Молния это какое явление: Физические явления. Гром, гроза и молния — РОСТОВСКИЙ ЦЕНТР ПОМОЩИ ДЕТЯМ № 7

Содержание

Физические явления. Гром, гроза и молния — РОСТОВСКИЙ ЦЕНТР ПОМОЩИ ДЕТЯМ № 7

Гром-это вещество,явление или физическое тело?

Извините, я не уловил мысль. Помогите понять, что имелось ввиду. «Как и в случае равномерного движения, можно пользоваться формулой [tex]s \: = ut[/t … ex]для определения пути, пройденного за данный промежуток времени при определённой средней скорости, и формулой [tex]t \: = \frac{s}{u} [/tex]для определения времени, за которое пройден данный путь с данной средней скоростью. Но пользоваться этими формулами можно только для того участка пути и для того промежутка времени, для которых эта средняя скорость была рассчитана. Например, зная среднюю скорость на участке пути AB и зная длину AB, можно определить время, за которое был пройден этот участок, но нельзя найти время, за которое была пройдена половина участка АВ, т.к. средняя скорость на половине участка при неравномерном движении, вообще говоря, не будет равна средней скорости на всём участке.Что имеется ввиду под предпоследним предложением? Объясните просторно и понятно, даю 40 баллов​

ПОЖАЛУЙСТА, СРОЧНО! 1).

Известно, что нота «до» первой октавы имеет частоту 262 Hz. Также известно, что частоты двух одноимённых нот соседних октав от … личаются ровно в 2 раза. В какой октаве находится звук, порождённые колебаниями, ищображенными на графике? (график приложен) 2). Нарисовать график 3). Определить музыкальный инструмент

Для того, чтобы быстрее остудить кастрюлю с горячей водой, Вам предложили: 1) поставить кастрюлю на лёд, 2) положить лёд на крышку кастрюли. Выберите … один из вариантов и обоснуйте его.

В системе, показанной на рисунке, все нити невесомы и находятся в вертикальном положении. Верхний груз в два раза легче нижнего. Верхняя нить натянута … с силой T1=19 Н, нижняя — с силой T3=10 Н. Определите силу натяжения средней нити T2 .

28. На полиці стоять дві бронзові статуетки, одна з яких є учетверо зменшеною копією другої. У скільки разів відрізняються тиски, що створюють ці стат … уетки на полицю? 29. Знайти максимальну висоту колони, яку можна збудувати з каменю, що має межу міцності на стискання 5 МПа і густину 5000 кг/м3.

Вважати g = 10 м/с2. 30. Який тиск чинить вода на нижню поверхню плоскої крижинки площею 20 см2 та масою 500 г?

Визначити омічний опір коливального контуру, індуктивність якого 1 Гн, якщо за час 0,01 с амплітуда напруги на конденсаторі зменшуєтся в 4 рази

Решите пожалуйста 3 задачи​

Решите пожалуйста эти 3 задачи)​

решите пожалуйста задачу 18 даю 20 баллов

решите пожалуйста задачу 11 даю 20 баллов

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.

что об этом нужно знать

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.

Автор: Матвеев К.В., методист ГМЦ ДО г. Москвы

Тест по физике: физические тела, явления, вещества

Предлагаю вам тест по физике: физические тела, явления, вещества. Тест был опубликован вчера на Яндекс-Дзен канале «Домобуч». Физика у моих подписчиков не такой популярный предмет, как русский язык, поэтому ответили всего 30 человек. Многие ответили верно, но есть и запутавшиеся. Вы тоже можете пройти этот тест, а под картинкой посмотреть ответы и комментарии.

 

Тест по физике: физические тела, явления, вещества

 

Картиночка)

 

Ответы и пояснения

Вопрос № 1

Ответ: физическое тело — это любой предмет.

Физическая величина описывает физическое тело. Не каждое физическое тело можно взять в руки, например, Луну.

 

Вопрос № 2

Ответ: физическую величину можно измерить или вычислить, выразить в соответствующих единицах. Физическая величина описывает свойства физических тел и явлений.

 

Вопрос № 3

Ответ: вертолёт, ножницы, Луна.

  • Алюминий и спирт — это вещества.
  • Снегопад, метель, гром — физические явления.

 

Вопрос № 4

Ответ: ртуть, спирт, алюминий.

  • Вертолёт и Луна — это физические тела.
  • Снегопад, метель, гром — физические явления.

 

Вопрос № 5

Ответ: снегопад, кипение, метель, гром.

  • Алюминий и ртуть — это вещества.
  • Луна и вертолёт — физические тела.

 

Вопрос № 6

Ответ: катится шар, колеблется маятник часов, летит птица.

  • Шелест листвы, раскат грома — это звуковые явления.
  • Плавится свинец, тает снег — это тепловые явления.
  • Сверкает молния, мерцают звёзды — это световые явления.
  • Гроза — это электрическое явление.

 

Вопрос № 7

Ответ: кипит вода, тает снег, плавится свинец.

  • Мерцают звёзды, сверкает молния — это световые явления.
  • Катится шар, летит птица — это механические явления.
  • Раскат грома, шелестит листва — это звуковые явления.
  • Гроза — это электрическое явление.

 

 

Вопрос № 8

Ответ: раскат грома, шелестит листва, пение птиц.

  • Гроза — это электрическое явление.
  • Сверкает молния, мерцают звёзды — световые явления.
  • Кипит вода, плавится свинец — тепловые явления.
  • Катится шар, летит птица — механические явления.

 

Вопрос № 9

Ответ. Электрические явления: включился электрочайник, гроза.

  • Сверкает молния, мерцают звёзды — это световые явления.
  • Плавится свинец, кипит вода — тепловые явления.
  • Катится шар, летит птица — механические явления.
  • Пение птиц, шелестит листва — звуковые явления.

 

Вопрос № 10

Ответ: сверкает молния, мерцают звёзды..

  • Гроза — электрическое явление.
  • Летит птица, катится шар — механические явления.
  • Кипит вода, плавится свинец — тепловые явления.
  • Пение птиц, шелестит листва — звуковые явления.

 

Второй тест по физике ТУТ.

МОЛНИЯ (явление) — это… Что такое МОЛНИЯ (явление)?

МО́ЛНИЯ, гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, сопровождающийся обычно яркой вспышкой света и громом (см. ГРОМ). Чаще всего наблюдаются линейные молнии — разряды между грозовыми облаками (см. ОБЛАКА) (внутриоблачные) или между облаками и земной поверхностью (наземные).Процесс развития наземной молнии состоит из несколько стадий. На первой стадии в зоне, где электрическое поле достигает критического значения, начинается ударная ионизация, создаваемая вначале свободными электронами, всегда имеющимися в небольшом количестве в воздухе, которые под действием электрического поля приобретают значительные скорости по направлению к земле и, сталкиваясь с атомами воздуха, ионизуют их. Таким образом, возникают электронные лавины, переходящие в нити электрических разрядов — стримеры, представляющие собой хорошо проводящие каналы, которые, сливаясь, дают начало яркому термоионизованному каналу с высокой проводимостью — ступенчатому лидеру молнии. Движение лидера к земной поверхности происходит ступенями в несколько десятков метров со скоростью около 5·107 м/с, после чего его движение приостанавливается на несколько десятков мкс, а свечение сильно ослабевает; затем в последующей стадии лидер снова продвигается на несколько десятков метров. Яркое свечение охватывает при этом все пройденные ступени; затем следуют снова остановка и ослабление свечения. Эти процессы повторяются при движении лидера до поверхности земли со средней скоростью 2·105 м/с. По мере продвижения лидера к земле напряженность поля на его конце усиливается и под его действием из выступающих на поверхности Земли предметов выбрасывается ответный стример, соединяющийся с лидером. Эта особенность молний используется для создания молниеотвода (см. МОЛНИЕОТВОД). В заключительной стадии по ионизованному лидером каналу следует обратный, или главный, разряд молнии, характеризующийся токами от десятков до сотен тысяч А, яркостью, заметно превышающей яркость лидера, и большой скоростью продвижения, вначале доходящей до 108 м/с, а в конце уменьшающейся до 107 м/с. Температура канала при главном разряде может превышать 25 000 °С. Длина канала наземной молнии 1—10 км, диаметр — несколько см. После прохождения импульса тока ионизация канала и его свечение ослабевают. В финальной стадии ток молнии может длиться сотые и даже десятые доли секунд, достигая сотен и тысяч А. Такие молнии называют затяжными, они наиболее часто вызывают пожары.
Главный разряд разряжает нередко только часть облака. Заряды, расположенные на больших высотах, могут дать начало новому (стреловидному) лидеру, движущемуся непрерывно со средней скоростью 106 м/с. Яркость его свечения близка к яркости ступенчатого лидера. Когда стреловидный лидер доходит до поверхности земли, следует второй главный удар, подобный первому. Обычно молния включает несколько повторных разрядов, но их число может доходить и до нескольких десятков. Длительность многократной молнии может превышать 1 секунду. Смещение канала многократной молнии ветром создает «ленточную» молнию — светящуюся полосу.
Внутриоблачные молнии включают в себя обычно только лидерные стадии; их длина от 1 до 150 км. Доля внутриоблачных молний растет по мере смещения к экватору, меняясь от 50% в умеренных широтах до 90% в экваториальной полосе. Прохождение молний сопровождается изменениями электрических и магнитных полей и радиоизлучением — атмосфериками (см. АТМОСФЕРИКИ). Вероятность поражения молнией наземного объекта растет по мере увеличения его высоты и с увеличением электропроводности почвы на поверхности или на некоторой глубине (на этих факторах основано действие молниеотвода). Если в облаке существует электрическое поле, достаточное для поддержания разряда, но недостаточное для его возникновения, роль инициатора молнии может выполнить длинный металлический трос или самолет — особенно, если он сильно электрически заряжен. Таким образом иногда «провоцируются» молнии в слоисто-дождевых и мощных кучевых облаках.
Особый вид молний — шаровая молния (см. ШАРОВАЯ МОЛНИЯ), светящийся сфероид, обладающий большой удельной энергией, образующийся нередко вслед за ударом линейной молнии.

1. Физические тела. Физические явления

1. Укажите, что относится к понятию «физическое тело», а что к понятию «вещество»: самолет, космический корабль, медь, авторучка, фарфор, вода, автомобиль.
Физическое тело — самолет, космический корабль, авторучка.
Вещество — медь, фарфор, вода.

2. Приведите примеры следующих физических тел: а) состоящих из одного и того же вещества; б) состоящих из различных веществ одинакового названия и назначения.
а) Из одного вещества: стол, карандаш, стул — из дерева,
б) Из различных веществ: пластиковая и стеклянная бутылка.

3. Назовите физические тела, которые могут быть сделаны из стекла, резины, древесины, стали, пластмассы.
Стекло: колба лампы, бутылка.
Резина: покрышка, воздушный шарик.
Древесина: дверь, паркет.
Сталь: резец, лезвие ножа.
Пластмасса: корпус шариковой ручки, калькулятора.

4. Укажите вещества, из которых состоят следующие тела: ножницы, стакан, футбольная камера, лопата, карандаш.
Ножницы — сталь; стакан — стекло; футбольная камера — резина; лопата — сталь; карандаш — дерево.

5. Начертите в тетради таблицу и распределите в ней следующие слова: свинец, гром, рельсы, пурга, алюминий, рассвет, буран, Луна, спирт, ножницы, ртуть, снегопад, стол, медь, вертолет, нефть, кипение, метель, выстрел, наводнение.

6. Приведите примеры механических явлений.
Механические явления: падение тела, колебание маятника.

7. Приведите примеры тепловых явлений.
Тепловые явления: таяние снега, кипение воды.

8. Приведите примеры звуковых явлений.
Звуковые явления: гром, свист милиционера.

9. Приведите примеры электрических явлений.
Электрические явления: молния, искра свечи зажигания.

10. Приведите примеры магнитных явлений.
Магнитные явления: взаимодействие двух магнитов, вращение стрелки компаса.

11. Приведите примеры световых явлений.
Световые явления: свет лампочки, северное сияние.

12. Предлагаемую ниже таблицу начертите в тетради и впишите слова, относящиеся к механическим, звуковым, тепловым, электрическим, световым явлениям: шар катится, свинец плавится, холодает, слышны раскаты грома, снег тает, звезды мерцают, вода кипит, наступает рассвет, эхо, плывет бревно, маятник часов колеблется, облака движутся, гроза, летит голубь, сверкает молния, шелестит листва, горит электрическая лампа.

13. Назовите два-три физических явления, которые наблюдаются при выстреле из пушки.
Полет снаряда, звук выстрела и взрыв пороха.

Эксперт БФУ им. И. Канта рассказал о наиболее встречающихся в Калининградской области типах молний

Грозы — нередкое атмосферное явление для летнего периода в Калининградской области.

Термин «гроза» объединяет комплекс атмосферных метеорологических явлений (дождь, шквалистый ветер, молнии, гром). Молния — искровой разряд, возникающий между тучами или между тучей и земной поверхностью. При электрическом разряде выделяется большое количество энергии, затрачивающейся на разогревание воздуха в узком канале, — трассе распространения электрического разряда. Из-за быстрого нагревания воздух резко расширяется и возникает ударная волна. Эта волна воспринимается как звук, называемый громом.

Удар молнии может причинить большие неприятности. Ее разрушающее воздействие обусловлено выделением тепловой энергии, от которой могут загораться или даже разрываться деревья, дома, башни. Для предотвращения поражения молнией на высоких домах и сооружениях устанавливают молниезащиту (иногда, не совсем точно, ее называют громоотводом) — металлические стержни, имеющие надежную токопроводящую связь с землей.

Как рассказал доктор наук, профессор института физико-математических наук и информационных технологий БФУ им. И. Канта Иван Карпов, существует разные типы электрических разрядов — молний, которые наблюдаются как в нижней, так и в верхней атмосфере (выше 50 км).

В нижней атмосфере (тропосфера), как правило, бывают линейные молнии облако-облако (разряд такой молнии происходит между облаками вдоль достаточно узкой траектории — трассы), или молния облако-земля. Причина образования таких молний – накопление электростатического заряда в грозовых облаках Трассы молний видятся как ломаные линии, что определяется локальной электропроводностью атмосферы.

Как отметил Иван Карпов, в Калининградской области чаще всего встречаются линейные молнии. Такие молниевые разряды характерны для нижней атмосферы, и Калининградская область здесь ничем не отличается от остальных регионов.

В верхней атмосфере (выше 50 км) наблюдаются особые виды молний: эльфы, джеты и спрайты. Это те электрические разряды, трассы которых направлены вверх.

