Какое напряжение в молнии

Молния – природа газового электричества

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

  1. Как появляется молния?
  2. Как велика энергия одной молнии?
  3. Почему гремит гром?
  4. Какие бывают молнии
  5. Чем опасна гроза
  6. Сила тока молнии
  7. Правила поведения во время грозы
  8. Интересные факты

Как появляется молния?

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

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

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

Как велика энергия одной молнии?

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

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

Почему гремит гром?

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

Какие бывают молнии

Всего в природе насчитывает несколько основных видов грозовых разрядов:

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

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

Чем опасна гроза

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

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

Сила тока молнии

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

Правила поведения во время грозы

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

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

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

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

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

Интересные факты

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

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

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

Из-за чего бьет молния и как она появляется

Мы часто говорим на нашем сайте о погоде, ураганах, грозах, и прочих погодных явлениях, которые могут быть интересны с точки зрения науки и могут нанести ущерб хозяйственной деятельности человека или его жизни и здоровью. Очень часто такие явления способствуют появлению в атмосфере молний. Это тоже очень интересное и не до конца изученное явление, которое возникает из-за появления в воздухе заряженных частиц. По сути это чем-то напоминает статический разряд от шерстяного свитера, вот только масштабы более крупные. Тем не менее, при образовании молний должно сложиться множество факторов, о которых мы сегодня и поговорим. Тем более, мы уже рассказывали об интересных фактах, связанных с этим явлением. Теперь надо разобраться с природой появления “стрел Зевса”.

Молния может напугать, если не знать откуда она берется.

Что такое молния?

Согласно науке, можно сказать, что молния является искровым разрядом, возникающим в атмосфере. В числе основных проявлений можно назвать яркую вспышку света и громкий звук, который принято называть громом. Кроме Земли, молнии можно встретить на других планетах, например, Венере, Юпитере, Сатурне, Уране и других, где есть какая-то газовая среда.

Во время удара молнии высвобождается огромное количество энергии. В результате ее температура в несколько раз превышает температуру поверхности Солнца. Сила тока в разряде молнии на Земле достигает 500 ампер, а напряжение доходит до нескольких миллионов вольт.

Как раз из-за большого количества энергии, молния редко длится дольше долей секунд. Как правило значение доходит до четверти секунды (0,25), но бывают и исключения. Так, самая продолжительная молния зафиксирована на отметке почти восьми секунд (7,74).

Такая красота и почти восемь секунд.

Определение молнии согласно словарю Ожегова:
МОЛНИЯ, -и, ж. 1. Мгновенный искровой разряд в воздухе скопившегося атмосферного электричества. Бывает линейная, зигзагообразная, шаровая и сухая.

Сейчас мы не будем останавливаться на определении молнии, как пометке для срочной новости или печатного издания, хотя суть понятна, и именно из-за скоротечности или, если хотите, молниеносности события они так и называются.

Какие бывают молнии?

Прежде, чем подробно рассказать о типах молний, надо сказать, какими они вообще бывают. Четыре основных типа были приведены парой строк выше, а именно: линейная, зигзагообразная, шаровая и сухая.

Линейной молнией называют короткий резкий разряд, который вспыхивает моментально, озаряет собой небо и пропадет. Иногда даже самой молнии не видно, так как она проходит очень быстро и часто даже бьет не в землю, а между облаками.

Зигзагообразной принято называть чуть более долгие молнии, которые имеют кривую траекторию и дают хоть несколько долей секунды, чтобы себя рассмотреть. Иногда можно заметить даже небольшую пульсацию света в них.

Шаровая молния — это крайне редкое явление. Если с обычной молнией мы встречаемся по несколько раз в год, а жители некоторых регионов — несколько раз в неделю, то шанс увидеть шаровую молнию не превышает один к десяти тысячам. Именно поэтому явление считают очень мистический, и если вы ее видели, вам очень повезло. Надо бежать за лотерейным билетом.

С сухой молнией все просто. Так обычно называют молнию, которая происходит без дождя. Не самое часто явление, но периодически все равно случается. И уж точно чаще, чем шаровая.

Как происходит удар молнии?

Мы уже определились, что молния — это мощнейший электрический разряд, возникающий при накоплении заряда внутри облаков и появлении большой разницы электрических потенциалов объектов. В итоге молния может возникать между соседними облаками, между облаком и землей, и даже внутри одного облака, что тоже случается очень часто. В любом случае облако должно быть наэлектризовано. Но как оно электризуется?

Это можно назвать молнией в миниатюре. Процессы похожи.

Этот процесс знаком нам с детства. Достаточно вспомнить как электризуется расческа, воздушный шарик или многие другие вещи при трении. Подобный процесс происходит и в облаках на большой высоте и в существенно больших масштабах.

Дело в том, что облака представляют собой огромный водяной шар, пусть и не совсем шаровидной формы. Его высота может достигать нескольких километров, но в разном агрегатном состоянии вода в нем есть на всех высотах. До трех-четырех тысяч метров это капли, а выше — уже кристаллики льда.

Эти кристаллики имеют разный размер и постоянно перемешиваются. Более мелкие летят вверх из-за восходящих потоков воздуха от теплой земли. Поднимаясь, они постоянно сталкиваются с более крупными кристалликами. В итоге, все облако начинает электризоваться подобно предметам в приведенных выше примерах. Положительно заряженные частицы оказываются сверху, а отрицательно заряженные — снизу.

Примерно так выглядит разница потенциалов при формировании молнии.

Когда разность потенциалов получается очень высокой, происходит разряд. Если внутри облака для формирования разряда недостаточно условий, то разрядка происходит в землю. При этом она сопровождается яркой вспышкой с выделением тепла. Из-за выделения огромного количества энергии воздух вокруг молнии моментально нагревается до нескольких десятков тысяч градусов и взрывообразно расширяется в небольшом объеме. Эта взрывная волна и называется громом, расходясь на расстояние до 20 км от самой молнии.

При этом молнии состоят из нескольких разрядов, которые идут непрерывно друг за другом, но по одиночке длятся тысячные и миллионные доли секунды.

Почему молния имеет такую форму?

Мы знаем, что молния старается ударить в объект по кратчайшему расстоянию. Но почему же она такая изогнутая? Это же совсем не кратчайшее расстояние, при котором она была бы прямая, как геометрический луч.

