Типи блискавок фізики. Які бувають види блискавок? Що слід робити при наближенні блискавки

""фізичне явище""

Гігантський електричний іскровий розряд в атмосфері, що проявляється зазвичай яскравим спалахом світла і громом, що супроводжує її. Електрична природа блискавки була розкрита в дослідженнях американського фізика Б. Франкліна, за ідеєю якого було проведено досвід із вилучення електрики з грозової хмари.

Найчастіше блискавка виникає у купово-дощових хмарах, тоді вони називаються грозовими; іноді блискавка утворюються в шарувато-дощових хмарах, а також при вулканічних виверженнях, торнадо та пилових бурях.

Процес розвитку наземної блискавки складається з кількох стадій. На першій стадії в зоні, де електричне поле досягає критичного значення, починається ударна іонізація, створювана спочатку вільними електронами, що завжди є в невеликій кількості в повітрі, які під дією електричного поля набувають значних швидкостей у напрямку до землі і, стикаючись з атомами повітря, іонізують їх. Т. о. виникають електронні лавини, що переходять у нитки електричних розрядів - стримери, що є добре провідними каналами, які, зливаючись, дають початок яскравому термоіонізованому каналу з високою провідністю - ступінчастому лідеру.

Рух лідера до земної поверхні відбувається ступенями кілька десятків м зі швидкістю ~ 5*10000000 м/сек, після чого його рух зупиняється кілька десятків мксек, а світіння сильно слабшає; потім у наступній стадії лідер знову просувається на кілька десятків м. Яскраве світіння охоплює при цьому всі пройдені щаблі; потім знову зупинка і ослаблення світіння. Ці процеси повторюються під час руху лідера до землі із середньою швидкістю 2*100000 м/сек. У міру просування лідера до землі напруженість поля на його кінці посилюється і під його дією з предметів, що виступають на поверхні Землі, викидається стример у відповідь, що з'єднується з лідером.

Форми блискавок

Лінійна блискавка

Розряд лінійної блискавки відбувається між хмарами, усередині хмари або між хмарою та землею, і зазвичай має довжину близько 2-3 км, але бувають блискавки завдовжки і до 20-30 км.

Виглядає як ламана лінія, часто з численними відгалуженнями. Колір блискавки - білий, жовтий, блакитний або червоний

Найчастіше діаметр нитки такої блискавки сягає кількох десятків сантиметрів. Цей вид найпоширеніший; ми бачимо його найчастіше. Лінійна блискавка з'являється при напрузі електричного поля атмосфери до 50 кВ/м, різниця потенціалів її шляху може досягти сотні мільйонів вольт. Сила струму блискавки такого роду – близько 10 тисяч ампер. Грозова хмара, яка дає розряд лінійної блискавки кожні 20 секунд, має електричну енергію 20 млн. кВт. Потенційна електрична енергія, запасена такою хмарою, дорівнює енергії мегатонної бомби.

Це найпоширеніша форма блискавки.

Плоска блискавка

Плоска блискавка має вигляд розсіяного спалаху світла на поверхні хмар. Грози, що супроводжуються лише плоскими блискавками, відносяться до розряду слабких, і спостерігаються вони лише ранньою весною або пізно восени.

Стрічкова блискавка

Стрічкова блискавка - кілька однакових зигзагоподібних розрядів від хмар до землі, паралельно зміщених щодо один одного з невеликими проміжками або без них.

Чіткова блискавка

Рідкісна форма електричного розряду при грозі, у вигляді ланцюжка з крапок, що світяться.Час існування чіткої блискавки 1-2 секунди. Примітно, що траєкторія блискавки нерідко має хвилеподібний характер. На відміну від лінійної блискавки слід чіткої блискавки не гілкується - це відмінною особливістю цього вид.

Ракетоподібна блискавка

Ракетоподібна блискавка являє собою розряд, що повільно розвивається, тривалістю 1-1.5 секунди. Ракетоподібна блискавка спостерігається дуже рідко.

Кульова блискавка

Кульова блискавка - яскравий електричний заряд, що світиться, різний за забарвленням і величиною. Поблизу землі він найчастіше виглядає як куля діаметром близько 10 см, рідше має форму еліпсоїда, краплі, диска, кільця та навіть ланцюги з'єднаних куль. Тривалість існування кульової блискавки – від кількох секунд до кількох хвилин, колір свічення – білий, жовтий, світло-блакитний, червоний чи помаранчевий. Зазвичай цей вид блискавки повільно переміщається, майже безшумно, у супроводі лише легкого тріску, свисту, дзижчання чи шипіння. Кульова блискавка може проникати у закриті приміщення через щілини, труби, вікна.

Рідкісна форма блискавки, за статистикою на тисячу звичайних блискавок, припадає 2-3 кульових.

Природа кульової блискавки вивчена не до кінця. Існує безліч гіпотез про походження кульової блискавки, від наукових до фантастичних.

Шторова блискавка

Шторова блискавка виглядає як широка вертикальна смуга світла, що супроводжується низьким тихим гулом.

Об'ємна блискавка

Об'ємна блискавка - білий або червоний спалах при низькій напівпрозорій хмарності, з сильним звуком тріску "звідусіль". Найчастіше спостерігається перед основною фазою грози.

Смуга блискавка

Смугова блискавка - сильно нагадує полярне сяйво, "належить на бік" - горизонтальні смуги світла (3-4 смуги) групуються один над одним.

Ельфи, джети та спрайти

Ельфи (Elves; Emissions of Light and Very Low Frequency Perturbations from Electromagnetic Pulse Sources) є величезні, але слабосвітящиеся спалахи-конуси діаметром близько 400 км, які з'являються безпосередньо з верхньої частини грозового хмари.

Джети є трубки-конуси синього кольору.

Спрайти - якась подібність блискавки, що б'є з хмари нагору. Вперше це явище було зафіксовано у 1989 році випадково. Зараз про фізичну природу спрайтів відомо дуже мало.

Джети та Ельфи утворюються, починаючи від верхівок хмар до нижнього краю іоносфери (90 кілометрів над поверхнею Землі). Тривалість цих сяйв становить частки секунди. Щоб сфотографувати такі короткоживучі явища, необхідні прилади для високошвидкісної зйомки. Тільки в 1994 році, пролітаючи в літаку над великою грозою, ученим вдалося зняти це приголомшливе видовище.

Інші явища

Сполохи

Сполохи – білі або блакитні беззвучні спалахи світла, що спостерігаються вночі у малохмарну чи ясну погоду. Сполохи зазвичай бувають у другій половині літа.

Зарниці

Зарниці – відблиски далеких високих гроз, уночі видно з відривом до 150 – 200 км. Звуку грому при блискавицях не чути, небо малохмарне.

Вулканічна блискавка

Існує два типи вулканічних блискавок. Один з'являється біля кратера вулкана, а інший, як видно на цьому знімку вулкана Пуйєуе в Чилі, електризує дим вулкана. Вода і замерзлі частинки попелу в димі труться одна об одну, і це викликає статичні розряди і з'являється вулканічна блискавка.

Блискавки Кататумбо

Блискавки Кататумбо – дивовижний феномен, який спостерігається лише в одному місці на нашій планеті – у місці впадання річки Кататумбо в озеро Маракайбо (Південна Америка). Найдивовижніше в цьому виді блискавки, що її розряди тривають близько 10 годин і з'являються вночі 140-160 разів на рік. Блискавки Кататумбо добре видно на досить велику відстань – 400 кілометрів. Блискавки такого роду часто використовували як компас, від чого їх спостереження люди навіть прозвали - «Маяк Маракайбо».

Більшість кажуть, що блискавки Кататумбо - найбільший одиночний генератор озону Землі, т.к. вітри, що надходять з боку Анд, викликають грози. Метан, яким багата атмосфера цих заболочених місць, піднімається до хмар, підживлюючи розряди блискавки.

Федеральне агентство з освіти

Державний освітній заклад вищої професійної освіти

ПЕТРОЗАВОДСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Лінійна блискавка.

Її народження та методи використання.