 

“В последнее время молниевые разряды в средней и верхней атмосфере (50-120 км) привлекают внимание исследователей. Предполагается, что такие процессы отражают динамику нижних слоев атмосферы и могут служить индикатором метеорологических, сейсмических, тектонических и т.д. событий. Молниевые разряды на высотах ионосферы влияют на локальные характеристики ионосферы. Это может приводить к негативному влиянию на работу спутниковых систем связи, навигации и т.д. Шаровая молния – отдельный вид молнии, природа которой остается загадкой. Такая молния представляет собой движущийся в воздухе светящийся объект в форме шара. По свидетельствам очевидцев, шаровая молния может двигаться по непредсказуемой траектории, разделяться на более мелкие молнии, может взорваться, а может просто неожиданно исчезнуть. Существует множество гипотез о происхождении шаровой молнии, но ни одна пока не признана достоверной. Физические процессы, стабилизирующие горячую плазму (миллионы градусов) в объеме, неизвестны и непонятны. В лабораторных условиях получить шаровую молнию не удается”, — рассказал Иван Карпов.

По словам исследователя, чаще всего воздействию молний подвергаются горы, одиночные здания, высокие деревья, электротехнические сооружения, поскольку электрический разряд «облако-земля» идет по трассе с наиболее высокой электропроводностью (по пути наименьшего сопротивления).

Иван Карпов объяснил, по какой причине зачастую молния бьет в одно и тоже место:

 

 

“Трасса молниевого разряда на трассе «облако-земля» определяется особенностями формирования грозовых облаков и свойствами поверхности. Условия возникновения разряда могут меняться в зависимости от сезона, в то время как свойства поверхности (прежде всего особенности рельефа) изменяются слабо. Поэтому, повторяемость событий может быть высокая”.

Также профессор объяснил, почему раньше грозы сотрясали небо только поздней весной и летом, а сейчас случаются и зимой.

 

 

“Сезонная зависимость связана с естественным годовым ходом изменения атмосферы. При этом причины формирования грозовых облаков во многом связаны с процессами электризации воздуха. Вследствие климатических изменений, антропогенных факторов в атмосфере могут формироваться условия для развития грозовых облаков (накопления электрических зарядов) в необычное время”, — рассказал Иван Карпов.

 

 

По мнению Ивана Карпова, летать на самолетах или передвигаться на автомобиле в грозу достаточно опасно.

 

“Электрические разряды огромной мощности, конечно же, опасны для всех видов транспорта. Правда, люди, понимая физическую природу воздействия электрических разрядов на технику, научились минимизировать их последствия. Однако, конечно же, надо избегать попадания в такие ситуации”, — заявил исследователь.

 

 

Ссылка на оригинал статьи

гроза | Определение, типы, структура и факты

Гроза , сильное кратковременное погодное нарушение, которое почти всегда связано с молнией, громом, плотными облаками, сильным дождем или градом и сильными порывистыми ветрами. Грозы возникают, когда слои теплого влажного воздуха поднимаются большим быстрым восходящим потоком в более прохладные области атмосферы. Там влага, содержащаяся в восходящем потоке, конденсируется, образуя возвышающиеся кучево-дождевые облака и, в конечном итоге, осадки.Столбы охлажденного воздуха затем опускаются к земле, ударяясь о землю сильными нисходящими потоками и горизонтальными ветрами. В то же время электрические заряды накапливаются на частицах облаков (каплях воды и льда). Разряды молнии возникают, когда накопленный электрический заряд становится достаточно большим. Молния нагревает воздух, через который проходит, так интенсивно и быстро, что возникают ударные волны; эти ударные волны слышны как раскаты и раскаты грома. Иногда сильные грозы сопровождаются кружащимися воздушными вихрями, которые становятся достаточно концентрированными и мощными, чтобы образовывать торнадо.

гроза

Гроза с молнией.

© Пол Лэмпард / stock.adobe.com

Британская викторина

Молния: факт или вымысел?

Безопасны ли небоскребы от ударов молнии? Помогают ли кристаллы льда производить молнии? Узнайте больше о самом электрическом явлении в природе в этой викторине.

  • Узнайте, как быстрые восходящие потоки теплого воздуха образуют кучево-дождевые облака, что приводит к проливным дождям и молниям.

    Формирование грозы.

    Encyclopædia Britannica, Inc. См. Все видео для этой статьи
  • Наблюдайте за плотностью вспышек молний в типичный год с самым высоким уровнем в Южной Америке, Африке и Австралазии

    Как показано на анимации, год грозовой активности -round наиболее популярен в континентальных районах тропиков, особенно в Южной Америке, Африке и Австралазии.Удары молний в высоких широтах усиливаются в весенние и летние месяцы (май – сентябрь в северном полушарии и ноябрь – март в южном полушарии).

    Адаптировано из NASA См. Все видео к этой статье

Известно, что грозы случаются почти во всех регионах мира, хотя они редки в полярных регионах и нечасты на широтах выше 50 ° северной широты и 50 ° южной широты. Поэтому умеренный и тропический регионы мира наиболее подвержены грозам.В США районами максимальной грозовой активности являются полуостров Флорида (более 80 грозовых дней в году, а в некоторых районах более 100), побережье Мексиканского залива (60–90 дней в году) и горы Нью-Мексико (50 –80 дней в году). В Центральной Европе и Азии в среднем от 20 до 60 грозовых дней в году. Было подсчитано, что в любой момент в мире происходит около 1800 гроз.

В этой статье рассматриваются два основных аспекта гроз: их метеорология (т.е., их образование, структура и распространение) и их электризация (т. е. генерация молнии и грома). Для отдельного освещения связанных явлений, не описанных в этой статье, см. Торнадо , шаровые молнии, бусовые молнии, а также красные спрайты и синие струи.

Грозовые образования и структура

Вертикальное движение атмосферы

Самые короткие, но сильные возмущения в ветровых системах Земли затрагивают большие области восходящего и нисходящего воздуха.Грозы не являются исключением из этого правила. Говоря техническим языком, считается, что гроза возникает, когда атмосфера становится «неустойчивой к вертикальному движению». Такая нестабильность может возникнуть, когда относительно теплый легкий воздух перекрывается более прохладным и тяжелым воздухом. В таких условиях более холодный воздух имеет тенденцию опускаться, вытесняя более теплый воздух вверх. Если поднимается достаточно большой объем воздуха, образуется восходящий поток (сильный поток поднимающегося воздуха). Если восходящий поток влажный, вода конденсируется и образует облака; конденсация, в свою очередь, высвобождает скрытую тепловую энергию, дополнительно подпитывая восходящее движение воздуха и увеличивая нестабильность.

гроза: структура

Когда атмосфера становится достаточно нестабильной, чтобы сформировать большие мощные восходящие и нисходящие потоки (как показано красными и синими стрелками), образуется возвышающееся грозовое облако. Иногда восходящие потоки бывают достаточно сильными, чтобы расширить верхнюю часть облака до тропопаузы, границы между тропосферой (или нижним слоем атмосферы) и стратосферой. Щелкните значки в левой части рисунка, чтобы просмотреть иллюстрации других явлений, связанных с грозами.

Британская энциклопедия, Inc. Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Когда в нестабильной атмосфере инициируются восходящие движения воздуха, поднимающиеся частицы теплого воздуха ускоряются по мере того, как они поднимаются через более прохладную окружающую среду, потому что они имеют меньшую плотность и большую плавучесть. Это движение может создать модель конвекции, при которой тепло и влага транспортируются вверх, а более холодный и сухой воздух транспортируется вниз.Области атмосферы, где вертикальное движение относительно велико, называются ячейками, а когда они переносят воздух в верхнюю тропосферу (самый нижний слой атмосферы), они называются глубокими ячейками. Грозы возникают, когда глубокие ячейки влажной конвекции организуются и сливаются, а затем производят осадки и, в конечном итоге, молнии и гром.

Восходящие движения могут быть инициированы в атмосфере разными способами. Распространенным механизмом является нагревание поверхности земли и прилегающих слоев воздуха солнечным светом.Если поверхностного нагрева достаточно, температура нижних слоев воздуха будет расти быстрее, чем верхних слоев, и воздух станет нестабильным. Способность земли быстро нагреваться — вот почему большинство гроз формируется над сушей, а не над океанами. Неустойчивость также может возникать, когда слои холодного воздуха нагреваются снизу после того, как они перемещаются по теплой поверхности океана или по слоям теплого воздуха. Горы также могут вызывать восходящее атмосферное движение, действуя как топографические барьеры, заставляющие подниматься ветры.Горы также действуют как высокоуровневые источники тепла и нестабильности, когда их поверхности нагреваются Солнцем.

мировых моделей частоты грозы

Грозы чаще всего происходят в тропических широтах над сушей, где воздух, скорее всего, быстро нагреется и образует сильные восходящие потоки.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Огромные облака, связанные с грозами, обычно начинаются как изолированные кучевые облака (облака, образованные конвекцией, как описано выше), которые вертикально развиваются в купола и башни.Если имеется достаточная нестабильность и влажность, а фоновый ветер благоприятен, тепло, выделяемое за счет конденсации, еще больше усилит плавучесть поднимающейся воздушной массы. Кучевые облака будут расти и сливаться с другими ячейками, образуя огромное кучевое облако, простирающееся еще выше в атмосферу (6000 метров [20 000 футов] или более над поверхностью). В конечном итоге образуется кучево-дождевое облако с его характерной верхней частью в форме наковальни, вздымающимися сторонами и темным основанием. Кучево-дождевые облака обычно производят большое количество осадков.

Что вызывает звук грома?

Ответ

Гром возникает из-за быстрого расширения воздуха, окружающего путь разряда молнии.

Муссонный шторм, вызвавший разветвленную молнию в Центре посетителей Красных холмов в национальном парке Сагуаро в Аризоне. Пит Грегуар, фотограф, NOAA Weather in Focus Photo Contest 2015. Библиотека фотографий NOAA.

От облаков до ближайшего дерева или крыши молнии требуется всего несколько тысячных долей секунды, чтобы разлететься в воздухе.Обычно говорят, что громкий гром, который следует за разрядом молнии, исходит от самого молнии. Однако ворчание и рычание, которое мы слышим во время грозы, на самом деле происходят из-за быстрого расширения воздуха, окружающего молнию.

Когда молния соединяется с землей из облаков, второй удар молнии возвратится от земли к облакам по тому же каналу, что и первый удар. Тепло от электричества этого обратного хода повышает температуру окружающего воздуха примерно до 27 000 ° C (48 632 F °).Быстрое повышение температуры приводит к быстрому увеличению давления воздуха, которое в 10-100 раз превышает нормальное атмосферное давление. Под таким давлением нагретый воздух вырывается наружу из канала, сжимая окружающий воздух. Когда нагретый воздух расширяется, давление падает, воздух охлаждается и сжимается. Результатом является ударная волна с громким грохотом, разносящимся во всех направлениях.

Огромное облако предвещает грозу над Грумом, крошечным поселением вдоль старого U.С. Маршрут 66 в Техасском попрошайничестве Кэрол М. Хайсмит, фотограф, 2014. Отдел эстампов и фотографий, Библиотека Конгресса.

Поскольку электричество проходит по кратчайшему пути, большинство разрядов молний близки к вертикали. Ударные волны, расположенные ближе к земле, сначала достигают вашего уха, а затем ударные волны падают сверху. Вертикальные молнии часто слышны в одном долгом грохоте. Однако, если молния раздваивается, звуки меняются. Ударные волны от разных ответвлений молний отражаются друг от друга, от низко нависающих облаков и близлежащих холмов, создавая серию более низких, непрерывных грохотов грома.

Молния. Оклахома, 2009. Коллекция Национальной лаборатории сильных штормов, фото-библиотека NOAA.

Интересные факты о громе

  • Чтобы определить, насколько близко молния, посчитайте секунды между вспышкой и ударом грома. Каждая секунда соответствует примерно 300 м (984,25 фута).
  • Гром слышен не только во время грозы. Нечасто, но не редко, слышать гром, когда идет снег.
  • Молния не всегда создает гром.В апреле 1885 года пять молний ударили в памятник Вашингтону во время грозы, но грома не было слышно.
Линия застройки кучево-дождевых гроз. Вид из-за шторма на ранних этапах разработки. Национальная коллекция лаборатории сильных штормов, фотоархив NOAA.

Опубликовано: 17.06.2021. Автор: Справочная секция по науке, Библиотека Конгресса

Что вызывает молнию?

Гроза в сельской местности.Кредит: noaanews.noaa.gov

Гром и молния. Когда дело доходит до сил природы, немногие вещи вызывают столько страха, благоговения или восхищения, не говоря уже о легендах, мифах и религиозных представлениях. Как и все в естественном мире, то, что изначально рассматривалось Богами как действие (или другие сверхъестественные причины), с тех пор стало признано естественным явлением.

Но, несмотря на все, что люди узнали на протяжении веков, когда дело доходит до молнии, остается некоторая загадка.Эксперименты проводились со времен Бенджамина Франклина; однако мы по-прежнему сильно полагаемся на теории о том, как ведет себя освещение.

Описание:

По определению, молния — это внезапный электростатический разряд во время грозы. Этот разряд позволяет заряженным областям в атмосфере временно уравновесить себя, когда они ударяются об объект на земле. Хотя молния всегда сопровождается звуком грома, далекие молнии можно увидеть, но они находятся слишком далеко, чтобы можно было услышать гром.

Типы:

Молния может принимать одну из трех форм, которые определяются тем, что находится на «конце» канала ответвления (т. Е. Молния). Например, существует внутриоблачное освещение (IC), которое происходит между электрически заряженными областями облака; освещение облака в облако (CC), когда оно возникает между одним функциональным грозовым облаком и другим; и молния облако-земля (CG), которая в основном возникает в грозовом облаке и заканчивается на поверхности Земли (но также может возникать в обратном направлении).

Внутриоблачная молния чаще всего возникает между верхней (или «наковальней») частью и нижней частью данной грозы. В таких случаях наблюдатель может видеть только вспышку света, не слыша грома. Здесь часто применяется термин «тепловая молния» из-за связи между ощущаемой на месте теплотой и удаленными вспышками молнии.

В случае молнии «облако-облако» заряд обычно исходит из-под наковальни или внутри нее и карабкается через верхние облачные слои во время грозы, обычно генерируя разряд молнии с множеством ответвлений.