Дело в том, что при формировании разряда электроны разгоняются до околосветовых скоростей, но периодически встречают на пути препятствия в виде молекул воздуха. При каждой такой “встрече” они меняют направление своего движения и мы получаем ступенчатую структуру молнии, к которой мы привыкли, и которая схематическим рисуется, как логотип автомобилей Opel.

Молния на логотипе этой компании впервые появилась на грузовике Opel Blitz (в переводе с немецкого Blitz — молния)

Может ли человек создать молнию?

Да, человек может создавать молнии. Каждый ребенок может дома поставить небольшой опыт, натерев два шарика и потом сблизив их. Если делать это в темноте, можно увидеть небольшой разряд и треск или щелчок. Это и есть молнии и гром в миниатюре.

С такими молниями можно столкнуться, поносив шерстяной свитер, расчесав волосы и во многих других ситуациях. Даже зажигалка с кнопкой создает минимолнию, которая и поджигает газ. Аналогичное оборудование установлено в газовых плитах а автоподжигом.

Обсудить все, что угодно связанное с наукой можно в нашем Telegram-чате.

Но человек может создать и более серьезные молнии. Я даже не говорю о лабораториях под открытым небом, которые формируют разряд для его изучения, хотя так он тоже может быть очень сильным. Я имею ввиду молнию, которая появляется при ядерном взрыве.

Дело в том, что при протекании реакции ядерного взрыва гамма-излучение продуцирует электромагнитный импульс с напряжённостью на уровне 100—1000 кВ/м. Это не только выводит из строя незащищенные электромагнитные линии бункеров, шахт и других объектов, но и приводит к образованию молнии. Правда, эта молния бьет в небо, то есть, в обратную сторону, если можно так сказать. Разряд появляется перед приходом огненной полусферы и очень быстро исчезает. Происходит это примерно с 0,015 до 0,5 секунды процесса протекания реакции ядерного взрыва.

Так выглядит молния, сопровождающая атомный взрыв.

Откуда берутся молнии перед землетрясением?

Существуют молнии, которые проявляют себя во время землетрясений. До конца их природа пока неизвестна, но они тоже возникают из-за накопления заряда. Только в данном случае это происходит из-за трения слоев пород между собой.

Изначально ученые не воспринимали всерьез рассказы о том, что землетрясения сопровождаются молниями, но появление в последнее время камер заставило их задуматься над этим. В итоге они начали ставить эксперименты и пришли к выводу о трении слоев пород.

Куда более известны молнии при извержениях вулканов, которые еще называются “грязными молниями”. Они тоже возникают в результате трения между собой частиц, вылетающих из жерла.

Примерно так выглядит молния внутри вулкана.

Образование молний сопровождает и другие явления, например, пылевые бури, торнадо и некоторые другие, приводящие все к тому же накоплению заряда.

Что такое шаровая молния, и как она появляется?

Кроме обычных молний, с которыми все более менее понятно, хоть и остаются некоторые вопросы, есть еще и шаровые молнии, которые вообще не изучены толком и никто не может объяснить, откуда они берутся, почему и куда пропадают.

Изначально шаровая молния является светящимся шаром (иногда форма может немного отличаться), который по подсчетам имеет температуру 500-1000 градусов Цельсия, может перемещаться в пространстве, проходить через стекло и взрываться через несколько минут после появления. Пока больше неизвестно ничего.

Первые упоминания о них относятся еще ко временам до нашей эры. Правда, тогда это было очень иносказательно и включало в себя разговоры об огненных птицах и тому подобном. Сейчас это очень похоже на описание шаровых молний, но с уверенностью об этом говорить нельзя.

Это птица Феникс, но примерно так представляли себе шаровые молнии в древнем мире.

До недавнего времени многие ученые вообще не верили в существование такого явления, а заявления очевидцев считали следствием повреждения сетчатки после удара обычной молнией. Тем более все говорили о разной форме. Сейчас в это начали верить и занялись исследованиями, но информации все равно мало.

Кто-то считает их сгустками газа, кто-то особыми частицами с огромным количеством энергии, а кто-то и вовсе говорит о высших силах.

Тем не менее, это не отменяет того факта, что шаровые молнии могут повреждать объекты, с которыми вступили в контакт. Например, плавить стекло и металл, поджигать дерево и кипятить воду. Есть даже рассказы о том, как они замыкали высоковольтные линии передач, создавая дугу.

Есть несколько гипотез этого явления, каждая из которых до сих пор не подтверждена, но и не опровергнута.

Одна из них гласит, что шаровая молния это специфическое взаимодействие азота с кислородом, в результате которого и вырабатывается энергия на ее существование. Согласно другой гипотезе явление представляет собой вихрь шарообразной формы из пылевых частиц с активными газами. Такими они стали из-за полученного электрического разряда. В итоге, шаровая молния является чем-то вроде батареи. Эта гипотеза объясняет специфический запах и шлейфовое свечение рядом с шаровой молнией.

Шаровая молния может выглядеть так или иначе, но более изученной от этого она не становится.

Есть гипотеза, которая оспаривает обе предыдущих, говоря нам, что существование шаровой молнии невозможно без подпитки ее энергией снаружи. Но такая гипотеза рушится отсутствием доказательств существования волн нужной для питания длины.

Все это лишний раз доказывает, что шаровую молнию надо опасаться, так как даже нет четких описаний того, как надо действовать при ее появлении. Самой главной рекомендацией является немедленное покидание зоны ее действия, но без лишней спешки, чтобы не нарушить движение воздуха и не увлечь ее за собой.

Что мы знаем о молниях?

Об обычных молниях мы знаем много, хоть и не все. О шаровых почти ничего, но учитывая частоту их появления, можно допустить, что это не так страшно, хотя работать в этом направлении надо и надо продолжать исследования.

Молнии стали неотъемлемыми спутниками нашей жизни. Они проявляются во многих сферах и заставляют себя уважать из-за разрушительной мощи, спрятанной в них.

Тем не менее, средства борьбы с ними есть и достаточно эффективные. Надо только выполнять элементарные правила безопасности (не стоять в грозу рядом с деревьями, не запускать змеев, да и вообще лучше не выходить из дома) и ставить громоотводы на дома. В этом случае все будет существенно проще и безопаснее.