Петрозаводськ 2009 рік

Список виконавців:

Єгорова Олена,

1 курс, гр.21102

Лебедєв Павло,

1 курс, гр.21112

Шелегіна Ірина,

1 курс, гр.21102

Блискавка. Загальні відомості…………………………………….4

Історія. Теорії походження……………………………5

Формування блискавки……………………………………….6

Блискавка. Загальні відомості

Блискавка- це іскровий розряд статичної електрики, акумульованої в грозових хмарах.

Довжина лінійної блискавки становить кілька кілометрів, але може сягати 20 км і більше.

Форма блискавки зазвичай схожа на розгалужене коріння дерева, що розрослося в піднебессі.

Основний канал блискавки має кілька відгалужень завдовжки 2-3 км.

Діаметр каналу блискавки становить від 10 до 45 см.

Тривалість існування блискавки становить десяті частки секунди.

Середня швидкість руху блискавки 150 км/с.

Сила струму всередині каналу блискавки сягає 200000 А.

Температура плазми блискавки перевищує 10000°С.

Напруженість електричного поля всередині грозової хмари становить від 100 до 300 вольт/см, але перед розрядом блискавки в окремих невеликих обсягах вона може сягати 1600 вольт/см.

Середній заряд грозової хмари становить 30-50 кулонів. У кожному розряді блискавки переноситься від 1 до 10 кулонів електрики.

Поряд з найбільш поширеною лінійною блискавкою іноді зустрічаються ракетоподібна, чоткова та кульова блискавки. Ракетоподібна блискавка спостерігається дуже рідко. Вона триває 1-1,5 сек і є повільно розвивається між хмарами розряд. До дуже рідкісних видів блискавки слід зарахувати і чоткову. Вона має загальну тривалість 0,5 сек і представляється оку на тлі хмар у вигляді чіток, що світяться, діаметром близько 7 см. Кульова блискавка в більшості випадків являє собою сферичне утворення діаметром у земної поверхні 10-20 см, а на висоті хмар до 10 м.

На Землі щомиті спостерігається в середньому близько 100 розрядів лінійної блискавки, середня потужність, яка витрачається в масштабі всієї Землі на утворення гроз дорівнює 1018 ерг/сек. Тобто енергія, що виділяється при випаданні опадів із грозової хмари, значно перевищує її електричну енергію.

2. Історія вивчення природи блискавок та початкові «теорії» пояснення цього природного явища

Блискавка і грім спочатку сприймалися людьми як вираження волі богів і,

зокрема, як прояв божого гніву. Водночас допитливий людський

розум з давніх-давен намагався осягнути природу блискавок і грому, зрозуміти їх

Природні причини. У давнину над цим розмірковував Аристотель. Над

природою блискавок замислювався Лукрецій. Дуже наївно видаються його

спроби пояснити грім як наслідок того, що «хмари збиваються там під

натиском вітрів».

Багато століть, включаючи і середні віки, вважалося, що блискавка – це вогняний

пар, затиснутий у водяних парах хмар. Розширюючись, він прориває їх у найбільш

слабкому місці і швидко спрямовується вниз, до землі. У 1929 Дж. Сімпсон запропонував теорію, яка пояснює електризацію дробленням дощових крапель потоками повітря. В результаті дроблення падають більші краплі заряджаються позитивно, а хмари, що залишаються у верхній частині, дрібніші – негативно. У теорії вільної іонізації Ч.Вільсона передбачається, що електризація виникає як результат виборчого накопичення іонів крапельками різних розмірів, що знаходяться в атмосфері. Можливо, що електризація грозових хмар здійснюється спільною дією всіх цих механізмів, а основною з них є падіння досить великих частинок, що електризуються тертям про атмосферне повітря.

У 1752 р. Бенджамін Франклін експериментально довів, що блискавка – це

сильний електричний розряд. Вчений виконав знаменитий досвід із повітряним

змієм, який був запущений у повітря під час наближення грози.

Досвід: На хрестовині змія була укріплена загострена тяганина,

до кінця мотузки прив'язані ключ та шовкова стрічка, яку він утримував рукою.

Як тільки грозова хмара опинилася над змієм, загострений дріт став

витягувати з неї електричний заряд, і змій разом із бечевою наелектризується.

Після того, як дощ змочує змія разом із мотузкою, зробивши їх тим самим

вільними проводити електричний заряд, можна спостерігати як електричний

заряд «стікатиме» при наближенні пальця.

Одночасно з Франкліном, дослідженням електричної природи блискавки

займалися М.В. Ломоносов та Г.В.Ріхман. Завдяки їхнім дослідженням у середині 18 століття було доведено електричну природу блискавки. З цього часу стало ясно, що блискавка є потужним електричним розрядом, що виникає при досить сильній електризації хмар.

3. Формування блискавки

Зазвичай спостерігаються лінійні блискавки, які відносяться до безелектродних розрядів, оскільки вони починаються (і закінчуються) у скупченнях заряджених частинок. Це визначає їх деякі, досі непояснені властивості, що відрізняють блискавки від розрядів між електродами. Так, блискавки не бувають коротшими за кілька сотень метрів; вони виникають в електричних полях значно слабших, ніж поля при міжелектродних розрядах; збирання зарядів, що переносяться блискавкою, відбувається за тисячні частки секунди з міріадів дрібних, добре ізольованих один від одного частинок, розташованих в об'ємі кілька км3. Найбільш вивчений процес розвитку блискавки в грозових хмарах, при цьому блискавки можуть проходити в самих хмарах - блискавки внутріхмарні, а можуть ударяти в землю - наземні блискавки.

Для виникнення блискавки необхідно, щоб у відносно малому (але не менше деякого критичного) обсягу хмари утворилося електричне поле з напруженістю, достатньою для початку електричного розряду (~ 1 МВ/м), а в значній частині хмари існувало б поле із середньою напруженістю, достатньою підтримки початку розряду (~ 0,1-0,2 МВ/м). У блискавці електрична енергія хмари перетворюється на теплову та світлову.

Розряди блискавок можуть відбуватися між сусідніми електризованими хмарами або між електризованою хмарою і землею. Розряду передує виникнення значної різниці електричних потенціалів між сусідніми хмарами або між хмарою та землею внаслідок поділу та накопичення атмосферної електрики внаслідок таких природних процесів, як дощ, снігопад тощо. Різниця потенціалів, що виникла таким чином, може досягати мільярда вольт, а наступний розряд накопиченої електричної енергії через атмосферу може створювати короткочасні струми від 3 до 200 кА.

4.Основні фази першого та наступних

компонентів блискавки

Спорідненість блискавки з іскровим розрядом доведено ще роботами Бенджаміна Франкліна два з половиною століття тому. Вимовляючи подібну фразу сьогодні, правильніше згадувати ці дві форми електричного розряду у зворотній послідовності, бо найважливіші структурні елементи іскри спочатку спостерігалися біля блискавки і тільки потім були виявлені в лабораторії. Причина настільки нестандартної послідовності подій проста: розряд блискавки має істотно більшу довжину, його розвиток займає більше часу, а тому для оптичних реєстрації блискавки не потрібно апаратури з особливо високою просторовою та тимчасовою роздільною здатністю. Перші і досі вражаючі розгортки в часі розрядів блискавки були виконані за допомогою простих фотокамер з механічним взаємним переміщенням моб'єктиву і плівки (камер Бойса) ще в 30-ті роки. Вони дозволили виявити дві основні фази процесу: лідернуі головнустадії.

Протягом лідерноїстадії у проміжку хмара-земля або між хмарами проростає провідний плазмовий канал - лідер. Він народжується у сфері сильного електричного поля, безумовно достатнього для іонізації повітря електронним ударом, але основну частину шляху лідеру доводиться прокладати там, де напруженість зовнішнього поля (від заряду грозових хмар) вбирається у кількох сотень вольт на сантиметр. Тим не менш, довжина лідерного каналу збільшується, а це означає, що у його головки йде інтенсивна іонізація, що перетворює нейтральне повітря на плазму, що добре проводить. Таке можливе, тому що лідер сам несе своє сильне поле. Воно створюється об'ємним зарядом, сконцентрованим області голівки каналу, і переміщається разом із нею. Функцію провідника, що гальванічно зв'язує головку лідера з точкою старту блискавки, виконує плазмовий канал лідера. Лідер росте досить довго, до 0,01 с – ціла вічність у масштабі швидкоплинних явищ імпульсного електричного розряду. Весь цей час плазма в каналі повинна зберігати високу провідність. Таке неможливе без розігріву газу до температур, що наближаються до температур електричної дуги (понад 5000-6000 К). Питання про баланс енергії в каналі, яка потрібна для

його розігріву й у компенсації втрат, - одне із найважливіших теоретично лідера.