Облако-земля (CG) — самый известный тип молнии, хотя он является третьим по распространенности — на него приходится примерно 25% случаев во всем мире. В этом случае молния принимает форму разряда между грозовым облаком и землей, обычно имеет отрицательную полярность и инициируется ступенчатой ​​ветвью, движущейся вниз от облака.

Молния

CG является наиболее известной, потому что, в отличие от других форм молнии, она заканчивается на физическом объекте (чаще всего на Земле) и, следовательно, поддается измерению с помощью инструментов.Кроме того, он представляет наибольшую угрозу для жизни и имущества, поэтому понимание его поведения рассматривается как необходимость.

Недвижимость:

Освещение возникает, когда в атмосфере возникают восходящие и нисходящие потоки ветра, создавая механизм зарядки, который разделяет электрические заряды в облаках, оставляя отрицательные заряды внизу и положительные вверху. Поскольку заряд в нижней части облака продолжает расти, разность потенциалов между облаком и землей, которая заряжена положительно, также растет.

Когда пробой в нижней части облака создает карман положительного заряда, образуется канал электростатического разряда, который начинает двигаться вниз с шагом в десятки метров в длину. В случае молнии IC или CC этот канал затем направляется в другие карманы областей положительных зарядов. В случае ударов КГ ступенчатый лидер притягивается к положительно заряженной земле.

Многие факторы влияют на частоту, распределение, силу и физические свойства «типичной» молнии в определенном регионе мира.К ним относятся высота земли, широта, преобладающие ветровые течения, относительная влажность, близость к теплым и холодным водоемам и т. Д. В определенной степени соотношение между IC, CC и CG молнией также может варьироваться в зависимости от сезона в средних широтах.

Около 70% молний происходит над сушей в тропиках, где атмосферная конвекция наиболее высока. Это происходит как из-за смеси более теплых и более холодных воздушных масс, так и из-за различий в концентрациях влаги, и обычно это происходит на границах между ними.В тропиках, где уровень замерзания, как правило, выше в атмосфере, только 10% вспышек молний являются компьютерными. На широте Норвегии (около 60 ° северной широты), где точка замерзания ниже, 50% молний приходится на КГ.

Эффекты:

В общем, молния оказывает на окружающую среду три измеримых воздействия. Во-первых, это прямое воздействие самого удара молнии, которое может привести к повреждению конструкции или даже физическому ущербу. Когда молния попадает в дерево, оно испаряет сок, что может привести к взрыву ствола или отрыву больших ветвей и падению на землю.

Когда молния ударяет в песок, почва, окружающая плазменный канал, может плавиться, образуя трубчатые структуры, называемые фульгуритами. Здания или высокие сооружения, пораженные молнией, могут быть повреждены, поскольку молния ищет непредусмотренные пути к земле. И хотя примерно 90% людей, пораженных молнией, выживают, люди или животные, пораженные молнией, могут получить серьезные травмы из-за повреждения внутренних органов и нервной системы.

Гром также является прямым результатом электростатического разряда. Поскольку плазменный канал перегревает воздух в непосредственной близости от него, газообразные молекулы подвергаются быстрому увеличению давления и, таким образом, расширяются наружу от молнии, создавая слышимую ударную волну (иначе.гром). Поскольку звуковые волны распространяются не от одного источника, а по длине пути молнии, различные расстояния до источника могут вызывать эффект качения или грохота.

Излучение высокой энергии также возникает в результате удара молнии. К ним относятся рентгеновские лучи и гамма-лучи, которые были подтверждены посредством наблюдений с использованием электрического поля и детекторов рентгеновского излучения, а также космических телескопов.

Исследования:

Первое систематическое и научное исследование молнии было проведено Бенджамином Франклином во второй половине 18 века.До этого ученые выяснили, как электричество можно разделить на положительные и отрицательные заряды и сохранить. Они также отметили связь между искрами, производимыми в лаборатории, и молнией.

Франклин предположил, что облака электрически заряжены, из чего следовало, что сама молния была электрической. Первоначально он предложил проверить эту теорию, поместив железный стержень рядом с заземленным проводом, который будет удерживаться на месте изолированной восковой свечой. Если бы облака были электрически заряжены, как он ожидал, то между железным стержнем и заземленным проводом прыгали искры.

В 1750 году он опубликовал предложение, согласно которому воздушный змей будет запускаться во время шторма для привлечения молнии. В 1752 году Томас Франсуа Д’Алибар успешно провел эксперимент во Франции, но использовал 12-метровый железный стержень вместо воздушного змея для образования искр. К лету 1752 года Франклин, как полагают, сам провел эксперимент во время сильного шторма, обрушившегося на Филадельфию.

Для своей усовершенствованной версии эксперимента Фрэнкинг атаковал ключ к воздушному змею, который был соединен влажной нитью с изолирующей шелковой лентой, обернутой вокруг суставов руки Франклина.Между тем тело Франклина обеспечивало проводящий путь для электрических токов к земле. Франклин не только показал, что грозы содержат электричество, но и сделал вывод о том, что нижняя часть грозы, как правило, также была отрицательно заряжена.

Незначительный прогресс был достигнут в понимании свойств молнии до конца 19 века, когда фотографии и спектроскопические инструменты стали доступны для исследования молний. В этот период многие ученые использовали фотографию с временным разрешением для идентификации отдельных ударов молнии, которые образуют разряд молнии на землю.

Множественные пути молнии из облака в облако, Свифтс-Крик, Австралия. Кредит: fir0002 / flagstaffotos.com.au

Исследования молний в наше время восходят к работе C.T.R. Уилсон (1869 — 1959), который первым применил измерения электрического поля для оценки структуры грозовых зарядов, участвующих в грозовых разрядах. Уилсон также получил Нобелевскую премию за изобретение Туманной камеры, детектора частиц, используемого для определения присутствия ионизированного излучения.

К 1960-м годам интерес вырос благодаря жесткой конкуренции, вызванной космической эрой. Когда космические корабли и спутники отправлялись на орбиту, были опасения, что молния может создать угрозу для аэрокосмических аппаратов и твердотельной электроники, используемой в их компьютерах и инструментах. Кроме того, улучшенные возможности измерений и наблюдений стали возможны благодаря усовершенствованию космических технологий.

В дополнение к наземному обнаружению молний, ​​на борту спутников было сконструировано несколько приборов для наблюдения за распределением молний.К ним относятся оптический детектор переходных процессов (OTD) на борту спутника OrbView-1, запущенного 3 апреля 1995 г., и последующий датчик изображения молнии (LIS) на борту TRMM, запущенный 28 ноября 1997 г.

Вулканическая молния:

Вулканическая активность может создавать благоприятные для молнии условия несколькими способами. Например, мощный выброс огромного количества материала и газов в атмосферу создает плотный шлейф из сильно заряженных частиц, который создает идеальные условия для молнии.Кроме того, плотность золы и постоянное движение в шлейфе постоянно вызывают электростатическую ионизацию. Это, в свою очередь, приводит к частым и мощным вспышкам, поскольку шлейф пытается нейтрализовать себя.

Этот тип грозы часто называют «грязной грозой» из-за высокого содержания твердого материала (золы). На протяжении всей истории было зарегистрировано несколько случаев вулканических молний. Например, во время извержения Везувия в 79 году нашей эры Плиний Младший заметил несколько мощных и частых вспышек, происходящих вокруг вулканического шлейфа.

Внеземная молния:

Частота ударов молний по всему миру, по данным НАСА. Предоставлено: Википедия / Citynoise.

Молния наблюдалась в атмосферах других планет нашей Солнечной системы, таких как Венера, Юпитер и Сатурн. Что касается Венеры, то первые признаки того, что молнии могут присутствовать в верхних слоях атмосферы, были обнаружены советскими миссиями «Венера» и «Пионер» США в 1970-х и 1980-х годах.Радиоимпульсы, зарегистрированные космическим аппаратом Venus Express (в апреле 2006 г.), были подтверждены как происхождение от молнии на Венере.

Грозы, похожие на земные, наблюдались на Юпитере. Считается, что они являются результатом влажной конвекции в тропосфере Юпитера, где конвективные шлейфы переносят влажный воздух из глубин в верхние части атмосферы, где он затем конденсируется в облака размером около 1000 км.

Серия ударов молний, ​​снятая камерой Nightpod на борту МКС над Римом в 2012 году.Предоставлено: ESA / NASA / André Kuipers.

Изображение ночного полушария Юпитера, полученное Галилеем в 1990 году и космическим кораблем Кассини в декабре 2000 года, показало, что штормы всегда связаны с молниями на Юпитере. Хотя удары молнии в среднем в несколько раз мощнее, чем на Земле, они, по-видимому, менее часты. Несколько вспышек были обнаружены в полярных регионах, что сделало Юпитер второй известной планетой после Земли, на которой наблюдаются полярные молнии.

Освещение также наблюдалось на Сатурне. Первый случай произошел в 2010 году, когда космический зонд «Кассини» обнаружил вспышки на ночной стороне планеты, что совпало с обнаружением мощных электростатических разрядов. В 2012 году изображения, сделанные зондом Кассини в 2011 году, показали, что массивный шторм, охвативший северное полушарие, также генерировал мощные вспышки молний.

  • В результате удара молнии на песчаном участке образовался фульгерит.Кредит: blogs.discovermagazine.com
  • Вулкан Колима (Volcán de Colima) на снимке 29 марта 2015 года с молнией. Предоставлено: Сезар Канту.
  • Художественная концепция грозы Венеры. Предоставлено: НАСА.

Ученый ищет новые идеи для изучения молнии

Ссылка : Что вызывает молнию? (2015, 10 июля) получено 15 июля 2021 г. с https: // физ.org / news / 2015-07-lightning.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

Суровая погода 101: Основные сведения о молниях

Суровая погода 101

Основы Lightning
Что такое молния?
Молния — это гигантская электрическая искра в атмосфере между облаками, воздухом или землей.На ранних стадиях развития воздух действует как изолятор между положительными и отрицательными зарядами в облаке и между облаком и землей. Когда противоположные заряды накапливаются достаточно, эта изолирующая способность воздуха разрушается, и происходит быстрый разряд электричества, который мы называем молнией. Вспышка молнии временно выравнивает заряженные области в атмосфере до тех пор, пока противоположные заряды не накопятся снова.

Молния может возникать между противоположными зарядами в грозовом облаке (внутриоблачная молния) или между противоположными зарядами в облаке и на земле (молния облако-земля).

Молния — одно из старейших наблюдаемых природных явлений на Земле. Его можно увидеть в извержениях вулканов, чрезвычайно интенсивных лесных пожарах, ядерных взрывах на поверхности, сильных метелях, сильных ураганах и, очевидно, в грозах. .

Подробнее об исследовании молний NSSL читайте здесь.
Что вызывает гром?
Молния вызывает гром! Энергия из канала молнии нагревает воздух на короткое время примерно до 50 000 градусов по Фаренгейту, что намного горячее, чем поверхность Солнца.Это приводит к тому, что воздух взрывается наружу. Огромное давление в исходной ударной волне, направленной наружу, быстро уменьшается с увеличением расстояния и в пределах десяти ярдов или около того становится достаточно маленьким, чтобы восприниматься как звук, который мы называем громом.

Гром можно услышать на расстоянии до 25 миль от разряда молнии, но частота звука меняется с расстоянием от каналов молнии, которые его производят, потому что более высокие частоты быстрее поглощаются воздухом. Очень близко к молнии, первый гром, который вы слышите, исходит из ближайших каналов, которые производят рвущий звук, потому что этот гром содержит высокие частоты.Через несколько секунд вы слышите резкий щелчок или громкий треск из каналов молнии чуть дальше, а через несколько десятков секунд гром из самой отдаленной части вспышки стихает до низкочастотного грохота.

Поскольку свет распространяется по воздуху примерно в миллион раз быстрее, чем звук, вы можете использовать гром, чтобы оценить расстояние до молнии. Просто посчитайте количество секунд от момента появления вспышки до момента, когда вы услышите молнию. Звук распространяется примерно на одну пятую мили в секунду или одну треть километра в секунду, поэтому деление количества секунд на 5 дает количество миль до вспышки, а деление на 3 дает количество километров.

Куда бьет молния?
Большинство, если не все, вспышки молний, ​​вызванные штормами, начинаются внутри облака. Если вспышка молнии ударит по земле, канал будет направлен вниз к поверхности. Когда он проходит менее чем примерно в сотне ярдов от земли, такие объекты, как деревья, кусты и здания, начинают посылать искры, встречая его. Когда одна из искр соединяет развивающийся вниз канал, мощный электрический ток быстро проходит по каналу к объекту, который произвел искру.Высокие объекты, такие как деревья и небоскребы, с большей вероятностью, чем окружающая земля, произведут одну из соединяющих искр, и поэтому с большей вероятностью будут поражены молнией. Горы также являются хорошими целями. Однако это не всегда означает, что высокие предметы будут поражены. Молния может ударить по земле в открытом поле, даже если линия деревьев находится рядом.
Что вызывает молнию?
Создание молнии — сложный процесс. Обычно мы знаем, какие условия необходимы для возникновения молнии, но до сих пор ведутся споры о том, как именно облако накапливает электрические заряды и как образуется молния.Ученые считают, что первоначальный процесс создания областей заряда во время грозы включает в себя мелкие частицы града, называемые крупой, которые составляют примерно от четверти миллиметра до нескольких миллиметров в диаметре и растут за счет сбора еще более мелких капель переохлажденной жидкости. Когда эти частицы крупы сталкиваются и отскакивают от более мелких частиц льда, крупа приобретает один знак заряда, а более мелкая частица льда приобретает другой знак заряда. Поскольку более мелкие частицы льда поднимаются в восходящем потоке быстрее, чем частицы крупы, заряд на частицах льда отделяется от заряда на частицах крупы, и заряд на частицах льда накапливается над зарядом на частицах крупы.

Лабораторные исследования показывают, что крупа приобретает положительный заряд при температурах немного ниже 32 градусов по Фаренгейту, но получает отрицательный заряд при более низких температурах, немного выше во время шторма. Ученые считают, что две области с наибольшим зарядом в большинстве штормов вызваны в основном крупой, несущей отрицательный заряд в середине шторма, и частицами льда, несущими положительный заряд в верхней части шторма. Однако небольшая область положительного заряда часто находится ниже области основного отрицательного заряда из-за того, что крупа набирает положительный заряд на более низких, более теплых высотах.Небольшие частицы льда, которые столкнулись с отрицательной крупой в нижней части, могут внести положительный заряд в середину шторма.