Электрический потенциал: как возникает молния и насколько она опасна

Теории и практики

Грозы случаются на нашей планете чаще 40 тысяч раз в день — около 100 вспышек молний каждую секунду. Но до сих пор это явление до конца не изучено. «Теории и практики» публикуют отрывок из книги Уолтера Левина и Уоррена Гольдштейна «Глазами физика. От края радуги к границе времени», которую издательство «МИФ» подготовило к выставке Non/fiction. Авторы объясняют, что такое молния и может ли от нее спасти громоотвод, автомобиль или кроссовки на резиновой подошве.

Конечно, один из самых опасных видов тока — молния, которая также относится и к числу самых замечательных электрических явлений, мощных, не вполне предсказуемых, не до конца понятных и таинственных — в общем, настоящий коктейль. В мифах разных народов — от древних греков до индейцев майя — разряды молнии описываются либо как символы божеств, либо как орудие их возмездия. И это неудивительно. В среднем на земле ежегодно проходит около 16 миллионов гроз (более 43 тысяч ежедневно и примерно 1800 ежечасно), которые ежесекундно производят около 100 вспышек молний, или более 8 миллионов молний в день. Это в масштабах всей планеты.

Молния — это следствие заряжения грозовых облаков. Обычно верхняя часть облака заряжается положительно, а нижняя — отрицательно. Почему именно так, ученые пока до конца не разобрались. Хотите верьте, хотите нет, но в физике атмосферы еще очень много вопросов, на которые предстоит ответить. А пока в целях простоты обсуждения давайте несколько упростим ситуацию, представив себе облако, отрицательно заряженное на той стороне, которая находится ближе к земле. Из-за индукции земля, ближе всего расположенная к облаку, заряжается положительно, и между нею и облаком возникнет электрическое поле.

С физической точки зрения разряд молнии довольно сложен, но, по существу, ее вспышка (электрический пробой) возникает, когда электрический потенциал между облаком и землей достигает десятков миллионов вольт. И хотя мы нередко думаем о разряде молнии как о «стрельбе» с облака в землю, на самом деле движение идет и с облака на землю, и с земли на облако. Сила электрического тока во время разряда молнии средней интенсивности составляет около 50 тысяч ампер (хотя может достигать и нескольких сотен тысяч ампер), а максимальная мощность достигает около триллиона (1012) ватт, но продолжается это всего несколько десятков микросекунд. Тем не менее полная энергия, выделяющаяся в момент удара молнии, редко превышает несколько сотен миллионов джоулей, что эквивалентно энергии, потребляемой за месяц стоваттной лампочкой. Так что идея сбора энергии молнии совершенно непрактична и нецелесообразна.

Большинству из нас известно, что определить, как далеко от нас ударила молния, можно по времени, которое проходит между моментами, когда мы видим разряд и слышим гром. Причина, которой это объясняется, позволяет нам также получить кое-какое представление о мощных силах, задействованных в данном процессе. И она, кстати, не имеет ничего общего с объяснением, однажды услышанным мной от своего студента: что молния создает нечто вроде области низкого давления, куда устремляется воздух и сталкивается там с воздухом, поступающим с другой стороны, в результате чего получается гром. На самом деле все происходит практически в точности до наоборот. Энергия разряда нагревает воздух примерно до 20 тысяч °С, то есть до температуры, более чем в три раза превышающей температуру поверхности Солнца. Затем этот суперразогретый воздух создает мощную волну давления, она сталкивается с холодным воздухом вокруг нее, создавая звуковые волны, которые распространяются в воздухе. Так как звуковые волны в воздухе перемещаются со скоростью около полутора километров за пять секунд, подсчитав секунды, вы можете довольно легко выяснить, насколько далеко от вас ударила молния.

Тем фактом, что молния столь сильно нагревает воздух, объясняется и другое явление, с которым вы, возможно, сталкивались во время грозы. Вы когда-нибудь замечали, насколько свежий, особый запах стоит в воздухе после грозы, словно буря очистила его? Конечно, в большом городе это трудно почувствовать, потому что там воздух практически всегда пропитан выхлопными газами от автомобилей. Но даже если вам посчастливилось услышать этот замечательный аромат, вы вполне можете не знать, что это запах озона, молекулы кислорода, состоящей из трех атомов кислорода. Как известно, нормальные молекулы кислорода — без запаха — состоят из двух атомов кислорода, и мы записываем их как O2. Но потрясающий жар от молнии разбивает эти молекулы — не все, но достаточное количество, чтобы оказать определенный эффект. Получившиеся в результате отдельные атомы кислорода сами по себе нестабильны, поэтому прикрепляются к нормальным молекулам О2, создавая вещество О3 — озон.

Однако следует отметить, что озон приятно пахнет только в небольших количествах; в высоких концентрациях его запах не столь привлекателен. Его можно почувствовать, например, под высоковольтными проводами. Если вы слышите жужжащий звук, исходящий от проводов, это обычно означает, что там происходит искрение, называемое коронным разрядом, в результате которого и создаются молекулы озона. Когда нет сильного ветра, как правило, можно почувствовать довольно неприятный запах.

«Молния ударяет в самолеты в среднем более одного раза в год, но благодаря скин-эффекту они благополучно переживают эти удары»

А теперь вернемся к идее, что человека от последствий удара молнии могут спасти надетые на него кроссовки на резиновой подошве. Разряд молнии в 50–100 тысяч ампер, способный разогреть воздух до температуры, более чем в три раза превышающей температуру поверхности Солнца, почти наверняка сожжет вас дотла, заставит биться в конвульсиях от сильнейшего поражения электрическим током или попросту взорвет вас, мгновенно превратив всю воду в вашем теле в сверхгорячий пар. Совершенно независимо от того, во что вы обуты. Именно это происходит с деревом, в которое ударила молния, — сок в нем взрывается и срывает с него всю кору. Сто миллионов джоулей энергии — эквивалент почти тридцати килограммов динамита, — это вам не фунт изюма.