Лідер – необхідний елемент будь-якої блискавки. У багатокомпонентного спалаху з лідерного процесу починається як перший, а й усі наступні компоненти. Залежно від полярності блискавки, напряму її розвитку та номера компонента (перший чи якийсь із наступних) механізм лідера може змінюватися, але суть явища зберігається. Вона полягає у формуванні високопровідного плазмового каналу за рахунок локального посилення електричного поля в найближчому околиці лідерної головки.

Головна стадія блискавки(Return Stroke) починається з моменту контакту лідера з поверхнею землі або заземленим об'єктом. Найчастіше, це безпосередній контакт. Від вершини об'єкта може виникати та рухатися назустріч лідеру блискавки власний лідерний канал, який називають зустрічним лідером. Їхня зустріч кладе початок головної стадії. Під час руху в проміжку хмара-земля голівка лідера блискавки несла високий потенціал, який можна порівняти з потенціалом грозового.

хмари у точці старту блискавки (вони відрізняються падінням напруги на каналі). Після контакту головка лідера приймає потенціал землі, а її заряд стікає в землю. Згодом те саме трапляється і з іншими

ділянками каналу, що мають високий потенціал. Це «розвантаження» відбувається шляхом поширення каналом від землі до хмари хвилі нейтралізації заряду лідера. Швидкість хвилі наближається до швидкості світла до 108 м/с. Між фронтом хвилі та землею каналом тече

сильний струм, що носить до землі заряд з ділянок каналу, що «розвантажуються». Амплітуда струму залежить від початкового розподілу потенціалу вздовж каналу. У середньому вона близька до 30 кА, а для найбільш

потужних блискавок досягає 200-250 кА. Перенесення такого сильного струму супроводжується інтенсивним виділенням енергії. Завдяки цьому газ у каналі швидко нагрівається та розширюється; з'являється ударна хвиля. Розкот грому - один з її проявів. В енергетичному відношенні головна стадія найпотужніша. Вона ж характеризується найшвидшою зміною струму. Крутизна його наростання може перевищити 1011 А/с – звідси надзвичайно потужне електромагнітне випромінювання, що супроводжує розряд блискавки. Ось чому працюючий радіоприймач або телевізор реагують на грозу інтенсив-

ними перешкодами, і це відбувається на відстанях у десятки кілометрів.

Імпульси струму головної стадії супроводжують як перший, а й усі наступні компоненти блискавки. Це означає, що лідер кожного чергового компонента заряджає до землі

канал, а під час головної стадії частина цього заряду нейтралізується та перерозподіляється. Тривалі гуркіт грому - результат накладання звукових хвиль, збуджених імпульсами струму всієї сукупності

наступних компонентів. У блискавки, що сходить, картина дещо інша. Лідер першого компонента

стартує від точки із нульовим потенціалом. У міру зростання каналу потенціал головки змінюється поступово, поки що лідерний процес не загальмується десь у глибині грозової хмари. Жодними швидкими змінами заряду це не супроводжується, а тому у першого компонента блискавки, що сходить, головна

стадія відсутня. Вона спостерігається тільки у наступних компонентів, які стартують вже від хмари і рухаються до землі, нічим не відрізняючись від наступних компонентів блискавок.

У науковому плані великий інтерес становить головна стадія міжхмарних блискавок. На те, що вона існує, вказують гуркіт грому, не менш гучні, ніж при розрядах у землю. Зрозуміло, що лідер міжхмарної блискавки стартує десь в обсязі однієї зарядженої області грозової хмари (грозового осередку) і рухається у напрямку іншого протилежного знака. Заряджені області у хмарі ніяк не можна представляти у вигляді якихось провідних тіл, подібних до пластин високовольтного конденсатора, бо заряди там розподілені за об'ємом радіусом у сотні метрів і розташовуються на малих краплях води та кристалах льоду (гідрометеорах), що не контактують один з одним. Виникнення ж головної стадії за своєю фізичною суттю необхідно передбачає контакт лідера блискавки з високопровідним тілом великої електричної ємності, порівнянної чи більшої ємності лідера. Мабуть при міжхмарному розряді блискавки в ролі такого тіла виступає одночасно який-небудь інший плазмовий канал, який контактує потім з першим.

У вимірах на поверхні землі імпульс струму головної стадії знижується по половини амплітудного значення в середньому приблизно за 10 -4 с. Розкид цього параметра дуже великий - відхилення від середнього у кожний бік досягають майже порядку величини. Імпульси струму позитивних блискавок, зазвичай, довше негативних, а імпульси перших компонентів тривають довше наступних.

Після головної стадії каналом блискавки протягом сотих, котрий іноді десятих часток секунди може протікати слабко змінюється струм порядку 100 А. У цій фінальної стадії безперервного струму канал блискавки зберігає свій провідний стан, яке температура утримується лише на рівні дугових. Стадія безперервного струму може йти за кожним компонентом блискавки, в тому числі і за першим компонентом блискавки, що висходить, у якої немає головної стадії. Іноді на тлі безперервного струму

спостерігаються сплески струму тривалістю близько 10 -3 і амплітудою до 1 кА. Вони супроводжуються збільшенням яскравості свічення каналу.

5. Лінійні блискавки

Поширена лінійна блискавка, з якою багаторазово зустрічається будь-яка людина, має вигляд лінії, що розгалужується. величина сили струму в каналі лінійної блискавки становить середньому 60 - 170 кА, зареєстрована блискавка зі струмом 290 кА. середня блискавка несе енергію 250 кВт/год (900 МДж). енергія, в основному, реалізується у вигляді світлової, теплової та звукової енергій.

Розряд розвивається за кілька тисячних часток секунди; при таких високих струмах повітря в зоні каналу блискавки практично миттєво розігрівається до температури 30 000-33 000 ° С. в результаті різко підвищується тиск, повітря розширюється - виникає ударна хвиля, що супроводжується звуковим імпульсом - громом.

Перед і під час грози зрідка в темний час на вершинах високих загострених об'єктів (маківках дерев, щоглах, вершинах гострих скель у горах, хрестах церков, блискавковідводах, іноді в горах у людей на голові, піднятій руці або у тварин) можна спостерігати свічення, що отримало назва "вогні святого Ельма". Ця назва дано в давнину моряками, що спостерігали свічення на вершинах щогл вітрильників. Світло виникає через те, що на високих загострених предметах напруженість електричного поля, створюваного статичним електричним зарядом хмари, особливо висока; в результаті починається іонізація повітря, виникає тліючий розряд і з'являються червоні язики світіння, що часом коротшають і знову подовжуються. не слід намагатися гасити ці вогні, т.к. горіння немає. при високій напруженості електричного поля може з'явитися пучок ниток, що світяться - коронний розряд, який супроводжується шипінням. лінійна блискавка також зрідка може з'явитися і за відсутності грозових хмар. невипадково виникла приказка - «грім серед ясного неба».

Лінійні блискавки

6.Фізичні процеси при розряді блискавок.

