Как образуются молнии: Как образуется молния

Как образуется молния

Молния. Эта яркая вспышка всегда восхищала, завораживала и одновременно устрашала людей. В древности ей поклонялись. Но и мы недалеко ушли от своих предков. Единственное – мы прекрасно понимаем, что молния по своей сути – электрический разряд. Однако защищаться от нее человечество научилось где-то с десяток лет назад.

Итак, молния – как образуется и что она собой представляет? На эти вопросы мы постараемся ответить далее.

Несколько слов о грозовых тучах

Большинству людей еще с детства известно, что молния возникает в кучевых дождевых облаках, которые представляют собой ничто иное, как большое скопление водяного пара. Под воздействием воздушных потоков, которые идут с земли, паровые частички пребывают в постоянном движении, сталкиваясь друг с другом.

В результате этого, крупные льдинки получают положительный заряд, а мелкие, наоборот, отрицательный. Под действием этого, грозовая туча постепенно заряжается и сверху приобретает положительный заряд, а снизу – отрицательный.

Как образуется молния

В следствие описанного выше процесса, электрополе становится все более напряженным. А теперь представьте, что две такие тучи сталкиваются друг с другом. Естественно,  между ними проскочат определенные частицы – электроны и ионы. Такая реакция создает подсвеченный плазменный канал, который становится проходом для всех остальных частиц. Собственно, так и возникает молния.

А что же с громом

Такая реакция выделяет колоссальную энергию, которая доходит до миллиарда джоулей. При этом температура зашкаливает за 10 тысяч Кельвинов. Именно в связи с этим и возникает яркая вспышка.

Среда под воздействием столь огромной температуры начинается расширяться, и при этом создает настоящую ударную волну. Именно так и возникает гром. Кстати, теперь вы знаете, почему вначале следует молния, а гром возникает потом.

А как об этом узнали ученые

Первым, кто вплотную занялся изучением этого вопроса, был Бенджамин Франклин. Он соорудил специального воздушного змея, на конце которого была проволока и несколько медных ключей.

Запуская его в непогоду, он сумел доказать, что молния представляет собой заряд электрический частиц, которые скапливаются в облаках. Как молния тогда не ударила в самого ученого – остается загадкой.

Одновременно с ним Ломоносов соорудил свою знаменитую громовую машину, представляющую собой высокий шест с отведенным от него проводом к конденсатору, который таким образом заряжался электричеством из атмосферы.

Приближая к устройству руки, ученый мог таким образом извлекать искры, что тоже было довольно опасным занятием. Именно такие опыты дали первый толчок к изучению природы молнии, перед тем, как человечество получило возможность использовать спутниковые технологии для этих целей. 

Отчего и как образуется молния?

   Какая-нибудь суеверная старушка ответила бы, что это Илья-пророк на своей колеснице по небу едет. Громыхает по облакам, как по булыжникам, а из-под колес искры. Вот тебе и гром и молния.

   Однако не позавидуешь Илье-пророку, если бы это было правдой! Ведь на земном шаре непрестанно в самых разных местах происходят грозы. В одно и то же время их бывает ни много, ни мало около двух тысяч. Каждую секунду на нашей планете ударяет в землю сто молний.
   Как же образуется молния на самом деле? Придется заглянуть внутрь грозового облака. Ученые сделали это с помощью шаров-зондов, снабженных специальными приборами. Оказалось, что в разных частях облака скапливаются разные электрические заряды. В одной части – положительные, в другой – отрицательные. Эти заряды сосредоточены на водяных капельках, из которых состоит облако.
   Вот ударила первая молния. Кажется, что она возникла мгновенно. Однако, фотографируя особыми камерами, удалось установить подробную картину ее постепенного развития. Сначала от тучи, из того места, где скопилось много отрицательных зарядов, к земле идет “вожак”, или, как говорят физики, лидер. Собственно говоря, это лавина электронов. Они намечают дорогу, образуют канал, по которому затем устремится молния.
   Под ударами электронов, из которых состоит лидер, атомы воздуха на его пути начинают светиться. Мы-то этого свечения не видим, но на фотобумаге оно оставляет слабый след. По следу обнаружили, что лидер самой первой молнии движется ступеньками: проскочит пять метров книзу – остановится, подождет 50–90 микросекунд (миллионных долей секунды) и снова вниз на пять метров.
   Когда лидер дойдет до земли, положительные заряды земли, притянутые отрицательными зарядами облака, устремляются по проложенной лидером дороге вверх. Так образуется главный канал молнии. Его диаметр от 10 до 25 сантиметров. По нему протекает ток огромной силы, раскаляет воздух и заставляет его светиться. От сильного нагревания воздух вокруг канала мгновенно расширяется, и во все стороны идет ударная волна, как при взрыве.
   Когда положительные и отрицательные заряды встретились, они нейтрализовали друг друга, и молния погасла. Но теперь из остальных частей облака к этому месту начинают притекать отрицательные заряды.

Снова к земле идет разведчик. Он идет по старому пути, не останавливаясь. Навстречу ему от высоких зданий, деревьев, громоотводов тоже растут светящиеся ветви. Они сливаются с лидером, и вот путь для молнии готов. Иногда это свечение видно простым глазом. В старину его называли “огнями святого Эльма”, а теперь называют коронным разрядом, потому что святой Эльм тут ни при чем, так же как Илья-пророк.

физика атмосферы, в результате чего

Такое явление, как гроза, одновременно пугает и завораживает. Вспышки молний, расчерчивающих потемневшее небо, и страшные раскаты грома… В древности люди думали, что так боги проявляют свой гнев на жителей Земли. В настоящее время наука может дать точное описание и объяснение этому природному явлению.

Как появляется молния и гром: краткое описание явления

Искровой разряд

Молния — это гигантский электрический разряд, всегда сопровождающийся яркой вспышкой и звуковыми раскатами — громом.

Вспышка молнии редко бывает одиночной, обычно они бывают от 2-3 до нескольких десятков разрядов. Образование этого явления возможно в кучево-дождевых облаках или слоисто-дождевых тучах огромных размеров (до 7 км в высоту). Такие облака и тучи легко выделить среди других по насыщенному темно-синему цвету. 

Источник: yandex.by

Молнии могут образовываться:

1. Внутри одной тучи.
2. Между соседними наэлектризованными облаками.
3. Между тучами и поверхностью земли. 

Грозовые облака состоят из пара, который в верхних слоях тучи из-за низкой температуры конденсирован в виде кристалликов льда. Для того чтобы туча стала грозовой, ледяные кристаллы внутри нее должны начать активно двигаться. Этому способствуют потоки теплого воздуха, поднимающиеся с нагретой поверхности. Теплые массы воздуха влекут за собой вверх более мелкие кристаллики льда, которые наталкиваются на более крупные. В результате этого процесса маленькие кристаллы оказываются положительно заряженными, крупные — отрицательно заряженными.

При этом маленькие кристаллики льда концентрируются в верхней части тучи, которая становится положительно заряженной, а большие — в нижней, отрицательно заряженной. Напряженность электрического поля в таком облаке достигает огромных значений: 1 миллион вольт на 1 метр. При соприкосновении противоположно заряженных слоев в местах столкновения ионы и электроны образуют канал, все заряженные частицы устремляются по нему вниз, и образуется мощный электрический разряд — молния. 

Полученный канал раскаляется до 30000 градусов Цельсия и образует яркий свет, который видно доли секунды. После того, как канал образован, грозовая туча начинает разряжаться: за первым ударом молнии следуют два и более разрядов. 

Звук разряда

Через несколько секунд после вспышки молнии возникает гром. Гром — это взрывоподобные колебания воздуха, которые происходят из-за резкого повышения давления вдоль канала, чему способствует разогрев атмосферы до 30000 градусов Цельсия.

 

Удар молнии — это своего рода взрыв, который вызывает ударную волну, очень опасную для человека или животного, оказавшегося поблизости. Находясь на отдаленном расстоянии от эпицентра грозы, мы не можем ощутить ударную волну электрического разряда, но хорошо слышим звуковую, которую и называем громом или громовыми раскатами.

Сколько молний возникает ежедневно

Благодаря данным со спутников ученые узнали, что в каждую секунду на Земле происходит 44 ± 5 ударов молнии. То есть за сутки случается более 3,5 миллионов разрядов, а их количество в год составляет порядка 1,4 миллиарда. При этом около 25% ударяют в землю и примерно 75% вспыхивают среди облаков.

Природа молнии в физике

Молния не образуется мгновенно из ничего, хоть все и происходит очень быстро. Один электрический разряд можно разделить на 2 стадии:

1. Ступенчатый лидер.
2. Обратная вспышка.

Ступенчатый лидер

Перед вспышкой молнии в небе можно увидеть небольшое пятно, которое движется от облака к поверхности земли. Это пятно называют «ступенчатым лидером», оно является тем самым каналом, по которому чуть позже будет произведен электрический разряд. Лидер может разветвляться, как и последующий удар молнии по этому каналу. Происходит это из-за неравномерной ионизации воздуха. 

Обратная вспышка

Когда ступенчатый лидер достигает поверхности земли, по проложенному им каналу начинает течь ток. В этот момент и можно видеть основную вспышку молнии, которая сопровождается огромным выделением энергии и высокими показателями силы тока. При этом лидер всегда распространяется от тучи к земле, а яркая вспышка, которую мы называем молнией, наоборот, от земли к туче.

Молния — это явление, которое идет не от тучи к земле, а происходит между ними.

Почему возникает гром

Удар молнии всегда сопровождается звуками грома. Объясним, как возникает гром.

При вспышке молнии происходит резкий скачок температуры окружающего воздуха до огромных значений, что приводит к расширению нагретого воздуха по типу взрыва, вызывающему ударную волну или раскат грома. Почти всегда громкость звука увеличивается к концу раската из-за отражения звука от облаков и поверхности земли. Чем большее число молний прошло по каналу, тем продолжительнее будет сотрясение воздуха. При значительной длине электрического разряда звук с разных его участков доходит в разное время и образуются громовые раскаты.

Скорость света и скорость звука

Из-за того, что скорость звука (330 метров в секунду) гораздо меньше скорости света (299 792 458 метров в секунду), гром всегда появляется немного позже молнии. 

По времени задержки грома от молнии можно рассчитать расстояние до того места, куда ударил разряд. Для этого нужно посчитать, сколько секунд прошло между вспышкой и звуками грома. 3 секунды будут примерно равны расстоянию в 1 километр.

Разновидности молний

На Земле существует несколько разновидностей молний. 

1. Наземные (составляют всего около 25% от общего количества).
2. Внутриоблачные (самое распространенное явление).
3. Молнии, образующиеся в высших слоях атмосферы, которые можно увидеть только при помощи специальных приборов.
4. Вулканические.
5. Огни святого Эльма.
6. Шаровые.

К наземным относятся:

Линейная. Частый вид, образование которого мы как раз и приводили выше, описывая разряд между небом и землей. Молния представляет собой изогнутую линию с ответвлениями, один конец которой находится в небе, другой — на поверхности земли. 

Источник: pxhere.com

Молния «земля-облако» образуется, когда разряд попадает в объект, расположенный на большой высоте. Высокие предметы накапливают электростатический заряд и тем самым приманивают молнии.

Источник: yandex.uz

Ленточная. Интересный редкий вид молнии, который представляет собой ряд одинаковых каналов, находящихся на небольшом расстоянии и параллельных друг другу. Ученые считают, что причиной данного явления выступает сильный ветер, который значительно расширяет каналы.

Источник: popmech.ru

Пунктирная или жемчужная. Очень редкий вид, который представляет собой не сплошной разряд, а линию, состоящую из частых промежутков, похожих на пунктиры. Ученые предполагают, что такой эффект возможен по причине быстрого остывания некоторых участков молнии. 

Источник: tainaprirody.ru

Шторовая. В отличие от других видов возникает над облаками. Внешне выглядит эффектно — как сеть разрядов. При ней можно слышать негромкий гул. Такую молнию впервые сфотографировали только в 1994 году.

Источник: rusdialog.ru

Внутриоблачные или межоблачные электрические разряды бывают 2-х видов:

«Облако-облако». Самый распространенный вид молний, когда оба концы электрического разряда находятся в небе. Это происходит потому, что соседние облака имеют разные заряды и пробивают друга друга. Такой вид молнии не опасен для человека, так как не достигает поверхности земли.

Источник: wallhere.com

Горизонтальная. Напоминает собой молнию «облако-земля», но при этом не достигает земли. Вспышки по небу распространяются в разные стороны, выглядит такой разряд очень эффектно и считается чрезвычайно мощным. 

Источник: agrometeo.od.ua

Вспышки, которые образуются на высоте 40 км и выше от поверхности земли, делятся на:

Спрайты. Привычные нам электрические разряды образуются на высоте порядка 16 км. Спрайты же возникают гораздо выше, от 50 до 130 км над землей. Это вспышки холодной плазмы, которые бьют из облаков вверх. Они образуются группами при сильной грозе и появляются спустя несколько секунд после мощной молнии. Обладают следующими параметрами: средняя длина вспышки составляет 60 км, длительность — до 100 миллисекунд, диаметр — до 100 км.

Источник: mirkosmosa.ru

Эльфы. Представляют собой масштабные разряды в виде конусов со слабым красным светом. Их диаметр около 400 км. Возникают в верхних частях грозовых облаков. Их высота составляет 100 км, длительность — 3 миллисекунды.

Источник: interplanetaryfest.org

Джеты. Вспышки с синим свечением и трубчато-конусной формой. В высоту достигают 40-70 км. Длятся чуть дольше эльфов.

Источник: twitter.com

Необычными видами электрических разрядов считаются:

Вулканическая. Такой вид образуется при извержении вулкана. Связано это со столкновением электрических зарядов, которые несут в себе пепел и магма.

Источник: emosurf.com

Огни Святого Эльма. Это разряды, возникающие на острых концах высоких объектов (вершины скал, мачты судов, деревья, башни и т.п.). Возникают по причине высокой напряженности электрического поля во время грозы летом или метели зимой.

Источник: knowhow.pp.ua

Шаровая. Этот вид электрического разряда представляет собой шарообразный сгусток плазмы диаметром 10-20 см, который свободно перемещается по воздуху, имеет непредсказуемую траекторию движения и способен взрываться. С уверенностью можно говорить о том, что это самый интересный и малоизученный вид молний.

Источник: www.yapfiles.ru

Интересные факты о молниях в небе

1. Самая длинная молния на Земле зафиксирована в 2007 году в Оклахоме, США. Ее длина составила 321 км.
2. Самая долгая молния — наблюдалась в течение 7,74 секунды — зафиксирована в Альпах.
3. Похожие природные явления образуются и на других планетах. Ученым удалось зафиксировать вспышки на Венере, Уране, Сатурне, Юпитере и выяснить, что на Сатурне они гораздо мощнее, чем на Земле.
4. Значения характеристик тока в молнии очень высоки: сила тока порой достигает сотен тысяч Ампер, напряжение равно миллиарду Вольт.
5. Температура канала молнии достигает рекордных 30000 градусов Цельсия, что почти в 5-6 раз больше температуры на Солнце, а ширина канала, по которому проходит ток, — всего 1 сантиметр в диаметре.
6. Скорость молнии составляет в среднем около 56000 км в секунду, при том что гроза движется со скоростью около 40 км/час. Средняя длина электрического разряда равна 9,5 километрам.
7. Обычная вспышка длится 0,2-0,3 секунды и состоит из 3-4 электрических разрядов.
8. В Венесуэле, в устье реки Кататумбо, круглый год ночью можно наблюдать множество молний, которые возникают без перерыв в течение длительного времени. Пик необычного явления приходится на май и октябрь.
9. При попадании электрического разряда в песок или горную породу образуются фульгуриты. Фульгуриты представляют собой стеклянные, полые внутри трубочки разнообразных форм и размеров.
10. Молния попадает в самолеты один раз за 5-10 тысяч летных часов.
11. Вероятность увидеть шаровой сгусток плазмы — 1 к 10 000.
12. Вероятность умереть от удара молнии довольно низкая: 1 к 2000000.
13. При попадании электрического разряда непосредственно в землю или человека оставляет витиеватые следы, которые внешне напоминают молнию по форме.
14. Молния всегда ищет самый короткий путь для удара между землей и небом. Поэтому чаще всего бьет в высокие объекты, возвышающиеся над поверхностью земли. Именно по этой причине во время грозы очень опасно находиться на равнине или на поверхности воды, так как человек в этом случае превращается в самый высокий объект.
15. Громоотводы были придуманы в качестве ловушки для молний, но стопроцентной гарантии они не дают. По наблюдениям ученых 3 заряда из 10 приходят мимо.