А как насчет того, безопасно ли находиться внутри автомобиля, защищающего вас от удара молнии благодаря резиновым шинам? Автомобиль действительно может защитить вас в этой ситуации (однако никаких гарантий!), но по совершенно иной причине. Дело в том, что электрический ток течет по поверхностным слоям проводника (это явление называется скин-эффектом), и, сидя в автомобиле, вы оказываетесь внутри металлической коробки, а металл, как мы уже знаем, хороший проводник. Вы даже можете прикоснуться к внутренней части панели воздуховода и не получить никакой травмы. Тем не менее я настоятельно призываю вас этого не делать, поскольку это крайне опасно, так как в большинстве современных автомобилей используются детали из стекловолокна, а в этом материале скин-эффект отсутствует. Иными словами, если молния ударяет в ваш автомобиль, вы — да и ваша машина — можете пережить не самые приятные секунды в жизни. Если интересно, посмотрите короткое видео, где показано, как молния поражает автомобиль. Думаю, вы сразу поймете, что с этим шутить не стоит!

На наше в вами счастье, с самолетами ситуация совершенно другая. Молния ударяет в них в среднем более одного раза в год, но благодаря все тому же скин-эффекту они благополучно переживают эти удары. Смотрите видео.

© paulprescott72/iStock

Есть еще один знаменитый эксперимент, связанный с молниями, авторство которого приписывают Бенджамину Франклину, но я настоятельно не рекомендую вам его проводить. Речь идет о запуске во время грозы воздушного змея с привязанным к нему металлическим ключом. Предположительно Франклин так намеревался проверить гипотезу о том, что грозовые облака создают электрический огонь. Он рассуждал следующим образом: если молния действительно является источником электроэнергии, то как только бечевка змея намокнет от дождя, она станет хорошим проводником (хотя ученый не использовал этого слова) электричества и оно пройдет вниз, к ключу, привязанному к ее концу. Рассказывают также, что стоило Франклину поднести руку к ключу, как тут же появлялась яркая искра. Так вот, как и в случае с Ньютоном, который на закате своей жизни якобы утверждал, что на создание закона всемирного тяготения его вдохновило яблоко, упавшее на землю с дерева, никаких современных доказательств того, что Франклин когда-либо действительно проводил этот эксперимент, нет. Есть только отчет в письме, посланном им в Королевское научное общество в Англии, и еще один письменный документ, составленный пятнадцать лет спустя другом Франклина Джозефом Пристли (кстати, первооткрывателем кислорода).

«Сто миллионов джоулей энергии — эквивалент почти тридцати килограммов динамита, — это вам не фунт изюма»

Но проводил ли Франклин этот эксперимент или нет — что было бы фантастически опасно и с очень высокой вероятностью привело бы к гибели великого изобретателя, — описание другого эксперимента он опубликовал точно. В данном случае задача была — увести молнию в землю, для чего ученый установил на верхушке башни длинный железный стержень. Несколько лет спустя француз Томас-Франсуа Далибар, который встретился с Франклином и перевел его идеи на французский язык, провел этот эксперимент в несколько иной версии и стал свидетелем поистине невероятного явления. Далибар установил железный стержень длиной больше 10 метров и, направив его в небо, увидел у его не заземленного основания искры.

Впоследствии профессор Георг Вильгельм Рихман, выдающийся ученый, родившийся в Эстонии и живший в , член Санкт-Петербургской Академии наук, много лет изучавший электрические явления, очевидно, вдохновленный экспериментом Далибара, решил также попробовать его провести. Как рассказывает Майкл Брайан в интереснейшей книге Draw the Lightning Down: Benjamin Franklin and Electrical Technology in the Age of Enlightenment («Как обезвредить молнию: Бенджамин Франклин и электротехника в эпоху Просвещения»), Рихман приладил железный прут к крыше своего дома и медной цепью соединил его с прибором для измерения электричества в своей лаборатории, расположенной на первом этаже.

Как нарочно — а может, это был знак судьбы, — в августе 1753 года во время заседания Академии наук разразилась сильнейшая гроза. Рихман бросился домой, захватив с собой художника, который должен был иллюстрировать его новую книгу. Пока Рихман наблюдал за оборудованием, ударила молния, прошла вниз по стержню и цепи, выпрыгнула в полуметре от головы ученого, ударила его током и отбросила через всю комнату; художник тоже получил сильный удар током и потерял сознание. В интернете можно найти несколько иллюстраций этой ужасной сцены, хотя точно неизвестно, был ли их автором художник, принимавший в ней непосредственное участие.

Франклин изобрел подобную штуковину, но его детище было заземлено; сегодня оно известно под названием громоотвод. Устройство отлично заземляет удары молнии, однако не по той причине, которую предполагал Франклин. Он считал, что громоотвод будет вызывать между заряженным облаком и зданием непрерывный разряд, тем самым сохраняя разность потенциалов на низком уровне и, следовательно, снижая опасность удара молнии. Ученый был настолько уверен в своей правоте, что посоветовал королю Георгу II установить громоотводы на крыше королевского дворца и на складах с боеприпасами. Оппоненты Франклина утверждали, что громоотводы будут только притягивать молнии и что эффект разряда, снижая разность электрических потенциалов между зданием и грозовыми облаками, будет совсем незначительным. Но король, как гласит история, доверился Франклину и установил громоотводы.

Вскоре после этого молния ударила прямо в один из складов боеприпасов, но повреждения оказались минимальными. То есть стержень сработал, но по совершенно иным причинам. Критики Франклина были абсолютно правы: громоотводы действительно притягивают молнии и разрядка стержня действительно ничтожна по сравнению с огромным зарядом грозовой тучи. Но громоотвод все же дает желаемый эффект — потому что когда стержень достаточно толстый, чтобы справиться с 10–100 тысячами ампер, ток будет оставаться в стержне и заряд уйдет в землю. Получается, Франклин был не только блестящим ученым — ему еще и здорово везло!

Разве это не удивительно, что, поняв природу тихого потрескивания, раздающегося, когда мы снимаем полиэстеровый свитер зимой, мы можем также постичь суть жуткой грозы с молниями, освещающими ночное небо, и разобраться в происхождении одного из самых громких и устрашающих звуков в природе?