Блискавки стартують не лише від хмари до землі, або від заземленого об'єкта до хмари, а й від ізольованих від землі тіл (літаків, ракет та ін.). Спробам прояснити механізми перерахованих процесів мало допомагають експериментальні дані, які стосуються самої блискавки. Спостережень, які б проливали світло саме на фізичну істоту явищ, майже немає. Тому доводиться будувати умоглядні схеми, активно залучаючи результати експерименту та теорії довгої лабораторної іскри. Блискавка дуже цікава своїм фізичним початком, але найважливіше докладно розглянути головну стадію блискавки

Г лавна стадія, або процес розряду каналу блискавки, починається з перекриття проміжку між хмарою і землею низхідним лідером. Торкнувшись землі або заземленого об'єкта, лідерний канал (для певності нехай це буде негативний лідер) має набути їхнього нульового потенціалу, оскільки ємність землі «нескінченна». Нульовий потенціал набуває і канал висхідного лідера, який є продовженням свого «близнюка» низхідного. Заземлення лідерного каналу, що несе високий потенціал, супроводжується сильною зміною розподіленого вздовж нього заряду. Перед початком головної стадії вздовж каналу було розподілено заряд τ 0 = C 0 . Тут і надалі принесений до землі, початковий для головної стадії потенціал позначаємо Ui. Як і раніше, вважаємо його постійним по довжині обох лідерів, ігноруючи мало значуще для наших цілей падіння напруги вздовж каналу. Припустимо, що в ході головної стадії, як і в лідерній, канал можна характеризувати погонною ємністю, яка не змінюється ні за його довжиною, ні в часі. Коли весь канал набуває нульового потенціалу (U = 0), погонний заряд стає рівним τ 1 = -CоUо(x). Частина каналу, що належить негативному низхідному лідеру, не просто втрачає свій негативний заряд, але набуває позитивного (Uо 0). Вона не тільки розряджається, а й перезаряджається. Канал сполученого позитивного висхідного лідера високо у хмарі заряджається позитивним зарядом ще сильніше (див. рис.). Зміна погонного заряду за час головної стадії ∆τ = ? При U i (х) = const зміна заряду однакова по всій довжині каналу. Воно таке, як повністю розряджається довгий провідник (довга лінія), попередньо заряджений до напруги Ui.

Вимірювання біля землі показують, що канал низхідного лідера розряджається дуже сильним струмом. У разі негативних блискавок імпульс струму головної стадії з амплітудою IM ~ 10-100 кА триває 50-100 мкс за рівнем 0,5. Протягом приблизно такого ж часу вгору каналом біжить добре видима на фоторозгортках коротка яскрава ділянка-головка головного каналу. Швидкість його v r≈(1-0,5)з усього лише в кілька разів менше швидкості світла. Це природно інтерпретувати як поширення каналом хвилі розряду, тобто. хвилі зменшення потенціалу та виникнення сильного струму. В області фронту хвилі, де потенціал різко падає за величиною від U i і формується сильний струм, внаслідок інтенсивного виділення енергії колишній лідерний канал розігрівається до високої температури (за вимірюваннями - до 30-35 кК). Тому фронт хвилі так яскраво світиться. За ним канал, розширюючись, остигає і, втрачаючи енергію на випромінювання, світиться слабше. У процесу головної стадії є багато спільного із розрядом звичайної довгої лінії, утвореної металевим провідником.

Розряд лінії також має хвильовий характер, і цей процес послужив прототипом при формуванні уявлень про головну стадію блискавки. Канал блискавки розряджається набагато швидше, ніж він заряджався під час свого зростання зі швидкістю лідерів v l 10 -3 -10 -2)v r. Але зміни потенціалу та погонного заряду в ході заряджання та розряду - величини одного порядку: τ o = ∆t. Відповідно швидкості канал розряджається в v t /v l ~ 10 2 --10 3 разів сильнішим струмом i M ~ ∆tv r ніж лідерний i L ~ t 0 V L ~ 100 А. У стільки ж разів орієнтовно зменшується і погонний опір каналу R 0 при переході від лідерної стадії до головної. Причиною зменшення опору є нагрівання каналу під час проходження сильного струму, від чого зростає провідність плазми. Порівнянні, отже, і опору каналу і стрімерної зони, якими йде той самий струм. Отже, в одиниці довжини лідерного каналу дисипується така сама по порядку величини енергія і вона виражається через параметри лідера

Це дає також, що середнє електричне поле в каналі лідера і за хвилею розряду в вже перетвореному каналі одного порядку. Це узгоджується з аналогічним висновком, який можна зробити, розглядаючи безпосередньо стани, що встановилися, в каналах лідерної і головної стадій блискавки. Ситуація там подібна до тієї, що має місце в стаціонарній дузі. Але в сильноточних дугах поле в каналі дійсно слабко залежить від струму. Зі сказаного випливає, що якщо в лідері і , то в стані за фронтом хвилі головної стадії має бути , а повний омічний опір всього каналу блискавки довжиною в кілька кілометрів виявляється близько 102 Ом. Це порівняно з хвильовим опором, що ідеально проводить довгу лінію в повітрі Z, тоді як для лідерного каналу тієї ж довжини повний опір на 2 порядку більше Z. Співвідношення між омічним опором ділянки лінії, пройденого хвилею, і хвильовим опором характеризує ступінь згасання хвилі при поширенні вздовж лінії Якби опір каналу не змінювався, залишаючись на рівні лідерного, хвиля розряду каналу блискавки згасала б і розпливалася, не пройшовши й невелику частку каналу. Занадто швидко згасав би й струм через точку замикання каналу на землю. Досвід говорить про протилежне: видима головка, що світиться, має різкий фронт, і великий струм біля землі реєструється протягом усього часу її підйому. Перетворення лідерного каналу під час проходження хвилі, що призводить до різкого зменшення його погонного опору, визначає весь перебіг процесу головної стадії блискавки.

Небезпечні чинники впливу блискавки.

У зв'язку з тим, що блискавка характеризується великими величинами струмів, напружень і температур розряду, вплив блискавки на людину зазвичай завершується дуже важкими наслідками - зазвичай смертю. від удару блискавки у світі в середньому щороку гине близько 3 000 людей, причому відомі випадки одночасної поразки кількох людей.

Розряд блискавки проходить шляхом найменшого електричного опору. так як між високим об'єктом і грозовим хмарою відстань, а отже, і електричний опір, менше, то блискавка, як правило, вдаряє у високі об'єкти, але не обов'язково. наприклад, якщо розташувати поруч дві щогли - металеву і більш високу дерев'яну, то блискавка швидше за все вдарить у металеву щоглу, хоча вона нижча, тому що електропровідність металу вища. блискавка також значно частіше вдаряє в глинисті та вологі ділянки, ніж у сухі та піщані, т.к. перші мають більшу електропровідність.

Наприклад, у лісі блискавка діє також вибірково. Дерево при ударі блискавки розщеплюється. механізм цього наступний: деревний сік і волога на ділянці проходження розряду миттєво випаровуються та розширюються, при цьому створюються величезні тиски,

які й розривають деревину. Аналогічний ефект, що супроводжується розльотом тріски, може мати місце при ударі блискавки в стіну дерев'яної будови. тому перебування під високим деревом під час грози небезпечне.

Небезпечно перебувати під час грози у воді чи поблизу неї, т.к. вода та ділянки землі біля води мають велику електропровідність. водночас перебування під час грози всередині залізобетонних будівель, металевих будов (наприклад, металевих гаражів) є безпечним для людини.

Крім ураження людей і тварин лінійна блискавка досить часто є причиною виникнення лісових пожеж, а також житлових та виробничих будівель, особливо у сільській місцевості.

Під час грози перебувати у місті менш небезпечно, ніж на відкритій місцевості, оскільки сталеві конструкції та високі будівлі добре виконують функцію блискавковідводів.

Цілком або частково закрита електропровідна поверхня утворює так звану «камеру фарадея» всередині якої не може утворитися скільки-небудь значний і небезпечний для людини потенціал. тому пасажири всередині автомобіля з суцільнометалевим кузовом, трамвая, тролейбуса, вагона поїзда перебувають під час грози у безпеці, доки вийдуть назовні чи почнуть відкривати вікна.

Блискавка може вдарити в літак, але так як сучасні літаки є суцільнометалевими, пасажири досить надійно захищені від поразки.

Статистика показує, що на 5000-10000 льотних годин припадає один удар блискавки в літак, на щастя, майже всі пошкоджені літаки продовжують політ. серед різних причин авіакатастроф, таких як заледеніння, злива, туман, сніг, буря, смерч, блискавка займає останнє місце, але все одно польоти літаків під час грози забороняються.