Если в вашей учебе наметилась непогода, срочно обращайтесь за помощью к образовательному сервису Феникс.Хелп. Как надежный громоотвод, мы возьмем всю вашу учебную нагрузку на себя.

Ученые точно не знают источник электричества в грозовых облаках

Как образуются грозовые облака, где на Земле чаще всего искрит молния и кого молнии убивают чаще всего — после ночной и утренней грозы в Москве и области отдел науки «Газеты. Ru» рассказывает, что современная наука знает о грозе.

Романтикам, тем, кто любит грозу в начале мая или любого другого месяца, уместно было бы вспомнить, что гроза не только очищает атмосферу и озонирует окружающую действительность, но и может быть разрушителем и даже убийцей. Хотя с научной точки зрения это всего лишь более или менее хорошо изученное природное явление, определяемое как электрические разряды в мощных кучево-дождевых облаках, сопровождаемые вспышкой света (молнией) и резкими звуковыми раскатами (громом).

Молния — гигантская искра

Грозы имеют свою классификацию. Ученые разделяют их на одноячеечные, многоячеечные линейные, многоячеечные кластерные и — самые опасные — сверхмногоячеечные. Возникающие во время гроз молнии особенной классификации не имеют (если не брать в расчет таинственные шаровые молнии), однако сам процесс возникновения этих электрических разрядов и их параметры тоже изучены, казалось бы, достаточно хорошо.

Фактически молния — это просто гигантская искра, возникающая либо внутри наэлектризованного грозового облака, либо между ним и Землей. Длина этой искры достигает порой 10–20 км, ток, протекающий внутри ее канала, исчисляется десятками и сотнями килоампер, а напряжение, вызывающее разряд, достигает десятков миллионов вольт. На больших высотах молнии даже способны вызывать термоядерные вспышки, за которыми следят специальные спутники.

Кто заряжает облака: лед или космос?

При всей кажущейся простоте процесса у исследователей к молниям остается еще много вопросов. Например, не совсем ясен механизм образования грозовых облаков и возникновения молниевых разрядов. Существует множество версий, отвечающих на эти вопросы, ни одна из них не лишена недостатков, но в основном исследователи сходятся в том, что главную роль здесь играет конвекция — перемещение воздушных масс. Очень распространены, например, версии, объясняющие электризацию облака мелкими льдинками, находящимися внутри него, быстро перемещающимися, сталкивающимися между собой и с водяными каплями и, соответственно, наэлектризовывающими друг друга.

close

100%

Но ни одна из существующих версий не объясняет, каким образом грозовое облако растет и каким образом образуются молниевые разряды.

Возможно, ответ на эти вопросы лежит в теории, предложенной российскими физиками из ФИАН, по которой катализатором молний является космическое излучение. По этой теории, частица космического излучения, сталкиваясь на околосветовой скорости с молекулой воздуха, ионизирует ее, выбивая из нее электроны с высокой энергией. В свою очередь, они ионизируют путь своего движения, увлекая за собой лавину электронов, движущихся к земле и создавая канал для разряда.

Интересно, что из наблюдений известно, что молнии в облаках возникают при напряженностях электрического поля, не превышающих 3 киловольта на сантиметр, тогда как на тех высотах пробивное напряжение воздуха в 10 раз больше.

Убивает в основном мужчин

При всей кажущейся простоте процесса у исследователей к молниям остается еще много вопросов. Например, не имеется четкого ответа на их гендерные пристрастия.

Как известно, молния порой убивает. По статистике, от удара молнии в год на Земле погибает примерно 3 тыс. человек. Так, во время нынешней грозы в Москве погиб мужчина. И та же статистика утверждает, что 70% людей, погибших от удара молнии, — мужчины. Почему так — ответа нет, хотя версий, разумеется, предостаточно, в качестве «приманки» подозревают даже тестостерон.

Причем, возможно, число жертв со временем будет увеличиваться. Прошлой осенью журнал Science опубликовал статью группы климатологов из Беркли, утверждающих, что глобальное потепление умножает число молний и что если глобальное потепление не закончится, то к концу столетия это число возрастет на 50%. В этом смысле несколько утешает недавно появившееся сообщение о том, что на самом деле глобальному потеплению осталось быть недолго и что лет через двадцать-тридцать Земля начнет замерзать.

Самое молниеносное место

Еще одна загадка — молнии озера Маракайбо на севере Венесуэлы. Это самое молниеносное место нашей планеты. Над озером эти молнии бьют практически постоянно. Ночные грозы бывают здесь до 260 суток в год, создавая по 280 молний в час. По другим оценкам, в каждый квадратный километр озера и его болотистых берегов ежегодно ударяет по 180 молний. Молнии бьют в основном с вечера и до четырех часов утра, так что у местных жителей нет надобности в ночных фонарях.

Почему молнии выбрали для своего буйства именно это озеро, никто не знает.

Молния вместо «Бука» и ядерной бомбы

Но исследования продолжаются, и будем надеяться, что со временем все тайны молний будут разгаданы. Более того, есть подозрение, что в конце концов человек даже сможет приручить молнию. На сегодня извилистый путь, который чертит молния в небе, совершенно непредсказуем. Однако в прошлом месяце журнал Science Advances опубликовал статью французских физиков во главе с профессором Роберто Морадотти, которые придумали способ направлять путь электрического разряда с помощью хитроумной системы лазеров. Ученые утверждают, что направляемые ими электрические разряды способны даже обходить препятствия.

Сегодня это может восприниматься фантастикой, но если такую лазерную технологию или другую более продвинутую технологию будущего применить к молнии и протоптать для нее дорожку, то можно будет не только спасать леса от пожаров и людей от ударов, но и сделать молнию управляемым оружием, от которого громоотводы уже не спасут.

Молния — все статьи и новости

Молния — атмосферное явление в виде мощного электрического искрового разряда, которое случается во время грозы и проявляется в виде яркой вспышки света. Возникает в результате электризации туч или земли: разряды молнии могут образовываться внутри облака, между соседними наэлектризованными облаками или между наэлектризованным облаком и землей.

Молнии образуются в кучево-дождевых (или грозовых), слоисто-дождевых облаках, при вулканических извержениях, торнадо и пылевых бурях. Грозовое облако разделяется на нижнюю и верхнюю части, в каждой из которых содержатся отрицательный и положительный заряды. Внутри облака постоянно циркулируют различные воздушные потоки, сталкивающие между собой частицы, которые попадают в облако. В результате столкновения заряженных частиц облака с попавшими в него различными элементами происходит перераспределение зарядов: на полюсах одних частиц возникает положительный заряд, а на других — отрицательный. Отрицательно заряженная нижняя часть облака, находящаяся ближе к земле, отталкивает электроны к поверхности земли, что приводит к формированию под облаком положительно заряженной части земной поверхности. Вследствие соприкосновения противоположно заряженных зарядов между облаком и землей возникает искра, которая и является молнией. По различной траектории, чаще всего зигзагом, она устремляется к земле и находит там свой положительный заряд — протон.

Молнии делят на линейные, шаровые и чёточные. Длина линейной молнии равняется в среднем 2-3 км, сила тока примерно 10 тыс. ампер. Формирование линейной молнии сопровождается звуками грома. Шаровая молния образуется при разряде линейных молний, имеет сферическую или грушевидную форму и подсвечивается красным цветом. Чёточная молния (называемая также жемчужной, цепной, ожерельчатой и капельной) представляет собой последовательность светящихся, устойчивых и относительно небольших сферических образований, которая часто рассматривается как след от прохождения разряда обычной линейной молнии

Впервые причину и процесс возникновения молнии описал Бенджамин Франклин. Изучив природу электричества, в середине XVIII века ученый предложил теорию, согласно которой молния является электрической искрой. В дальнейшем это позволило Франклину изобрести молниеотвод.

Фото: Sethink/Pixabay

С чего начинается молния – Огонек № 18 (5514) от 21.05.2018

За красными гоблинами, эльфами и голубыми струями теперь будут наблюдать с МКС. Но даже с земли ученым многое видно: от встречных лидеров до сталкеров. В науке о молниях — сезон открытий

На МКС доставлен комплекс приборов ASIM, задача которого приоткрыть тайны переходных световых явлений, сообщили информагентства. За скучной формулировкой — научный детектив: в конце 1980-х ученые обнаружили в верхних слоях атмосферы во время гроз нечто странное. Как оказалось, там имеют место особые световые явления, или TLE (от англ. Transient Luminous Events). Говорят, их наблюдали и раньше, в частности пилоты самолетов, но фундаментальная наука занимается этой загадкой лишь пару десятилетий. Эти феномены даже окрестили необычно — спрайтами (они же красные призраки или гоблины — короткие вспышки, которые наблюдают в основном в ночное время), эльфами (самые высотные и кольцеобразные) и голубыми струями. С чем столкнулась наука, «Огонек» выяснил в Лаборатории физики молний Института прикладной физики РАН.

— Все грозовые разряды делятся на три типа: облако — земля (это те самые молнии, которые мы видим), внутриоблачные разряды и разряды облако — ионосфера. Так вот TLE — это и есть разряды над грозовыми облаками,— поясняет «Огоньку» сотрудник Лаборатории Мария Шаталина.— Для того чтобы образовался такой разряд, должна быть мощная облачность, что в наших широтах редкость, поэтому их чаще наблюдают в Европе и Америке. Однако у нас в Лаборатории недавно запустили экспериментальную установку, с помощью которой мы моделируем такие разряды.

В чем научная значимость проекта по изучению TLE из космоса? Специалисты, опрошенные «Огоньком», единодушны: с ними, как и с молниями в целом, остается много загадок. А в Лаборатории физики молний поясняют: известно, что TLE возникают, когда при мощных грозовых событиях создается разница потенциалов между грозовым облаком и ионосферой и разряд может пойти вверх. Но есть ли еще какие-то условия для их возникновения? Вопрос открыт. Как открыт и другой: как влияют эти световые явления на состав верхних слоев атмосферы? Известно, что во время грозы внизу, под облаками, выделяется озон. Но что происходит наверху, ведь в электрическом поле химические реакции протекают по-другому? Тут и пригодится комплекс ASIM.

— Можно сказать, что новый феномен, который ASIM будет изучать,— это окно во внутренние процессы, происходящие в молнии,— подчеркивает в одном из интервью ведущий исследователь проекта, физик из Дании Торстен Нейберт.

Проект только начался, но перспективы у него самые радужные, ведь в последние годы наука семимильными шагами продвигается в изучении молний. Судите сами. Как отмечает Мария Шаталина из Лаборатории физики молний, только недавно были открыты так называемые компактные внутриоблачные разряды — очень мощные и редкие, их приходится изучать со спутников. А вот другое открытие: благодаря высокочувствительным скоростным инфракрасным камерам российскими учеными из Высоковольтного научно-исследовательского центра ВЭИ обнаружен новый тип зарядов — так называемые сталкеры.

— Они идут перед лидерным разрядом и показывают, как он будет развиваться,— уточняет Шаталина.— Одно из важных направлений в науке о молниях — это попытка их предсказать, выяснить условия возникновения, вероятность, мощность и направление разряда… Так вот, изучение сталкеров помогает прояснить эти вопросы.

Впрочем, человек давно мечтает не просто предсказывать молнии, но и «управлять» ими.

Американские ученые из Флориды экспериментируют с так называемыми триггерными молниями (запускают в грозовое облако ракеты с заземленной проволокой, пытаясь спровоцировать появление разряда).

Это не просто научное любопытство: возможно, когда-нибудь с помощью подобных технологий мы научимся «разряжать» надвигающиеся грозы… А, к примеру, подмосковные специалисты исследуют, при каких условиях заряд может попасть в самолет, пролетающий через грозовое облако: эксперименты проводятся на моделях, причем моделируют и облако, и самолет.

Наука о молниях не только открывает новые горизонты, но и пересматривает имеющиеся взгляды. Еще одно открытие, буквально переворачивающее наши представления о молниях, связано с явлением, которое названо «встречный лидер». Речь вот о чем: ранее считалось, что молния бьет сверху вниз, из облака в землю. Однако благодаря современным высокоскоростным съемкам выяснилось: когда сверху, из облака, стартует лидер (так называют первую стадию образования грозового разряда), ему навстречу, с земли, идет встречный разряд, а соединяются они на высоте в несколько десятков метров над поверхностью земли. То есть, когда молния бьет в дерево (или, не дай бог, в человека), она бьет не сверху, а снизу! Это очень быстрый процесс, незаметный глазу,— несколько сотен миллисекунд, но его открытие, по сути, — маленькая революция.

Впрочем, загадок, связанных с молниями и грозами, на наш век хватит: до сих пор не очень понятно, как устроена шаровая молния и почему возникает. Как нет эффективных инструментов, скажем, по прогнозированию гроз.

— Грозы происходят в атмосфере, а это многофазная, сильно дисперсная система: там есть лед, вода, газы, ионы, все это взаимодействует, и просчитать все факторы пока не представляется возможным,— объясняет Мария Шаталина. — Вероятность возникновения грозы, конечно, частично коррелирует с многолетним опытом наблюдений, но мы хотим точно знать, будет ли гроза, как долго она продлится и почему возникает именно в этом регионе. Или еще вопрос: при каких условиях бывают положительные, а при каких отрицательные вспышки? Известно, допустим, что положительно заряженные, очень мощные вспышки возникают там, где в атмосферу попадают продукты вулканической деятельности и природных пожаров. Но как именно это происходит? Все это до сих пор требует исследований.

Ученые, подчеркивает Шаталина, прежде всего хотят понять, как вся эта глобальная атмосферная электрическая цепь влияет на климат и жизнь на Земле, на человека. Хотя вопрос легко можно и переформулировать: а как человек может повлиять на нее?

Экспертиза

Атмосфера загадок

Дмитрий Зыков, директор фонда «Наука, культура и жизнь», доцент МГИМО

Когда я учился в школе, казалось, что про молнию уже все известно. Нам уверенно рассказывали, что у земли и облака есть разноименные заряды: когда они сближаются на критическое расстояние, происходит разряд — его-то и видно, и слышно с земли. Однако с развитием измерительных приборов и накоплением научных данных оказалось, что это лишь часть правды. Ну, например, выяснилось, что молнии могут быть не только между землей и облаком, но и между разноименно заряженными облаками. Или что бывает молния, сопровождающаяся дождем, и та, что дождем не сопровождается. Или что молнии часто сопровождают торнадо, только их природа совершенно иная (так называемые наведенные заряды образуются из-за того, как именно работает торнадо,— это чистая электростатика). В результате сегодня мы многое знаем о молниях, но чем больше наука узнает, тем больше возникает вопросов, открываются все новые детали, которые надо уточнять. Вот, скажем, у теоретического отдела Физического института Академии наук есть площадка на Алтае: там наблюдают за молниями. Еще лет 10 назад на этой площадке в день фиксировалось по 15–20 разрядов, а сейчас это месячный показатель. Почему он упал? Вопрос. Возможно, что-то случилось с электрическим полем атмосферы (в атмосфере электрически заряжено все, от осадков до пыли.— «О»). Но с чем это связано? С климатом? Тогда как именно действует эта связь?

В климатологии сегодня вообще больше вопросов, чем ответов. Откуда берутся землетрясения, провоцирующие цунами? От чего зависит вулканическая активность?

Да что там, мы даже не знаем, почему, к примеру, из части вулканов идет жидкая магма, а другие вулканы выбрасывают только камни и дым. Или вернемся к молниям: известно, что электромагнитное поле Земли и грозовая активность тесно связаны. Так вот сегодня нас пугают сменой магнитных полюсов Земли. Может ли это произойти? И если да, то в какую сторону будут изменения? Как это скажется на той же самой грозовой активности? Наблюдения за свечением в верхних слоях атмосферы могут дать ответ хотя бы на часть этих вопросов. К тому же такие исследования в некоторой степени экономически оправдывают существование дорогой игрушки вроде МКС: позволяют набрать статистику, опробовать новейшие приборные комплексы и, вполне возможно, использовать полученные данные для более точного предсказания погоды. А это уже совершенно конкретные деньги, причем немалые…

Как часто бывает с фундаментальной наукой, мы не способны предсказать практическую пользу, которую в итоге получим от нынешних исследований. Но можно не сомневаться, она будет. Напомню: исследование квантовых переходов вылилось в появление светодиодов, а лазеры, начинавшиеся как чистая наука, сегодня используются на производстве. Схожие перспективы может открыть и изучение TLE. К примеру, если это подскажет нам, как убрать помехи при передачи данных со спутников во время грозы, уже неплохо.