В некотором смысле мы все — современные версии Бенджамина Франклина, пытающиеся выяснить и постичь в этом грозном явлении то, что пока еще находится за пределами нашего понимания. В конце 1980-х годов ученые впервые сфотографировали разные формы молний, сверкающих высоко-высоко в облаках. Одна из разновидностей называется красными призраками и состоит из электрических разрядов, происходящих в 50–90 километрах над землей. А есть еще синие струи — они гораздо больше, иногда длиной до 70 километров, и возникают в верхних слоях атмосферы. Но мы знаем о них всего лишь немногим более двадцати лет, и нам еще очень мало известно о причинах этого потрясающего природного явления. Даже несмотря на то, что люди изучили электричество уже весьма детально, грозы по-прежнему покрыты завесой тайны — а ведь они случаются на нашей планете около 45 тысяч раз в день.

Физика атмосферы: как, почему и откуда появляются молнии

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

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

Что такое молния

Молния – искровой электрический разряд в атмосфере.

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

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

Физическая природа молнии

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

Ступенчатый лидер

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

Обратная вспышка

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

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

Почему молния гремит?

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

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

Виды молний и факты о молниях

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

  • Наземные молнии;
  • Внутриоблачные молнии;
  • Шаровые молнии;
  • «Эльфы»;
  • Джеты;
  • Спрайты.

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

Приведем факты о молниях:

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

Шаровая молния

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

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

35 часто задаваемых вопросов о грозе и молнии

Молния — одна из красивых загадок на Земле, но она очень опасна, так как обладает гигантской разрушительной силой. Еще в древние времена человек наблюдал, как молния расщепляла высокие деревья, зажигала леса и жилища, убивала крупный рогатый скот и овец на склонах гор и в долинах, не раз был свидетелем того, как от молнии гибли люди. Впечатление от ослепительно ярких молний усиливали ужасающие раскаты грома.

Перед этой гигантской грозной стихией человек чувствовал себя маленьким, слабым и совершенно беспомощным. Он считал молнию и гром проявлениями немилости богов, наказанием за злые дела.

Современной наукой доказано, что грозы — это сложные атмосферные явления, сопровождаемые электрическими разрядами-молниями, вызывающими гром. Мы сегодня сравнительно много знаем о грозах, молниях и громе, о защите от молнии. Все же есть еще и нераскрытое.

Цель этой статьи — правильное объяснение причин природных явлений, происходящих вокруг нас, информация о грозах и молниях, накопленная наукой к настоящему времени, которая постоянно пополняется и уточняется благодаря неустанным исследованиям, проводимым в глобальном масштабе.

Итак, 35 самых популярных вопросов про грозу и молнию.

1. Где находятся очаги гроз? — Они главным образом там, где часто чередуются горы и долины рек, а на равнинах — в местах, где испарение воды значительнее. На возникновение гроз влияет форма рельефа, способствующая образованию и сохранению разницы температур в соседних слоях воздуха.

2. Как часты грозы в Северном и Южном полушариях? — В большинстве районов средних широт Северного полушария наибольшее число гроз приходится на летние месяцы — июнь и июль, меньшее на зимние — декабрь и январь.

В Южном полушарии грозы чаще всего бывают в декабре и январе, реже — в июне и в июле. Из приведенных данных имеется достаточно много исключений. Например, в Великобритании и в районе Исландии зимние грозы довольно часты. Над океаном наибольшее число гроз всегда приходится на зиму.

В тропическом и субтропическом поясе земного шара грозы особенно сильны и чаще всего бывают в сезон дождей. В Индии — весной (апрель — май) и осенью (сентябрь). Наибольшее число грозовых дней на Земле в тропических и экваториальных странах. В направлении северных широт их количество постепенно уменьшается.

3. Какие районы являются мировыми очагами гроз? — Их шесть: Ява — 220 грозовых дней в году, Экваториальная Африка — 150, Южная Мексика — 142, Панама — 132, Центральная Бразилия —106, Мадагаскар — 95.

Статистические данные о молниях:

За каждую секунду над Землей сверкает до 100 молний, следовательно, за час — 360 000, за день — 8,64 млн., а год — 3 млрд.

4. В каком направлении движется большинство молний? — Из облаков к Земле, и они могут поразить горы, равнину или море.

5. Почему мы видим молнию? — Канал молнии, по которому проходит ток гигантской силы, очень нагревается и ярко светит. Это и дает возможность нам видеть молнию.

6. Может ли наблюдатель отличить лидера от главной стадии? — Нет, потому что они следуют непосредственно друг за другом, чрезвычайно быстро по одному и тому же пути.

Лидер — первый подготовительный этап возникновения молнии. Специалисты называют его ступенчатым головным разрядом. От грозового облака к Земле лидер движется быстрыми последовательными светящимися квантами, длина которых около 50 м. Промежутки времени между отдельными ступенями составляют примерно одну пятидесятимиллионную долю секунды.

7. Заканчивается ли молния после первого соединения двух противоположных зарядов? — Ток нарушается, но молния на этом обычно не заканчивается. Часто по пути, проложенному первым разрядом, идет новый лидер, за ним снова следует главная часть разряда. Этим заканчивается второй разряд. Таких разрядов, состоящих из двух стадий, может последовательно возникнуть до 50.

8. Сколько разрядов бывает чаще всего? — 2 — 3.

9. Чем вызвано мерцание молнии? — Отдельные разряды нарушают ход молнии. Наблюдатель воспринимает это как мерцание.

10. Каков промежуток между отдельными разрядами? — Очень короткий — не превышает сотой доли секунды. Если число молний большое, то свечение длится целую секунду, иногда и несколько секунд. Средняя продолжительность молнии — примерно четверть секунды. Лишь незначительный процент молний длится дольше одной секунды.

Американский ученый Макичрон приводит сведения о непродолжительности разрядов, восходящих от высокого здания к облаку. Половина наблюдавшихся молний длилась 0,3 секунды.

11. Ударит ли молния дважды в одно и то же место? — Да. В телевизионную башню в Останкино молнии ударяли в среднем до 30 раз в год.

12. Всегда ли молния ударяет в вершину объекта? — Нет. Например, в здание Empire State Building молния ударила на 15 м ниже его вершины.

13. Всегда ли молния выбирает самый высокий объект? — Нет, не всегда. Если бы рядом стояли две мачты, железная и деревянная, молния скорее ударила бы в железную, даже будь она ниже. Это объясняется тем, что железо лучше проводит электричество, чем дерево (даже влажное). Железная мачта к тому же лучше связана с Землей, и электрический заряд при образовании лидера легче к ней притягивается.