Концептуальная модель, разработанная NSSL и университетскими учеными, показывает распределение электрического заряда внутри глубокой конвекции (грозы). В основном восходящем потоке (внутри и над красной стрелкой) есть четыре области основных зарядов. В конвективной области, но за пределами вытяжки (внутри и над синей стрелкой) имеется более четырех областей заряда.

Вы можете узнать больше о молниях в онлайн-школе погоды JetStream Национальной службы погоды.

Как электрический заряд распространяется во время грозы?

Распределение заряда в грозовых облаках [+]

Концептуальная модель, разработанная NSSL и университетскими учеными, показывает распределение электрического заряда внутри глубокой конвекции (грозы). В основном восходящем потоке (внутри и над красной стрелкой) есть четыре области основных зарядов.В конвективной области, но за пределами вытяжки (внутри и над синей стрелкой) имеется более четырех областей заряда.

Исследователи NSSL используют трехмерную облачную модель для исследования полного жизненного цикла гроз. Модель показала, как крупа или другие капли могут помочь сформировать области с более низким зарядом во время шторма.

Команда

NSSL запускает инструментальный метеозонд для изучения молний в северной Флориде. [+]

Исследователи NSSL были пионерами в области запуска метеозонд с инструментами во время грозы.Эта возможность позволила NSSL собирать данные о погоде в непосредственной близости от торнадо и сухих линий, а также во время грозы, собирая критически необходимые наблюдения в условиях, близких к грозам. Кроме того, эти мобильные лаборатории и системы воздухоплавания предоставили первые вертикальные профили электрических полей внутри грозы, что привело к новой концептуальной модели электрических структур в конвективных бурях.

Один из способов проверки своих теорий исследователями — это измерения сильных гроз в полевых условиях и последующий анализ результатов.Крупномасштабные полевые эксперименты с участием многих инструментов, в первую очередь сосредоточенных на атмосферном электричестве, включают в себя эксперимент по глубоким конвективным облакам и химии (DC3), исследование электрификации MCS и поляриметрического радара, исследование сильной грозовой электрификации и осадков и эксперимент по электрификации грозы и молниям.

Более суровая погода 101:
← Часто задаваемые вопросы о наводнениях Типы молний → Учебник по физике

: Lightning

Пожалуй, самым известным и мощным проявлением электростатики в природе является гроза.Грозы неизбежны от внимания человечества. Их никогда не приглашали, никогда не планировали и никогда не оставляли незамеченными. Ярость удара молнии разбудит человека посреди ночи. Они отправляют детей вбегать в родительские спальни, требуя уверенности в том, что все будет в безопасности. Ярость удара молнии способна прервать полуденные разговоры и дела. Они — частая причина отмены игр с мячом и прогулок в гольф. Дети и взрослые одинаково толпятся у окон, чтобы наблюдать за появлением молний в небе, трепещущие перед мощью статических разрядов.Действительно, гроза — это самое яркое проявление электростатики в природе.

В этой части Урока 4 мы обсудим два вопроса:

  • Какова причина и механизм поражения молнии?
  • Как громоотводы служат для защиты зданий от разрушительного воздействия удара молнии?
Накопление статического заряда в облаках

Научное сообщество давно размышляет о причинах ударов молнии.Даже сегодня это предмет многочисленных научных исследований и теоретизирования. Детали того, как облако становится статически заряженным, не совсем понятны (на момент написания этой статьи). Тем не менее, есть несколько теорий, которые имеют большой смысл и демонстрируют многие концепции, ранее обсуждавшиеся в этом разделе Физического класса.

Предвестником любого удара молнии является поляризация положительных и отрицательных зарядов внутри грозового облака. Известно, что вершины грозовых облаков приобретают избыток положительного заряда, а низы грозовых облаков приобретают избыток отрицательного заряда.Два механизма кажутся важными для процесса поляризации. Один из механизмов включает разделение заряда посредством процесса, который напоминает зарядку трением. Известно, что облака содержат бесчисленные миллионы взвешенных капель воды и частиц льда, которые движутся и кружатся в турбулентном режиме. Дополнительная вода из земли испаряется, поднимается вверх и образует скопления капель по мере приближения к облаку. Эта поднимающаяся вверх влага сталкивается с каплями воды в облаках. При столкновении электроны отрываются от поднимающихся капель, вызывая отделение отрицательных электронов от положительно заряженной капли воды или кластера капель.

Второй механизм, который способствует поляризации грозового облака, связан с процессом замораживания. Повышение влажности сопровождается более низкими температурами на больших высотах. Эти более низкие температуры вызывают замерзание скопления капель воды. Замороженные частицы имеют тенденцию более плотно сгруппироваться и образуют центральные области кластера капель. Замороженная часть скопления поднимающейся влаги становится отрицательно заряженной, а внешние капли приобретают положительный заряд.Воздушные потоки внутри облаков могут оторвать внешние части скоплений и унести их вверх, к вершине облаков. Замороженная часть капель с их отрицательным зарядом имеет тенденцию тяготеть к нижней части грозовых облаков. Таким образом, облака становятся еще более поляризованными.

Считается, что эти два механизма являются основными причинами поляризации грозовых облаков. В конце концов, грозовое облако становится поляризованным: положительные заряды переносятся в верхние части облаков, а отрицательные части тяготеют к нижней части облаков.Не менее важное влияние на поверхность Земли оказывает поляризация облаков. Электрическое поле облака распространяется через окружающее его пространство и вызывает движение электронов на Земле. Электроны на внешней поверхности Земли отталкиваются нижней поверхностью отрицательно заряженного облака. Это создает противоположный заряд на поверхности Земли. Здания, деревья и даже люди могут испытывать накопление статического заряда, поскольку электроны отталкиваются дном облака. С облаком, поляризованным на противоположности, и с положительным зарядом, индуцированным на поверхности Земли, все готово для второго акта драмы удара молнии.

Механика удара молнии

По мере увеличения накопления статического заряда в грозовом облаке электрическое поле, окружающее облако, становится сильнее. Обычно воздух, окружающий облако, был бы достаточно хорошим изолятором, чтобы предотвратить разряд электронов на Землю. Тем не менее, сильные электрические поля, окружающие облако, способны ионизировать окружающий воздух и делать его более проводящим.Ионизация заключается в отрыве электронов от внешних оболочек молекул газа. Таким образом, молекулы газа, из которых состоит воздух, превращаются в суп из положительных ионов и свободных электронов. Изолирующий воздух превращается в проводящую плазму . Способность электрических полей грозового облака преобразовывать воздух в проводник делает возможной передачу заряда (в виде молнии) от облака к земле (или даже к другим облакам).

Удар молнии начинается с разработки шагового лидера .Избыточные электроны на дне облака начинают путешествие через проводящий воздух к земле со скоростью до 60 миль в секунду. Эти электроны движутся зигзагообразными путями к земле, разветвляясь в разных местах. Переменные, которые влияют на детали фактического пути, малоизвестны. Считается, что присутствие примесей или частиц пыли в различных частях воздуха может создавать области между облаками и землей, которые обладают большей проводимостью, чем другие области. По мере роста ступенчатого лидера он может освещаться пурпурным свечением, характерным для молекул ионизированного воздуха.Тем не менее, лидер — это не настоящий удар молнии; он просто обеспечивает дорогу между облаком и Землей, по которой в конечном итоге будет перемещаться молния.

Когда электроны ступенчатого лидера приближаются к Земле, происходит дополнительное отталкивание электронов вниз от поверхности Земли. Количество положительного заряда, находящегося на поверхности Земли, становится еще больше. Этот заряд начинает мигрировать вверх через здания, деревья и людей в воздух.Этот восходящий восходящий положительный заряд — известный как стример — приближается к ступенчатому лидеру в воздухе над поверхностью Земли. Лента может встретиться с лидером на высоте, эквивалентной длине футбольного поля. После установления контакта между косой и лидером намечается полный проводящий путь и начинается молния. Точка контакта между наземным зарядом и облачным зарядом быстро поднимается вверх со скоростью до 50 000 миль в секунду. Целый миллиард триллионов электронов могут пройти этот путь менее чем за миллисекунду.За этим начальным ударом следует несколько последовательных вторичных ударов или скачков заряда. Эти вторичные выбросы разнесены во времени так близко, что могут выглядеть как один удар. Огромный и быстрый поток заряда по этому пути между облаком и Землей нагревает окружающий воздух, заставляя его сильно расширяться. Расширение воздуха создает ударную волну, которую мы наблюдаем как гром.

Молниеотводы и другие средства защиты

Высокие здания, фермерские дома и другие строения, восприимчивые к ударам молнии, часто оснащены громоотводами .Крепление заземленного громоотвода к зданию — это защитная мера, которая предпринимается для защиты здания в случае удара молнии. Первоначально концепция громоотвода была разработана Беном Франклином. Франклин предположил, что молниеотводы должны состоять из заостренного металлического столба, который поднимается вверх над зданием, которое он предназначен для защиты. Франклин предположил, что громоотвод защищает здание одним из двух способов. Во-первых, стержень служит для предотвращения разряда молнии заряженным облаком.Во-вторых, громоотвод служит для безопасного отвода молнии на землю в том случае, если облако действительно разряжает свою молнию с помощью болта. Теории Франклина о работе громоотводов существуют уже несколько столетий. И только в последние десятилетия научные исследования предоставили доказательства, подтверждающие, как они действуют для защиты зданий от повреждений молнией.

Первую из двух предложенных Франклином теорий часто называют теорией рассеяния молнии .Согласно теории, использование громоотвода на здании защищает здание, предотвращая удар молнии. Идея основана на том принципе, что напряженность электрического поля вокруг заостренного объекта велика. Сильные электрические поля, окружающие заостренный предмет, служат для ионизации окружающего воздуха, тем самым повышая его проводящую способность. Теория диссипации утверждает, что по мере приближения грозового облака между статически заряженным облаком и громоотводом устанавливается проводящий путь.Согласно теории, статические заряды постепенно перемещаются по этому пути к земле, что снижает вероятность внезапного и взрывного разряда. Сторонники теории рассеяния молнии утверждают, что основная роль молниеотвода — разрядить облако в течение более длительного периода времени, предотвращая, таким образом, чрезмерное накопление заряда, характерное для удара молнии.

Вторая из предложенных Франклином теорий о работе громоотвода является основой теории отведения молнии .Теория отвода молнии утверждает, что молниеотвод защищает здание, обеспечивая проводящий путь заряда к Земле. Громоотвод обычно прикрепляют толстым медным кабелем к заземляющему стержню, который закапывают в землю внизу. Внезапный разряд из облака будет направлен к поднятому громоотводу, но безопасно направлен на Землю, что предотвратит повреждение здания. Громоотвод, присоединенный к нему кабель и заземляющий полюс обеспечивают путь с низким сопротивлением от области над зданием к земле под ним.Отводя заряд через систему молниезащиты, здание избавляется от повреждений, связанных с прохождением через него большого количества электрического заряда.

Исследователи молний в настоящее время в целом убеждены, что теория рассеяния молнии дает неточную модель того, как работают громоотводы. Действительно, кончик громоотвода способен ионизировать окружающий воздух и делать его более проводящим. Однако этот эффект распространяется только на несколько метров над кончиком громоотвода.Несколько метров повышенной проводимости над кончиком стержня не способны разряжать большое облако, простирающееся на несколько километров. К сожалению, в настоящее время нет научно проверенных методов предотвращения молний. Более того, недавние полевые исследования показали, что кончик молниеотвода не нужно резко заострять, как предлагал Бен Франклин. Было обнаружено, что громоотводы с тупым концом более восприимчивы к ударам молнии и, таким образом, обеспечивают более вероятный путь разряда заряженного облака.При установке молниеотвода на здание в качестве меры молниезащиты обязательно, чтобы стержень был приподнят над зданием и соединен проводом с низким сопротивлением с землей.


Проверьте свое понимание

Используйте свое понимание, чтобы ответить на следующие вопросы. По завершении нажмите кнопку, чтобы просмотреть ответы.

1. ИСТИНА или ЛОЖЬ:

Наличие громоотводов на крыше зданий не позволяет облаку со статическим зарядом передать свой заряд в здание.

2. ИСТИНА или ЛОЖЬ:

Если вы поместите громоотвод на крышу своего дома, но не заземлите его, то ваш дом все равно будет в безопасности в маловероятном случае удара молнии.

Статическое электричество 4: Статическое электричество и молния

Фото: Clipart.ком
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. фен, причесывание волос 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, войлок трется 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 являются материей.У учеников средней школы также есть проблемы с представлением о том, что атомы находятся в постоянном движении. Принятие этих концепций необходимо студентам, чтобы понять атомную теорию и ее объяснительную силу. («Контрольные показатели научной грамотности», стр. 75.)

В курсе «Статическое электричество 1: знакомство с атомами» учащихся просят просмотреть 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, связанной с этой темой, 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 электронную таблицу «Статическое электричество и молния», чтобы пройти веб-квест, изучая следующие веб-сайты, чтобы больше узнать о молниях и статическом электричестве:

Предложите учащимся работать в парах или небольших группах, 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 или 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 является статическим электричеством, запустив воздушного змея во время шторма и обнаружив статическое электричество, увидев, как волоски 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 больших масштабах. Молния возникает, когда капли воды вращаются в грозовой туче. Они собирают положительные или 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 молнией и статическим электричеством:

  • Lightning На сайте NOVA Online есть мероприятие по освещению в помещении, в котором даются инструкции по проведению эксперимента с участием молний и искр.
  • Static Electricity 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>

(PDF) Молния, электрическое явление в природе

Молния, электрическое явление в природе.

История

Исторически, изучение молний можно проследить со времен Бенджамина Франклина (1706 —

1790). Франклин пришел к выводу, что облака электрически заряжены. В эксперименте, где

он стоял на электрическом стенде, держа железный стержень, чтобы получить электрический разряд между

другой рукой и землей, пришел к выводу, что если бы облака были электрически заряжены, то между железом прыгало бы

искр. стержень и заземленный провод.Этому эксперименту способствовал

, проведенный Томасом Франсуа Далибаром (1709 — 1799) в мае 1752 года, в котором

искры выпрыгивали из железного стержня во время грозы. G.W. Рихманн (1711 — 1753)

погиб от удара молнии, когда доказал, что грозовые облака имеют электрический заряд.

По словам Лукаша Сташевского из Технологического университета, Польша, Бенджамин

Франклин попытался проверить теорию искр, имеющих некоторое сходство с молнией, используя

шпиль, который возводился в Филадельфии.В ожидании завершения строительства шпиля ему

пришла в голову идея использовать летающий объект, например, воздушный змей. В июне 1752 года сообщалось, что он поднял воздушного змея

. Ключ был прикреплен к его концу веревки, и он привязал его к столбу шелковой нитью. По прошествии времени

, свободные волокна на струне растягивались, затем он поднес руку к ключу

, и в промежутке проскочила искра. Дождь пропитал линию и сделал ее проводящей.