Брифинг

Александр Раевский, Московский физико-технический институт

Многие секреты молнии до сих пор не разгаданы. Облако не может так наэлектризовать себя, чтобы между ним и землей возник разряд. Напряженность электрического поля в грозовом облаке не превышает 400 киловольт на метр (кВ/м), а электрический пробой в воздухе происходит при напряженности свыше 2500 кВ/м. Значит, для возникновения молнии необходимо что-то еще. По мнению ученых из группы Александра Гуревича, процесс «запускают» космические лучи — частицы высоких энергий, обрушивающиеся на Землю из космоса.

Источник: «Вечерняя Москва»

Николай Калинин, завкафедрой метеорологии и охраны атмосферы географического факультета ПГНИУ

Существует несколько видов молний. Наиболее распространенная — линейная. Еще есть четочная молния — обычно появляется между двумя тучами, образуя прерывистую линию светящихся пятен. Еще один вид — плоская — электрический разряд на поверхности облаков, не имеющий линейного характера и состоящий, по-видимому, из светящихся разрядов. И шаровая — выглядит как светящееся и плавающее в воздухе образование. Ученый-физик Капица считал, что шаровая молния имеет радиоволновую природу, поэтому она проходит по проводам через стены и дымоходы.

Источник: «59. ру»

Александр Костинский, участник международной коллаборации «Молния и ее проявления»

— Откуда взялись такие сказочные названия, как эльфы, духи, спрайты?

— Эльфы — это сокращение от английского Emissions of Lightand Very Low Frequency Perturbations from Electromagnetic Pulse Sources (Elves), по звучанию оно напоминает название мифических эльфов. Спрайты — это танцующие воздушные сказочные создания. Когда открывали все новые по формам классы разрядов, то там были и carrots, морковки, и гномы, и медузы и т.д. Эти названия не просто шутки геофизиков, но и способ привлечь к изучению новых явлений внимание, а с ним и финансирование.

Источник: «Индикатор»

Как образуется молния и гроза. Откуда берутся гром и молния. Почему есть интервал между молнией и громом

В теплое время года довольно часто бывают грозы ‑ впечатляющие природные явления, тем не менее, вызывающие не только любопытство, но и страх. Во время грозы между облаками и Землей возникают электрические разряды, которые хорошо видно и слышно: молния наблюдается в виде ветвящихся светящихся линий, пронизывающих небо, а несколько позже мы слышим раскатистый звук грома. При этом, как правило, наблюдается ливневый дождь, сопровождающийся шквальным ветром и градом. Гроза является одним из наиболее опасных атмосферных явлений: только наводнения связаны с большим, чем у гроз количеством человеческих жертв. Интерес к изучению природного электричества возник еще в давние времена. Первым, кто исследовал электрическую природу молнии, был Бенджамин Франклин – американский политический деятель, но вместе с тем ученый и изобретатель. Именно он еще в 1752 году предложил первый проект молниеотвода. Давайте попробуем разобраться, какую опасность несет гроза, и что нужно знать и делать, чтобы себя обезопасить.

Одновременно на Земле действует около полутора тысяч гроз, средняя интенсивность разрядов оценивается как 100 молний в секунду или свыше 8 миллионов в день. По поверхности планеты грозы распределяются неравномерно. Над океаном гроз наблюдается приблизительно в десять раз меньше, чем над континентами. В тропической и экваториальной зоне (от 30° северной широты до 30° южной широты) сосредоточено около 78 % всех молниевых разрядов. Максимум грозовой активности приходится на Центральную Африку. В полярных районах Арктики и Антарктики и над полюсами гроз практически не бывает. Интенсивность гроз следует за солнцем: максимум гроз приходится на лето (в средних широтах) и дневные послеполуденные часы. Минимум зарегистрированных гроз приходится на время перед восходом солнца. На грозы влияют также географические особенности местности: сильные грозовые центры находятся в горных районах Гималаев и Кордильер.

Во время грозы между тучами и Землей возникает огромное напряжение, достигающее значения в 1000000000 В. При таком напряжении воздух ионизируется, превращаясь в плазму, и возникает гигантский электрический разряд с силой тока до 300000 А. Температура плазмы в молнии превышает 10000 °С. Молния проявляется яркой вспышкой света и ударной звуковой волной, которую несколько позднее слышно в качестве грома. Опасна молния еще и тем, что она может ударить совершенно неожиданно, и ее путь может быть непредсказуем. Однако расстояние до грозового фронта и скорость его приближения или удаления можно легко определить при помощи секундомера. Для этого необходимо засечь время между вспышкой света молнии и раскатом грома. Скорость звука в воздухе составляет примерно 340 м/с, поэтому, если вы услышали гром через 10 с после вспышки света, то до грозового фронта примерно 3,4 км. Измеряя таким образом время между вспышкой света и громом, а также время между разными ударами молнии, можно определить не только расстояние до них, но и скорость приближения или удаления грозового фронта:

где – скорость звука, – время между вспышкой света и громом первой молнии, – время между вспышкой света и громом второй молнии, – время между молниями. Если значение скорости получится положительным, то грозовой фронт приближается, а если отрицательным – удаляется. При этом необходимо учитывать, что направление ветра не всегда совпадает с направлением движения грозы.

Если все-таки вы попали в грозу, то следует соблюдать ряд простых правил, чтобы себя обезопасить:

Во-первых , во время грозы желательно избегать открытой местности. Молния с большей вероятностью бьет в самую высокую точку, одинокий человек в поле – это и есть та самая точка. Если Вы по какой-то причине остались в поле один на один с грозой, спрячьтесь в любом возможном углублении: канавке, ложбинке или самом низком месте поля, сядьте на корточки и пригните голову. При этом следует помнить, что песчаная и каменная почвы имеют меньшую электропроводность, а значит, они безопаснее, чем глинистая. Не следует прятаться под отдельно стоящими деревьями, так как они в первую очередь подвержены ударам молнии. А если вы находитесь в лесу, то лучше всего прятаться под низкорослыми деревьями с густой кроной.

Во-вторых , во время грозы избегайте воды, так как природная вода – хороший проводник тока. Удар молнии распространяется вокруг водоема в радиусе около 100 метров. Нередко она бьет в берега. Поэтому во время грозы необходимо подальше отойти от берега, при этом нельзя купаться и ловить рыбу. Кроме того, при грозе желательно избавиться от металлических предметов. Часы, цепочки и даже раскрытый над головой зонтик – потенциальные цели удара. Известны случаи удара молнии по находящейся в кармане связке ключей.

В-третьих , если гроза застала Вас в машине, то она достаточно хорошо защищает от молнии, так как даже при ударе молнии разряд идет по поверхности металла. Поэтому закройте окна, отключите радиоприёмник и GPS-навигатор. Не следует дотрагиваться до любых металлических деталей автомобиля. Очень опасно во время грозы разговаривать по мобильному телефону. Лучше всего во время грозы его тоже выключить. Были случаи, когда входящий звонок становился причиной попадания молнии. Велосипед и мотоцикл в отличие от машины от грозы вас не спасут. Необходимо слезть, уложить транспорт на землю и отойти на расстояние примерно 30 м от него.

В природе существуют разные виды молний: линейные (наземные, внутриоблачные, молнии в верхней атмосфере) и шаровые молнии – светящиеся плавающие в воздухе образования, уникально редкое природное явление. Если природа линейной молнии ясна и ее поведение более предсказуемо, то природа шаровой молнии до сих пор хранит в себе множество тайн. Несмотря на то, что вероятность поражения человека шаровой молнией мала, тем не менее, она представляет серьезную опасность, так как не существует надежных методов и правил защиты от нее.

Поведение шаровой молнии непредсказуемо. Она может неожиданно появляться где угодно, в том числе в закрытых помещениях. Отмечены случаи появления шаровой молнии из телефонной трубки, электрической бритвы, выключателя, розетки, репродуктора. Достаточно часто она проникает в здания через трубы, открытые окна и двери. Известны случаи, когда шаровая молния проникала в помещение через узкие щели и даже замочную скважину. Размеры шаровой молнии могут быть различными: от нескольких сантиметров до нескольких метров. В большинстве случаев шаровая молния легко парит или катится над землей, иногда подскакивая, но может и зависнуть над поверхностью земли. Как утверждают очевидцы, шаровая молния реагирует на ветер, сквозняк, восходящие и нисходящие потоки воздуха. Но это не всегда так: известны случаи, кода шаровая молния никак не реагировала на потоки воздуха.

Шаровая молния может внезапно появиться и так же внезапно исчезнуть, не нанеся вреда человеку или помещению. Например, может залететь в окно и вылететь из помещения через открытую дверь или дымовую трубу, пролетев мимо Вас. При этом следует знать, что всякий контакт с человеком приводит к тяжелым травмам, ожогам, а в большинстве случаев к смертельному исходу. Поэтому, если вы увидели шаровую молнию, безопаснее всего удалиться от нее на максимально возможное расстояние.

Кроме того шаровая молния часто взрывается. Возникающая при этом ударная воздушная волна может травмировать человека или привести к разрушениям. Например, известны случаи взрывов молний в печках, дымоходах, что привело к серьезным разрушениям. Температура внутри шаровой молнии достигает 5000 °С, поэтому она может стать причиной пожара. Статистика поведения шаровой молнии говорит о том, что в 80% случаев взрывы не были опасны, однако тяжелые последствия все-таки возникали в 10% взрывов.

По предложенному методу мы предлагаем вам рассчитать расстояние до грозового разряда и его скорость, если первый гром был слышен через 20 секунд после наблюдения первой молнии, а второй через 15 секунд после наблюдения второй молнии. Время между молниями составляет 1 минуту.

Все знают, что такое гроза – это сверкание молнии и грохот грома. Многие люди (особенно дети) даже очень ее боятся. Но откуда же берутся гром и молния? И вообще, что это за явление такое?

Гроза – это и впрямь довольно неприятное и даже жутковатое природное явление, когда мрачные, тяжелые тучи закрывают собой солнце, сверкает молния, грохочет гром, а с неба потоками льет дождь…

А звук, возникающий при этом, – не что иное, как волна, вызванная сильными колебаниями воздуха. В большинстве случаев громкость увеличивается к концу раската. Это происходит из-за отражения звука от облаков. Вот это и есть гром.

Молния – это очень мощный электрической разряд энергии. Она возникает в результате сильной электризации туч или земной поверхности. Электрические разряды происходят либо в самих облаках, либо между двумя соседними облачками, или же между облаком или землей. Процесс возникновения молнии разделяют на первый удар и все последующие за ним. Причина в том, что самый первый удар молнии создает путь для электорического разряда. В нижней части тучи накапливается отрицательный электрический разряд. А земная поверхность обладает положительным зарядом. Поэтому электроны (отрицательно заряженные частицы, одни из основных единиц вещества), расположенные в туче, как магнитом притягиваются к земле и устремляются вниз. Как только первые электроны достигают поверхности земли, создается свободный для пропуска электрических разрядов канал (своеобразный проход), по которому оставшиеся электроны устремляются вниз. Электроны возле земли первыми уходят из канала. На их место спешат попасть другие. В результате, создается условие, при котором весь отрицательный разряд энергии выходит из тучи, создавая мощный поток электричества, направленный в землю.

Именно в такой момент и происходит вспышка молнии, которая сопровождается раскатами грома. Наэлектризованные облака создают молнию. Но далеко не в каждом облаке содержится достаточная мощность, для того, чтобы пробить атмосферный слой. Для проявления силы, стихии необходимы определенные обстоятельства.

Грозовым может считаться облако, высота которого достигает нескольких тысяч метров. Низ тучи располагается у земной поверхности, температурный режим там выше, чем в верхней части облака, где капли воды способны замерзать. Массы воздуха находятся в постоянном движении.Теплый воздух уходит вверх, а холодный – опускается. При движении частиц они электризуются,то есть напитываются электричеством. В разных частях облака накапливается неодинаковый запас энергии. Когда ее становится слишком много, происходит вспышка, которую сопровождают раскаты грома. Это и есть гроза Какие бывают молнии? Кто-то может подумать, что молнии все одинаковые, мол гроза и есть гроза. Однако, существует несколько видов молний, которые очень отличаются друг от друга. Линейная молния – это наиболее часто встречающаяся разновидность. Она выглядит как перевернутое разросшееся дерево. От главного канала (ствола) отходит несколько более тонких и коротких “отростков”.

Длина такой молнии может достигать до 20 километров, а сила тока – 20 000 ампер. Скорость ее движения составляет 150 километров в секунду. Температура плазмы, наполняющей канал молнии, доходит до 10 000 градусов. Внутриоблачная молния – возникновение этого вида сопровождается изменением электрических и магнитных полей, и излучением радиоволн.Такую молнию с наибольшей вероятностью можно встретить ближе к экватору. В умеренном климате она появляется крайне редко. Если в облаке находится молния, то заставить ее выбраться наружу может и посторонний объект, нарушающий целостность оболочки, например наэлектризованный самолет. Ее длина может колебаться от 1 до 150 километров. Наземная молния – Это самый продолжительный по времени вид молнии, поэтому последствия от нее могут быть разрушительными.

Поскольку на ее пути встречаются преграды, чтобы их обойти, молния вынуждена менять свое направление. Поэтому земли она достигает в виде небольшой лестницы. Скорость ее движения составляет примерно 50 тысяч километров в секунду. После того как молния пройдет свой путь, она на несколько десятков микросекунд, заканчивает движение, при этом ее свет ослабевает. Затем начинается следующая стадия: повторение пройденного пути.

Самый последний разряд превосходит по яркости все предыдущие, а сила тока в нем может достигать сотен тысяч ампер. Температура же внутри молнии колеблется в районе 25 000 градусов. Спрайт-молния. Эта разновидность была открыта учеными относительно недавно – в 1989 году. Данная молния очень редкая и была обнаружена совершенно случайно.Тем более, что длится она всего лишь какие-то десятые доли 1-й секунды. От других электрических разрядов Спрайт отличается высотой, на которой она появляется – примерно 50-130 километров, в то время как другие виды не преодолевают 15-километровый рубеж.Кроме того, спрайт-молния отличается огромным диаметром, который может достигать 100 км. Выглядит такая молния как вертикальный столб света и вспыхивает не по одиночке, а группами. Ее цвет может быть разным, и зависит от состава воздуха: ближе к земле, где больше кислорода, она зеленая, желтая или белая.А под влиянием азота, на высоте более 70 км, она приобретает ярко-красный оттенок.

Жемчужная молния. Эта молния, также, как и предыдущая, является редким природным явлением. Чаще всего она появляется после линейной и полностью повторяет ее траекторию. Она представляет собой шары, находящиеся на расстоянии друг от друга и напоминающие собой бусы. Шаровая молния. Это особая разновидность. Природное явление, когда молния имеет форму шара, светящего и плывущего по небу. В этом случае траектория ее полета становится непредсказуемой, что делает ее еще опаснее для человека.

В большинстве случаев, шаровая молния возникает в сочетании с другими видами. Однако известны случаи, когда она появлялась даже в солнечную погоду. Размер шара может быть от десяти до двадцати сантиметров.

Цвет ее бывает голубой, либо оранжевый или белый. А температура настолько велика, что при неожиданном разрыве шара окружающая его жидкость испаряется, а металлические или стеклянные предметы плавятся. Шар такой молнии способен существовать довольно длительное время. При перемещении он может неожиданно сменить свое направление, зависнуть в воздухе на несколько секунд, резко отклониться в одну из сторон. Она появляется в одном экземпляре, но всегда неожиданно. Шар может спуститься с туч, или внезапно появиться в воздухе из-за столба или дерева. И если обычная молния может лишь ударить во что-либо – дом, дерево и т.д, то шаровая молния способна проникать внутрь замкнутого пространства (например комнату) через розетку, или вклученные бытовые приборы – телевизор и т.д.

Какие молнии считаются наиболее опасными?

Обычно за первым ударом грома и молнии следует второй. Это связано с тем, что электроны на первой вспышке создают возможность второму прохождению электронов. Поэтому последующие вспышки происходят одна за другой почти без временных промежутков, ударяя в одно и то же место.

Появляющаяся из тучи молния своим электрическим разрядом способна причинить серьезный вред человеку и даже убить. И даже если ее удар не попадет прямо в человека, а придется рядом, последствия для здоровья могут быть очень плохими. Чтобы обезопасить себя, необходимо соблюдать некоторые правила: Так во время грозы ни в коем случае нельзя купаться в реке или море! Непременно нужно всегда находиться на суше.