14. Ударит ли молния в наивысшую точку песчаного холма или в нижерасположенный глинистый участок? — Молния всегда выбирает путь наименьшего сопротивления и поэтому ударяет не в наивысшую точку местности, а в то место, где ближе всего глина, так как у нее электропроводность выше, чем у песка. В холмистой местности, где протекала река, молния ударила в реку, а не в близлежащие холмы.

15. Защищает ли дым дымовой трубы от молнии? — Нет, потому что именно выходящий из трубы дым может облегчить молнии путь и тем самым вызвать ее удар в дымовую трубу.

16. Может ли быть гром без молнии? — Нет. Как известно, гром — это звук, рождаемый молнией, вследствие расширения газов, причиной которого является она сама.

17. Сверкает ли молния без грома? — Нет. Хотя на большом расстоянии грома иногда не слышно, но он всегда сопровождает молнию.

18. Как определить расстояние, отделяющее нас от молнии? — Сперва мы видим молнию и только через некоторое время слышим гром. Если, например, между молнией и громом проходит 5 секунд, то за это время звук прошел расстояние 5 х 300 = 1650 м. Это значит, что молния ударила чуть дальше 1,5 км от наблюдателя.

В хорошую погоду можно слышать гром спустя 50 — 60 секунд после вспышки молнии, что соответствует расстоянию 15 — 20 км. Это намного меньше расстояния, на котором слышны звуки искусственных взрывов, потому что в этом случае энергия сосредоточена в сравнительно небольшом объеме, тогда как при грозовом разряде она распределяется по всему его пути.

19. Ударяет ли вообще молния в автомобиль? — Изоляционное сопротивление сухих автопокрышек столь велико, что прямой путь молнии к земле через автомобиль маловероятен. Но во время грозы в большинстве случаев идет дождь, автопокрышки увлажняются. Это увеличивает вероятность удара даже в том случае, если автомобиль не самый высокий объект в данной местности.

20. Притягивает ли движущийся автомобиль молнию больше, чем стоящий? — На этот вопрос нет однозначного ответа. Однако в каждом случае следует считаться с тем, что близкий удар молнии может испугать и ослепить, поэтому скорость движения должна соответствовать обстановке.

21. Что надо делать во время сильной грозы? — Во время сильной грозы надо постараться найти подходящее место для стоянки или съехать с трассы на лесную или проселочную дорогу и переждать грозу там.

22. Может ли молния ударить в самолет во время полета? — Да. К счастью, почти все пораженные молнией самолеты продолжают полет. На 5000 — 10000 летных часов приходится примерно один удар молнии в самолет.

23. Какое место занимает молния среди причин авиационных катастроф? — Если составить список причин авиакатастроф, вызванных такими погодными факторами, как мороз, снег, оледенение, ливни, туманы, бури и смерчи, то молния заняла бы в нем одно из последних мест.

24. Какие приборы в самолете больше подвержены действию молнии? — Примерно треть ударов молнии повреждает электроприборы. Были случаи, когда после удара молнии не работали различные бортовые приборы — индикаторы количества топлива, давления масла и другие, потому что вышли из строя их магниты. Не рекомендуется пополнять запасы топлива во время грозы, так как существует опасность удара молнии.

25. Какое расстояние от места удара молнии опасно? — На месте удара молнии образуется круг, внутри которого шаговое напряжение столь велико, что оно опасно для людей и животных. Радиус его может достигать 30 м. Случайный свидетель с трудом различит, был ли это прямой или непрямой удар молнии, так как ослепление столь мгновенно, а грохот так оглушителен, что человек не сразу понимает, что произошло.

26. Moжет ли произойти несчастный случай внутри здания? — Да, если человек находится недалеко от металлического предмета и вблизи вывода молниеотвода.

27. Где меньше опасность поражения молнией — в городе или селе? — В городе люди находятся в меньшей опасности, так как стальные конструкции и высокие здания действуют в определенной мере как молниеотводы. Поэтому молния чаще всего поражает людей, работающих в поле, туристов и строителей.

28. Защищен ли от молнии человек, укрывшийся под деревом? — Примерно треть всех жертв молнии укрывалась под деревьями.

29. Есть ли случаи, когда человек пережил несколько ударов молнии? — Ходячим призраком считает себя разменявший седьмой десяток лет американский лесник Рой С. Салливан, которого молния поражала четыре раза, причем он не получил никаких серьезных травм, не считая сгоревших волос. Сам он так описывает пережитое: «Меня будто гигантским кулаком свалило на землю, причем сотрясло все тело. Я ослеп, оглох, и мне казалось, что я рассыплюсь на части. Потребовалось несколько недель, прежде чем исчезли эти ощущения».

30. Какое действие удар молнии оказывает на человеческий организм? — Такое же, как действие электрооборудования, работающего под высоким напряжением: человек сразу же теряет сознание (чему способствует страх), у него может остановиться сердце. Поражается также центральная нервная система, что ведет к параличу нервов и мышц, прежде всего дыхательных.

Если человек остается жив после прямого удара молнии, то это, вероятно, потому, что большая часть тока ушла в другой предмет. Помимо более или менее серьезных электрических шоков, удар молнии оставляет на теле ожоги, иногда и глубокие раны с вырванным мясом, как следствие взрывной деятельности молнии. Ожоги имеют невероятную форму и нередко образуют пестрые картинки, называемые картинками Лихтенберга.

31. Какой должна быть первая помощь при ударах молнии? — Такой же, что и при других поражениях электрическим током и ожогах: главным образом, искусственное дыхание. Сделанное своевременно и достаточно продолжительно, оно спасет многие жизни. Если жизнь пораженного молнией удается спасти оказанием надлежащей первой помощи, то признаки паралича обычно исчезают без вредных последствий медленно, в течение нескольких часов или дней.

32. Какую энергию таит в себе средняя линейная молния? — На основании данных о напряжении, силе тока и мощности зарядов, считается, что средняя млния содержит энергию порядка 250 кВч (900 МДж). Английский специалист Уилсон приводит другие данные — 2800 кВч (10 4 МДж = 10 ГДж).

33. Во что превращается энергия молнии? — Наибольшая часть — в свет, тепло и звук на всем ее пути.