Хотя этот эксперимент показал, что молния была разрядом статического электричества,

мало улучшил теоретическое понимание за более чем 150 лет.

Определение

По определению, молния — это напряжение между облаками и Землей, которое становится настолько высоким, что паразитные электроны в воздухе ускоряются до кинетической энергии, достаточной для того, чтобы выбить

электронов из атомов воздуха ( Дуглас К. Джанколи, 2005). Согласно Мартину А. Уману

(1984), молнию можно определить как кратковременный сильноточный электрический разряд, длина пути которого

обычно измеряется в километрах.Это также может быть определено как электрический разряд в

форме искры в облаке заряженного.

Процесс формирования молнии

Молнию можно сформировать в четырех типах процессов: разделение заряда,

формирование лидера, разряд и повторный удар. Процесс разделения зарядов все еще является предметом

исследований с одной гипотезой, механизм поляризации, который состоит из двух компонентов.

Во-первых, падающие капли дождя становятся электрически поляризованными, когда они падают через естественное электрическое поле атмосферы

.Во-вторых, сталкивающиеся частицы льда заряжаются электростатической индукцией

. Кроме того, есть несколько других гипотез для этого процесса, например,

разделение зарядов запускается ионизацией молекулы воздуха входящим космическим лучом.

Атмосферные явления. Молния. Радуга.

Подробно:


© Владимир Каланов,
сайт “Знания-сила”.

Гроза. Молния.

Прилагательное “грозный” образовано от существительного “гроза”. После такого тонкого лингвистического наблюдения и глубокомысленного вывода сразу вспоминаются прекрасные стихи Ф.И. Тютчева: «Люблю грозу в начале мая …» Конечно, гроза бывает в любое время года, даже зимой, но весной, когда природа цветёт, гроза особенно красива, что и подметил поет.

Что же представляет собой красивое, величественное и одновременно опасное явление природы, называемое грозой? Об этом учёные и простые люди задумывались давно. Не понимая причин сущности грозы, люди в давние времена постоянно испытывали священный ужас перед этим явлением природы. И было от чего приходить в ужас: последствиями сильных гроз нередко бывали разрушения жилищ и хозяйственных построек, пожары, гибель людей и домашних животных.


Молния

Только в XVIII веке учёные установили, что молния — это искровой разряд атмосферного электричества. Изучением атмосферного электричества занимались многие учёные, в том числе М.В. Ломоносов, который высказал правильную догадку о вертикальных течениях в атмосфере и появлении электрических зарядов на облаках. На опытах, проведённых в 1752-1753 годах, М.В. Ломоносов и американский исследователь и государственный деятель Вениамин Франклин (1706-1790) одновременно и независимо друг от друга доказали, что грозовая молния – это гигантская электрическая искра, которая ничем кроме размеров и, соответственно, энергии не отличается от искры, проскакивающей между шарами лабораторной электрической машины.

Ломоносов построил “громовую машину”, представлявшую собой конденсатор, который заряжался атмосферным электричеством через провод, конец которого был поднят над землёй на высоком шесте. Конденсатор находился в кабинете Ломоносова. Во время грозы можно было извлекать искры из конденсатора, когда к нему приближались руками. Во время таких опытов в 1753 году на глазах у Ломоносова погиб работавший вместе с ним его друг, немецкий ученый Георг Рихман.

Не менее опасный опыт проводил в Америке примерно в то же время Франклин. Он запустил во время грозы на бечёвке бумажного змея, который был снабжён железным остриём. К нижнему концу бечёвки был привязан металлический предмет (дверной ключ). Когда бечёвка намокла и превратилась в проводник электрического тока, Франклин смог извлечь из ключа электрические искры и зарядить лейденские банки для дальнейших опытов с электрической машиной. Ясно, что Франклин сильно рисковал, т.к. молния могла ударить в змей, и тогда электрический ток большой величины прошёл бы в землю через тело экспериментатора.

Опыты Ломоносова и Франклина показали, что грозовые облака сильно заряжены электричеством.

В дальнейшем было установлено, что разные части грозового облака несут заряды различных знаков. Чаще всего нижняя часть облака (обращённая к земле) бывает заряжена отрицательно, а верхняя положительно. Напомним, что Земля в целом обладает отрицательным зарядом. Если два облака сближаются разноимённо заряженными частями, то между ними проскакивает молния. Но грозовой разряд может произойти и иначе. Проходя над землёй, грозовое облако создаёт на её поверхности большие индукционные заряды. Облако и поверхность земли образуют как бы две обкладки большого конденсатора. Разность потенциалов между облаком и землёй достигает огромных значений, достигающих сотен миллионов вольт, и в воздухе возникает сильное электрическое поле. Если напряжённость этого поля достигает определенного предела, то происходит пробой, т.е. молния ударяет в землю. О возможных последствиях такого удара для людей и окружающих предметов мы уже упоминали.

• Многочисленные и многолетние исследования показывают, что искровой разряд в молнии имеет следующие средние параметры:

Напряжение между облаком и землёй: 100000000 (сто миллионов) вольт;
Сила тока в молнии: 100000 (сто тысяч) ампер;
Продолжительность электрического разряда: 10-6 (одна миллионная) секунды;
Диаметр светящегося канала: 10—20 см.

Гром, возникающий после молнии, объясняется тем, что воздух внутри и вокруг канала молнии сильно нагревается и быстро расширяется, создавая звуковые волны. Когда эти волны отражаются от облаков или объектов на поверхности земли, то возникает эхо, воспринимаемое нашим слухом как громовые раскаты. Сокрушительный грохот этих раскатов косвенно говорит о том, насколько чудовищны значения электрических величин, породивших молнию.

Электрическое поле Земли

Исследователями установлено, что между различными точками земной атмосферы, находящимися на разной высоте, имеется разность потенциалов, т.е. около земной поверхности существует электрическое поле. Величина изменения потенциала с высотой различна в разное время года и для разных местностей и имеет вблизи земной поверхности среднее значение 130 вольт на каждый метр. Другими словами, напряженность поля вблизи Земли равна 1,3 в/см. По мере подъема над Землёй поле это быстро ослабевает, и уже на высоте 1 км напряжённость его равна только 0,4 в/см, а на высоте 10 км оно становится ничтожно слабым. Знак этого изменения соответствует отрицательному заряду Земли. Таким образом, мы постоянно живём и работаем в электрическом поле довольно значительной напряженности.

Поскольку поле вблизи Земли имеет напряженность около 130 в/м, то между точками, в которых находятся голова и ноги каждого из нас, должно было бы быть напряжение свыше 200 вольт. Почему же мы не ощущаем этого поля, в то время как прикосновение к проводнику, включенному в сеть с напряжением 100-120 вольт может оказаться не просто болезненным, но и смертельно опасным? Оказывается, дело в том, что тело человека является проводником и поэтому поверхность его в поле при равновесии зарядов должна быть эквипотенциальной поверхностью, т.е. такой, для любой пары точек которой разность потенциалов равна нулю. Поэтому между отдельными точками поверхности тела (головой и ногами) не может быть разности потенциалов. Земной шар в целом является проводником, поэтому поверхность Земли есть также эквипотенциальная поверхность.

Опытное исследование электрического поля Земли и соответствующие расчеты показывают, что Земля в целом обладает отрицательным зарядом, средняя величина которого оценивается в полмиллиона кулонов (около 4,5×105). Этот заряд поддерживается приблизительно неизменным благодаря ряду процессов в атмосфере Земли и вне её (в мировом пространстве), которые ещё далеко не полностью выяснены.

Где же расположены соответствующие положительные заряды? Эти заряды находятся в так называемой ионосфере, т.е. в слое ионизированных (положительно заряженных) молекул, находящемся в нескольких десятках километров над Землёй. Объёмный положительный заряд этого слоя атмосферы и компенсирует отрицательный заряд Земли. Линии земного электрического поля идут от этого слоя к поверхности Земли (от положительного заряда к отрицательному).

Радуга

Обычно после дождя на небе появляется радуга, эта красочная арка из воды и света. С незапамятных времён радуга волновала умы исследователей и мифотворцев. Аристотель, например, считал радугу отражением солнечного света облаками. Это, конечно, слишком большое упрощение действительного явления. По современным представлениям белый свет является смесью различных излучений со своими длинами волн. Попадая во взвешенную в воздухе водяную капельку, луч белого света преломляется как в призме. Попадая на внутреннюю стенку капли, он отражается и распадается на одноцветные излучения, которые под разными углами направляются к противоположной стенке. Эти излучения при выходе наружу обладают цветом, соответствующим их собственной длине волны. Они и образуют разноцветную палитру радуги. С помощью точных приборов исследователи определили, что угол отражения красного луча равен 137°58′, фиолетового — 139°43′. Так возникает хрупкая, неизменно повторяющаяся строгая последовательность цветов: по внутреннему краю радуги — фиолетовый, постепенно переходящий в синий, зелёный, желтый, оранжевый, и по наружному краю — красный.

Точно так же синий ореол над далёкими вершинами или над морским горизонтом возникает при столкновении лучей определённой длины волны с частицами, образованными молекулами воздуха. Если бы свет не отражался от капель и частиц, то небо казалось бы нам таким же чёрным, как и межпланетное пространство, которое наблюдают космонавты за пределами земной атмосферы.

Научное объяснение радуги дал ещё в 1635 году Рене Декарт в своём труде «Метеоры» в главе «О радуге», представленной на нашем сайте.

Световые волны — это электромагнитные колебания. Воспринятые глазом и обработанные мозгом, они создают воспринимаемую нами трёхмерную красочную картину мира. Радуга — это упорядоченная серия электромагнитных колебаний с длинами волн от 8×10-5 см для красного цвета до 4×10-5 см для фиолетового. Длины волн для других цветов находятся в промежутке между указанными величинами. Человеческий глаз — это немыслимо сложный физический прибор, способный обнаруживать различие в цвете, даже в оттенках цвета, которым соответствует совершенно незначительная разница в длине световых волн: около 10-6 (около одной миллионной!) сантиметра. Вообще говоря, в природе никаких красок не существует, есть только волны разной длины. Видимые нами цвета — это измеренная глазом и истолкованная мозгом энергия световой волны. Удивительная игра красок реализуется нашим глазом лишь в узкой полосе частот световых колебаний. А как мог выглядеть окружающий мир, если бы человеческому глазу был доступен более широкий спектр частот для перевода их в цветовую гамму? Такую ситуацию мы вообразить не в состоянии.

А теперь несколько слов о других явлениях природы, связанных с функционированием биосферы. В продолжение темы атмосферных осадков необходимо сказать о снегопадах и выпадениях града. Физически оба этих вида осадков едины, т.к. представляют собой выпадение из облаков той же воды, превращенной низкими температурами воздуха в другое агрегатное состояние. При повышении температуры примерно до 0°-1° Цельсия снег и град снова превращается в воду, т.е. в жидкую фазу.

Для земледельцев обильные снегопады в начале зимы — признак хорошего будущего урожая: ведь семена озимых теперь хорошо укрыты от морозов. “Снег глубок — и хлеб хорош” — так исстари говорили в русских деревнях. А покрытые снегом деревья напоминают очаровательную зимнюю сказку. Сколько радости у детей, когда они имеют возможность слепить снежную бабу, или поиграть в снежки!

Но не только радость приносят снегопады. Если они слишком обильны, продолжительны и вьюжны — чего уж тут хорошего. Метровые сугробы и заносы на дорогах, перерывы в работе наземного и воздушного транспорта, обрывы электропроводов, сходы снежных лавин в горах, нередко приводящие к пленению, а иногда и гибели людей в снежной массе. Для диких животных и птиц затрудняется поиск корма. Всё это мы наблюдаем и переживаем почти ежегодно в самых разнообразных районах земного шара.

Крупный град, особенно если он выпадает весной, способен нанести большой вред урожаю садов и полей, а то и вызвать повреждения построек, автомобилей, стоящих под открытым небом и т.д.

© Владимир Каланов,
сайт “Знания-сила”.

Уважаемые посетители!

У вас отключена работа JavaScript. Включите пожалуйста скрипты в браузере, и вам откроется полный функционал сайта!

Молния как природное явление. Молния (явление) К какому явлению относится сверкание молнии

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Молния как природное явление

Молния – это гигантский электрический искровой разряд между облаками или между облаками и земной поверхностью длиной несколько километров, диаметром десятки сантиметров и длительностью десятые доли секунды. Молния сопровождается громом. Кроме линейной молнии, изредка наблюдается шаровая молния.

Природа и причины возникновения молнии

Гроза – сложный атмосферный процесс, и ее возникновение обусловлено образованием кучево-дождевых облаков. Сильная облачность является следствием значительной неустойчивости атмосферы. Для грозы характерен сильный ветер, часто интенсивный дождь (снег), иногда с градом. Перед грозой (за час, два до грозы) атмосферное давление начинает быстро падать вплоть до внезапного усиления ветра, а затем начинает повышаться.

Грозы можно разделить на местные, фронтальные, ночные, в горах. Наиболее часто человек сталкивается с местными или тепловыми грозами. Эти грозы возникают только в жаркое время при большой влажности атмосферного воздуха. Как правило, возникают летом в полуденное или послеполуденное время (12-16 часов). Водяной пар в восходящем потоке теплого воздуха на высоте конденсируется, при этом выделяется много тепла и восходящие потоки воздуха подогреваются. По сравнению с окружающим восходящий воздух теплее, он увеличивается в объеме, пока не превратится в грозовое облако. В больших по размеру грозовых облаках постоянно витают кристаллики льда и капельки воды. В результате их дробления и трения между собой и о воздух образуются положительные и отрицательные заряды, под действием которых возникает сильное электростатическое поле (напряженность электростатического поля может достигать 100 000 В/м). И разница потенциалов между отдельными частями облака, облаками или облаком и землей достигает громадных величин. При достижении критической напряженности электрического воздуха возникает лавинообразная ионизация воздуха – искровой разряд молнии.

Фронтальная гроза возникает, когда массы холодного воздуха проникают в район, где преобладает теплая погода. Холодный воздух вытесняет теплый, при этом последний поднимается на высоту 5-7 км. Теплые слои воздуха вторгаются внутрь вихрей различной направленности, образуется шквал, сильное трение между слоями воздуха, что способствует накоплению электрических зарядов. Длина фронтальной грозы может достигать 100 км. В отличие от местных гроз после фронтальных обычно холодает. Ночная гроза связана с охлаждением земли ночью и образованием вихревых токов восходящего воздуха. Гроза в горах объясняется разницей в солнечной радиации, которой подвергаются южные и северные склоны гор. Ночные и горные грозы несильные и непродолжительные.