У відому у всьому світі Ейфелеву вежу в Парижі при грозі блискавки вдаряють майже завжди, але для людей, які перебувають на оглядовому майданчику, це не становить небезпеки, т.к. ажурні металеві грати вежі утворюють камеру фарадея, яка є чудовим захистом від ураження електричною блискавкою.

Ознакою того, що ви знаходитесь в електричному полі, можуть послужити волосся, що встало дибки, яке почне видавати легке потріскування. Але це тільки сухе волосся.

Якщо блискавка вас зачепила, але ви ще в змозі думати, слід якнайшвидше звернутися до лікаря. Медики вважають, що людина, яка вижила після удару блискавки, навіть не отримавши сильних опіків голови і тіла, згодом може отримати ускладнення у вигляді відхилень у серцево-судинній та невралгічній діяльності від норми.

Блискавка вдаряє в Ейфелеву вежу, фотографія 1902

8.Як часто вражає блискавка?

Удари блискавки у наземні споруди. З повсякденного досвіду відомо, що найчастіше блискавка вдаряє у високі споруди, особливо у ті, що панують над навколишньою місцевістю. На рівнині більшість ударів припадає на щогли, вежі, димові труби і т.п. У гірській місцевості часто страждають і невисокі споруди, якщо вони стоять на високих пагорбах або на вершині гори. На життєвому рівні пояснення тому просте: електричному розряду, яким є блискавка, легше перекрити більш коротку відстань до об'єкта, що піднімається. Так, у щоглу висотою 30 м у середньому по Європі припадає 0,1 удару блискавки за рік (одна поразка за 10 років), тоді як для відокремленого стометрового об'єкта їх майже в 10 разів більше. При більш уважному відношенні настільки різка залежність кількості ударів від висоти не здається тривіальної. Середня висота точки старту блискавки близько 3 км і навіть 100 метрова висота-лише 3 % відстані між хмарою і землею. Випадкові викривлення змінюють повну довжину траєкторії вдесятеро сильніше. Доводиться припустити, що кінцева приземна стадія розвитку блискавки відрізняється якимись особливими процесами, які досить жорстко визначають останню ділянку шляху. Ці процеси призводять до орієнтування низхідного лідера, його тяжіння до високих об'єктів.

З досвіду наукових спостережень за блискавками можна говорити про приблизно квадратичну залежність кількості ударів N M від висоти hзосереджених об'єктів (у них hбагато більше від інших розмірів); для протяжних же, довжини I, таких як повітряна лінія електропередачі, N M ~ h i. Це наводить на думку про існування деякого еквівалентного радіусу стягування блискавок R е~ h. Всі блискавки, зміщені від об'єкта по горизонталі на відстань R епотрапляють у нього, інші проходять повз. Така примітивна схема орієнтування загалом призводить до правильного результату. Для оцінок можна використовувати R е~ 3h, а число ударів блискавки на одиницю незбуреної поверхні землі за одиницю часу n м витягти з даних метеоспостережень. Ними будуються спеціальні карти інтенсивності грозової діяльності. У європейській тундрі n м R е= 0,3 км та для неї

удар за рік, якщо орієнтуватися на середню цифру n м = 3,5 км -2 рік -1

Поразка людини

Радіус стягування блискавок у людину всього 5-6 м, площа стягування - не більше 10-4 км2. Насправді жертв у блискавки набагато більше і прямий удар тут ні до чого. Людський досвід не рекомендує в грозу перебувати в лісі, тим більше на відкритій місцевості, у високих дерев. І це правильно. Дерево приблизно в 10 разів вище за людину і блискавка потрапляє в нього в 100 разів частіше. Перебуваючи під деревною кроною, людина має помітний шанс опинитися у зоні розтікання струму блискавки, що безпечно. Після удару блискавки у вершину дерева її струм I Mпоширюється по стволу, що непогано проводить, а потім через коріння розтікається в землі. Коренева система дерева стає природним заземлювачем. Завдяки струму в землі з'являється електричне поле , де р - питомий опір грунту, j - щільність струму. Нехай струм розтікається у ґрунті строго симетрично. Тоді еквіпотенціалі є півсферою з діаметральною площиною на поверхні землі. Щільність струму на відстані г від ствола дерева j(r) =,

різниця потенціалів між близькими точками дорівнює ∆ U=. Якщо, наприклад, людина стоїть з відривом r ≈ 1 м від центру стовбура дерева боком до дерева, а відстань між його ступнями ∆r ≈ 0,3 м, то для середньої за силою блискавки зі струмом Iм= 30 кА, перепад напруги лежить на поверхні грунту з р = становить . Ця напруга виявляється прикладеною до підошв взуття, а після їх неминучого дуже швидкого пробою - до тіла людини. Те, що людина постраждає, а швидше за все буде вбита, сумнівів не викликає - занадто велике напруження, що діє на нього. Зауважимо, що воно пропорційне ∆r. Це означає, що стояти, широко розставивши ноги, набагато небезпечніше, ніж по стійці смирно із щільно стиснутими ступнями, а лежати по радіусу від дерева ще небезпечніше, тому що в цьому випадку відстань між крайніми точками, що контактують із ґрунтом, стає рівною зростанню

людини. Найкраще, подібно до лелеки, завмерти на одній нозі, але такі поради легше давати, ніж виконати. До речі, великих тварин блискавка вражає частіше, ніж людини, в тому числі й тому, що у них більша відстань між ногами.

Якщо у вас дача з блискавковідводом і для неї споруджений спеціальний заземлювач, простежте, щоб під час грози поблизу заземлювача і спуску до нього не було людей. Ситуація тут аналогічна щойно розглянутій.

7. Правила поведінки під час грози.

Спалах блискавки ми бачимо майже миттєво, т.к. світло поширюється із швидкістю 300 000 км/с. швидкість поширення звуку повітря дорівнює приблизно 344 м/с, тобто. приблизно за 3 секунди звук проходить 1 км. таким чином, розділивши час у секундах між спалахом блискавки і наступним за ним першим гуркотом грому, визначимо відстань в кілометрах до знаходження грози.

Якщо ці проміжки часу зменшуються, то гроза наближається, і необхідно вжити заходів захисту від ураження блискавкою. Блискавка небезпечна тоді, коли за спалахом відразу слідує гуркіт грому, тобто. грозова хмара знаходиться над вами, і небезпека удару блискавки є найбільш вірогідною. Ваші дії перед грозою та під час її повинні бути такими:

не виходити з дому, закрити вікна, двері та димарі, подбати, щоб не було протягу, який може залучити кульову блискавку.

під час грози не топити грубку, т.к. дим, що виходить з труби, має високу електропровідність, і ймовірність удару блискавки у трубу, що височить над дахом, зростає;

радіо та телевізори відключити від мережі, не користуватися електроприладами та телефоном (особливо важливо для сільської місцевості);

під час прогулянки сховатися у найближчому будинку. Особливо небезпечна гроза у полі. При пошуку укриття віддайте перевагу металевій конструкції великих розмірів або конструкції з металевою рамою, житловому будинку або іншій споруді, захищеній блискавковідводом;

не перебувати на височинах та відкритих незахищених місцях, поблизу металевих або сітчастих огорож, великих металевих об'єктів, вологих стін, заземлення блискавковідводу;

за відсутності укриття лягти на землю, при цьому перевагу слід віддати сухому піщаному ґрунту, віддаленому від водойми;

якщо гроза застала вас у лісі, необхідно сховатися на низькорослій ділянці. Не можна ховатися під високими деревами, особливо соснами, дубами, тополями. Краще знаходитись на відстані 30 м від окремого високого дерева. зверніть увагу - чи немає поряд дерев, раніше уражених грозою, розщеплених. краще триматися в такому разі подалі від цього місця. велика кількість уражених блискавкою дерев свідчить, що грунт цьому ділянці має високу електропровідність, і удар блискавки у цю ділянку території дуже можливий;

під час грози не можна перебувати на воді та біля води – купатися, ловити рибу. необхідно подалі відійти від берега;

в горах відійдіть від гірських гребенів, гострих скель і вершин. при наближенні грози в горах потрібно спуститися якнайнижче. металеві предмети - альпіністські гаки, льодоруби, каструлі, зібрати в рюкзак і спустити на мотузці на 20-30 м нижче схилом;

під час грози не займайтеся спортом на свіжому повітрі, не бігайте, т.к. вважається, що піт та швидкий рух «притягує» блискавку;

якщо ви застигнуті грозою на велосипеді або мотоциклі, припиніть рух та перечекайте грозу на відстані приблизно 30 м від них;

8. Технологія використання енергії блискавки.