34. Какова энергия молнии на единицу земной поверхности? — На 1 кв. км земной поверхности энергия молнии сравнительно мала. Другие виды энергии в атмосфере, например, солнечное излучение сила ветра, значительно превышают ее.

35. Может ли молния быть полезной? — Электрические разряды во время грозы превращают часть атмосферного кислорода в новое газообразное вещество — озон, с резким запахом, обладающее отличными дезинфицирующими свойствами. Он в своем составе имеет три атома кислорода, выделяет свободный кислород, поэтому после грозы воздух очищается.

Под воздействием высокой температуры молнии кислород соединяется с атмосферным азотом, образуя азотистые соединения, легкорастворимые в воде. Образовавшаяся азотная кислота вместе с дождем попадает в почву, где становится азотным удобрением.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Гроза и молния: что об этом обязательно нужно знать

Молния — электрический разряд

В 1752 году известный американский ученый и политический деятель Бенджамин Франклин доказал, что молния является ни чем иным, как электрической искрой.

Летом в Филадельфии 45-летний Франклин со своим сыном запускали бумажного змея, к концу шелковой нити которого привязывали тяжелый железный ключ от садовой калитки. Когда приблизилось грозовое облако, Франклин поднес палец к ключу и между ними проскочила искра.

Он почувствовал легкий удар. Это было для него, пожалуй, самым приятным ощущением. Он дождался желанного подтверждения своей догадки. Можно сказать, что ему очень повезло, так как нескольких человек, пускавших змея во время грозы при других обстоятельствах, убило молнией.

Открытие Франклина было настоящей сенсацией. Он доказал, что грозовые облака имеют электрический заряд и что молния — это электрический разряд между облаком и Землей.

Для неискушенного обывателя, которому посчастливилось ни разу за свою жизнь не попасть под удар молнии, грозовой разряд представляется всего лишь вспышкой света и раскатами грома. На самом же деле молния — это достаточно сложное природное явление.

Сначала из облака стремительно как-бы падает вниз на землю «лидер». Лидером называется стартовая часть разряда молнии. Пройдя порядка сотни метров, лидер замедляется, чтобы накопить энергию, набрать заряд, затем он движется дальше, сворачивает от пространства с воздухом большего сопротивления — туда где сопротивление меньше, минует следующие стадии, и в конце концов проходит весь путь, который может достигать десятков километров.

Продвигаясь все ближе к земле, и находясь уже на расстоянии в несколько десятков метров от ее поверхности, лидер вызывает на себя встречный (индуцированный) электрический разряд противоположного знака из какой-нибудь естественной или искусственной возвышенности.

Данный встречный разряд соединяется с лидером, и в этот то момент образуется проводящий токовый ствол линейной молнии, по которому прямой и обратный движущиеся заряды формируют ток силой в десятки и сотни тысяч ампер. А ведь с виду это всего лишь вспышка, существующая в случае линейной молнии какую-то тысячную долю секунды. А если молния проживет десятую долю секунды — такая молния может считаться молнией — долгожительницей.

Что такое гроза

Это сложный атмосферный процесс, сопровождаемый электрическими разрядами — молниями, которые вызывают гром. При грозе происходит конденсационный атмосферный процесс — осаждение водяного пара на конденсационных ядрах и образование капель.

Иногда это совокупность метеорологических явлений — воздушные течения, ветер, дождь, снег, град — при возникновении больших электрических напряжений в атмосфере и их выравнивание с помощью разрядов — молний.

Возникновение грозы обусловлено образованием кучево-дождевых облаков. Мощная облачность является следствием значительной неустойчивости атмосферы, при которой возникают гигантские и быстрые восходящие токи воздуха с образованием в них облаков.

Для грозы характерны шквальный ветер у земной поверхности, а часто и интенсивный дождь (снег), связанные иногда с градом. Примерно за час или два перед грозой атмосферное давление начинает быстро падать, вплоть до внезапного усиления ветра, затем опять повышается.

Куда и почему попадает молния

Но как молния выбирает место, в которое ей лучше ударить? Дело в том, что когда лидер молнии приближается к поверхности земли, непосредственно на поверхности земли, в месте под лидером, усиливается напряженность электрического поля, и стремительно накапливается индуцированный электрический заряд.

Наконец, в том месте где индуцированного заряда накопилось больше всего, и где напряженность электрического поля оказалась выше — там и наступает критический момент — происходит пробой воздуха.

Обычно пробой происходит в возвышающийся над поверхностью земли предмет, поскольку у острия или выступа заряда накапливается больше всего. Так принято считать. Однако лидер молнии движется очень быстро, прежде всего выбирая участок с более высокой электропроводностью, меньшего электрического сопротивления.

Влажная почва в месте залегания металлических руд имеет большую электропроводность по сравнению, скажем, с сухим песком, обладающим плохой проводимостью, препятствующей продвижению индуцированного заряда в сторону лидера. Поэтому высокий песчаный холм молния может обойти, выбрав вместо него ручеек, обильно увлажняющий низину. В такие моменты кажется что молния выбрала место для удара ниже чем следовало бы.

Чтобы понизить вероятность попадания молнии прямо в здание, в вышку или в линию электропередач, данные сооружения оснащают специальными защитными средствами – молниеотводами.

Молниеотводы представляют собой заземленные металлические штыри, установленные вертикально и заостренные сверху. Заземление штыря выполняется очень качественно, с помощью металлических листов большой площади, которые закапываются в землю на уровне, где всегда имеется достаточная влажность.

Допустим, молниеотвод имеет высоту h1, тогда он надежно защитит объекты, находящиеся внутри конуса с углом образующей альфа и радиусом основания ОС. Это означает, что почти 100% молний обречены попасть в область вершины конуса, в точку А, и лишь менее 1% молний могут случайно ударить в объект, находящийся внутри защищаемого объема. И то если грозовое облако окажется в данной области.

У острия молниеотвода электрическое поле имеет наивысшую напряженность и именно из него прежде всего вырвется навстречу лидеру индуцированный разряд, направляя молнию по безопасному для нас пути. Практически статистика говорит нам о том, что оснащенное таким образом пространство защищено от попадания туда молнии лет на 200.