Грозовая активность в различных района нашей планеты различна. Мировые очаги гроз: остров Ява – 220, Экваториальная Африка -150, Южная Мексика – 142, Панама – 132, Центральная Бразилия – 106 грозовых дней в году. Россия: Мурманск – 5, Архангельск – 10, Санкт-Петербург – 15, Москва – 20 грозовых дней в году.

По виду молнии делятся на линейные, жемчужные и шаровые. Жемчужные и шаровые молнии довольно редкое явление.

Разряд молнии развивается за несколько тысячных долей секунды; при столь высоких токах воздух в зоне канала молнии практически мгновенно разогревается до температуры 30 000-33 000° С. В результате резко повышается давление, воздух расширяется – возникает ударная волна, сопровождающаяся звуковым импульсом – громом. Из-за того, что на высоких заостренных предметах напряженность электрического поля, создаваемого статическим электрическим зарядом облака, особенно высока, возникает свечение; в результате начинается ионизация воздуха, возникает тлеющий разряд и появляются красноватые языки свечения, временами укорачивающиеся и опять удлиняющиеся. Не следует пытаться тушить эти огни, т.к. горения нет. При высокой напряженности электрического поля может появиться пучок светящихся нитей – коронный разряд, который сопровождается шипением. Линейная молния также изредка может возникнуть и при отсутствии грозовых облаков. Не случайно возникла поговорка – «гром среди ясного неба».

Открытие шаровой молнии

молния разряд шаровой электрический

Как это нередко бывает, систематическое изучение шаровых молний началось с отрицания их существования: в начале XIX века все известные к тому времени разрозненные наблюдения были признаны либо мистикой, либо в лучшем случае оптической иллюзией.

Но уже в 1838 году в «Ежегоднике» французского бюро географических долгот был опубликован обзор, составленный знаменитым астрономом и физиком Домиником Франсуа Араго. Впоследствии он стал инициатором опытов Физо и Фуко по измерению скорости света, а также работ, приведших Леверье к открытию Нептуна. Основываясь на известных тогда описаниях шаровых молний, Араго пришел к выводу, что многие из этих наблюдений нельзя считать иллюзией. За 137 лет, прошедших с момента выхода в свет обзора Араго, появились новые свидетельства очевидцев, фотографии. Были созданы десятки теорий, экстравагантных, остроумных, таких, которые объясняли некоторые известные свойства шаровой молнии, и таких, которые не выдерживали элементарной критики. Фарадей, Кельвин, Аррениус, советские физики Я.И. Френкель и П.Л. Капица, многие известные химики, наконец, специалисты американской Национальной комиссии по астронавтике и аэронавтике NASA пытались исследовать и объяснить этот интересный и грозный феномен. А шаровая молния и поныне продолжает во многом оставаться загадкой.

Природа шаровой молнии

Какие же факты должны связать ученые единой теорией, чтобы объяснить природу возникновения шаровой молнии? Какие ограничения накладывают наблюдения на нашу фантазию?

В 1966 году NASA распространила среди двух тысяч человек анкету, в первой части которой были заданы два вопроса: «Видели ли вы шаровую молнию?» и «Видели ли вы в непосредственной близости удар линейной молнии?» Ответы дали возможность сравнить частоту наблюдения шаровой молнии с частотой наблюдения обычных молний. Результат оказался ошеломляющим: удар линейной молнии вблизи видели 409 человек из 2 тысяч, а шаровую молнию – два раза меньше. Нашелся даже счастливчик, встречавший шаровую молнию 8 раз, – еще одно косвенное доказательство того, что это совсем не такое редкое явление, как принято думать.

Анализ второй части анкеты подтвердил многие известные ранее факты: шаровая молния имеет в среднем диаметр около 20 см; светится не очень ярко; цвет чаще всего красный, оранжевый, белый. Интересно, что даже наблюдатели, видевшие шаровую молнию близко, часто не ощущали ее теплового излучения, хотя при непосредственном прикосновении она обжигает.

Существует такая молния от нескольких секунд до минуты; может проникать в помещения через маленькие отверстия, восстанавливая затем свою форму. Многие наблюдатели сообщают, что она выбрасывает какие-то искры и вращается. Обычно она парит на небольшом расстоянии от земли, хотя встречали ее и в облаках. Иногда шаровая молния спокойно исчезает, но иногда взрывается, вызывая заметные разрушения.

Шаровая молния несет большую энергию. В литературе, правда, часто встречаются заведомо завышенные оценки, но даже скромная реалистичная цифра – 105 джоулей – для молнии диаметром в 20 см весьма внушительна. Если бы такая энергия расходовалась только на световое излучение, она могла бы светиться много часов. Некоторые ученые считают, что молния постоянно получает энергию извне. Например, П.Л. Капица предположил, что она возникает при поглощении мощного пучка дециметровых радиоволн, которые могут излучаться во время грозы. Реально для образования ионизированного сгустка, каким является в этой гипотезе шаровая молния, необходимо существование стоячей волны электромагнитного излучения с очень большой напряженностью поля в пучностях. При взрыве шаровой молнии может развиться мощность в миллион киловатт, так как взрыв этот протекает очень быстро. Взрывы, правда, человек умеет устраивать и более мощные, но если сравнить со «спокойными» источниками энергии, то сравнение будет не в их пользу.

Почему светится шаровая молния

Остановимся еще на одной загадке шаровой молнии: если ее температура невелика (в кластерной теории считается, что температура шаровой молнии около 1000°К), то почему же тогда она светится? Оказывается, и это можно объяснить.

При рекомбинации кластеров выделившееся тепло быстро распределяется между более холодными молекулами. Но на какой-то момент температура «объемчика» вблизи рекомбинировавших частиц может превышать среднюю температуру вещества молнии более чем в 10 раз. Вот этот «объемчик» и светится как газ, нагретый до 10 000-15 000 градусов. Таких «горячих точек» сравнительно мало, поэтому вещество шаровой молнии остается полупрозрачным. Цвет шаровой молнии определяется не только энергией сольватных оболочек и температурой горячих «объемчиков», но и химическим составом ее вещества. Известно, что если при попадании линейной молнии в медные провода появляется шаровая молния, то она часто бывает окрашена в голубой или зеленый цвет – обычные «цвета» ионов меди. Остаточный электрический заряд позволяет объяснить такие интересные свойства шаровой молнии, как ее способность двигаться против ветра, притягиваться к предметам и висеть над высокими местами.

Причина возникновения шаровой молнии

Для объяснения условий возникновения и свойств шаровой молнии исследователи предложили множество разнообразных гипотез. Одной из неординарных гипотез является инопланетная теория, которая исходит из предположения, что шаровая молния – не что иное, как разновидность НЛО. У такого предположения есть основание, поскольку множество очевидцев утверждают, что шаровая молния вела себя, как живое разумное существо. Чаще всего, она выглядит как шар, именно поэтому в прежние времена ее именовали огненным шаром. Однако это не всегда так: варианты шаровых молний также встречаются. Это может быть форма гриба, медузы, бублика, капли, плоского диска, элипсоида. Расцветка молнии чаще всего желтая, оранжевая или красная, реже встречается белый, голубой, зеленый, черный окрас. Появление шаровых молний не зависит от погоды. Они могут возникнуть в разную погоду и совершенно независимо от линий электропередач. Встреча с человеком либо животным также может проходить по-разному: таинственные шары либо мирно парят на некотором расстоянии, либо с яростью нападают, вызывая ожоги или даже убивая. После этого они могут тихо исчезнуть или громко взрываются. Нужно отметить, что количество убитых и травмированных от огненных объектов составляет примерно 9% от общего числа свидетелей. В случае поражения человека шаровой молнией на теле во многих случаях не остается следов, а тело убитого молнией по необъяснимой причине долгое время не разлагается. В связи с данным обстоятельством появилась теория о том, что молния способна влиять на ход индивидуального вре­мени организма.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

    Использование последних технологий съёмки, чтобы замедлить течение времени, делая невидимое видимым. Передающие башни, порождающие огромные молнии, которые бьют вверх в облака. Применение сверхвысокоскоростных камер для рассмотрения воды в действии.

    реферат , добавлен 12.11.2012

    Изучение сущности биоценоза – совокупности растений, животных, грибов и микроорганизмов, совместно населяющих участок земной поверхности. Характеристика видового состава, структуры, отношений между организмами. Зооценозы Чернобыльской зоны отчуждения.

    реферат , добавлен 10.11.2010

    Понятие и биологическое значение мембран в клетках организма, функции: структурные и барьерные. Их значение во взаимодействия между клетками. Десмосома как один из типов контакта клеток, обеспечивающие их взаимодействие и прочное соединение между собой.

    реферат , добавлен 03.06.2014

    Значение корреляции между нейронными сигналами и длиной волны света, падающего на сетчатку. Конвергенция сигналов и пути цветного зрения. Интеграция и горизонтальные связи зрительной информации. Процесс объединения правого и левого зрительных полей.

    реферат , добавлен 31.10.2009

    Изучение понятий магнитного поля Земли, ионизации земной атмосферы, полярного сияния и изменения электрического потенциала. Исследование Чижевским (основоположником гелиобиологии) влияния солнечной активности на динамику сердечно-сосудистых заболеваний.

    реферат , добавлен 30.09.2010

    Изучение физических различий между спиральными, эллиптическими и неправильными галактиками. Рассмотрение содержания закона Хаббла. Описание эволюции науки как перехода между научными картинами мира. Характеристика основных гипотез происхождения живого.

    контрольная работа , добавлен 28.03.2010

    Гидросфера как прерывистая водная оболочка Земли, располагающаяся между атмосферой и твердой земной корой и представляющая собой совокупность океанов, морей и поверхностных вод суши. Понятие атмосферы, ее происхождение и роль, структура и содержание.

    реферат , добавлен 13.10.2011

    Исследование механизма возникновения и основных фаз потенциала действия. Законы раздражения и возбуждения. Распространение потенциала действия по нервному волокну. Характеристика роли локальных потенциалов. Передача сигналов между нервными клетками.

    контрольная работа , добавлен 22.03.2014

    Несимметричное распределение ролей между симметричными парными полушариями головного мозга. Виды взаимодействий между полушариями. Характеристика распределения психических функций между левым и правым полушариями. Последовательная обработка информации.

    презентация , добавлен 15.09.2017

    Исследование составляющих нервной системы и мозга человека. Характеристика принципа передачи электрических импульсов между нейронами. Изучение методов построения, действия и основных областей применения биологических и искусственных нейронных сетей.

Молния – гигантская электрическая искра. Ударяя в строения, она вызывает пожары, расщепляет крупные деревья, поражает людей. В каждый момент времени в разных точках Земли сверкают молнии более 2000 гроз. В каждую секунду около 50 молний ударяются в поверхность земли, и в среднем каждый ее квадратный километр молния поражает шесть раз за год

Молния – гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, обычно происходит во время грозы, проявляющийся яркой вспышкой света и сопровождающим её громом. Молнии также были зафиксированы на Венере, Юпитере, Сатурне и Уране. Ток в разряде молнии достигает 10-20 тысяч ампер, поэтому мало кому из людей удается выжить после поражения их молнией.



Поверхность земного шара является более электропроводной, чем воздух. Однако, с высотой электропроводность воздуха возрастает. Воздух обычно заряжен положительно, а Земля отрицательно. Водяные капли в грозовом облаке заряжены за счет поглощения находящихся в воздухе заряженных мельчайших частиц (ионов). Капля, падающая из облака, имеет в верхней части отрицательный заряд, а в нижней – положительный. падающие капли большей частью поглощают отрицательно заряженные частицы и приобретают отрицательный заряд. В процессе завихрения в облаке капельки воды разбрызгиваются, причем мелкие брызги летят с отрицательным зарядом, а крупные – с положительным. То же происходит с кристаллами льда в верхней части облака. При раскалывании их мелкие частицы льда приобретают положительный заряд и восходящими токами уносятся в верхнюю часть облака, а крупные, заряженные отрицательно, опускаются в нижнюю часть облака.В результате разделения зарядов в грозовом облаке и в окружающем пространстве создаются электрически поля. С накоплением в грозовом облаке больших объемных зарядов между отдельными частями облака или между облаком и земной поверхностью возникают искровые разряды (молнии). Разряды молнии по внешнему виду различны. Наиболее часто наблюдается линейная разветвленная молния, иногда шаровая молния и др.


Молнияпредставляет большой интерес не только как своеобразное явление природы. Она дает возможность наблюдать электрический разряд в газовой среде при напряжении в несколько сотен миллионов вольт и расстоянии между электродами в несколько километров.


В 1750 Б.Франклин предложил Лондонскому королевскому обществу поставить опыт с железной штангой, укрепленной на изолирующем основании и установленной на высокой башне. Он ожидал, что при приближении грозового облака к башне на верхнем конце первоначально нейтральной штанги сосредоточится заряд противоположного знака, а на нижнем – заряд того же знака, что у основания облака. Если напряженность электрического поля при разряде молнии возрастет достаточно сильно, заряд с верхнего конца штанги будет частично стекать в воздух, а штанга приобретет заряд того же знака, что и основание облака.

Предложенный Франклином эксперимент не был осуществлен в Англии, однако его поставил в 1752 в Марли под Парижем французский физик Жан д”Аламбер. Он использовал вставленную в стеклянную бутылку (служившую изолятором) железную штангу длиной 12 м, но не помещал ее на башню. 10 мая его ассистент сообщил, что, когда грозовое облако находилось над штангой, при поднесении к ней заземленной проволоки возникали искры.


Сам Франклин, не зная об успешном опыте, реализованном во Франции, в июне того же года провел свой знаменитый эксперимент с воздушным змеем и наблюдал электрические искры на конце привязанной к нему проволоки. На следующий год, изучая заряды, собранные со штанги, Франклин установил, что основания грозовых облаков обычно заряжены отрицательно.

Более детальные исследования молний стали возможны в конце 19 в. благодаря совершенствованию методов фотографии, особенно после изобретения аппарата с вращающимися линзами, что позволило фиксировать быстро развивающиеся процессы. Такой фотоаппарат широко использовался при изучении искровых разрядов. Было установлено, что существует несколько типов молний, причем наиболее распространены линейные, плоские (внутриоблачные) и шаровые (воздушные разряды).