Китайські вчені розробили технологію використання енергії блискавки в наукових та промислових цілях,

"Нова розробка дозволяє захоплювати блискавку у повітрі та перенаправляти її в колектори на землі для досліджень та використання", - повідомив співробітник інституту атмосферної фізики Це Сюшу.

Для захоплення блискавки використовуватимуться оснащені спеціальними громовідводами ракети, які запускатимуть у центр грозової хмари. Ракета YL-1 має стартувати за кілька хвилин до удару блискавки.

"Перевірки показали, що точність запусків становить 70%", - повідомили розробники апарату.

Енергія блискавки, а також електромагнітне випромінювання, що виробляється їй, будуть використовуватися для генної модифікації сільськогосподарських порід і виробництва напівпровідників.

Крім того, нова технологія дозволить значно знизити економічні збитки від гроз, оскільки розряди йдуть у безпечні місця. За статистикою, у КНР від удару блискавки щороку гине близько тисячі людей. Економічні збитки від гроз у Китаї досягають 143 мільйонів доларів на рік.

Дослідники намагаються знайти спосіб використання блискавок в енергетиці. За даними вчених, один розряд блискавки виробляє мільярди кіловат електрики. По всьому світу щосекунди відбувається 100 ударів блискавок - це величезне джерело електроенергії.

Список літератури:

Стекольников І. До., Фізика блискавки та грозозахист, М. - Л., 1943;

Іменітов І. М., Чубаріна Е. Ст, Шварц Я. М., Електрика хмар, Л., 1971;

Renema.py, Блискавка.URL: http:// www. renema. ru/ Info/ molnia_ priroda. shtml

Історія блискавки. URL: http://ua.wikipedia.org/wiki/Блискавка

Іменітов І.М., Чубаріна Є.В., Шварц Я.М. Електрика хмар. Л., 1971

Наука та техніка: Фізика. URL: http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/fizika/MOLNIYA.html

Автономні світиться освіти у відкритому повітрі. URL: http://elibrary.ru/item.asp?id=9199806

Базелян Е.М., Райзер Ю.П. Фізика блискавки та блискавкозахисту. М.: Фізматліт, 2001.

Давні люди далеко не завжди вважали грозу і блискавку, а також розгром грому, що супроводжував їх, проявом гніву богів. Наприклад, для еллінів грім і блискавка були символами верховної влади, тоді як етруски вважали їх знаменнями: якщо спалах блискавки був помічений зі східного боку, це означало, що все буде добре, а якщо сяяла на заході чи північному заході – навпаки.

Ідею етрусків перейняли римляни, які були переконані, що удар блискавки з правого боку є достатньою підставою для відкладення всіх планів на добу. Цікаве трактування небесних іскор було в японців. Дві ваджри (блискавки) вважалися символами Айдзен-мео, бога співчуття: одна іскра була на голові божества, іншу він тримав у руках, придушуючи нею всі негативні бажання людства.

Блискавка - це величезних розмірів електричний розряд, який завжди супроводжується спалахом і громовими гуркотами (в атмосфері чітко проглядається сяючий канал розряду, що нагадує дерево). При цьому спалах блискавки майже ніколи не буває один, за ним зазвичай слідує дві, три, нерідко доходить і до кількох десятків іскор.

Ці розряди майже завжди утворюються в купово-дощових хмарах, іноді – у шарувато-дощових хмарах великих розмірів: верхня межа нерідко сягає семи кілометрів над поверхнею планети, тоді як нижня частина може майже торкатися землі, не перевищуючи п'ятисот метрів. Блискавки можуть утворюватися як в одній хмарі, так і між електризованими хмарами, що знаходяться поруч, а також між хмарою і землею.

Складається грозова хмара з великої кількості пари, сконденсованої у вигляді крижинок (на висоті, що перевищує три кілометри, це практично завжди крижані кристали, оскільки температурні показники тут не піднімаються вище нуля). Перед тим як хмара стає грозової, всередині неї починають активний рух крижані кристали, при цьому рухатися їм допомагають потоки теплого повітря, що висходять з нагрітої поверхні.

Повітряні маси захоплюють у себе вгору дрібніші крижинки, які під час руху постійно наштовхуються більші кристали. Через війну кристали менших розмірів виявляються зарядженими позитивно, більші – негативно.

Після того, як маленькі крижані кристалики збираються нагорі, а великі – знизу, верхня частина хмари виявляється позитивно зарядженою, нижня – негативно. Таким чином, напруженість електричного поля у хмарі досягає надзвичайно високих показників: мільйон вольт на один метр.

Коли ці протилежно заряджені області стикаються один з одним, у місцях зіткнення іони та електрони утворюють канал, яким вниз спрямовуються всі заряджені елементи і утворюється електричний розряд – блискавка. У цей час виділяється настільки потужна енергія, що її сили цілком вистачило б на те, щоб протягом 90 днів живити лампочку потужністю 100 Вт.

Канал розжарюється майже до 30 тис. градусів Цельсія, що вп'ятеро перевищує температурні показники Сонця, утворюючи яскраве світло (спалах зазвичай триває лише три чверті секунди). Після утворення каналу грозова хмара починає розряджатися: за першим розрядом йдуть дві, три, чотири і більше іскор.

Удар блискавки нагадує вибух і викликає утворення ударної хвилі, надзвичайно небезпечної для будь-якої живої істоти, яка опинилася біля каналу. Ударна хвиля найсильнішого електричного розряду за кілька метрів від себе цілком здатна зламати дерева, травмувати чи контузити навіть без прямого ураження електрикою:

На відстані до 0,5 м до каналу блискавка здатна зруйнувати слабкі конструкції та травмувати людину;
На відстані до 5 метрів будівлі залишаються цілими, але можуть вибити вікна і оглушити людину;
На великих відстанях ударна хвиля негативних наслідків не несе і переходить у звукову хвилю, відому як громові гуркіт.

Гуркіт грому

Через кілька секунд після того, як був зафіксований удар блискавки через різке підвищення тиску вздовж каналу, атмосфера розжарюється до 30 тис. градусів Цельсія. Внаслідок цього виникають вибухоподібні коливання повітря і виникає грім. Грім і блискавка тісно взаємопов'язані один з одним: довжина розряду нерідко становить близько восьми кілометрів, тому звук із різних його ділянок доходить у різний час, утворюючи громові гуркіт.

Цікаво, що вимірюючи час, що минув між громом та блискавкою, можна дізнатися, наскільки далеко знаходиться епіцентр грози від спостерігача.

Для цього потрібно помножити час між блискавкою та громом на швидкість звуку, який становить від 300 до 360 м/с (наприклад, якщо проміжок часу становить дві секунди, епіцентр грози знаходиться трохи більше ніж за 600 метрів від спостерігача, а якщо три – на відстані кілометра). Це допоможе визначити, чи видаляється чи наближається гроза.

Дивовижна вогненна куля

Одним з найменш вивчених, а тому найбільш таємничих явищ природи вважається кульова блискавка – плазмова куля, що пересувається повітрям. Загадковий він тому, що принцип формування кульової блискавки невідомий і донині: незважаючи на те, що існує велика кількість гіпотез, що пояснюють причини появи цього дивовижного явища природи, на кожну з них знайшлися заперечення. Вченим так і не вдалося досвідченим шляхом досягти утворення кульової блискавки.

Куляста блискавка здатна існувати тривалий час і переміщатися непрогнозованою траєкторією. Наприклад, вона цілком здатна зависати кілька секунд у повітрі, після чого кинутися убік.