Как узнать расстояние до молнии

Кстати, раскаты грома добираются до нас от молнии издалека, поэтому иногда звук грома как-бы приглушенный, а иногда — наоборот, прорывает оглушительным треском, если гроза в самом разгаре. Это очень просто объясняется. Свет от вспышки молнии распространяется по воздуху со скоростью 299792 километра в секунду, поэтому молнию мы видим всегда сразу.

А вот звук от нее распространяется медленнее, поэтому гром мы слышим намного позже вспышки, лишь некоторое время спустя. Так как за 3 секунды звук проходит примерно 1 километр, то посчитав время между вспышкой молнии и началом звука грома, можно прикинуть, на каком расстоянии произошел разряд или практически — на каком расстоянии находится грозовая туча.

Засеките время в секундах между вспышкой молнии и началом звука грома, затем разделите его на 3, так вы получите приблизительное расстояние в километрах от вас до места разряда молнии, гром от которой грохочет.

Опасность молнии

Молния, конечно, опасна для человека. Ток даже в 60 миллиампер уже может оказаться смертельным, если он, не дай бог, пройдет чрез мозг или сердце. Вот почему попадание молнии прямо в человеческое тело смертельно опасно. Но даже если молния ударит в землю или в объект находящийся рядом с человеком, это тоже опасно.

Токи, текущие по земле в момент попадания в нее молнии, создадут падение напряжения, особенно на определенном участке земли. В итоге даже между точками поверхности земли, находящимися на расстоянии метра друг от друга, может возникнуть разность потенциалов в сотни и тысячи вольт — так называемое шаговое напряжение, поскольку размера шага будет достаточно.

Если ноги в момент удара молнии окажутся расставлены широко, ток пройдет через человеческое тело по его ногам, при этом сопротивление кожи ног и подошвы определят величину данного тока. Ладно если на ногах будут надеты резиновые сапоги, тогда все может обойтись легким испугом. А если босиком? Тогда и 20 вольт могут убить.

Неприятно одно только ощущение, когда находясь недалеко от места удара молнии, человек чувствует движущийся по его телу индуцированный заряд.

И мы сказали только о линейных молниях, не говоря уже о шаровых, которые могут порой возникать и быстро плавать в воздухе. Светящиеся электрические шары (плазма) достигающие 200 мм в диаметре могут быть очень опасными.

Давайте теперь поговорим о правилах поведения во время грозы, чтобы ни в коем случае не попасть под удар молнии.

Техника безопасности во время грозы

Если вы находитесь дома, то закройте все окна и двери, а также дымоход, если у вас имеется печь. Хорошо если жилое здание оборудовано молниеотводом. Сельские дома часто имеют на крышах антенны, которые нужно заземлить, а про телефонные разговоры на время грозы лучше вообще забыть.

Находясь вне дома, не вздумайте купаться во время грозы. Помните, что вода естественных водоемов является хорошим проводником, особенно для электрических разрядов.

Не стоит прятаться от грозы возле одиноко стоящего дерева, ведь именно верхушки одиноко стоящих деревьев во время грозы очень наэлектризованы и буквально привлекают к себе молнии. Иногда можно заметить как верхушки деревьев светятся от электрического напряжения и ионизации во время приближения грозы.

Аналогичным образом ведут себя стога сена, столбы и другие выступающие над землей предметы. Если вы находитесь в лесу, то предпочтите для укрытия более низкое дерево или куст, стараясь, однако, как можно внимательнее избегать соприкосновения с ним.

Босиком в грозу лучше не ходить, и тем более не ложиться на землю, помните о шаговом напряжении. Когда идете в грозу по земле, шаг пусть будет не очень размашистым, ставьте ноги не далеко друг от друга.

Если гроза застала вас на природе, избегайте возвышенностей, а в горах выбирайте для укрытия середину ущелья. Перебегая с места на место помните, что время между разрядами молнии обычно составляет около 10 секунд. В степи для укрытия лучше воспользоваться какой-нибудь пленкой или плащом, и просто переждать грозу.

Если же вы в лодке далеко от берега, например рыбачите, то вам стоит укрыться прямо в ней и переждать грозу, вероятность поражения молнией в этом случае почти нулевая.

Правила поведения с шаровой молнией

А как же быть, если вам «повезло» и встретилась шаровая молния? Не стоит от нее бежать, так как поток воздуха просто потянет шаровую молнию за вами. Спокойно и медленно отойдите от шаровой молнии подальше, внимательно следите за ней, не поворачивайтесь к ней спиной.

Шаровая молния движется вместе с потоком воздуха, поэтому перейдите на ту сторону от нее, откуда ветер будет шаровую молнию от вас отдувать. Если дело происходит в комнате, то избегайте сквозняка, не стойте между окном, дверью и дымоходом, ведь именно по этому пути вероятнее всего шаровая молния будет двигаться.

Не пытайтесь поймать шаровую молнию руками, во-первых, она очень горячая, во-вторых, вы рискуете уничтожить ее вместо того чтобы использовать эту возможность и понаблюдать редкое явление природы. Не нужно пытаться трогать шаровую молнию палкой или еще чем-нибудь. Если же вы растерялись, то просто спрячьтесь подальше и дождитесь пока шаровая молния «разрядится» или покинет помещение.

Если молния, независимо от ее вида, линейная или шаровая, поразила человека, и вы стали свидетелем этого, то необходимо перенести пострадавшего в теплое сухое проветриваемое помещение, накрыть его одеялом, и в случае необходимости оказать первые реанимационные мероприятия. Срочно вызовите скорую помощь и сообщите о случившемся!

Молниезащита и защита от импульсов перенапряжения

Актуальность проблемы защиты от перенапряжения и молниезащиты в последнее время у многих уже не вызывает сомнения. Однако, ощущается острая нехватка информации в данной области, недостаток теоретических знаний, методик расчета, т.е. непонятно, каким образом и при помощи каких конструктивов, элементов и устройств защитить задание, оборудование и людей внутри здания от разрушающих факторов и опасных последствий удара молнии и импульсов перенапряжения различной природы.

Нормативная база в области молниезащиты зданий и сооружений также порождает больше вопросов, чем дает ответов, хотя ведущие российские ученые ведут работу по изменению данной ситуации. В данной статье речь пойдет о методике выбора устройства защиты от импульсов перенапряжения (УЗИП), области их применения, местах установки и правилах эксплуатации: Ограничители перенапряжения в домашней электропроводке – виды и схемы подключения

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий