетично модифициране на земеделски култури и производство на полупроводници.

Освен това новата технология значително ще намали икономическите щети от гръмотевични бури, тъй като изхвърлянията ще отиват на безопасни места. Според статистиката около хиляда души умират всяка година от мълнии в Китай. Икономическите щети от гръмотевични бури в Китай достигат 143 милиона долара годишно.

Изследователите също се опитват да намерят начин да използват мълнията в енергията. Според учените една мълния произвежда милиарди киловати електричество. По света всяка секунда падат 100 мълнии - това е огромен източник на електричество.

Библиография:

Stekolnikov I.K., Физика на мълнията и мълниезащита, М. - Л., 1943;

Именитов И. М., Чубарина Е. В., Шварц Я. М., Електричество на облаците, Л., 1971;

Renema.py, Lightning.URL: http:// www. ренема. en/ инфо/ мълния_ природа. shtml

История на мълнията. URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Светкавица

Именитов И.М., Чубарина Е.В., Шварц Я.М. Облачно електричество. Л., 1971

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

Автономни светещи образувания на открито. URL: http://elibrary.ru/item.asp?id=9199806

Базелян Е.М., Райзер Ю.П. Физика на мълнията и мълниезащита. Москва: Физматлит, 2001.

Древните хора не винаги са смятали гръмотевичната буря и светкавицата, както и придружаващия ги гръмотевица, като проява на гнева на боговете. Например за елините гръмотевиците и светкавиците са били символи на върховна власт, докато етруските са ги смятали за знаци: ако светкавица се види от изток, това означава, че всичко ще бъде наред, а ако искри на запад или северозапад, обратно.

Идеята на етруските беше възприета от римляните, които бяха убедени, че ударът на мълния от дясната страна е достатъчна причина да отложат всички планове за един ден. Японците имаха интересна интерпретация на небесните искри. Две ваджри (мълнии) се смятаха за символи на Айзен-мео, бога на състраданието: една искра беше на главата на божеството, той държеше другата в ръцете си, потискайки всички негативни желания на човечеството с нея.

Светкавицата е огромен електрически разряд, който винаги е придружен от светкавица и гръмотевични удари (в атмосферата ясно се вижда блестящ разряден канал, наподобяващ дърво). В същото време светкавицата почти никога не е една, обикновено е последвана от две, три и често достига няколко десетки искри.

Тези изхвърляния почти винаги се образуват в купесто-дъждовни облаци, понякога в големи нимбослоести облаци: горната граница често достига седем километра над повърхността на планетата, докато долната част може почти да докосне земята, оставайки не по-висока от петстотин метра. Светкавицата може да се образува както в един облак, така и между близките наелектризирани облаци, както и между облак и земята.

Гръмотевичният облак се състои от голямо количество пара, кондензирана под формата на лед (на височина над три километра почти винаги са ледени кристали, тъй като температурата тук не се повишава над нулата). Преди облакът да се превърне в гръмотевична буря, ледените кристали започват активно да се движат вътре в него, докато потоците топъл въздух, издигащи се от нагрятата повърхност, им помагат да се движат.

Въздушните маси носят по-малки парчета лед нагоре, които постоянно се сблъскват с по-големи кристали по време на движение. В резултат на това по-малките кристали са заредени положително, а по-големите са заредени отрицателно.

След като малките ледени кристали се съберат отгоре и големите отдолу, горната част на облака е положително заредена, долната е отрицателно заредена. Така силата на електрическото поле в облака достига изключително високи нива: милион волта на метър.

Когато тези противоположно заредени области се сблъскат един с друг, в точките на контакт йони и електрони образуват канал, през който всички заредени елементи се втурват надолу и се образува електрически разряд - мълния. По това време се освобождава толкова мощна енергия, че силата й би била достатъчна, за да захранва 100-ватова крушка за 90 дни.

Каналът се нагрява до почти 30 000 градуса по Целзий, пет пъти повече от температурата на Слънцето, произвеждайки ярка светлина (светкавицата обикновено трае само три четвърти от секундата). След образуването на канала, гръмотевичният облак започва да се разрежда: първият разряд е последван от две, три, четири или повече искри.