При этом необходимо быть как можно ближе к поверхности земли. То есть не нужно забираться на дерево и уж тем более стоять под ним, особенно если оно одно посреди открытого места. Кроме того, нельзя пользоваться любыми мобильными устройствами (телефонами, планшетами и т.д.), потому что они могут притягивать к себе молнию.

Тучи раскинули крылья и солнце от нас закрыли…

Почему иногда во время дождя мы слышим гром и видим молнию? Откуда берутся эти вспышки? Вот сейчас мы подробно об этом и расскажем.

Что же такое – молния?

Что такое молния ? Это удивительное и очень загадочное явление природы. Она почти всегда бывает во время грозы. Кого-то изумляет, кого-то пугает. Пишут о молнии поэты, изучают это явление ученые. Но многое осталось неразгаданным.

Одно известно точно – это гигантская искра. Словно взорвался миллиард электрических лампочек! Длина ее огромна – несколько сотен километров! И от нас она очень далеко. Вот почему сначала мы видим ее, а только потом – слышим. Гром – это «голос» молнии. Ведь свет долетает до нас быстрей, чем звук.

А еще молнии бывают на других планетах. Например, на Марсе или Венере. Обычная молния длится всего долю секунды. Состоит она при этом из нескольких разрядов. Появляется молния иногда совсем неожиданно.

Как образуется молния?

Рождается молния обычно в грозовом облаке, высоко над землей. Грозовые облака появляются, когда воздух начинает сильно нагреваться. Вот почему после сильной жары бывают потрясающие грозы. Миллиарды заряженных частичек буквально слетаются в то место, где она зарождается. И когда их собирается очень-очень много, они вспыхивают. Вот откуда берется молния – из грозовой тучи. Она может ударить в землю. Земля притягивает ее. Но может разорваться и в самом облаке. Все зависит от того, какая это молния.

Какие бывают молнии?

Виды молний бывают разные. И знать об этом нужно. Это не только «ленточка» на небе. Все эти «ленточки» отличаются друг от друга.

Молния – это всегда удар, это всегда разряд между чем-то. Их насчитывают более десяти! Назовем пока только самые основные, прилагая к ним картинки молнии:

• Между грозовой тучей и землей. Это те самые «ленточки», к которым мы привыкли.

Между высоким деревом и тучей. Та же самая «ленточка», но удар направлен в другую сторону.

Ленточная молния – когда не одна «ленточка», а несколько параллельно.

• Между облаком и облаком, или просто «разыграется» в одном облаке. Такой вид молнии часто можно увидеть во время грозы. Просто нужно быть внимательным.

• Бывают и горизонтальные молнии, которые земли вообще не касаются. Они наделены колоссальной силой и считаются самыми опасными

• А о шаровых молниях слышали все! Мало только, кто их видел. Еще меньше тех, кто желал бы их увидеть. А есть и такие люди, которые в их существование не верят. Но шаровые молнии существуют! Сфотографировать такую молнию сложно. Взрывается она быстро, хотя может и «погулять», а вот человеку рядом с ней лучше не двигаться – опасно. Так что – не до фотоаппарата тут.

• Вид молнии с очень красивым названием – «Огни Святого Эльма». Но это не совсем молния. Это сияние, которое появляется в конце грозы на остроконечных зданиях, фонарях, корабельных мачтах. Тоже искра, только не затухающая и не опасная. Огни Святого Эльма – это очень красиво.

• Вулканические молнии возникают при извержении вулкана. Сам вулкан уже имеет заряд. Это, вероятно, и является причиной возникновения молнии.

• Спрайтовые молнии – это такие, которые с Земли не увидишь. Они возникают над облаками и их изучением пока мало кто занимается. Молнии эти похожи на медуз.

• Пунктирная молния почти не изучена. Наблюдать ее можно крайне редко. Визуально она действительно похожа на пунктир – будто молния-ленточка тает.

Вот такие вот бывают молнии разные. Только закон для них один – электрический разряд.

Заключение.

Еще в древности молния считалась и знамением, и яростью Богов. Она была загадкой раньше и остается ею сейчас. Как бы ни раскладывали ее на мельчайшие атомы и молекулы! И всегда это – безумно красиво!

Как производится молния? – Блог погоды Tomorrow.io

Освещение – удивительное явление природы. Многие люди придерживаются разных взглядов на то, откуда он исходит и как он выбирает, куда наносить удар. Благодаря науке можно найти ответы на все ваши вопросы об освещении. Читайте дальше, чтобы узнать все об этом интересном погодном явлении – что это такое, как выглядит и когда происходит. После того, как вы ознакомились с информацией, вы также можете поделиться этой статьей со своими друзьями, чтобы рассказать им, как создается молния.Помогите им узнать интересные факты о погоде!

Как выглядит молния

Если вы когда-либо были во время грозы, скорее всего, вы знакомы с тем, как выглядит освещение. Большинство молний выглядит как бело-желтые лучи света, спускающиеся с неба на Землю . Иногда эта мощная вспышка света также может казаться бесцветной или иметь оттенки синего или фиолетового. Это во многом зависит от фона в том месте, куда попадает молния.

Красные духи молнии

Помимо более распространенных молний белого цвета, вы могли встретить красных спрайтов во время шторма. Спрайты молний, ​​также известные как спрайты или красные спрайты, образуются из электрических зарядов, происходящих в очень большом масштабе . Это явление обычно происходит далеко над грозовыми облаками, и основным спусковым механизмом является разряд молнии между нижними грозовыми облаками и землей под ними.

Красные спрайты не так-то легко увидеть.Если вы находитесь далеко от самой грозы и наблюдаете ее ночью при отсутствии сильного светового загрязнения, вы сможете мельком увидеть ее. Спрайты молний обычно выглядят как ряд красных визуальных форм, мерцающих в небе. Мерцание обычно длится всего долю секунды.

Условия, необходимые для возникновения молнии

Молния – это искровой разряд в атмосфере или между поверхностью Земли и ее атмосферой. Этот разряд является естественным проявлением электростатики, и для возникновения молнии необходимы определенные условия.

Прежде чем молния может образоваться и ударить, в грозовой туче должно быть разделение положительных и отрицательных зарядов. Это называется поляризацией и обычно происходит, когда верхушки облаков образуют преимущественно положительную область, а низы – отрицательную. Как только это произошло, в атмосфере создается сильное электростатическое поле.

Вам может быть интересно, что в первую очередь вызывает поляризацию различных частей облаков.Для этого есть несколько возможных механизмов. Ионизация или образование электрических зарядов в облаках может быть вызвано космическими лучами, которые ионизируют молекулы воздуха . Космические лучи – это частицы высокой энергии, находящиеся за пределами Солнечной системы, и один из примеров – протоны. После ионизации атомов происходит разделение зарядов, что важно для образования молний.

Внутри облака миллионы частиц льда и взвешенных капель воды сталкиваются друг с другом случайным образом.Когда скопления капель воды присоединяются к облаку в результате испарения грунтовых вод, они сталкиваются с каплями, уже находящимися в облаке. Результатом этого является отрыв электронов от поднимающихся капель воды.

Поляризация грозового облака также может происходить во время замерзания. На больших высотах поднимающиеся капли воды начинают замерзать и группироваться вместе, при этом внешняя часть облаков становится положительной, а внутренняя – отрицательной. Воздушные потоки, движущиеся в облаках, разрывают капли, а отрицательные части движутся к основанию облака.

Производство молний

Как вы уже знаете, если в облаках есть положительные и отрицательные заряды, эта поляризация является наиболее важным условием возникновения молнии. По мере того как отрицательно заряженная область внизу облаков продолжает накапливаться, в земле под ними индуцируется положительный заряд. Это событие создает напряжение или разность потенциалов в пространстве между облаками и землей. .

Выше определенной точки напряжения воздух в пространстве облако-земля становится готовым проводником электричества.Образуется канал, который позволяет электронам двигаться вверх и вниз в этом пространстве. Канал состоит из отрезка 50-100 м, что дало ему альтернативное название «ступенчатая лестница». Когда лестница приближается к земле, она встречает положительный заряд с земли, который завершает канал .

Когда канал проводимости между землей и облаком завершен, ударяет молния. Положительные заряды могут течь из земли, а отрицательные – из облаков.

Как молния «знает», где разрядиться или поразить?

Молния ударяет очень быстро от облаков до земли, поэтому вы можете задаться вопросом, как эта молния решает, куда и когда ударить. Ступенчатая лестница отрицательного заряда, описанная в предыдущем разделе, движется к земле и притягивает положительный заряд от земли . Чаще всего это может произойти из-за самых высоких объектов в области, таких как здания, деревья, дома и даже телефонные столбы.

Хотя ступенчатая лестница из облаков продвигается очень быстро, чтобы человеческий глаз мог полностью следить за ней, спуск происходит постепенно. Как только объект заземления отправил положительную ленту для соединения пути, происходит молния . На одном и том же пути может быть даже несколько разрядов молний, ​​которые выглядят как мерцание.

Мониторинг молнии

В любой момент времени по всему миру происходят вспышки молний. Они контролируются глобальной сетью, известной как World Wide Lightning Location Network или WWLLN.Данные, собранные этой группой ученых, передаются по сети в режиме реального времени.

Оставайтесь в безопасности во время грозы

Теперь, когда вы знаете, что такое молния и как она поражает, вы можете предпринять необходимые шаги, чтобы обезопасить себя и свою семью во время грозы. Вот что вы можете сделать:

• Оставайтесь в помещении и подальше от окон и дверей.
• Сократите использование электрических устройств, таких как проводные телефоны и компьютеры.
• Избегайте смесителей, ванн и раковин.

Заключение

Молния – это мощное естественное проявление электричества в природе. Поделитесь этим обзором со своими друзьями и семьей, чтобы помочь им лучше понять, как образуется молния.

молния | Национальное географическое общество

Молния – это электрический заряд или ток. Он может исходить от облаков к земле, от облака к облаку или от земли к облаку.

Молния – продукт атмосферы планеты. Капли дождя очень высоко в небе превращаются в лед.Когда множество маленьких кусочков этих замороженных капель дождя сталкиваются друг с другом в грозовой туче, они создают электрический заряд. Через некоторое время все облако наполняется электрическим зарядом. Отрицательные заряды (электроны) концентрируются внизу облака. Положительные и нейтральные заряды (протоны и нейтроны) собираются в верхней части облака.

Отрицательный и положительный заряды притягиваются друг к другу. Грозовые облака полны электрических зарядов, соединяющихся друг с другом. Эти соединения видны как молния.

На земле под отрицательными зарядами облака накапливаются положительные заряды. Положительный заряд на земле концентрируется вокруг всего, что выступает или торчит – например, деревьев, телефонных столбов, травинок и даже людей. Положительные заряды от этих объектов поднимаются выше в небо. Отрицательные заряды в грозовой туче уменьшаются. В конце концов, они соприкасаются. Когда они касаются друг друга, между двумя зарядами возникает молния.

Это соединение также создает гром.Гром – это просто шум, который издает молния. Громкий гул вызван жаром молнии. Когда воздух становится очень, очень горячим, от тепла воздух взрывается. Поскольку свет распространяется намного, намного быстрее звука, вы увидите молнию раньше, чем услышите гром. Чтобы определить, как далеко до шторма, начните отсчет секунд, как только увидите молнию. Остановитесь, когда услышите гром. Число, которое вы разделите на пять, приблизительно равно количеству миль от шторма. Например, если вы видите молнию и доходит до 10 до того, как услышите гром, гроза находится примерно в двух милях от вас.

Молниезащита

Все грозы и молнии опасны. Молния очень, очень горячая – горячее, чем поверхность солнца. Она может достигать 28 000 градусов по Цельсию (50 000 градусов по Фаренгейту). Молния любит поражать предметы, торчащие из земли, в том числе людей. В США от молнии ежегодно умирает в среднем 58 человек. Это больше смертей, чем от торнадо и ураганов.

Если вы услышите гром или увидите молнию, вы можете подвергнуться опасности.Если вы слышите гром, значит буря поблизости. Зайдите в безопасное место. Держитесь подальше от открытых мест, таких как поля, и высоких предметов, таких как деревья или телефонные столбы. Держитесь подальше от любых металлических предметов, таких как сетчатые заборы, велосипеды и металлические укрытия. Поскольку вода является отличным проводником электричества, вам следует выйти из бассейна, если вы плаваете, и держитесь подальше от луж и других источников воды. Если вы находитесь в месте, где нет укрытия, присядьте низко к земле, но не ложитесь плашмя. Если вы в группе, стойте на расстоянии не менее 5 метров (15 футов) от всех остальных.

Как образуется молния и почему она возникает.

Молния – штука хитрая. Обычно молнии образуются во время грозы, но это не всегда так. Молния – это, по сути, усиленная форма статического электричества. Электрические заряды накапливаются, когда грозовые облака достигают высоты атмосферы, где частицы воды либо замораживаются, либо остаются жидкими в виде переохлажденной воды.

Когда эти капли льда и дождя падают через естественное электрическое поле атмосферы, они становятся электрически поляризованными либо положительно, либо отрицательно.Когда эти полярно заряженные частицы входят в контакт друг с другом, они заряжаются электростатической индукцией: более крупные частицы заряжаются отрицательно, а более мелкие частицы заряжаются положительно. Турбулентность грозового облака и сквозняки толкают более легкие (положительные) частицы вверх, а более легкие (отрицательные) частицы затем выталкиваются вниз внутри грозового облака. Это вызывает накопление отрицательного заряда в нижней части облака.

Когда этот электрический потенциал становится достаточно большим, электрическое поле вызывает ионизацию воздуха, нарушая его сопротивление и позволяя искре или молнии прыгать через воздушный зазор.Это может быть другое облако, которое было заряжено аналогично исходному облаку, или оно может быть направлено на землю, если путь наименьшего сопротивления позволяет это. Каждая молния (положительная или отрицательная) обычно накапливает от 10 000 000 вольт до более 100 000 000 вольт – перегревая воздух примерно до 50 000 градусов по Фаренгейту. Это делает воздух раскаленным добела и создает болт, который мы видим на этот короткий промежуток времени.

Поскольку это действие настолько быстрое, оно заставляет воздух расширяться, в результате чего возникает звуковой удар. Приблизительное правило от вспышки к звуку (молния против грома) таково: на расстоянии 1 мили потребуется около 5 секунд, чтобы вас услышали.

Молния всегда просто находит путь наименьшего сопротивления. Он может перемещаться от вершины грозового облака к основанию, он может прыгать в другое облако или может перемещаться к объекту на земле при условии, что разность потенциалов достаточно велика. По сути, если у вас есть отрицательно заряженное облако и положительно заряженный молниеотвод с высокой проводимостью, молния сочтет это самым быстрым маршрутом с наименьшим сопротивлением.Вот почему наши продукты и наши системы молниезащиты спроектированы таким образом, чтобы достичь наименьшего сопротивления.

Это не может быть гарантировано, так как нам еще предстоит запрячь и направить молнии. Молния может очень хорошо видеть полную систему молниезащиты в доме, что было бы наименьшим сопротивлением, но ударило бы дерево, которое на 30 футов выше, на 20 футов. Путь наименьшего сопротивления иногда может быть нарушен размером и высотой окружающих предметов.Как правило, в первую очередь будут выбраны самые высокие объекты. Это не практическое правило. Молния могла видеть каждый высокий объект и при этом добираться до земли любыми возможными способами. Хотя это случайное событие может произойти где угодно, система молниезащиты обеспечивает безопасность, когда счастливое число становится вашим домом, коммерческим зданием или сельскохозяйственным орудием. Лучше быть в безопасности, чем потом сожалеть.

Положительная молния: Как обсуждалось ранее на этой странице, мы говорили о том, как обычная молния возникает из отрицательно заряженного источника в облаке.Это не всегда так. Молния также может исходить из верхней части облака, что приводит к положительному удару молнии. Разряд молнии будет следовать тому же сценарию, что и отрицательный разряд молнии, но он будет нести положительный заряд, а его наземные стримеры будут иметь отрицательный заряд. Это может показаться незначительной разницей, поскольку положительные удары молнии составляют менее 5% всех ударов молнии. Они несут в себе на тонну больше силы. Поскольку он исходит из верхних слоев облака, количество воздуха, которое он должен прожечь, чтобы достичь земли, значительно больше.Продолжительность вспышки больше, а ее пиковый заряд и потенциал могут быть в десять раз больше, чем при отрицательном разряде. Это порождает опасность другого типа.