Линейная молния имеет длину 2-4 км и обладает большой силой тока. Она образуется, когда напряженность электрического поля достигает критического значения и возникает процесс ионизации. Последний в начале создается свободными электронами, всегда имеющимися в воздухе. Под действием электрического поля электроны приобретают большие скорости и на пути к Земле, сталкиваясь с атомами воздуха, расщепляют и ионизируют их. Ионизация происходит в узком канале, который становится проводящим. Воздух разогревается. Через канал нагретого воздуха заряд из облака со скоростью более 150 км/ч стекает к земной поверхности. Это первая стадия процесса. Когда заряд достигает поверхности Земли между облаком и землей, создается проводящий канал, через который навстречу друг другу движутся заряды: положительные заряды от поверхности Земли и отрицательные – скопившиеся в облаке.Линейная молния сопровождается сильным раскатистым звуком – громом, напоминающим взрыв. Звук появляется в результате быстрого нагревания и расширения воздуха в канале, а затем такого же быстрого его охлаждения и сжатия.


Плоские молнии возникают внутри грозового облака и выглядят как вспышки рассеянного света.

Шаровые молнии состоят из светящейся массы в форме шара, несколько меньше футбольного мяча, движущегося с небольшой скоростью в направлении ветра. Разрываются они с большим треском или исчезают бесследно. Появляется шаровая молния после линейной. Часто она через открытые двери и окна проникает в помещения. Природа шаровой молнии еще не известна.Воздушные разряды шаровых молний, начинающиеся от грозового облака, часто направлены горизонтально и не достигают земной поверхности.




Для защиты от молнии создаются молниеотводы, с помощью которых заряд молнии уводится в землю по специально подготовленному безопасному пути.

Разряд молнии обычно состоит из трех или более повторных разрядов – импульсов, следующих по одному и тому же пути. Интервалы между последовательными импульсами очень коротки, от 1/100 до 1/10 с (этим обусловлено мерцание молнии). В целом вспышка длится около секунды или меньше. Типичный процесс развития молнии можно описать следующим образом. Сначала сверху к земной поверхности устремляется слабо светящийся разряд-лидер. Когда он ее достигнет, ярко светящийся обратный, или главный, разряд проходит от земли вверх по каналу, проложенному лидером.


Разряд-лидер, как правило, движется зигзагообразно. Скорость его распространения колеблется от ста до нескольких сотен километров в секунду. На своем пути он ионизирует молекулы воздуха, создавая канал с повышенной проводимостью, по которому обратный разряд движется вверх со скоростью приблизительно в сто раз большей, чем у разряда-лидера. Размер канала определить трудно, однако диаметр разряда-лидера оценивается в 1–10 м, а обратного разряда – в несколько сантиметров.


Разряды молнии создают радиопомехи, испуская радиоволны в широком диапазоне – от 30 кГц до сверхнизких частот. Наибольшее излучение радиоволн находится, вероятно, в диапазоне от 5 до 10 кГц. Такие низкочастотные радиопомехи «сосредоточены» в пространстве между нижней границей ионосферы и земной поверхностью и способны распространяться на расстояния в тысячи километров от источника.


Молния: подарившая жизнь и двигатель эволюции. В 1953 году биохимики С. Миллер (Stanley Miller) и Г. Юри (Harold Urey) показали, что одни из “кирпичиков” жизни – аминокислоты могут быть получены путем пропускания электрического разряда через воду, в которой растворены газы “первобытной” атмосферы Земли (метан, аммиак и водород). Спустя 50 лет другие исследователи повторили эти опыты и получили те же результаты. Таким образом, научная теория зарождения жизни на Земле отводит удару молнии основополагающую роль. При пропускании коротких импульсов тока через бактерии в их оболочке (мембране) появляются поры, через которые внутрь могут проходить фрагменты ДНК других бактерий, запуская один из механизмов эволюции.


Как можно защититься от молнии с помощью водяной струи и лазера. Недавно был предложен принципиально новый способ борьбы с молниями. Громоотвод создадут из… струи жидкости, которой будут стрелять с земли непосредственно в грозовые облака. Громоотводная жидкость представляет собой солевой раствор, в который добавлены жидкие полимеры: соль предназначена для увеличения электропроводности, а полимер препятствует “распаду” струи на отдельные капельки. Диаметр струи составит около сантиметра, а максимальная высота – 300 метров. Когда жидкий громоотвод доработают, им оснастят спортивные и детские площадки, где фонтан включится автоматически, когда напряженность электрического поля станет достаточно высокой, а вероятность удара молнии – максимальной. По струе жидкости с грозового облака будет стекать заряд, делая молнию безопасной для окружающих. Аналогичную защиту от разряда молнии можно сделать и с помощью лазера, луч которого, ионизируя воздух, создаст канал для электрического разряда вдали от скопления людей.


Может ли молния сбить нас с пути? Да, если вы пользуетесь компасом. В известном романе Г. Мелвила “Моби Дик” описан именно такой случай, когда разряд молнии, создавший сильное магнитное поле, перемагнитил стрелку компаса. Однако капитан судна взял швейную иглу, ударил по ней, чтобы намагнитить, и поставил ее вместо испорченной стрелки компаса.


Может ли вас поразить молния внутри дома или самолета? К сожалению, да! Ток грозового разряда может войти в дом по телефонному проводу от рядом стоящего столба. Поэтому при грозе старайтесь не пользоваться обычным телефоном. Считается, что говорить по радиотелефону или по мобильному безопасней. Не следует во время грозы касаться труб центрального отопления и водопровода, которые соединяют дом с землей. Из этих же соображений специалисты советуют при грозе выключать все электрические приборы, в том числе компьютеры и телевизоры.


Что касается самолетов, то, вообще говоря, они стараются облетать районы с грозовой активностью. И все-таки в среднем раз в год в один из самолетов попадает молния. Ее ток поразить пассажиров не может, он стекает по внешней поверхности самолета, но способен вывести из строя радиосвязь, навигационное оборудование и электронику.




Lightning 1882
(c) Photographer: William N. Jennings, c. 1882

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

Физические свойства молнии

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

Формирование молнии

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

Обычно наблюдаются линейные молнии, которые относятся к так называемым безэлектродным разрядам, так как они начинаются (и заканчиваются) в скоплениях заряженных частиц. Это определяет их некоторые до сих пор не объяснённые свойства, отличающие молнии от разрядов между электродами. Так, молнии не бывают короче нескольких сотен метров; они возникают в электрических полях значительно более слабых, чем поля при межэлектродных разрядах; сбор зарядов, переносимых молнией, происходит за тысячные доли секунды с миллиардов мелких, хорошо изолированных друг от друга частиц, расположенных в объёме нескольких км³. Наиболее изучен процесс развития молнии в грозовых облаках, при этом молнии могут проходить в самих облаках – внутриоблачные молнии , а могут ударять в землю – наземные молнии . Для возникновения молнии необходимо, чтобы в относительно малом (но не меньше некоторого критического) объёме облака образовалось электрическое поле (см. атмосферное электричество) с напряжённостью, достаточной для начала электрического разряда (~ 1 МВ/м), а в значительной части облака существовало бы поле со средней напряжённостью, достаточной для поддержания начавшегося разряда (~ 0,1-0,2 МВ/м). В молнии электрическая энергия облака превращается в тепловую, световую и звуковую.

Наземные молнии

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

По более современным представлениям, ионизация атмосферы для прохождения разряда происходит под влиянием высокоэнергетического космического излучения – частиц с энергиями 10 12 -10 15 эВ , формирующих широкий атмосферный ливень (ШАЛ) с понижением пробивного напряжения воздуха на порядок от такового при нормальных условиях.

По одной из гипотез, частицы запускают процесс, получивший название пробоя на убегающих электронах . Таким образом возникают электронные лавины, переходящие в нити электрических разрядов – стримеры , представляющие собой хорошо проводящие каналы, которые, сливаясь, дают начало яркому термоионизованному каналу с высокой проводимостью – ступенчатому лидеру молнии .

Движение лидера к земной поверхности происходит ступенями в несколько десятков метров со скоростью ~ 50 000 километров в секунду, после чего его движение приостанавливается на несколько десятков микросекунд, а свечение сильно ослабевает; затем в последующей стадии лидер снова продвигается на несколько десятков метров. Яркое свечение охватывает при этом все пройденные ступени; затем следуют снова остановка и ослабление свечения. Эти процессы повторяются при движении лидера до поверхности земли со средней скоростью 200 000 метров в секунду.

По мере продвижения лидера к земле напряжённость поля на его конце усиливается и под его действием из выступающих на поверхности Земли предметов выбрасывается ответный стример , соединяющийся с лидером. Эта особенность молнии используется для создания молниеотвода .

В заключительной стадии по ионизованному лидером каналу следует обратный (снизу вверх), или главный, разряд молнии , характеризующийся токами от десятков до сотен тысяч ампер, яркостью, заметно превышающей яркость лидера , и большой скоростью продвижения, вначале доходящей до ~ 100 000 километров в секунду, а в конце уменьшающейся до ~ 10 000 километров в секунду. Температура канала при главном разряде может превышать 2000-3000 °C. Длина канала молнии может быть от 1 до 10 км, диаметр – несколько сантиметров. После прохождения импульса тока ионизация канала и его свечение ослабевают. В финальной стадии ток молнии может длиться сотые и даже десятые доли секунды, достигая сотен и тысяч ампер. Такие молнии называют затяжными, они наиболее часто вызывают пожары. Но земля не является заряженой, поэтому принято считать что разряд молнии происходит от облака по направлению к земле(сверху вниз).

Главный разряд разряжает нередко только часть облака. Заряды, расположенные на больших высотах, могут дать начало новому (стреловидному) лидеру, движущемуся непрерывно со скоростью в тысячи километров в секунду. Яркость его свечения близка к яркости ступенчатого лидера. Когда стреловидный лидер доходит до поверхности земли, следует второй главный удар, подобный первому. Обычно молния включает несколько повторных разрядов, но их число может доходить и до нескольких десятков. Длительность многократной молнии может превышать 1 сек. Смещение канала многократной молнии ветром создаёт так называемую ленточную молнию – светящуюся полосу.

Внутриоблачные молнии

Внутриоблачные молнии над Тулузой, Франция. 2006 год

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

Полёт из Калькутты в Мумбаи.

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

Молнии в верхней атмосфере

В 1989 году был обнаружен особый вид молний – эльфы, молнии в верхней атмосфере . В 1995 году был открыт другой вид молний в верхней атмосфере – джеты .

Эльфы
Джеты

Джеты представляют собой трубки-конусы синего цвета. Высота джетов может достигать 40-70 км (нижняя граница ионосферы), живут джеты относительно дольше эльфов .

Спрайты

Спрайты трудно различимы, но они появляются почти в любую грозу на высоте от 55 до 130 километров (высота образования «обычных» молний – не более 16 километров). Это некое подобие молнии, бьющей из облака вверх. Впервые это явление было зафиксировано в 1989 году случайно. Сейчас о физической природе спрайтов известно крайне мало .

Взаимодействие молнии с поверхностью земли и расположенными на ней объектами

Глобальная частота ударов молний (шкала показывает число ударов в год на квадратный километр)

Согласно ранним оценкам, частота ударов молний на Земле составляет 100 раз в секунду. По современным данным, полученным с помощью спутников, которые могут обнаруживать молнии в местах, где не ведётся наземное наблюдение, эта частота составляет в среднем 44 ± 5 раз в секунду, что соответствует примерно 1,4 миллиарда молний в год. 75 % этих молний ударяет между облаками или внутри облаков, а 25 % – в землю.

Самые мощные молнии вызывают рождение фульгуритов .

Ударная волна от молнии

Разряд молнии является электрическим взрывом и в некоторых аспектах похож на детонацию . Он вызывает появление ударной волны, опасной в непосредственной близости. Ударная волна от достаточно мощного грозового разряда на расстояниях до нескольких метров может наносить разрушения, ломать деревья, травмировать и контузить людей даже без непосредственного поражения электрическим током. Например, при скорости нарастания тока 30 тысяч ампер за 0,1 миллисекунду и диаметре канала 10 см могут наблюдаться следующие давления ударной волны :

  • на расстоянии от центра 5 см (граница светящегося канала молнии) – 0,93 МПа,
  • на расстоянии 0,5 м – 0,025 МПа (разрушение непрочных строительных конструкций и травмы человека),
  • на расстоянии 5 м – 0,002 МПа (выбивание стёкол и временное оглушение человека).

На бо́льших расстояниях ударная волна вырождается в звуковую волну – гром .

Люди и молния

Молнии – серьёзная угроза для жизни людей. Поражение человека или животного молнией часто происходит на открытых пространствах, так как электрический ток идёт по кратчайшему пути «грозовое облако-земля». Часто молния попадает в деревья и трансформаторные установки на железной дороге, вызывая их возгорание. Поражение обычной линейной молнией внутри здания невозможно, однако бытует мнение, что так называемая шаровая молния может проникать через щели и открытые окна. Обычный грозовой разряд опасен для телевизионных и радиоантенн, расположенных на крышах высотных зданий, а также для сетевого оборудования.

В организме пострадавших отмечаются такие же патологические изменения, как при поражении электротоком. Жертва теряет сознание , падает, могут отмечаться судороги , часто останавливается дыхание и сердцебиение . На теле обычно можно обнаружить «метки тока», места входа и выхода электричества. В случае смертельного исхода причиной прекращения основных жизненных функций является внезапная остановка дыхания и сердцебиения, от прямого действия молнии на дыхательный и сосудодвигательный центры продолговатого мозга. На коже часто остаются так называемые знаки молнии, древовидные светло-розовые или красные полосы, исчезающие при надавливании пальцами (сохраняются в течение 1 – 2 суток после смерти). Они – результат расширения капилляров в зоне контакта молнии с телом.

Молния проходит в стволе дерева по пути наименьшего электрического сопротивления , с выделением большого количества тепла, превращая воду в пар, который раскалывает ствол дерева или чаще отрывает от него участки коры, показывая путь молнии. В следующие сезоны деревья обычно восстанавливают повреждённые ткани и могут закрывать рану целиком, оставив только вертикальный шрам. Если ущерб является слишком серьёзным, ветер и вредители в конечном итоге убивают дерево. Деревья являются естественными громоотводами , и, как известно, обеспечивают защиту от удара молнии для близлежащих зданий. Посаженные возле здания, высокие деревья улавливают молнии, а высокая биомасса корневой системы помогает заземлять разряд молнии.