Ударът от мълния наподобява експлозия и предизвиква образуването на ударна вълна, която е изключително опасна за всяко живо същество, попаднало в близост до канала. Ударната вълна на най-силния електрически разряд на няколко метра от себе си е напълно способна да счупи дървета, да нарани или да сътреси дори без директен електрически удар:

На разстояние до 0,5 м до канала мълнията може да разруши слаби конструкции и да нарани човек;
На разстояние до 5 метра сградите остават непокътнати, но могат да избият прозорци и да зашеметят човек;
На дълги разстояния ударната вълна не носи негативни последици и се превръща в звукова вълна, известна като гръмотевичен удар.

Гръмотевици

Няколко секунди след записването на мълния, поради рязко повишаване на налягането по канала, атмосферата се нагрява до 30 хиляди градуса по Целзий. В резултат на това възникват експлозивни вибрации на въздуха и възникват гръмотевици. Гръмотевиците и светкавиците са тясно свързани помежду си: дължината на разряда често е около осем километра, така че звукът от различни части от него достига по различно време, образувайки гръмотевици.

Интересното е, че чрез измерване на времето, изминало между гръм и светкавица, можете да разберете колко далеч е епицентърът на гръмотевичната буря от наблюдателя.

За да направите това, трябва да умножите времето между светкавицата и гръмотевицата по скоростта на звука, която е от 300 до 360 m / s (например, ако интервалът от време е две секунди, епицентърът на гръмотевичната буря е малко повече от 600 метра от наблюдателя, а ако са три - на разстояние километри). Това ще помогне да се определи дали бурята се отдалечава или приближава.

Невероятно огнено кълбо

Едно от най-слабо проучените и следователно най-загадъчните природни явления е кълбовидната мълния - светеща плазмена топка, движеща се във въздуха. Загадъчно е, защото принципът на образуване на кълбовидната мълния все още е неизвестен: въпреки факта, че има голям брой хипотези, обясняващи причините за появата на този невероятен природен феномен, срещу всяка от тях имаше възражения. Учените не са успели експериментално да постигнат образуването на кълбовидна мълния.

Сферичната мълния е в състояние да съществува дълго време и да се движи по непредвидима траектория. Например, той е доста способен да виси във въздуха за няколко секунди и след това да се втурне настрани.

За разлика от обикновения разряд, винаги има една плазмена топка: докато две или повече огнени светкавици не бъдат записани едновременно. Размерът на кълбовидната мълния варира от 10 до 20 см. Кълбовидната мълния се характеризира с бели, оранжеви или сини тонове, въпреки че често се срещат и други цветове, до черно.

Учените все още не са определили температурните показатели на кълбовидната мълния: въпреки факта, че според техните изчисления тя трябва да варира от сто до хиляда градуса по Целзий, хората, които са били близо до това явление, не са усетили топлината, излъчвана от кълбовидната мълния .

Основната трудност при изучаването на това явление е, че учените рядко успяват да фиксират външния му вид, а показанията на очевидци често поставят под съмнение факта, че наблюдаваното от тях явление наистина е кълбовидна мълния. На първо място, показанията се различават по отношение на условията, в които се появяват: основно се вижда по време на гръмотевична буря.

Има също признаци, че кълбовидната мълния може да се появи и в хубав ден: да се спусне от облаците, да се появи във въздуха или да се появи поради някакъв обект (дърво или стълб).

Друга характерна особеност на кълбовидната мълния е нейното проникване в затворени помещения, дори е наблюдавано в пилотските кабини (огнена топка може да проникне през прозорци, да се спусне през вентилационни канали и дори да излети от контакти или телевизор). Ситуациите също бяха многократно документирани, когато плазмената топка беше фиксирана на едно място и постоянно се появяваше там.

Често появата на кълбовидна мълния не създава проблеми (движи се тихо във въздушни течения и след известно време отлита или изчезва). Но тъжните последици също бяха забелязани, когато експлодира, моментално изпарявайки близката течност, разтопявайки стъкло и метал.

Възможни опасности

Тъй като появата на кълбовидна мълния винаги е неочаквана, когато видите това уникално явление близо до вас, най-важното е да не се паникьосвате, да не се движите рязко и да не бягате никъде: огнената мълния е много податлива на въздушни вибрации. Необходимо е тихо да напуснете траекторията на топката и да се опитате да стоите възможно най-далеч от нея. Ако човек е на закрито, трябва бавно да отидете до отвора на прозореца и да отворите прозореца: има много истории, когато опасна топка е напуснала апартамента.