Некоторые положительные удары могут произойти в родительском шторме и ударить по земле. Некоторые положительные удары могут также произойти около края облака или от наковальни грозы, от которой удар может произойти на расстоянии более 25 миль от родительского облака. Это вдвойне делает эмпирическое правило «если вы слышите гром, вас могут поразить, независимо от того, где доплеровский радар сообщает о расположении шторма» , весьма важным.Помните: Когда гремит гром, иди в дом.

Существует также биполярная молния, которая представляет собой молнию, которая фактически меняет свою полярность при высвобождении. Это то, что не многие до конца понимают, но это просто показывает, насколько сложна планета, на которой мы живем.

Красные духи, эльфы и синие самолеты:

Спрайты – загадочная форма молнии, танцующая у края космоса. Это электрические разряды, которые достигают высоты около 50 миль и достаточно ярки, чтобы их можно было видеть при дневном свете.Часто они имеют форму медузы, начинаются с шариков света, они определенно являются загадкой и чудом. Виновник положительной молнии.

Эльфы похожи на спрайтов, но больше похожи на нимб и могут быть в четыре раза шире. Еще один виновник положительной молнии.

Blue Jets – это конусы синего света, которые ярче спрайтов. Они брызгают вверх с вершин грозовых облаков. Они достигнут высоты около 25 миль и, похоже, связаны с сильным градом.

Вот небольшой видеоролик о молниезащите.

Это 5 способов, которыми молния может поразить человека.

Некоторые меры безопасности при приближении шторма

«Когда гремит гром, иди в дом»: найдите закрытое, безопасное место и отложите поездку или мероприятие.

Если у вас нет легкого укрытия, присядьте низко. Убедитесь, что ваше тело как можно меньше касается земли, так как молния вызывает электрические токи в верхней части земли.Это может быть смертельно опасно на расстоянии более 100 футов.

Молния может проходить сквозь стены, решетки, провода, пол и электрические компоненты (например, микроволновые печи, насадки для душа и т. Д.), Так что будьте внимательны.

Молния может проходить по водопроводу, поэтому душ нельзя принимать до окончания шторма.

Проводные телефоны – нет-нет. Сотовые телефоны в порядке.

Что касается молниезащиты на рабочем месте:

Не начинайте работу, если надвигается шторм, который невозможно быстро остановить.

Ознакомьтесь с программой предупреждения о грозовых разрядах вашей компании.

Оцените риск удара молнии и примите соответствующие меры.

Знайте, каких предметов и оборудования следует избегать во время грозы.

Если сослуживец поражен молнией, немедленно выполните СЛР. Причина номер один смерти от молнии – остановка сердца. Жертвы молнии не несут никакого электрического заряда, поэтому они будут в безопасности на ощупь. Используйте AED (автоматический внешний дефибриллятор), если он доступен.

В комплект входит технический паспорт OSHA, который можно использовать в качестве руководства для работы на открытом воздухе.

Артикул:

Школа чемпионов Рона Куртуса

Национальная метеорологическая служба / Национальная служба молниезащиты на рабочем месте

НАСА

http://sailinguni.com/lightning.html

LiveScience

CDC

Национальный институт молниезащиты

Молния – Энциклопедия Нового Света

Молния – это атмосферный разряд электричества, который обычно возникает во время гроз, а иногда и во время извержений вулканов или пыльных бурь.

Молния над Лекко в Италии Молния над ручьем Свифтс, Австралия

История исследований

Начало

В своих очерках «Бассейн снов» за 1088– гг. Н. Э., Эрудит из династии Сун, китайский ученый Шэнь Го (1031–1095) писал о естественном явлении молнии. Когда в дом, принадлежащий Ли Шунцзю, ударила молния, Куо написал, что все предполагали, что дом будет сожжен дотла. К всеобщему удивлению, некоторые деревянные стены просто почернели, а лак не затронул, в то время как металлические предметы, такие как стальной меч, были расплавлены в жидкость. ^[1] Куо сравнил это явление с столь же странным эффектом, когда вода не могла потушить греческий огонь (который был известен китайцам с тех пор, как арабы торговали им, или химический состав, примерно равный ему, в десятом веке. ). ^{[1] [2]} Об этих странных эффектах молнии Куо писал:

Большинство людей могут судить о вещах только по опыту обычной жизни, но явления, выходящие за рамки этого, действительно довольно многочисленны.Насколько небезопасно исследовать естественные принципы, используя только свет общеизвестных знаний и субъективных представлений. ^[1]

Таково было разочарование образованных людей в его время желания узнать истинную природу молний и других подобных обычных явлений. Однако в западном мире истинная природа и понимание его силы станут известны к восемнадцатому веку.

Бенджамин Франклин (1706-1790) попытался проверить теорию о том, что искры имеют некоторое сходство с молнией, используя шпиль, который возводился в Филадельфии.В ожидании завершения строительства шпиля ему пришла в голову идея использовать вместо него летающий объект, например воздушный змей. Сообщалось, что во время следующей грозы, которая произошла в июне 1752 года, он поднял воздушного змея в сопровождении своего сына в качестве помощника. К концу веревки он прикрепил ключ и привязал его к столбу шелковой нитью. Со временем Франклин заметил, что свободные волокна на струне растягиваются; Затем он поднес руку к ключу, и искра выскочила из щели. Дождь, выпавший во время шторма, пропитал линию и сделал ее проводящей.

Франклин не был первым, кто провел эксперимент с воздушным змеем. Томас-Франсуа Далибар и Де Лорс провели его в Марли-ла-Виль ^[3] во Франции за несколько недель до эксперимента Франклина. В своей автобиографии (написанной в 1771-1788 гг., Впервые опубликованной в 1790 г.) Франклин четко заявляет, что он выполнил этот эксперимент после экспериментов во Франции, которые произошли за несколько недель до его собственного эксперимента, без его предварительного уведомления по состоянию на 1752 г. По словам автора Тома Такера, Франклин на самом деле никогда не проводил знаменитый эксперимент с воздушным змеем, а скорее опубликовал свой отчет о нем как об обмане, возможно, чтобы подвергнуть опасности своих недоброжелателей. ^[4]

Продолжение исследований

По мере распространения новостей об эксперименте и его деталях, люди пытались повторить его. Однако эксперименты с молнией всегда опасны и часто приводят к летальному исходу. Самой известной смертью во время волны подражателей Франклину была смерть профессора Джорджа Рихмана из Санкт-Петербурга, Россия. Он создал установку, подобную установке Франклина, и присутствовал на собрании Академии наук, когда услышал гром. Он побежал домой со своим гравером, чтобы запечатлеть это событие для потомков.Во время эксперимента появилась шаровая молния, которая ударилась о голову Рихмана и убила его, оставив красное пятно. Его ботинки были распахнуты, части его одежды опалены, гравер выбит, дверной косяк комнаты раскололся, а сама дверь сорвана с петель.

Хотя эксперименты со времен Франклина показали, что молния была разрядом статического электричества, теоретическое понимание молнии (в частности, как она генерировалась) за более чем 150 лет практически не улучшилось.Толчком к новым исследованиям послужила энергетика: с вводом в эксплуатацию линий электропередачи инженерам требовалось гораздо больше знаний о молниях, чтобы обеспечить надлежащую защиту линий и оборудования.

Свойства молнии

Молния может двигаться со скоростью 45 км / с (километров в секунду) (100 000 миль / ч, 160 000 км / ч). ^[5] Он может достигать температуры, приближающейся к 28 000 ° C (50 000 ° F), достаточно горячей, чтобы сплавить почву или песок в стеклянные каналы. ^[6]

Средний разряд отрицательной молнии переносит электрический ток 40 кА (килоампер), хотя некоторые болты могут иметь силу до 120 кА, и передает заряд в 5 кулонов и 500 МДж (мегаджоули) или достаточно. энергии для питания 100-ваттной лампочки чуть менее двух месяцев. Напряжение зависит от длины болта: при диэлектрическом пробое воздуха в 3 миллиона вольт на метр это соответствует примерно одному миллиарду вольт для молнии длиной 300 м (1000 футов).

В разных местах есть разные потенциалы (напряжения) и токи для среднего удара молнии.Например, во Флориде, где зарегистрировано наибольшее количество забастовок в Соединенных Штатах за определенный период в течение летнего сезона, в некоторых районах очень песчаный грунт, а в других – проводящая насыщенная илистая почва. Поскольку большая часть Флориды расположена на полуострове, границы между морем и озерным бризом ежедневно развиваются, сталкиваясь с ними и производя грозы. В Аризоне очень сухая песчаная почва и очень сухой воздух, нижние границы облаков достигают 6000-7000 футов над уровнем земли, и здесь наблюдаются очень длинные и тонкие пурпурные разряды, которые потрескивают.Оклахома с основанием облаков на высоте около 1500-2000 футов над уровнем земли и довольно мягкой, богатой глиной почвой, имеет большие бело-голубые взрывные удары молнии, которые очень горячие (сильноточные) и вызывают внезапный взрывной шум при разряде. Разница в каждом случае может заключаться в разнице уровней напряжения между облаками и землей.

Ученые НАСА также обнаружили, что радиоволны, создаваемые молнией, пересекают безопасную зону в радиационном поясе, окружающем Землю.Эта зона, известная как прорезь пояса Ван Аллена, потенциально может быть безопасной гаванью для спутников, предлагая им защиту от солнечного излучения. ^{[7] [8] [9]}

Первый процесс генерации молнии все еще остается предметом споров. ^[10] Ученые изучили основные причины, начиная от атмосферных возмущений (ветер, влажность и атмосферное давление) до воздействия солнечного ветра и накопления заряженных солнечных частиц. ^[11] Предполагается, что большое количество льда в облаках способствует развитию молний. ^[11] Этот заряд нейтрализует себя любым доступным путем. Это может помочь в насильственном разделении положительных и отрицательных носителей заряда в облаке или в воздухе и, таким образом, помочь в образовании молнии.

Молния также может возникать в облаках пепла от извержений вулканов, ^{[12] [13]} или может быть вызвана сильными лесными пожарами, которые генерируют достаточно пыли для создания статического заряда.

Формация

Анимация удара молнии

• Примечание. Положительная молния, более редкая форма молнии, которая возникает из положительно заряженных областей грозового облака, обычно не соответствует схеме, обсуждаемой ниже.

Разделение заряда

Первый процесс генерации молнии – разделение заряда.

Теория механизма поляризации

Механизм, с помощью которого происходит разделение зарядов, все еще является предметом исследования, но одна теория – это механизм поляризации, который состоит из двух компонентов: ^[14]

1. Падающие капли льда и дождя становятся электрически поляризованными, когда они проходят через естественное электрическое поле атмосферы.
2. Сталкивающиеся частицы льда заряжаются электростатической индукцией.

Теория электростатической индукции

Другая теория состоит в том, что противоположные заряды разъединяются вышеуказанным механизмом, и энергия сохраняется в электрическом поле между ними. Электрификация облаков, по-видимому, требует сильных восходящих потоков, которые несут капли воды вверх, переохлаждая их до -10–20 ° C. Они сталкиваются с кристаллами льда, образуя мягкую смесь воды со льдом, называемую крупой. Столкновения приводят к переносу небольшого положительного заряда на кристаллы льда и небольшого отрицательного заряда на крупу.Восходящие потоки поднимают более легкие кристаллы льда вверх, заставляя верхнюю часть облака накапливать увеличивающийся положительный заряд. Более тяжелая, отрицательно заряженная крупа падает в среднюю и нижнюю части облака, накапливая увеличивающийся отрицательный заряд. Разделение и накопление зарядов продолжаются до тех пор, пока электрический потенциал не станет достаточным для инициирования грозовых разрядов, что происходит, когда совокупность положительных и отрицательных зарядов формирует достаточно сильное электрическое поле.

Существует несколько дополнительных теорий происхождения разделения зарядов. ^[15]

Молниеносная последовательность. Продолжительность: 0,32 секунды.

Формирование лидера

Когда грозовое облако движется по поверхности Земли, равный, но противоположный заряд индуцируется на Земле внизу, и индуцированный заряд земли следует за движением облака.

Первоначальный биполярный разряд, или путь ионизированного воздуха, начинается из отрицательно заряженной области смешанной воды и льда в грозовом облаке. Ионизированные каналы разряда называются лидерами. Отрицательно заряженные лидеры, называемые «ступенчатыми лидерами», обычно совершают несколько быстрых прыжков вниз, каждый длиной до 50 метров.По пути ступенчатый лидер может разветвляться на несколько путей, продолжая спускаться. Ступенчатым лидерам требуется сравнительно много времени (сотни миллисекунд), чтобы приблизиться к земле. Эта начальная фаза включает относительно небольшой электрический ток (десятки или сотни ампер), и лидер почти невидим по сравнению с последующим каналом молнии.

Когда ступенчатый лидер приближается к земле, наличие противоположных зарядов на земле усиливает электрическое поле.Электрическое поле выше всего на деревьях и высоких зданиях. Если электрическое поле достаточно сильное, из этих точек может развиваться проводящий разряд (называемый положительным стримером). Впервые это высказал Хайнц Касемир. По мере увеличения поля положительная коса может превратиться в более горячего лидера с более высоким током, который в конечном итоге соединится с нисходящим ступенчатым лидером из облака. Также возможно появление множества стримеров из множества различных объектов одновременно, при этом только одна из них соединяется с лидером и формирует основной путь разряда.Сделаны фотографии, на которых отчетливо видны несвязанные стримеры. Когда встречаются два лидера, электрический ток сильно увеличивается. Область высокого тока распространяется обратно вверх по положительному ступенчатому лидеру в облако с «обратным ходом», который является наиболее яркой частью разряда молнии.

Разряд

Когда электрическое поле становится достаточно сильным, электрический разряд (молния) возникает внутри облаков или между облаками и землей.Во время удара последовательные порции воздуха становятся токопроводящим каналом разряда, поскольку электроны и положительные ионы молекул воздуха отталкиваются друг от друга и заставляют течь в противоположных направлениях.

Электрический разряд быстро перегревает канал разряда, заставляя воздух быстро расширяться и производить ударную волну, слышимую как гром. Раскатистый и постепенно рассеивающийся грохот грома вызван временной задержкой звука, исходящего от разных частей длинного удара. ^[16]

Теория космических лучей Гуревича

Теория, предложенная Алексом Гуревичем из Физического института им. П.Н. Лебедева в 1992 году, предполагает, что удары молнии вызываются космическими лучами, которые ионизируют атомы, высвобождая электроны, ускоренные электрическими полями, ионизируя другие молекулы воздуха и делая воздух проводящим за счет неконтролируемого пробоя. , а затем начался удар молнии. ^{[17] [18] [19]}

Гамма-лучи и теория пробоя на убегающих телах

Молния освещает ночное небо.

За последние 15 лет было обнаружено, что среди процессов молнии есть некий механизм, способный генерировать гамма-лучи, которые покидают атмосферу и наблюдаются с орбитальных космических аппаратов. Обнаруженные Джеральдом Фишманом из НАСА в 1994 году в статье в журнале Nature, эти так называемые земные гамма-вспышки (TGF) наблюдались случайно, когда он документировал случаи внеземных всплесков гамма-излучения, наблюдаемых Комптонской обсерваторией гамма-излучения ( CGRO). TGF намного короче по продолжительности, однако длятся всего ~ 1 мс.

Профессор Умран Инан из Стэнфорда связал TGF с отдельным ударом молнии, произошедшим в течение 1,5 мс после события TGF, ^[20] впервые доказал, что TGF имеет атмосферное происхождение и связан с ударами молнии.

CGRO зарегистрировала всего около 77 событий за десять лет, однако в последнее время космический аппарат RHESSI, как сообщил Дэвид Смит из Калифорнийского университета в Санта-Круз, наблюдал TGF с гораздо большей частотой, что указывает на то, что они происходят ~ 50 раз в день во всем мире. (все еще очень малая часть от общего количества молний на планете).Зарегистрированные уровни энергии превышают 20 МэВ.

Ученые из Университета Дьюка также изучали связь между определенными грозовыми событиями и загадочным гамма-излучением, исходящим из атмосферы Земли, в свете новейших наблюдений TGF, сделанных RHESSI. Их исследование предполагает, что это гамма-излучение поднимается вверх от начальных точек на удивительно малых высотах в грозовых облаках.

Стивен Каммер из инженерной школы Пратта Университета Дьюка сказал: «Это гамма-лучи с более высокой энергией, чем солнечные.И все же здесь они исходят от земной грозы, которую мы видим здесь все время ».