На відміну від простого розряду, плазмова куля завжди буває одна: поки не було одночасно зафіксовано двох і більше вогняних блискавок. Розміри кульової блискавки коливаються від 10 до 20 см. Для кульової блискавки характерні білий, помаранчевий або блакитний тони, хоча нерідко трапляються й інші кольори, аж до чорного.

Вчені ще не визначили температурні показники кульової блискавки: незважаючи на те, що вона за їх підрахунками повинна коливатися від ста до тисячі градусів Цельсія, люди, які знаходилися недалеко від цього феномену, не відчували теплоти, що походила від кульової блискавки.

Основна труднощі щодо цього феномена у тому, що зафіксувати його поява вченим вдається рідко, а показання очевидців часто ставлять під сумнів те що, що спостерігається ними явище справді було кульовою блискавкою. Насамперед, розходяться свідчення щодо того, в яких умовах вона з'явилася: переважно її бачили під час грози.

Існують також свідчення, що кульова блискавка може з'являтися і в погожий день: спуститися з хмар, виникнути в повітрі або з'явитися через якийсь предмет (дерева чи стовп).

Ще однією характерною особливістю кульової блискавки є її проникнення в закриті кімнати, була помічена навіть у кабінах пілотів (вогненна куля може проникати через вікна, спускатися вентиляційними каналами і навіть вилітати з розеток або телевізора). Також були неодноразово задокументовані ситуації, коли плазмова куля закріплювалася на одному місці і постійно там з'являлася.

Нерідко поява кульової блискавки не викликає неприємностей (вона спокійно рухається в повітряних потоках і через якийсь час відлітає чи зникає). Але, були помічені і сумні наслідки, коли вона вибухала, моментально випаровуючи рідину, що знаходиться неподалік, плавлячи скло і метал.

Можливі небезпеки

Оскільки поява кульової блискавки завжди несподівано, побачивши біля себе цей унікальний феномен, головне не впадати в паніку, різко не рухатися і нікуди не бігти: вогняна блискавка дуже сприйнятлива до коливань повітря. Необхідно тихо піти з траєкторії руху кулі та постаратися триматися від неї якнайдалі. Якщо людина знаходиться в приміщенні, потрібно потихеньку дійти до віконного отвору і відкрити кватирку: відомо чимало історій, коли небезпечна куля залишала квартиру.

У плазмову кулю нічого не можна кидати: вона цілком здатна вибухнути, а це загрожує не тільки опіками або втратою свідомості, але зупинкою серця. Якщо ж трапилося так, що електрична куля зачепила людину, потрібно перенести її в кімнату, що провітрюється, тепліше укутати, зробити масаж серця, штучне дихання і відразу ж викликати лікаря.

Що робити в грозу

Коли починається гроза і ви бачите наближення блискавки, потрібно знайти укриття і сховатися від негоди: удар блискавки нерідко смертельний, а якщо люди виживають, то часто залишаються інвалідами.

Якщо ж ніяких споруд поблизу немає, а людина в цей час у полі, вона повинна враховувати, що від грози краще сховатися в печері. А ось високих дерев бажано уникати: блискавка зазвичай мітить найбільшу рослину, а якщо дерева мають однакову висоту, то потрапляє в те, що краще проводить електрику.

Щоб захистити будову або конструкцію від блискавки, що окремо стоїть, біля них зазвичай встановлюють високу щоглу, нагорі якої закріплений загострений металевий стрижень, надійно з'єднаний з товстим проводом, на іншому кінці знаходиться закопаний глибоко в землю металевий предмет. Схема роботи проста: стрижень від грозової хмари завжди заряджається протилежною хмарою зарядом, яка, стікаючи по дроту під землю, нейтралізує заряд хмари. Цей пристрій називається громовідвід та встановлюється на всіх будинках міст та інших людських поселень.

Вчені знають, що лінійна блискавка – та, яку часто доводиться бачити під час гроз – це іскровий розряд величезних електричних зарядів, що накопичуються за особливих умов у нижніх шарах атмосфери. Форма блискавки зазвичай нагадує коріння гігантського дерева, яке раптово розрослося в піднебессі. Довжина лінійної блискавки зазвичай становить кілька кілометрів, але може сягати 20 км і більше. Основна «іскра» блискавки має кілька відгалужень завдовжки 2-3 км. Діаметр каналу блискавки становить від 10 до 45 см, а «живе» вона лише десяті частки секунди. Середня швидкість її руху – близько 150 км/с.

Найчастіше блискавки виникають у потужних купово-дощових хмарах – їх називають також грозовими. Рідше блискавки утворюються у шарувато-дощових хмарах, а також при вулканічних виверженнях, торнадо та пилових бурях.

Розряди блискавок можуть відбуватися між сусідніми електризованими хмарами, між зарядженою хмарою і землею або між різними частинами однієї хмари. Для того, щоб відбувся розряд, має виникнути дуже значна різниця електричних потенціалів. Це може статися під час дощу, снігопаду, утворенні граду та внаслідок інших складних природних процесів. Різниця потенціалів може становити десятки мільйонів вольт, а сила струму всередині каналу блискавки сягає 20 тисяч ампер.

Вчені досі не дійшли єдиної думки, як і чому у грозових хмарах виникають такі величезні заряди. Із цього приводу існує кілька теорій, і кожна з них описує принаймні одну з причин цього явища. Так, в 1929 р. з'явилася теорія, що пояснює електризацію в хмарі тим, що дощові краплі дробляться потоками повітря. Більші краплі заряджаються позитивно і опускаються вниз, а ті, що залишаються у верхній частині хмари, дрібніші набувають негативного заряду. Інша теорія - її називають індукційною - передбачає, що електричні заряди у хмарі поділяються електричним полем Землі, яка сама заряджена негативно. Є ще одна теорія - її автори вважають, що електризація відбувається внаслідок того, що краплі різних розмірів, що знаходяться в атмосфері, поглинають іони газів, що мають різні заряди.

На Землі щосекунди відбувається близько 100 розрядів лінійної блискавки, а протягом року вона шість разів вражає кожен квадратний кілометр її поверхні. Іноді блискавка може поводитися абсолютно незрозуміло.

Відомі випадки, коли блискавка:

Спалила на людині білизну, залишивши цілий верхній одяг;

Вирвала з рук людини металеві предмети і не завдала йому шкоди;

Сплавила докупи всі монети в гаманці, не пошкодивши паперових грошей;

Безслідно знищила одягнений на шию медальйон на ланцюжку, залишивши на шкірі людини відбиток ланцюжка та медальйону, який не сходив кілька років;

Тричі вражала людину, не завдаючи їй шкоди, а коли вона померла після тривалої хвороби, вчетверте потрапила до пам'ятника на його могилі.

Про людей, уражених блискавкою, розповідають ще більш дивні історії, але далеко не всі вони мають підтвердження. Єдине, про що свідчить статистика, - блискавки вшестеро частіше вражають чоловіків, ніж жінок.

Незважаючи на те, що сила розряду неймовірно велика, більшість блискавки, що отримали удар, не гинуть. Це тому, що основний струм блискавки хіба що «стікає» на поверхні людського тіла. Найчастіше справа обмежується сильними опіками та ураженнями серцево-судинної та нервової систем, причому жертві цього природного явища необхідно терміново надати медичну допомогу.

Найчастішою «мішенню» блискавок стають високі дерева, насамперед дуби та буки. Цікаво, що серед скрипкових та гітарних майстрів деревина уражених блискавкою дерев вважається наділеною унікальними акустичними властивостями.

Швидше за все, багато читачів сайту Новини наук про Землюзнають, що є кілька видів блискавок, проте навіть найбільш освічені люди іноді не підозрюють про те, скільки ж насправді буває видів блискавок. Виявляється, їх більше десяти видів, і огляди найцікавіших блискавок наводяться у цій статті. Звісно, тут не лише голі факти, а й реальні фотографії реальних блискавок. Чесно кажучи, у авторів викликає подив професіоналізм фотографів, здатних сфотографувати ці атмосферні явища настільки чітко.