Нищо не може да бъде хвърлено в плазмена топка: тя е напълно способна да експлодира и това е изпълнено не само с изгаряния или загуба на съзнание, но и със сърдечен арест. Ако се случи, че електрическата топка е хванала човек, трябва да го прехвърлите в проветриво помещение, да го увиете по-топло, да направите сърдечен масаж, изкуствено дишане и незабавно да се обадите на лекар.

Какво да правим при гръмотевична буря

Когато започне гръмотевична буря и видите приближаваща светкавица, трябва да намерите подслон и да се скриете от времето: удар от мълния често е фатален и ако хората оцелеят, често остават инвалиди.

Ако наблизо няма сгради и човек по това време е на полето, той трябва да вземе предвид, че е по-добре да се скрие от гръмотевична буря в пещера. Но е препоръчително да избягвате високите дървета: мълнията обикновено се цели в най-голямото растение и ако дърветата са с еднаква височина, тя попада в нещо, което провежда по-добре електричеството.

За да предпазят отделна сграда или конструкция от мълния, те обикновено инсталират висока мачта близо до тях, на върха на която е фиксиран заострен метален прът, здраво свързан с дебела тел, в другия край има метален предмет, заровен дълбоко в нея. земята. Схемата на работа е проста: пръчка от гръмотевичен облак винаги се зарежда със заряд, противоположен на облака, който, течейки по жицата под земята, неутрализира заряда на облака. Това устройство се нарича гръмоотвод и се монтира на всички сгради на градове и други населени места.

Учените знаят, че линейната мълния - видът, който често виждате по време на гръмотевични бури - е искров разряд на огромни електрически заряди, които се натрупват при специални условия в ниските слоеве на атмосферата. Формата на светкавицата обикновено прилича на корените на гигантско дърво, което внезапно е израснало в небето. Дължината на линейната мълния обикновено е няколко километра, но може да достигне 20 km или повече. Основната "искра" на мълнията има няколко клона с дължина 2-3 км. Диаметърът на канала на мълнията е от 10 до 45 см, а той "живее" само десети от секундата. Средната му скорост е около 150 km/s.

Най-често мълнията възниква в мощни купесто-дъждовни облаци - те се наричат още гръмотевични бури. По-рядко мълнии се появяват в облаци от слоести орехи, както и по време на вулканични изригвания, торнадо и прашни бури.

Гръмотевични разряди могат да възникнат между съседни наелектризирани облаци, между зареден облак и земята или между различни части на един и същи облак. За да възникне разряд, трябва да възникне много значителна разлика в електрическия потенциал. Това може да се случи по време на дъжд, снеговалеж, градушка и други сложни природни процеси. Потенциалната разлика може да бъде десетки милиони волта, а токът в канала на мълнията достига 20 000 ампера.

Учените все още не са стигнали до консенсус как и защо в гръмотевичните облаци възникват такива огромни заряди. Има няколко теории по този въпрос и всяка от тях описва поне една от причините за това явление. И така, през 1929 г. се появи теория, която обяснява електрификацията в гръмотевичен облак с факта, че дъждовните капки се смачкват от въздушни течения. По-големите капки са положително заредени и падат надолу, докато по-малките, останали в горната част на облака, придобиват отрицателен заряд. Друга теория - тя се нарича индукция - предполага, че електрическите заряди в облака са разделени от електрическото поле на Земята, което само по себе си е отрицателно заредено. Съществува и друга теория - нейните автори смятат, че наелектризирането възниква в резултат на това, че различни по големина капки в атмосферата поглъщат газови йони с различен заряд.

Всяка секунда на Земята се случват около 100 линейни мълнии, като през годината тя удря всеки квадратен километър от нейната повърхност шест пъти. Понякога мълнията може да се държи по напълно необясним начин.

Има случаи, когато мълния:

Тя изгори бельо върху един човек, оставяйки горната му дреха непокътната;

Тя грабна метални предмети от ръцете на човек и не го нарани;

Разтопи заедно всички монети в портфейла, без да повреди хартиените пари;

Тя напълно унищожи медальона на веригата, носена около врата, оставяйки върху кожата на човек отпечатъка от веригата и медальона, който не се отделяше няколко години;

Три пъти удряла човек, без да го нарани, а когато той починал след дълго боледуване, за четвърти път се стоварила върху паметник на гроба му.

За хора, ударени от мълния, се разказват и по-странни истории, но не всички имат потвърждение. Единственото, което показва статистиката е, че мълния удря мъжете шест пъти по-често от жените.