Ранние теории указывали на то, что молния генерирует сильные электрические поля на высотах значительно выше облака, где тонкая атмосфера позволяет гамма-лучам легко уходить в космос, что известно как «релятивистский пробой на убегающих», подобно тому, как создаются спрайты. Однако последующие доказательства поставили под сомнение и предположили, что TGF могут образовываться на вершинах высоких грозовых облаков.Хотя этим теориям препятствует атмосферное поглощение уходящих гамма-лучей, они не требуют исключительно сильных электрических полей, на которые опираются высокогорные теории генерации TGF.

Роль TGF и их связь с молнией остается предметом постоянных научных исследований.

Повторные удары

Молния – это очень заметная форма передачи энергии.

Высокоскоростные видеоролики (просмотренные покадрово) показывают, что большинство ударов молнии состоит из нескольких отдельных ударов.Типичный удар состоит из 3-4 ударов, но их может быть и больше. ^[21] Каждый повторный удар обычно отделяется примерно от 40 до 50 миллисекунд. Повторные удары могут вызвать заметный эффект «проблескового маячка». ^[21] Звук грома от удара молнии продлевается за счет последовательных ударов.

Виды молний

Некоторые удары молнии приобретают особые характеристики. Ученые и общественность дали этим различным типам молний особые названия.Большинство молний – это «полосатая молния». Это не что иное, как обратный удар, видимая часть удара молнии. Поскольку большинство этих ударов происходит внутри облака, мы не видим многих отдельных ответных ударов во время грозы.

Из облака в облако

Молния из облака в облако, Штайненброн, Германия

Разряды молний могут происходить между областями облаков с разным потенциалом без контакта с землей. Чаще всего они встречаются между наковальней и низовьями данной грозы.Эту молнию иногда можно наблюдать ночью на больших расстояниях, как так называемую «тепловую молнию». В таких случаях наблюдатель может увидеть только вспышку света без грома. Термин «тепло» – это народная ассоциация между теплом, переживаемым местными жителями, и далекими вспышками молний.

Сухая молния

Форк Лайтнинг, Тамворт, Новый Южный Уэльс, Австралия.

Сухая молния – это народное неправильное название, которое в Соединенных Штатах часто используется для обозначения гроз, которые не производят осадков на поверхности.Этот тип молний – наиболее частая естественная причина лесных пожаров.

Ракетная молния

Ракетная молния, Куинбиан, Австралия.

Ракетная молния – это форма разряда облаков, обычно горизонтального и у основания облаков, со световым каналом, движущимся по воздуху с визуально разрешаемой скоростью, часто с перерывами. ^[22] Механизм напоминает ракету, отсюда и его название. Это также один из самых редких разрядов облаков.

Облако-земля

Удар молнии из облака в землю.

Молния «облако-земля» – это мощный разряд молнии между кучево-дождевым облаком и землей, инициированный движущимся вниз ходом лидера. Это второй по распространенности тип молнии, представляющий наибольшую угрозу для жизни и имущества из всех известных типов.

Бусина молния

Бусовая молния – это тип молнии, соединяющей облако с землей, которая, кажется, распадается на цепочку коротких ярких участков, которые длятся дольше, чем обычный канал разряда. Это довольно редко.Для объяснения этого было предложено несколько теорий. Во-первых, наблюдатель видит, что части канала молнии заканчиваются, и эти части кажутся особенно яркими. Другая причина заключается в том, что при бусовом освещении ширина канала молнии варьируется; по мере того, как канал молнии охлаждается и затухает, более широкие части остывают медленнее и дольше остаются видимыми, выглядя как нить бус . ^{[23] [24]}

Лента молния

Ленточная молния возникает во время грозы с сильным боковым ветром и множественными обратными ударами.Ветер будет слегка сдувать каждый последующий обратный ход в сторону от предыдущего обратного хода, создавая эффект ленты.

Стаккато молния

Staccato lightning, который представляет собой не что иное, как ход лидера с одним обратным ходом.

Положительная молния

Положительная молния, также известная в просторечии как «гром среди ясного неба», составляет менее 5 процентов всех молний. ^[25] Это происходит, когда лидер формируется на положительно заряженных вершинах облаков, в результате чего отрицательно заряженная коса вылетает из земли.Общий эффект – это разряд положительных зарядов на землю. Исследования, проведенные после открытия положительной молнии в 1970-х годах, показали, что положительные молнии обычно в шесть-десять раз мощнее, чем отрицательные, служат примерно в десять раз дольше и могут ударить на десятки километров от облаков. Разница напряжений для положительной молнии должна быть значительно выше из-за десятков тысяч дополнительных метров / футов, которые должен пройти удар. Во время положительного удара молнии генерируется огромное количество радиоволн СНЧ и СНЧ. ^[26]

Положительные удары молнии из-за их большей мощности значительно опаснее. В настоящее время самолеты не предназначены для того, чтобы выдерживать такие удары, поскольку их существование было неизвестно на момент установления стандартов, а опасность не оценивалась до разрушения планера в 1999 году. ^[27] В настоящее время считается, что положительная молния была причиной взрыва в полете в 1963 году и последующей катастрофы Boeing 707 авиакомпании Pan Am Flight 214.Впоследствии самолеты, работающие в воздушном пространстве США, должны были иметь фитили для разряда молнии, чтобы снизить вероятность подобного происшествия.

Также было показано, что положительная молния вызывает возникновение молний в верхних слоях атмосферы. Обычно это происходит чаще во время зимних штормов и в конце грозы. ^[28]

Средний разряд положительной молнии несет ток до 300 кА (килоампер) (примерно в десять раз больше тока, чем разряд отрицательной молнии), передает заряд до 300 кулонов, имеет ток разность потенциалов до 1 ГВ (гигавольт) и длится сотни миллисекунд, с энергией разряда до 300 ГДж (гигаджоули).

Удар молнии между наковальней и землей.

Наковальня-земля

Одним из особых типов молний “облако-земля” является молния “наковальня-земля”. Это форма положительной молнии, поскольку она исходит из наковальни кучево-дождевого облака, где кристаллы льда заряжены положительно. Лидерский ход исходит почти в горизонтальном направлении, пока не поворачивает к земле. Обычно они происходят в нескольких милях от (часто впереди) основного шторма и иногда случаются без предупреждения в солнечный день.Удар молнии между наковальней и землей является признаком надвигающегося шторма, и если он происходит в основном при ясном небе, в разговорной речи он известен как «Удар из синего» ^[29] .

Молния земля-облако

Вероятно, это молния от облака к земле, но при визуальном осмотре ее трудно отличить от молнии от земли к облаку.

Молния между землей и облаком – это разряд молнии между землей и кучево-дождевым облаком от восходящего движения лидера.

Шаровая молния

Шаровая молния описывается как плавающий, освещенный шар , который возникает во время грозы.Они могут двигаться быстро, медленно или почти неподвижно. Некоторые издают шипящие или потрескивающие звуки или вообще не издают шума. Известно, что некоторые из них проходят через окна и даже с треском рассеиваются. Шаровая молния описана очевидцами, но редко регистрируется метеорологами.

Инженер Никола Тесла писал: «Мне удалось определить способ их образования и произвести их искусственно». ^[30] Есть некоторые предположения, что электрический пробой и искрение хлопковой и гуттаперчевой изоляции проводов, используемой Теслой, могли быть способствующим фактором, поскольку некоторые теории шаровой молнии требуют участия углеродистых материалов.Некоторым более поздним экспериментаторам удалось на короткое время создать маленькие светящиеся шары, зажигая углеродсодержащие материалы на искрящихся катушках Тесла.

Было выдвинуто несколько теорий для описания шаровой молнии, но ни одна из них не получила всеобщего признания. Любая полная теория шаровой молнии должна быть способна описать широкий спектр известных свойств, таких как те, которые описаны в книге Зингера Природа шаровой молнии , а также более современные исследования. Японские исследования показывают, что шаровые молнии наблюдались несколько раз без какой-либо связи с бурной погодой или молниями.

Шаровая молния обычно имеет диаметр 20–30 см (8–12 дюймов), но сообщалось о шаровой молнии диаметром несколько метров. ^[31] Шаровая молния была замечена в торнадо, и было замечено, что она разделяется на два или более отдельных шара и воссоединяется. Также сообщалось о вертикально связанных огненных шарах. Многие свидетели ошибочно приняли шаровую молнию из-за ее странного поведения за НЛО. Одна из теорий, которая может объяснить этот более широкий спектр наблюдательных данных, – это идея горения внутри низкоскоростной области осесимметричного (сферического) разрушения естественного вихря. ^[32]

Верхний слой атмосферы

Сообщения ученых о странных явлениях молний над штормами относятся, по крайней мере, к 1886 году. Однако более полные исследования были сделаны только в последние годы. Иногда это называют мегамолниями .

Спрайты

Спрайты – это хорошо задокументированные электрические разряды, которые происходят высоко над некоторыми типами гроз. Они выглядят как светящиеся красновато-оранжевые плазмоподобные вспышки, длятся дольше, чем обычные разряды в нижней стратосфере (обычно около 17 миллисекунд), и запускаются разрядами положительной молнии между грозовым облаком и землей.Спрайты часто встречаются группами по два или более, и обычно охватывают расстояние от 50 до 90 км (от 30 до 55 миль) над землей, с чем-то вроде усиков, свисающих внизу, и ветвей, тянущихся вверх. В статье 2007 года сообщается, что видимые усики и ветви спрайтов на самом деле образованы яркими головками стримеров диаметром менее 140 м, движущимися вверх или вниз со скоростью от 1 до 10 процентов скорости света. ^[33]

Спрайты могут быть смещены по горизонтали на расстояние до 50 км (30 миль) от места удара молнии с задержкой по времени после удара молнии, которая обычно составляет несколько миллисекунд, но в редких случаях может быть до 100 миллисекунд.Спрайтам иногда, но не всегда, предшествует ореол спрайтов , – широкая, похожая на блин, область переходного оптического излучения с центром на высоте примерно 75 км над уровнем молнии. Ореолы спрайтов создаются слабой ионизацией от переходных электрических полей того же типа, которые вызывают спрайты, но которые недостаточно интенсивны, чтобы превысить порог, необходимый для спрайтов. Спрайты были впервые сфотографированы 6 июля 1989 года учеными из Университета Миннесоты и названы в честь озорного спрайта (духа воздуха) Ариэля из шекспировской бури.”

Недавнее исследование, проведенное в Университете Хьюстона в 2002 году, показывает, что некоторые нормальные (отрицательные) разряды молний создают ореол спрайта , предшественник спрайта, и что каждые разряда молнии между облаком и землей пытается произвести спрайт или ореол спрайта. Исследование, проведенное в 2004 году учеными из Университета Тохоку, показало, что очень низкочастотные излучения происходят одновременно со спрайтом, что указывает на то, что разряд внутри облака может генерировать спрайты. ^[34]

Синие форсунки

Синие струи отличаются от спрайтов тем, что они проецируются с вершины кучево-дождевых облаков над грозой, обычно узким конусом, на самые низкие уровни ионосферы на высоте 40-50 км (25-30 миль) над землей. Они также ярче, чем спрайты, и, как следует из их названия, имеют синий цвет. Впервые они были записаны 21 октября 1989 года на видео, сделанном с космического корабля “Шаттл”, пролетающего над Австралией. Впоследствии они были подробно задокументированы в 1994 году во время исследовательских полетов самолетов Университетом Аляски.

14 сентября 2001 года ученые из обсерватории Аресибо сфотографировали огромную струю, вдвое превышающую высоту наблюдавшихся ранее, достигнув около 80 км (50 миль) в атмосферу. Джет находился над грозой над океаном и продержался менее секунды. Изначально наблюдались молнии, движущиеся вверх со скоростью около 50 000 м / с, аналогично типичному синему джету , но затем они разделились на две части и со скоростью 250 000 м / с пролетели до ионосферы, где они распространились в виде яркой вспышки света. .22 июля 2002 г. пять гигантских джетов длиной от 60 до 70 км (от 35 до 45 миль) были замечены над Южно-Китайским морем из Тайваня, о чем сообщалось в Nature. ^[35] Струи длились менее секунды, а их форма исследователи сравнили с гигантскими деревьями и морковью.

Эльфы

Эльфы часто выглядят как тусклое, сплющенное, расширяющееся свечение около 400 км (250 миль) в диаметре, которое обычно длится всего одну миллисекунду. Они возникают в ионосфере на высоте 100 км (60 миль) над землей во время гроз.Некоторое время их цвет был загадкой, но теперь считается, что это красный оттенок. Впервые эльфы были зарегистрированы во время другой миссии шаттла, на этот раз у Французской Гвианы 7 октября 1990 года. Эльфы – это несерьезное сокращение для миссий E для полетов L и V ery Low Frequency Perturbations From E lectomic Pulse S унц. Это относится к процессу, посредством которого генерируется свет; возбуждение молекул азота из-за столкновений электронов (электроны, возможно, были возбуждены электромагнитным импульсом, вызванным разрядом из ионосферы).

Сработавшая молния

Ракетный

В нескольких случаях молния была вызвана непосредственно деятельностью человека. Молния ударила в «Аполлон-12» вскоре после взлета и ударила вскоре после термоядерных взрывов ^[36] . Это также было вызвано запуском молниеносных ракет, несущих катушки с проволокой в ​​грозу. Проволока разматывается по мере того, как ракета набирает высоту, создавая удобный путь для использования молнии. Эти болты обычно очень прямые из-за пути, создаваемого проволокой. ^[37]

Вулкан

Чрезвычайно крупные извержения вулканов, в результате которых газы и твердые вещества выбрасываются высоко в атмосферу, могут вызвать молнии. Это явление было задокументировано Плинием Старшим во время извержения Везувия в 79 г. н. Э. В г. н. Э., Во время которого он погиб. ^[38]

С лазерным управлением

По крайней мере, с 1970-х годов исследователи пытались вызвать удары молнии с помощью ультрафиолетовых лазеров, которые создают канал ионизированного газа, через который молния будет проводиться на землю.Такая срабатывающая молния предназначена для защиты стартовых площадок ракет, объектов электроэнергетики и других чувствительных целей. ^{[39] [40] [41] [42] [43] [44]}

Выброс вулканического материала высоко в атмосферу может вызвать впечатляющие молнии.

Молния требует электрического пробоя газа, поэтому она не может существовать в визуальной форме в космическом вакууме. Однако подобные молнии явления наблюдались в атмосферах других планет, таких как Венера и Юпитер.Молния на Венере по-прежнему остается спорной темой после десятилетий исследований. Советские миссии “Венера” ​​и “Пионер США” 1970-х и 1980-х годов послали сигналы, указывающие на молнии в верхних слоях атмосферы Венеры. Однако совсем недавно пролет Кассини-Гюйгенс над Венерой не обнаружил никаких признаков молнии.

Деревья и молнии

Повреждение молнией дерева в Мейплвуде, Нью-Джерси.

Деревья – частые проводники молнии к земле. ^[45] Поскольку сок является плохим проводником, его электрическое сопротивление вызывает взрывной нагрев его до пара, который сдувает кору за пределы пути молнии.В последующие сезоны деревья зарастают поврежденный участок и могут полностью его закрыть, оставив только вертикальный рубец. Если повреждение серьезное, дерево может не восстановиться, и наступает гниение, в конечном итоге убивающее дерево. Иногда дерево может полностью взорваться. ^[46] Принято считать, что дерево, стоящее в одиночестве, чаще поражается, хотя в некоторых лесных районах шрамы от молнии можно увидеть почти на каждом дереве.

Сосна часто поражается одним из видов дерева.В отличие от дуба, у которого корневая структура относительно неглубокая, ^[47] у сосны глубокий центральный корень, уходящий в грунтовые воды. Сосна обычно выше других пород, что также делает ее вероятной целью. В Йоханнесбурге – месте с очень высокой частотой ударов молний – чаще всего поражается дерево Cedrus deodara, , известное как рождественская елка. Факторами, которые приводят к тому, что он является мишенью, являются высокое содержание смолы, его высота и его иглы, которые поддаются сильному электрическому разряду во время грозы.