Отже, види блискавок будуть розглядатися по порядку, від лінійних блискавок, що найчастіше зустрічаються, до рідкісних спрайтових блискавок. Кожному виду блискавок наводиться одне або більше фото, які допомагають зрозуміти, що ж насправді така блискавка.

Отже, почнемо з лінійної блискавки хмара-земля

Як отримати таку блискавку? Та дуже просто – все, що потрібно, це пара сотень кубічних кілометрів повітря, достатня для утворення блискавки висота та потужний тепловий двигун – ну, наприклад, Земля. Чи готові? Тепер візьмемо повітря та послідовно почнемо його нагрівати. Коли він почне підніматися, то з кожним метром підйому нагріте повітря охолоджується, поступово стаючи холоднішим і холоднішим. Вода конденсується у дедалі більші краплі, утворюючи грозові хмари. Пам'ятаєте ті темні хмари над горизонтом, побачивши яких замовкають птахи і перестають шелестіти дерева? Так от, це і є грозові хмари, які народжують блискавки та грім.

Вчені вважають, що блискавки утворюються в результаті розподілу електронів у хмарі, зазвичай позитивно заряджений верх хмари, а негативно - з. В результаті отримуємо дуже потужний конденсатор, який може час від часу розряджатися в результаті стрибкоподібного перетворення звичайного повітря в плазму (це відбувається через все сильнішу іонізацію атмосферних шарів, близьких до грозових хмар). Плазма утворює своєрідні канали, які, при поєднанні із землею, і є відмінним провідником для електрики. Хмари постійно розряджаються цими каналами, і бачимо зовнішні прояви даних атмосферних явищ як блискавок.

До речі, температура повітря в місці проходження заряду (блискавки) досягає 30 тисяч градусів, а швидкість розповсюдження блискавки – 200 тисяч кілометрів на годину. Загалом, кількох блискавок цілком вистачило для електропостачання невеликого міста на кілька місяців.

Блискавка земля- хмара

І такі блискавки бувають. Утворюються вони в результаті електростатичного заряду, що накопичується на вершині найвищого об'єкта на землі, що робить його вельми «привабливим» для блискавки. Такі блискавки утворюються в результаті пробивання повітряного прошарку між вершиною зарядженого об'єкта і нижньою частиною грозової хмари.

Чим вище об'єкт, тим більша ймовірність того, що блискавка вдарить в нього. Тож правду кажуть — не варто ховатись від дощу під високими деревами.

Блискавка хмара-хмара

Так, блискавками можуть "обмінюватися" і окремі хмари, що вражають електричними зарядами один одного. Все просто — оскільки верхня частина хмари заряджена позитивно, а нижня — негативно, грозові хмари, що стоять поруч, можуть прострілювати електричними зарядами один одного.

Досить частим явищем є блискавка, що пробиває одну хмару, і набагато рідкісним явищем є блискавка, яка походить від однієї хмари до іншої.

Горизонтальна блискавка

Ця блискавка не б'є в землю, вона поширюється горизонтальною площиною по небу. Іноді така блискавка може поширюватися чистим небом, виходячи від однієї грозової хмари. Такі блискавки дуже потужні та дуже небезпечні.

Стрічкова блискавка

Ця блискавка виглядає як кілька блискавок, що йдуть паралельно один до одного. В освіті їх немає ніякої загадки — якщо дме сильний вітер, він може розширювати канали з плазми, про які ми писали вище, і в результаті утворюється ось така диференційована блискавка.

Бісерна (пунктирна блискавка)

Це дуже, дуже рідкісна блискавка, так, але як вона утворюється — поки що можна тільки здогадуватися. Вчені припускають, що пунктирна блискавка утворюється в результаті швидкого остигання деяких ділянок блискавки, що і перетворює звичайну блискавку в пунктирну. Як бачимо, таке пояснення явно потребує доопрацювання та доповнення.

Спрайтові блискавки

Досі ми говорили лише про те, що трапляється нижче хмар, або на їхньому рівні. Але виявляється, що деякі види блискавок бувають і вищими за хмари. Про них було відомо з часу появи реактивної авіації, але сфотографовані і зняті на відео ці блискавки були тільки в 1994 році. Найбільше вони схожі на медуз, правда? Висота освіти таких блискавок – близько 100 кілометрів. Поки що не дуже зрозуміло, що вони являють собою.

Ось фото та навіть відео унікальних спрайтових блискавок. Дуже красиво, чи не так?

Кульові блискавки

Деякі люди стверджують, що кульових блискавок не буває. Інші розміщують відео кульових блискавок на YouTube і доводять, що все це реальність. Загалом, вчені поки що твердо не впевнені в існуванні кульових блискавок, а найвідомішим доказом їхньої реальності є фото, зроблене японським студентом.

Вогні Святого Ельму

Це, в принципі, і не блискавки, а просто явище розряду, що тліє, на кінці різних гострих об'єктів. Вогні Святого Ельма були відомі в давнину, зараз вони детально описані та зображені на плівку.

Вулканічні блискавки

Це дуже гарні блискавки, які з'являються під час виверження вулкана. Ймовірно, газо-пиловий заряджений купол, який пробиває відразу кілька шарів атмосфери, викликає обурення, оскільки сам несе досить значний заряд. Виглядає все це дуже красиво, але моторошно. Вчені поки не знають точно, чому такі блискавки утворюються, і існує відразу кілька теорій, одна з яких викладена вище.

Ось кілька цікавих фактів про блискавки, які не так часто публікуються:

* Типова блискавка триває близько чверті секунди і складається із 3-4 розрядів.

* Середня гроза подорожує зі швидкістю 40 км на годину.

* Прямо зараз у світі гримлять 1800 гроз.

* В американський Емпайр-стейт-білдинг блискавка вдаряє в середньому 23 рази на рік.

* У літаки блискавка потрапляє в середньому один раз на кожні 5-10 тисяч льотних годин.

* Імовірність бути вбитим блискавкою становить 1 до 2 000 000. Такі самі шанси у кожного з нас померти від падіння з ліжка.

* Імовірність побачити кульову блискавку хоча б раз у житті становить 1 до 10 000.

* Люди, в яких потрапила блискавка, вважалися відзначеними богом. А якщо вони гинули, то нібито потрапляли просто на небеса. У давнину жертв блискавки ховали на місці загибелі.

Що робити при наближенні блискавки?

В будинку

* Закрийте всі вікна та двері.
* Вимкніть з розеток усі електроприлади. Не торкайтеся їх, у тому числі телефонів, під час грози.
* Не підходьте до ванн, кранів та раковин, оскільки металеві труби можуть проводити електрику.
* Якщо в кімнату залетіла кульова блискавка, постарайтеся вийти швидше і зачиніть двері з іншого боку. Якщо не вдається — хоч би замріть на місці.

На вулиці

* Постарайтеся зайти до будинку чи машини. У машині не торкайтеся металевих частин. Автомобіль не повинен бути припаркований під деревом: раптом блискавка вдарить у нього і дерево впаде просто на вас.
* Якщо укриття немає, вийдіть на відкритий простір і, зігнувшись, притисніть землю. Але просто лягати не можна!
* У лісі краще сховатися під низькими кущами. НІКОЛИ не стійте під деревом, що окремо стоїть.
* Уникайте веж, огорож, високих дерев, телефонних та електричних проводів, автобусних зупинок.
* Тримайтеся подалі від велосипедів, мангалів, інших металевих предметів.
* Не підходьте до озера, річки або інших водойм.
* Зніміть із себе все металеве.
* Не стійте в натовпі.
* Якщо ви знаходитесь у відкритому місці і раптом відчуваєте, що волосся стало дибки, або чуєте дивний шум, що походить від предметів (це означає, блискавка ось-ось вдарить!), нахилиться вперед, поклавши руки на коліна (але не на землю). Ноги повинні бути разом, п'яти притиснуті один до одного (якщо ноги не стикаються, розряд пройде через тіло).
* Якщо гроза застала вас у човні і до берега припливти ви вже не встигаєте, пригніть до дна човна, з'єднайте ноги і накрийте голову та вуха.