Въпреки че силата на разряда е невероятно висока, повечето хора, които са ударени от мълния, не умират. Това се случва, защото основният ток на мълнията сякаш „тече” по повърхността на човешкото тяло. Най-често случаят се ограничава до тежки изгаряния и лезии на сърдечно-съдовата и нервната система, а жертвата на това природно явление се нуждае от спешна медицинска помощ.

Най-честата "мишена" на мълнията са високите дървета, предимно дъбове и букове. Интересното е, че сред създателите на цигулки и китари дървото на дърветата, ударени от мълния, се смята за надарено с уникални акустични свойства.

Най-вероятно много читатели на сайта " Новини за науката за Земята» знайте, че има няколко вида мълнии, но дори и най-образованите хора понякога не знаят колко вида мълнии всъщност съществуват. Оказва се, че има повече от десет вида от тях, а прегледите на най-интересните мълнии са дадени в тази статия. Естествено, тук има не само голи факти, но и реални снимки на истински светкавици. Честно казано, авторите са изненадани от професионализма на фотографите, които успяват да уловят толкова ясно тези атмосферни явления.

И така, видовете светкавици ще бъдат разгледани по ред, от най-често срещаната линейна мълния до най-редката спрайтова мълния. На всеки тип светкавица се дава една или повече снимки, които помагат да се разбере какво всъщност представлява тази мълния.

Така че нека започнем с линейна мълния облак-земя

Как да получите такава мълния? Да, много е просто - необходими са само няколкостотин кубически километра въздух, височина, достатъчна за образуването на мълния и мощен топлинен двигател - добре, например Земята. Готов? Сега вземете въздуха и започнете последователно да го загрявате. Когато започне да се издига, с всеки метър издигане нагорещеният въздух се охлажда, като постепенно става все по-студен и по-студен. Водата се кондензира във все по-големи капчици, образувайки гръмотевични облаци. Спомняте ли си онези тъмни облаци над хоризонта, при вида на които птиците замлъкват и дърветата спират да шумолят? И така, това са гръмотевичните облаци, които пораждат светкавици и гръмотевици.

Учените смятат, че мълнията се образува в резултат на разпределението на електрони в облака, обикновено положително заредени от върха на облака и отрицателно от. Резултатът е много мощен кондензатор, който може да се разрежда от време на време в резултат на рязката трансформация на обикновения въздух в плазма (това се дължи на все по-силната йонизация на атмосферните слоеве в близост до гръмотевични облаци). Плазмата образува своеобразни канали, които, когато са свързани със земята, служат като отличен проводник за електричество. Облаците непрекъснато се изхвърлят през тези канали и ние виждаме външните прояви на тези атмосферни явления под формата на светкавици.

Между другото, температурата на въздуха в мястото, където преминава зарядът (мълнията), достига 30 хиляди градуса, а скоростта на разпространение на мълнията е 200 хиляди километра в час. Като цяло няколко мълнии бяха достатъчни, за да захранват малък град с електричество за няколко месеца.

мълниеносна земя- облак

И има такива светкавици. Те се образуват в резултат на натрупването на електростатичен заряд върху най-високия обект на земята, което го прави много "привлекателен" за мълнии. Такава мълния се образува в резултат на "пробиване" на въздушната междина между горната част на зареден обект и дъното на гръмотевичен облак.

Колкото по-висок е обектът, толкова по-вероятно е да бъде ударен от мълния. Така че те казват истината - не трябва да се криете от дъжда под високи дървета.

светкавичен облак-облак

Да, отделните облаци също могат да „разменят“ светкавици, удряйки се един друг с електрически заряди. Това е просто - тъй като горната част на облака е положително заредена, а долната част е отрицателно заредена, близките гръмотевични облаци могат да изстрелват електрически заряди един към друг.

Доста обичайно е светкавицата да пробие един облак и много по-рядко светкавицата да премине от един облак в друг.

Хоризонтален цип

Тази мълния не удря земята, тя се разпространява хоризонтално по небето. Понякога такава мълния може да се разпространи в ясно небе, идвайки от един гръмотевичен облак. Такава мълния е много мощна и много опасна.

Цип с лента

Тази мълния изглежда като няколко мълнии, които вървят успоредно една на друга. В образуването им няма никаква мистерия – ако духне силен вятър, той може да разшири каналите от плазмата, за което писахме по-горе, и в резултат на това да се образува такава диференцирана мълния.

Мъниста (цип на точки)

Това е много, много рядка мълния, да, съществува, но как се е образувала все още може да се гадае. Учените предполагат, че светкавицата на точки се образува в резултат на бързото охлаждане на някои участъци от пистата на мълнията, което превръща обикновената светкавица в мълния на точки. Както можете да видите, това обяснение очевидно трябва да бъде подобрено и допълнено.

спрайт светкавица

Досега говорихме само за това какво се случва под облаците или на тяхното ниво. Но се оказва, че някои видове светкавици са по-високи от облаците. Те са известни от появата на реактивните самолети, но тези мълнии са фотографирани и заснети едва през 1994 г. Най-вече приличат на медузи, нали? Височината на образуване на такава мълния е около 100 километра. Засега не е много ясно какви са те.

Ето снимки и дори видеоклипове на уникална спрайт светкавица. Много красиво, нали?

Кълбовидна мълния

Някои хора твърдят, че кълбовидната мълния не съществува. Други публикуват видеоклипове на огнени топки в YouTube и доказват, че всичко е истинско. Като цяло учените все още не са твърдо убедени в съществуването на кълбовидни мълнии, а най-известното доказателство за тяхната реалност е снимка, направена от японски студент.

Огньовете на Свети Елмо

Това по принцип не е мълния, а просто явлението светещ разряд в края на различни остри предмети. Огньовете на Свети Елмо са били известни още в древността, сега те са описани подробно и заснети на филм.

Вулканична мълния

Това са много красиви мълнии, които се появяват по време на вулканично изригване. Вероятно зареденият газово-прахов купол, проникващ едновременно в няколко слоя на атмосферата, причинява смущения, тъй като самият той носи доста значителен заряд. Всичко изглежда много хубаво, но зловещо. Учените все още не знаят точно защо се образува такава мълния и има няколко теории наведнъж, една от които е описана по-горе.

Ето някои интересни факти за светкавиците, които не се публикуват често:

* Типичната мълния трае около една четвърт от секундата и се състои от 3-4 разряда.

* Средната гръмотевична буря се разпространява със скорост от 40 км в час.

* В момента в света има 1800 гръмотевични бури.

* Американският Емпайър Стейт Билдинг е удрян от мълния средно 23 пъти годишно.

* Светкавица удря самолети средно веднъж на всеки 5-10 хиляди летателни часа.

* Вероятността да бъдем убити от мълния е 1 към 2 000 000. Всеки от нас има еднакъв шанс да умре от падане от леглото.

* Вероятността да видите кълбовидна мълния поне веднъж в живота е 1 на 10 000.

* Хората, поразени от мълния, се смятаха за белязани от Бог. И ако умрели, уж отивали направо в рая. В древността жертвите на мълния са били погребвани на мястото на смъртта.

Какво трябва да направите, когато се приближи мълния?

В къщата

* Затворете всички прозорци и врати.
* Изключете всички електрически уреди от контакта. Не ги докосвайте, включително телефоните, по време на гръмотевични бури.
* Дръжте далече от вани, кранове и мивки, тъй като металните тръби могат да провеждат електричество.
* Ако кълбовидна мълния е влетяла в стаята, опитайте се да излезете бързо и затворете вратата от другата страна. Ако не, поне замръзнете на място.

На улицата

* Опитайте се да влезете в къщата или колата. Не докосвайте метални части в колата. Колата не трябва да се паркира под дърво: внезапно ще я удари мълния и дървото ще падне право върху вас.
* Ако няма подслон, излезте на открито и, като се наведете, се сгушите до земята. Но не можете просто да лежите!
* В гората е по-добре да се скриете под ниски храсти. НИКОГА не стойте под свободно стоящо дърво.
* Избягвайте кули, огради, високи дървета, телефонни и електрически кабели, автобусни спирки.
* Стойте далеч от велосипеди, барбекюта, други метални предмети.
* Пазете от езеро, река или други водни басейни.
* Премахнете целия метал от себе си.
* Не стойте в тълпата.
* Ако сте на открито и внезапно почувствате, че косата ви настръхва или чуете странен шум, идващ от предмети (това означава, че скоро ще удари мълния!), наведете се напред с ръце на коленете (но не на земята). ). Краката трябва да са заедно, петите да са притиснати една към друга (ако краката не се докосват, изхвърлянето ще премине през тялото).
* Ако гръмотевична буря ви застигна в лодка и вече нямате време да плувате до брега, наведете се до дъното на лодката, съединете краката си и покрийте главата и ушите си.