Деревья являются естественными проводниками молнии и, как известно, обеспечивают защиту от поражения молнией близлежащих зданий. Высокие деревья с высокой биомассой корневой системы обеспечивают хорошую молниезащиту. Примером может служить тиковое дерево (Tectona grandis), , которое вырастает до 45 м в высоту. Имеет разветвленную корневую систему шириной 5 м и биомассу в 4 раза больше, чем у ствола; глубина его проникновения в почву 1,25 м, стержневого корня нет. При установке рядом со зданием его высота помогает поймать приближающегося лидера молнии, а высокая биомасса корневой системы помогает рассеивать заряды молнии ^[48]

Токи молний характеризуются высокой скоростью изменения порядка 40 кА в микросекунду.Следовательно, проводники таких токов проявляют заметный скин-эффект, заставляя большинство токов протекать через кожу проводника. ^[49] Следовательно, эффективное сопротивление проводника очень велико, и поэтому оболочка проводника нагревается намного больше, чем сердечник проводника. Когда дерево действует как естественный проводник молнии, из-за эффекта кожи большая часть токов молнии протекает через кожу дерева и древесину. В результате кожа обгорает и даже может отслоиться.Влага в коже и заболоченной древесине мгновенно испаряется и может расколоться. Если дерево, пораженное молнией, представляет собой тиковое дерево (одноствольное, с ветвями), оно не может быть полностью уничтожено, поскольку могут быть затронуты только кожа дерева и ветка; основные части дерева могут быть спасены от полного разрушения токами молнии. Но если это кокосовая пальма, она может быть полностью уничтожена токами молнии.

Записи и местонахождение

В среднем молния поражает землю примерно 100 раз в секунду.«Аллея молний», обозначающая межштатную автомагистраль 4 между Орландо и Санкт-Петербургом, штат Флорида, в совокупности видит больше ударов молний в год, чем любое другое место в Соединенных Штатах. В Аллее молний в среднем 120 грозовых дней в году. В Эмпайр-стейт-билдинг молния поражает в среднем 23 раза в год и один раз 8 раз за 24 минуты. ^[50]

В Сингапуре один из самых высоких показателей молниеносной активности в мире. ^[51] Город Терезина на севере Бразилии занимает третье место в мире по количеству ударов молний.Окружающий регион упоминается как Chapada do Corisco («Равнины вспышек молний»).

Рой Салливан был внесен в Книгу рекордов Гиннеса после того, как пережил семь ударов молнии за 35 лет. ^[52]

В июле 2007 года в результате удара молнии в отдаленную горную деревню Ушари-Дара на северо-западе Пакистана погибло до 30 человек. ^[53] Кроме того, в Дирфилд-Бич, штат Флорида, молния ударила в баллон с воздухом водолаза, когда он всплывал у атлантического побережья Флориды, убив его.Он всплыл примерно в 30 футах от лодки, когда в его танк ударила молния.

Обнаружение молнии

Грозовые разряды генерируют широкий спектр электромагнитных излучений, в том числе радиочастотные импульсы. Время, в которое импульс от данного разряда молнии достигает нескольких приемников, можно использовать для определения местоположения источника разряда. Федеральное правительство США создало общенациональную сеть таких детекторов молний, ​​позволяющую отслеживать разряды молний в реальном времени на всей территории континентальной части США.С. ^{[54] [55]}

Помимо наземного обнаружения молний, ​​на борту спутников было сконструировано несколько приборов для наблюдения за распределением молний. К ним относятся оптический детектор переходных процессов (OTD) и последующий датчик изображения молнии (LIS). ^[56]

В культуре

В культурном отношении существуют различные выражения, в которых молния является метафорой внезапных, необычных происшествий. Например, «гром среди ясного неба» относится к совершенно неожиданному событию.Выражение «молния никогда не ударяет дважды [в одно и то же место]» относится к крайне маловероятному событию. Это похоже на выражения «возможность никогда не ударится дважды» или «возможность один раз в жизни». На вероятность удара молнии в любом месте влияют различные факторы. Поэтому, хотя молнии действительно часто возникают в определенных областях, существует низкая (но не нулевая) вероятность повторных ударов точно в том же месте. ^{[50] [57]}

На французском и итальянском языках выражение «любовь с первого взгляда» – coup de foudre и colpo di fulmine, соответственно, что буквально переводится как «молния».«В некоторых европейских языках есть отдельное слово для обозначения молнии, ударяющей в землю, в отличие от молнии в целом – часто это родственное слово английскому слову« лучи ».

Молния в геральдике называется молнией и изображается в виде зигзага с неострёнными концами. Его отличают от «вилки молнии».

Гарри Поттер, главный герой серии книг о Гарри Поттере, автором которых является Дж.К. У Роулинг на лбу шрам в виде молнии. Шрам был результатом неудавшегося убийственного проклятия, которое привело к падению лорда Волан-де-Морта.Шрам играет в сериале важную роль.

См. Также

Банкноты

1. ↑ ^{1,0 1,1 1,2} Джозеф Нидхэм. 1986. Наука и цивилизация в Китае, Том 3: Математика и науки о небесах и Земле. (Тайбэй: Caves Books Ltd. ISBN 0521058015).
2. ↑ Джозеф Нидхэм. 1986. Наука и цивилизация в Китае: Том 5, Химия и химическая технология, Часть 7, Военная технология; Пороховая эпопея. (Тайбэй: Caves Books Ltd. ISBN 052132727X)
3. ↑ Э. Филип Кридер, 2004. Бенджамин Франклин и первые проводники молний. Труды Международной комиссии по истории метеорологии 1 (1): 1-13.
4. ↑ Том Такер. 2003. Болт судьбы: Бенджамин Франклин и его обман с электрическим воздушным змеем. (Нью-Йорк, Нью-Йорк: Связи с общественностью. ISBN 1586482947).
5. ↑ Молния убивает до удара бури. Исследования и новости штата Канзас . 2003 г.Проверено 23 августа 2007 года.
6. ↑ Насколько горячая молния? Проверено 23 августа 2007 года.
7. ↑ Вспышки в небе: Молния уничтожает космическое излучение, окружающее Землю. Проверено 23 августа 2007 года.
8. ↑ Роберт Рой Бритт, 1999. Молния взаимодействует с космосом, падают электроны. Проверено 23 августа 2007 года.
9. ↑ М.К. Демиркол, С. Инан Умран, Т.Ф. Колокол; С.Г. Канекал; и Д.К. Уилкинсон. 1999. “Ионосферные эффекты событий усиления релятивистских электронов”. Письма о геофизических исследованиях 26 (23): 3557-3560.(Резюме доступно в Интернете по адресу: Smithsonian / NASA ADS Astronomy Abstract Service. Проверено 23 августа 2007 г.)
10. ↑ Как формируется молния. PBS.org . Проверено 23 августа 2007 года.
11. ↑ ^{11,0 11,1} Lightning Science. NOAA . Проверено 23 августа 2007 года.
12. ↑ Геологическая служба США, Наблюдение на Гавайях. Учет пепельной молнии. См. 5-й абзац. Проверено 23 августа 2007 года.
13. ↑ Руководство для учителей по стратовулканам мира, Галгунггунг, Индонезия.Проверено 23 августа 2007 года.
14. ↑ Электрический лед. НАСА . Проверено 23 августа 2007 года.
15. ↑ Алисия Фрейзер, 2005. ТЕОРИИ ОБРАЗОВАНИЯ МОЛНИИ. Департамент атмосферных и океанических наук, Университет Колорадо, Боулдер . Проверено 23 августа 2007 года.
16. ↑ См. Умань. 1986. Глава 12, страницы 103-110.
17. ↑ Гуревич. 2003. Как работает молния, до сих пор остается загадкой. Экономист.
18. ↑ Джозеф Р. Дуайер, 2005. «Совершенно неожиданно.” Scientific American 292 (5): 64-71.
19. ↑ Марк Шроп, 2004. Исследование молний: улавливатели болтов. Природа 431: 120-121. Проверено 23 августа 2007 года.
20. ↑ U.S. Inan, S.C. Reising, G.J. Фишман и Дж.М. Хорак. 1996. О связи земных гамма-всплесков с молнией и последствиях для спрайтов. Письма о геофизических исследованиях 23 (9): 1017-1020. Цитируется Red Sprites и Blue Jets. Проверено 23 августа 2007 года.
21. ↑ ^{21.0 21,1} Умань, 1986, гл.5, 41.
22. ↑ Определение ракетной молнии, Глоссарий по метеорологии AMS. Проверено 23 августа 2007 года.
23. ↑ Молния из бисера. Американское метеорологическое общество (AMS) . Проверено 23 августа 2007 года.
24. ↑ Умань, 1986, Глава 16, 139-143.
25. ↑ Положительная и отрицательная сторона молнии. NOAA . Проверено 23 августа 2007 года.
26. ↑ D. J. Boccippio, et al. 1995. Спрайты, переходные процессы ELF и положительные удары земли. Наука 269: 1088-1091.
27. ↑ Бюллетени Отделения по расследованию авиационных происшествий (AAIB), 1999 г. Декабрь: двухместный планер Schleicher ASK 21. Проверено 23 августа 2007 года.
28. ↑ A Lightning Primer из GHCC: Типы грозовых разрядов. Проверено 23 августа 2007 года.
29. ↑ Дэвид Лоуренс, Удар из синего. Национальное управление океанических и атмосферных исследований . Проверено 23 августа 2007 года.
30. ↑ Никола Тесла. 1904. Электрический мир и инженер.Проверено 23 августа 2007 года.
31. ↑ (Певица)
32. ↑ Коулман был первым, кто предложил эту теорию в 1993 году в Weather, публикации Королевского метеорологического общества.
33. ↑ Х. К. Стенбек-Нильсен, М. McHarg, T. Kanmae, D.D. Sentman. 2007. «Наблюдаемые уровни излучения в головах спрайтов». Geophys. Res. Lett. 34:11. Реферат находится в открытом доступе. Этот документ обсуждается на LiveScience . Проверено 23 августа 2007 года.
34. ↑ VLF / ELF сферические свидетельства активности разряда в облаке, порождающей спрайты.Проверено 23 августа 2007 года.
35. ↑ Письма к природе. Проверено 23 августа 2007 года.
36. ↑ 1987. Эмпирическое исследование вызванной ядерным взрывом молнии, наблюдаемой на IVY-MIKE. Журнал геофизических исследований 92: D5: 5696-5712. Проверено 23 августа 2007 года.
37. ↑ 25 июля 2002 г., видео сработало молнии. Проверено 23 августа 2007 года.
38. ↑ Плини Младший. Наблюдения Плиния Младшего. «Позади нас тянулись пугающие темные облака, раздираемые молниями, изгибались и метались, открываясь, открывая огромные огненные фигуры.”Проверено 23 августа 2007 г..
39. ↑ 2001. Исследователи UNM используют лазеры для направления молний. Новости кампуса , Университет Нью-Мексико. Проверено 23 августа 2007 года.
40. ↑ Разряд молнии, инициированный лазером. Новый физический журнал . Проверено 23 августа 2007 года.
41. ↑ Лабораторные испытания лазерного грозового разряда. Журнал оптических технологий . Проверено 23 августа 2007 года.
42. ↑ Applied Physics Letters – 6 декабря 2004 г. – том 85, выпуск 23, с.5781-5783. Проверено 23 августа 2007 года.
43. ↑ Изменения электрического поля и УВЧ излучения, вызванные молнией в Японии. Проверено 23 августа 2007 года.
44. ↑ Концептуальный эксперимент с лазерной молнией. Проверено 23 августа 2007 года.
45. ↑ фото дерева, пораженного молнией. Проверено 23 августа 2007 года.
46. ↑ Дерево 120 лет, взорванное молнией. Arobretum de Villardebelle. Проверено 23 августа 2007 года.
47. ↑ Oak Root Research. Олимпийская лаборатория лесоводства .Проверено 23 августа 2007 года.
48. ↑ Gopalan. 2005. Молниезащита взлетно-посадочной полосы аэропорта. ASCE Jl Работоспособности построенных объектов 19: 4.
49. ↑ Цинния Наир и др. 1 мая 2005 г. Выход из строя опоры двухцепной ЛЭП 220 кВ из-за удара молнии. ASCE Jl Работоспособности построенных объектов 19 (2).
50. ↑ ^{50.0 50.1} Умань, 1986, глава 6, 47.
51. ↑ Молниеносная активность в Сингапуре. Национальное агентство по окружающей среде.Проверено 23 августа 2007 года.
52. ↑ САЛЛИВАН, Рой. Архивы Нью-Йорк Таймс (из UPI). Проверено 23 августа 2007 года.
53. ↑ Молния убила 30 человек на севере Пакистана. Рейтер . Проверено 23 августа 2007 года.
54. ↑ Системы обнаружения молний. NOAA Страница о том, как работает национальная система обнаружения молний США. Проверено 23 августа 2007 года.
55. ↑ Портал онлайн-приложений Vaisala Thunderstorm. Карта грозовых разрядов в U.S. Проверено 23 августа 2007 года.
56. ↑ Информация о наборе данных LIS просматривает изображения OTD просматривает изображения. Проверено 23 августа 2007 года.
57. ↑ Иисус, актер, пораженный молнией. BBC News 23 октября 2003 г. Проверено 23 августа 2007 г.

Список литературы

• Андерс, Андре. 2003. Отслеживание происхождения науки о дуговой плазме I. Ранние импульсные и осциллирующие разряды. IEEE Transactions on Plasma Science 31 (4): 1052-1059.
• Дуайер, Джозеф Р.2005. Грохот неожиданно. Научный Америкэн . Проверено 23 августа 2007 г.
• Джелла, Томас Ф. Мои очень близкие встречи с молниями во Флориде. Проверено 23 августа 2007 г.
• Гослин, Анна. 1986. Молнии из космоса. New Scientist 186 (2498): 30-34.
• Ларсен, Алекс. 1905. Съемка молний движущейся камерой. Годовой отчет Смитсоновский институт 60 (1): 119-127.
• Раков, В.А. и Мартин А. Умань.2003. Молния, физика и эффекты. Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. ISBN 0521583276.
• Умань, г. Мартин. 1986. Все о молнии. Mineola, NY: Dover Publications, Inc. ISBN 048625237X. (Эта книга написана для непрофессионала.)
• Зеркало литературы, развлечений и обучения, Vol. 12, Issue 323, 19 июля 1828 г. Электронная книга Project Gutenberg (раннее исследование молний). Проверено 23 августа 2007 г.
• Крампф, Роберт.1991. Электричество. VHS Видео. Мемфис, Теннесси: William Bearden Co.

Внешние ссылки

Все ссылки получены 6 июля 2018 г.

Струи и спрайты

кредитов

Энциклопедия Нового Света Писатели и редакторы переписали и завершили статью Википедия в соответствии со стандартами New World Encyclopedia . Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с указанием авторства.Кредит предоставляется в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на участников New World Encyclopedia, и на самоотверженных добровольцев, вносящих вклад в Фонд Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних публикаций википедистов доступна исследователям здесь:

История этой статьи с момента ее импорта в New World Encyclopedia :

Примечание. Некоторые ограничения могут применяться к использованию отдельных изображений, на которые распространяется отдельная лицензия.

Процессы, образующие молнию – Видео и стенограмма урока

Развитие грозы

Гроза – это локализованный шторм с молнией и громом, который длится недолго. В начале развития шторма воздух поднимается восходящими потоками выше точки замерзания в атмосфере. Капли воды в облаке замерзают, становятся тяжелее и начинают падать, создавая нисходящий поток. Капли покидают дно шторма в виде сильных осадков.Это часть шторма, когда может быть суровая погода. На этом этапе возникают как восходящие, так и нисходящие потоки, которые запускают развитие молнии. Итак, на этом этапе могут возникнуть молнии и гром. В конце концов, восходящий поток прекращается, и остается только нисходящий. Буря ослабевает и, наконец, заканчивается.

Lightning Formation

Молния – это немного загадка, потому что точный способ возникновения электричества во время шторма не очень хорошо понимается учеными. Но что мы действительно знаем, так это то, что развитие грозы вызывает разделение электрических зарядов.Это известно как разделение заряда . Восходящий поток воздуха во время шторма уносит с собой положительно заряженные капли воды. Нисходящий поток осадков переносит отрицательно заряженные капли воды вниз, к основанию облака. Отрицательные заряды на дне притягивают положительные заряды на поверхности Земли, прямо под грозой. Разница в зарядах на дне облака и на земле становится все сильнее и сильнее, пока, наконец, не произойдет выброс. Палец отрицательного электричества, известный как лидер , вылетает из облака в поисках пути встретить положительные заряды на земле.Обычно лидер не может установить соединение с первого раза, поэтому это происходит постоянно, пока палец положительного электричества не выстреливает из земли, чтобы встретить лидера. Как только это происходит, открывается канал или туннель для передачи электричества от облака к земле. Это когда происходит удар молнии , и волна электричества ударяет вниз и становится видимой для нас. Это может происходить несколько раз подряд, пока все отрицательные заряды не исчезнут со дна облака.Они известны как вспышки , и они происходят так быстро, что мы не можем увидеть каждый отдельный штрих. Вместо этого кажется, что молния мерцает.

Категории и типы молний

Тип молнии, который только что обсуждался, называется облако-земля . Он составляет всего около 20% молний во время шторма, но он самый разрушительный. Некоторые другие категории молний, ​​возникающие во время шторма: молнии внутри облака, молнии в одном облаке и молнии между облаками и между двумя облаками.Разделение зарядов в одном облаке или разных облаках образует молнии и бури так же, как и облако-земля, только разряд не идет на землю.

Есть и другие, более уникальные типы молний, ​​которые случаются во время штормов. Разветвленная молния происходит, когда лидер разбивается на несколько ветвей, в результате чего молния выглядит как вилка. Простая молния – это молния в облаке, которую нельзя увидеть само по себе. Вместо этого она освещает все облако. Тепловая молния случается, когда облако находится так далеко, что мы можем видеть только вспышку, но не видим молнии или слышать гром. Ленточная молния образуется, когда сильный ветер сопровождает шторм, в результате чего образуется очень широкая молния. Типы молний, ​​возникающие на очень больших высотах в разгар штормов, называются спрайтами , и выглядят как гигантские красные медузы. Кроме того, синие струи образуются, когда заряженные частицы выбрасываются с вершины шторма, и они выглядят как фонтаны.

Также случаются многие другие типы молний, ​​и не все они вызваны формированием грозы, но все они вызваны тем же основным механизмом, что и молния во время грозы. Например, огонь Святого Эльма – это разновидность молнии. Это происходит вокруг корабельных мачт или крыльев самолетов. Крыло самолета может получить отрицательный заряд. Если он проходит через положительно заряженное облако и заряды достаточно сильные, может произойти разряд электричества. Он выглядит как синее свечение и издает жужжащий звук. Шаровая молния выглядит как сферический электрически заряженный воздушный шар размером с баскетбольный мяч, но его формирование до конца не изучено. Молния с воздушным разрядом развивается в очень сухом климате. Молния может возникнуть даже при извержении вулкана. Частицы пепла разного размера при извержении, сопровождающиеся трением, вызывают образование положительных и отрицательных зарядов, что может привести к молнии.

Краткое содержание урока

Молния – это сильный и быстрый разряд электричества от грозы на землю или в облаке.Гроза – это локальная буря с молнией и громом, недолговечная и развивающаяся поэтапно. Во время грозы отрицательные заряды переносятся на дно облака, и это известно как разделение зарядов , что приводит к молнии. Когда образуется молния, из облака выстреливается палец отрицательных зарядов, известный как лидер . Лидер открывает туннель от облака до земли, и происходит удар молнии , где волна электричества ударяет вниз, что мы видим.Это может происходить несколько раз в быстрой последовательности и нам кажется, что мигает, или мигает. Существуют определенные категории молний, ​​связанных с штормами:

• внутри облака
• из облака в облако
• вилка
• лист
• тепло
• лента
• спрайтов
• синие форсунки

Также есть много других типов молний, ​​не связанных со штормами:

• St.Огонь Эльмо ​​
• шаровая молния
• молния воздушно-разрядная

забавных фактов о молнии для детей

Молния – это мощный разряд электричества, который происходит очень быстро во время грозы.

Молния возникает из-за несбалансированного электрического заряда в атмосфере.

Движение дождя и льда внутри грозового облака создает электрический заряд, при этом отрицательный заряд (электроны) формируется внизу облака, а положительный заряд (протоны) – вверху.

Противоположности притягиваются, поэтому отрицательный заряд внизу облака ищет положительный заряд для связи.

Молния может возникать внутри облаков, между облаками и от облаков до земли.

Примерно четверть молнии проходит от облака до земли.

Когда молния ударяет в землю, она ищет кратчайший путь к чему-то с положительным зарядом, это может быть дерево, высокое здание или, если им очень не повезло, человек.

Ежегодно молния поражает тысячи людей.

Прямые удары молнии обычно смертельны.

Громоотводы (также называемые проводниками) – это металлические стержни или аналогичные предметы, которые безопасно отводят молнию на землю, их часто можно увидеть на верхушках высоких зданий.

Большинство молний происходит над сушей, а не над океанами, причем около 70% молний приходится на тропики.

Каждую секунду где-то на Земле ударяют молнии.

Удары молнии обычно длятся 1-2 микросекунды.

Молния содержит миллионы вольт электричества.

Гром – это звук, издаваемый молнией. Прочтите наши факты о громе, чтобы узнать больше.

Средняя температура молнии составляет около 20000 ° C (36000 ° F).

Молния обычно возникает из-за очень высоких и плотных кучево-дождевых облаков.

Молнии также могут возникать во время извержений вулканов, пыльных бурь, снежных бурь, лесных пожаров и торнадо. Посмотрите эту удивительную фотографию молнии вулкана или посмотрите, как она происходит в этом видео о молнии вулкана!

Изучение молнии известно как фульминология.

Астрафобия – это боязнь грома и молнии.

Хоккейная команда Тампа-Бэй, играющая в Национальной хоккейной лиге (НХЛ), называется «Молния».

Узнайте больше о том, как работает молния, с помощью этого эксперимента со статическим электричеством, посмотрите невероятное видео с молнией или раскрасьте страницу с изображением молнии.

Статическое электричество 4: Статическое электричество и молния

Фото: Clipart.com

Назначение

Чтобы помочь учащимся понять концепции, связанные со статическим электричеством, на единственном примере: молния.

---

Контекст

Этот урок является первым из серии из четырех частей, посвященных статическому электричеству. Эти уроки призваны помочь учащимся понять, что статическое электричество – это явление, связанное с положительными и отрицательными зарядами.

Понимание статического электричества должно начинаться с концепции, что вся материя состоит из атомов, а все атомы состоят из субатомных частиц, среди которых есть заряженные частицы, известные как электроны и протоны. Протоны несут положительный заряд (+), а электроны – отрицательный заряд (-). Число электронов в атоме – от одного до примерно 100 – совпадает с числом заряженных частиц или протонов в ядре и определяет, как атом будет связываться с другими атомами, образуя молекулы.Электрически нейтральные частицы (нейтроны) в ядре увеличивают его массу, но не влияют на количество электронов и поэтому почти не влияют на связи атома с другими атомами (его химическое поведение).

Чтобы лучше понять статическое электричество, вы должны помочь своим ученикам установить связь между их повседневным опытом работы со статическим электричеством, например, молнией, получением сотрясений после перетасовки по ковру, снятием с себя одежды, которая цепляется друг за друга. сушить волосы феном, расчесывать волосы зимой – со статическими упражнениями, проводимыми в классе.Попросите их попытаться описать и объяснить свой повседневный опыт работы со статикой в ​​терминах, которые они изучают: отталкивание, притяжение, статический заряд, перенос электронов. Важно, чтобы учащиеся усвоили концепцию, согласно которой противоположно заряженные объекты притягиваются друг к другу, а одноименные заряженные объекты отталкиваются. Менее важно то, что они могут вспомнить, какие материалы имеют тенденцию к накоплению отрицательного или положительного заряда.

Когда два разных материала вступают в тесный контакт, например, трется войлок о воздушный шар или две воздушные массы в грозовом облаке, электроны могут переходить от одного материала к другому.Когда это происходит, в одном материале оказывается избыток электронов, и он становится отрицательно заряженным, в то время как другой в конечном итоге испытывает недостаток электронов и становится положительно заряженным. Это накопление несбалансированных зарядов на объектах приводит к явлениям, которые мы обычно называем статическим электричеством.

Когда учащиеся только начинают понимать атомы, они не могут уверенно проводить различие между атомами и молекулами. Студенты часто приходят к мысли, что атомы каким-то образом просто заполняют материю, а не к правильному представлению о том, что атомы – это материя.У учеников средней школы также есть проблемы с представлением о том, что атомы находятся в постоянном движении. Принятие этих концепций необходимо для студентов, чтобы понять атомную теорию и ее объяснительную силу. («Контрольные показатели научной грамотности», стр. 75.)

В курсе «Статическое электричество 1: знакомство с атомами» учащихся просят просматривать веб-сайты, чтобы узнать об основной структуре атома, а также о положительных и отрицательных зарядах его субчастиц. Этот урок закладывает основу для дальнейшего изучения статического и текущего электричества, сосредоточив внимание на идее положительных и отрицательных зарядов на атомном уровне.Из-за количества и сложности информации, относящейся к этой теме, учащиеся со временем получат понимание этих концепций. Важно, чтобы они исследовали эту тему в различных контекстах.

Статическое электричество 2: Знакомство со статическим электричеством помогает расширить представления учащихся об атомах и их отношении к статическому электричеству. На этом уроке учащиеся проводят несколько простых экспериментов, создавая статическое электричество, чтобы продемонстрировать, как противоположные заряды притягиваются друг к другу, а подобные заряды отталкиваются.Затем студенты изучают веб-сайт, который более подробно объясняет эти концепции.

Статическое электричество 3: Подробнее о статическом электричестве помогает расширить представления учащихся об атомах и их отношении к статическому электричеству. На этом уроке студенты изучают веб-сайт, чтобы изучить концепции, связанные со статическим электричеством. Затем ученики проводят эксперименты, в которых они создают статическое электричество и демонстрируют, как противоположные заряды притягиваются друг к другу, а подобные заряды отталкиваются.

Статическое электричество 4: Статическое электричество и молния знакомит учащихся с концепциями молнии и их отношением к статическому электричеству.На этом уроке учащиеся изучают различные веб-сайты, чтобы узнать о молнии, а затем объяснить своими словами, что вызывает молнию и как это связано со статическим электричеством.

---

Мотивация

Прежде чем попросить учащихся изучить веб-сайты, посвященные молниям и статическому электричеству, обсудите с ними их текущие знания по этой теме.

Раздайте пакет активности «Статическое электричество и молния». Студенты должны заполнить Часть 1 пакета в это время.Попросите учащихся записать свои ответы своими словами. Сообщите им, что они вернутся к этим ответам позже на уроке, после того, как завершат веб-квест. Обсудите со студентами, как они ответили на вопросы из Части 1 своего практического пакета.

---

Разработка

На этом уроке учащиеся будут использовать свою ведомость по статическому электричеству и молниям, чтобы пройти веб-квест, изучая следующие веб-сайты, чтобы больше узнать о молниях и статическом электричестве:

Предложите учащимся поработать парами или небольшими группами, чтобы они могли помочь друг другу понять факты и концепции, используемые при исследовании Интернета.

После того, как учащиеся завершат часть 2 пакета заданий, проведите обсуждение, чтобы помочь им осмыслить идеи. Ниже приведены вопросы из пакета с предлагаемыми ответами.

Статическое электричество и молния

• Объясните, что вызывает молнию. Как принцип притяжения противоположных зарядов способствует возникновению молнии? (Воздух, капли воды и даже кристаллы льда сильно трутся друг о друга внутри грозовой тучи, создавая два противоположных вида электрического заряда: отрицательный и положительный.Когда притяжение между зарядами настолько велико, что они толкают воздух навстречу друг другу, у вас есть молния.)
• Нарисуйте схему, чтобы проиллюстрировать, что происходит с электронами в облаках и на земле во время грозы.
• Как проще всего определить, как далеко от вас находится молния? (Свет распространяется быстрее звука. Если вы видите вспышку молнии, считайте секунды, пока не услышите гром. Разделите полученное число на пять, и это скажет вам, на сколько миль находится молния.)

Основы статического электричества

• Опишите влияние статического электричества на материю. Используйте несколько примеров из своей повседневной жизни. (Статическое электричество может привести к слипанию материалов. Например, вы можете наблюдать “статическое прилипание” к одежде, исходящей из сушилки. Это может привести к тому, что материалы отталкиваются или расходятся. Вы можете увидеть, как ваши волосы отталкиваются друг от друга после расчесывания. сухой день. Он может создавать искры, летящие от одного объекта к другому.Например, после того, как вы прошли по ковру, вы можете наблюдать искру от вашего пальца прямо перед тем, как коснуться дверной ручки. Вы также можете увидеть очень большие искры, когда увидите молнию во время грозы.)
• Опишите, как работает электроскоп для обнаружения статического электричества. (При наличии статического электричества заряды спускаются вниз по стержню электроскопа и накапливаются на фольгах. Поскольку каждая фольга собирает одинаковый тип заряда, они разделяются или отталкиваются друг от друга.)
• Почему лучше не использовать металлы для создания статического электричества? (Хотя трение о металлические предметы может вызвать некоторое статическое электричество, на самом деле это не работает.Это связано с тем, что электричество обычно проходит через металл, а не накапливается на поверхности, как это происходит с материалом, который не проводит электричество, например, пластиком.)
• Опишите, как Бен Франклин доказал, что молния является статическим электричеством. (Бен Франклин доказал, что молния представляет собой статическое электричество, запустив воздушного змея во время шторма и обнаружив статическое электричество, увидев, как волосы на веревке воздушного змея встают дыбом и создают искру на металлическом кайте, прикрепленном к воздушному змею.)
• Как статическое электричество может повредить компьютер? (Если вы прикоснетесь к печатной плате компьютера, что вызовет искру статического электричества, это может серьезно повредить схему. Внезапный выброс электронов может легко разрушить микрочипы в компьютере.)

Искры статического электричества

• Опишите причину искры. (Искра – это внезапный выброс электронов по воздуху от одного проводника к другому, нагревая воздух до тех пор, пока он не станет раскаленным добела.По мере того как количество электрических зарядов у поверхности материалов увеличивается, притяжение между положительными и отрицательными зарядами становится больше. Если притяжение достаточно велико, некоторые электроны покинут свой материал и полетят к другому объекту. Электроны, движущиеся в воздухе, вызывают его нагрев. По мере того, как воздух нагревается, все больше и больше электронов начинают прыгать на другую сторону, вызывая еще больше тепла, пока он не станет раскаленным добела. Это искра, которую вы видите и чувствуете.)
• Чем молния отличается от искры? (Молния работает так же, как искра, за исключением того, что она случается в огромных масштабах. Молния возникает, когда капли воды вращаются в грозовом облаке. Они собирают либо положительные, либо отрицательные электрические заряды, так что вскоре одно облако может быть положительным и другое облако может быть отрицательным. Возникающее электрическое давление должно быть чрезвычайно высоким, чтобы молния могла начаться. Молния может переходить от облака к облаку или от земли к облаку.)
• Что вызывает гром? (Гром возникает из-за того, что воздух очень быстро расширяется и сжимается.)

Использование статического электричества

• Назовите несколько полезных способов использования статического электричества. (Использование статического электричества включает борьбу с загрязнением, копировальные аппараты и покраску.)
• Опишите, как статическое электричество можно использовать для борьбы с загрязнением воздуха. (Заводы используют статическое электричество, чтобы уменьшить загрязнение, придавая дыму электрический заряд.Когда он проходит мимо электрода с противоположным зарядом, большая часть частиц дыма прилипает к электроду. Это предотвращает попадание загрязняющих веществ в атмосферу.)

---

Оценка

После того, как учащиеся завершили веб-квест и ответили на вопросы в Части 2 пакета упражнений, попросите их уточнить определение статического электричества и молнии, которое они разработали в разделе «Мотивация».

В Части 3 студенты должны объяснить, какие изменения они внесли и почему они внесли их.Попросите учащихся перечислить любые доказательства, которые они нашли в веб-квесте, которые побудили их изменить свое определение.

Кроме того, попросите учащихся объяснить, как статическое электричество, молния и искры являются взаимосвязанными явлениями. Затем нарисуйте диаграмму, показывающую отрицательные и положительные заряды, возникающие во время грозы.

---

Расширения

Следующие Интернет-ресурсы можно использовать для дальнейшего изучения тем, связанных с молниями и статическим электричеством:

• Lightning На сайте NOVA Online есть мероприятие Indoor Lightning Activity, в котором даются инструкции по проведению эксперимента с участием молний и искр.
• Статическое электричество рассматривает статическое электричество с точки зрения потенциальных эффектов электростатического разряда, включая предотвращение электростатического разряда в производстве электроники, материалы для электростатических растворов и уменьшение вредного воздействия электростатического разряда.
• На веб-сайте Театра электричества Бостонского музея науки есть множество тем, связанных с молниями, в том числе история, воздушный змей Франклина, викторина по безопасности и ресурсы для учителей с экспериментами.

---

Отправьте нам отзыв об этом уроке>

.