По этой причине нельзя прятаться от дождя под деревьями во время грозы, особенно под высокими или одиночными на открытой местности.

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

Молния и электроустановки

Разряды молний представляют большую опасность для электрического и электронного оборудования. При прямом попадании молнии в провода в линии возникает перенапряжение , вызывающее разрушение изоляции электрооборудования, а большие токи обуславливают термические повреждения проводников. Для защиты от грозовых перенапряжений электрические подстанции и распределительные сети оборудуются различными видами защитного оборудования таким как разрядниками , нелинейными ограничителями перенапряжения, длинноискровыми разрядниками. Для защиты от прямого попадания молнии используются молниеотводы и грозозащитные тросы. Для электронных устройств представляет опасность также и электромагнитный импульс , создаваемый молнией.

Молния и авиация

Атмосферное электричество вообще и молнии в частности представляют значительную угрозу для авиации. Попадание молнии в летательный аппарат вызывает растекание тока большой величины по его конструкционным элементам, что может вызвать их разрушение, пожар в топливных баках, отказы оборудования, гибель людей. Для снижения риска металлические элементы наружной обшивки летательных аппаратов тщательно электрически соединяются друг с другом, а неметаллические элементы металлизируются. Таким образом, обеспечивается низкое электрическое сопротивление корпуса. Для стекания тока молнии и другого атмосферного электричества с корпуса, летательные аппараты оборудуются разрядниками.

Ввиду того, что электрическая емкость самолёта, находящегося в воздухе невелика, разряд «облако-самолёт» обладает существенно меньшей энергией по сравнению с разрядом «облако-земля». Наиболее опасна молния для низколетящего самолёта или вертолёта, так как в этом случае летательный аппарат может сыграть роль проводника тока молнии из облака в землю. Известно, что самолёты на больших высотах сравнительно часто поражаются молнией и тем не менее, случаи катастроф по этой причине единичны. В то же время известно очень много случаев поражения самолётов молнией на взлете и посадке, а также на стоянке, которые закончились катастрофами или уничтожением летательного аппарата.

Молния и надводные корабли

Молния также представляет очень большую угрозу для надводных кораблей в виду того, что последние приподняты над поверхностью моря и имеют много острых элементов (мачты, антенны), являющихся концентраторами напряженности электрического поля. Во времена деревянных парусников, обладающих высоким удельным сопротивлением корпуса, удар молнии практически всегда заканчивался для корабля трагически: корабль сгорал или разрушался, от поражения электрическим током гибли люди. Клёпаные стальные суда также были уязвимы для молнии. Высокое удельное сопротивление заклёпочных швов вызывало значительное локальное тепловыделение, что приводило к возникновению электрической дуги, пожарам, разрушению заклёпок и появлению водотечности корпуса.

Сварной корпус современных судов обладает низким удельным сопротивлением и обеспечивает безопасное растекание тока молнии. Выступающие элементы надстройки современных судов надежно электрически соединяются с корпусом и также обеспечивают безопасное растекание тока молнии.

Деятельность человека, вызывающая молнию

При наземном ядерном взрыве за доли секунды до прихода границы огненной полусферы в нескольких сотнях метров (~400-700 м при сравнении со взрывом 10,4 Мт) от центра дошедшее гамма-излучение продуцирует электромагнитный импульс с напряжённостью на уровне ~100-1000 кВ/м, вызвающий разряды молний, бьющих от земли вверх перед приходом границы огненной полусферы.

См. также

Примечания

  1. Ермаков В.И., Стожков Ю.И. Физика грозовых облаков // Физический институт им. П.Н. Лебедева, РАН, М.2004 г. :37
  2. В возникновении молний обвинили космические лучи Lenta.Ru , 09.02.2009
  3. Красные Эльфы и Синие Джеты
  4. ELVES, a primer: Ionospheric Heating By the Electromagnetic Pulses from Lightning
  5. Fractal Models of Blue Jets, Blue Starters Show Similarity, Differences to Red Sprites
  6. V.P. Pasko, M.A. Stanley, J.D. Matthews, U.S. Inan, and T.G. Wood (March 14, 2002) “Electrical discharge from a thundercloud top to the lower ionosphere, ” Nature , vol. 416, pages 152-154.
  7. Появление НЛО объяснили спрайтами . lenta.ru (24.02.2009). Архивировано из первоисточника 23 августа 2011. Проверено 16 января 2010.
  8. John E. Oliver Encyclopedia of World Climatology . – National Oceanic and Atmospheric Administration, 2005. – ISBN 978-1-4020-3264-6
  9. . National Oceanic and Atmospheric Administration. Архивировано
  10. . NASA Science. Science News. (December 5, 2001). Архивировано из первоисточника 23 августа 2011. Проверено 15 апреля 2011.
  11. К. БОГДАНОВ «МОЛНИЯ: БОЛЬШЕ ВОПРОСОВ, ЧЕМ ОТВЕТОВ». «Наука и жизнь» № 2, 2007
  12. Живлюк Ю.Н., Мандельштам С.Л. О температуре молнии и силе грома // ЖЭТФ. 1961. Т. 40, вып. 2. С. 483-487.
  13. Н. А. Кун «Легенды и мифы Древней Греции» ООО «Издательство АСТ» 2005-538,с. ISBN 5-17-005305-3 Стр.35-36.

Сколько же в действительности бывает видов молний? Оказывается, их больше десяти видов, и наиболее интересные из них приводятся в этой статье. Естественно, здесь не только голые факты, но и реальные фотографии реальных же молний.

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

Л

инейная молния (туча-земля )

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

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

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


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

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



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

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




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




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



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




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

Вот фото и даже видео уникальных спрайтовых молний. Очень красиво.




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



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




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


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

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

* Средняя гроза путешествует со скоростью 40 км в час.

* Прямо сейчас в мире гремят 1800 гроз.

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

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

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

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

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


Что следует делать при приближении молнии?

В доме

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

На улице

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

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

Что такое молния

Молния – искровой электрический разряд в атмосфере.

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

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

Физическая природа молнии

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

Ступенчатый лидер

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


Обратная вспышка

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

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

Почему молния гремит?

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


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

Виды молний и факты о молниях

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

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

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


Приведем факты о молниях:

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

Шаровая молния

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

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

Электрические явления


Услуги специалиста

ГРОЗА

Всем знакома такая картина: в жаркий летний день, во второй половине дня, вдруг свинцом наливаются тучи, темнеет небо, неожиданно налетает шквалистый ветер, сверкает молния, гремит гром и вслед за первыми крупными каплями дождя начинается сильнейший ливень, иногда с градом. Конечно, это гроза — самое мощное и яркое проявление атмосферного электричества.

Грозы чаще возникают в горах и реже на равнинах. Подсчитано, что за секунду на земном шаре происходит 1800 гроз и сверкает 100 молний. Начинается гроза с образования большого кучево-дождевого облака, которое быстро увеличивается. Его ширина в нижней части и высота могут превышать 10 км. Нижняя часть такого облака обычно плоская, и верхняя, достигая стратосферы, тоже сплющивается, что придаёт облаку форму наковальни – прим. от geoglobus.ru. Электрические заряды одного знака, например положительные, накапливаются в одной его части, а отрицательные — в другой, так в облаке создаётся огромная разность электрических потенциалов, между которыми в определённый момент происходит разряд колоссальной мощности — молния.

Электрические заряды разного знака могут накапливаться в двух соседних облаках или между облаками и земной поверхностью. Молния чертит на небе извилистую ослепительную линию — канал молнии. Это происходит потому, что в атмосфере разряд находит путь наименьшего сопротивления, где плотность ионов максимальна. Температура в канале молнии 20 000—30 000 °С, а продолжительность молнии — десятые доли секунды. В воздушной среде вспышка молнии распространяется со скоростью света, поэтому мы видим её мгновенно. Воздух в канале молнии быстро нагревается, расширяется и производит взрывную волну — гром. Если молния и гром происходят почти одновременно, то гроза близко, а если молния на несколько секунд опережает гром, то гроза находится на отдалённом расстоянии – прим. от geoglobus.ru. Звуковая волна, многократно отражаясь от земли и облаков, воспринимается нами как громовые раскаты.

Когда гроза происходит так далеко, что грома не слышно, а облака на горизонте освещаются невидимыми молниями, мы наблюдаем зарницы.

ШАРОВАЯ МОЛНИЯ

Шаровая молния — загадочное явление в атмосфере. Ослепительный огненный шар диаметром в десятки сантиметров появляется внезапно после грозы и тихо плывёт над землёй в потоках воздуха. Шаровая молния бывает грушевидной и каплеобразной формы, но энергетически ей выгоднее существовать в форме шара.

Этот лёгкий, свободно блуждающий заряд может «сесть» на какую-нибудь поверхность и скользить по ней без затрат энергии. Многие наблюдатели отмечают, что шаровая молния стремится проникнуть в закрытые помещения, залетая туда через форточки и просачиваясь через щели. При этом она способна временно принять форму лепёшки или тонкой нити, а затем снова превращается в шар.

Сталкиваясь с каким-либо предметом, шаровая молния иногда взрывается – прим. от geoglobus.ru. Её природа до конца не изучена, возможно, она формируется из азота и кислорода в канале обычной молнии, а при охлаждении до обычной температуры взрывается.

При встрече с шаровой молнией надо стоять или сидеть неподвижно, а если она приблизится, то можно энергично подуть на неё, но лучше всего осторожно выйти из комнаты и не пытаться выгнать шаровую молнию веником или чем-нибудь другим — её поведение в этом случае непредсказуемо.

ОГНИ СВЯТОГО ЭЛЬМА

Если напряженность электрического поля в атмосфере велика, то помимо искровых разрядов — молний — иногда наблюдается истечение электричества с концов острых предметов. Это явление объясняется тем, что воздух вблизи выдающихся предметов становится проводником электричества и на их острых концах появляется свечение. Эти «тихие» разряды иногда сопровождаются слабым треском и называются огнями святого Эльма — покровителя моряков.

Особенно красиво, когда огни святого Эльма возникают на концах мачт и рей парусного судна. Для образования этих таинственных огней не нужны грозовые облака, их чаще можно увидеть в горах, а также во время пыльных бурь и метелей.


Услуги специалиста

Гром или молния — что раньше? | Природа | Общество

Как возникает молния?

Молния — это явление, в результате которого электрический ток протекает через воздух, говорит сотрудница Лаборатории нелинейной физики природных процессов Федерального исследовательского центра Института прикладной физики Российской академии наук (ИПФ РАН) Екатерина Свечникова. Молния образуется в облаках, где под действием ветра капли воды и льдинки наэлектризовываются. Таким образом, получается электрический заряд. Скопившиеся в одном месте электроны (с отрицательным зарядом) стремятся к частицам положительного заряда. Их движение и называется электрическим током, объясняет физик. При этом в атмосфере возникает столб или канал очень нагретого воздуха (температурой 20 000-30 000 °С, диаметром около 1 см) по которому как по проводу протекает ток. В нагретом воздухе молекулы двигаются и сталкиваются так часто, что начинают светиться как газ в неоновой лампе. В итоге человек видит «зигзаг» молнии.

Как возникает гром?

Горячий воздух в канале, возникший под действием электрического тока, быстро расходится во все стороны, образуя резкий порыв ветра. Похожий порыв ветра, только в уменьшенном размере, можно создать, просто хлопнув в ладоши. Когда ладони смыкаются, воздух быстро вытесняется и расходится во все стороны. Именно это резкое движение воздуха мы и воспринимаем как звук, т. е. гром. То есть человек сначала видит молнию, а потом слышит гром, резюмирует Свечникова.

Когда чаще всего случаются грозы? >>>

Почему человеку может показаться, что гром и молния происходят одновременно?

Возникновение молнии и грома происходит очень быстро. Человеку может даже показаться, что эти явления возникают одновременно. Однако звуку требуется время, примерно три секунды на каждый километр, чтобы быть услышанным, отмечает физик. Чем дальше человек находится от молнии, тем больше будет ощутима задержка между вспышкой молнии и звуком грома. Чтобы оценить примерное расстояние до молнии, можно посчитать секунды от вспышки до грома и поделить на три: полученное число — расстояние в километрах. Если гром слышен меньше чем через 6-10 секунд, значит, молния ударила очень близко. В таких случаях человеку нужно быть особенно осторожным, отмечает ученый. Находясь на открытой местности, следует отойти от высоких предметов, в которые могут попасть следующие разряды.

Как часто и где возникают молнии?

Каждую секунду происходит около 40-50 молниевых вспышек, причем только четверть всех молний касаются Земли, остальные бьют внутри облака, рассказывает Свечникова. В некоторых местах на один квадратный километр приходится более 200 молний в год (например, озеро Кататумбо в Венесуэле), в других местах молнии гораздо более редки. В среднем по планете молнии наиболее часто происходят в низких широтах, преимущественно в прибрежной зоне, между сушей и океаном. Молниевой активности благоприятствуют восходящие потоки воздуха в облаках, так как при этом быстрее разделяются электрические заряды.

Какая молния была самой продолжительной в истории?

Самая продолжительная молния, по словам физика, наблюдалась в течение 7,74 секунды и была зафиксирована в Альпах над Южной Францией в 2012 году. Обычно молния длится гораздо меньше: десятые доли секунды. За это время электрический разряд успевает пройти по каналу несколько раз, уточнила Свечникова.

Можно ли создать молнию в лабораторных условиях?

Сегодня ведётся активное изучение молний и связанных с ними процессов как теоретическими методами, так и путём создания искусственных молний в лабораторных условиях, говорит ученый. Так, короткий электрический разряд можно получить в комнатной установке «Спрайт», которая была создана сотрудниками ИПФ РАН для моделирования молний в верхних слоях атмосферы Земли. Более длинная искусственная молния под открытым небом получается на экспериментальной установке Высоковольтного научно-исследовательского центра Всероссийского электротехнического института вблизи Истры. Обе установки уникальны и позволяют исследовать фундаментальные аспекты физики молний, а также решать прикладные задачи, например, защищать самолеты от последствий попадания молнии.

Как знания о молниях могут помочь авиации?

Современный авиалайнер встречается с молнией в среднем каждые 2-3 тысячи часов полёта. Исследование молниевых разрядов и их моделирование в лабораторных условиях позволяет лучше понимать закономерности развития молнии, поясняет физик. Эти данные помогают проектировать молниезащиту наземных объектов и летательных аппаратов. При современном уровне развития науки и техники удар молнии в лайнер не представляет большой опасности, отмечает эксперт. Кроме того, ведутся исследование связанного с молнией рентгеновского излучения, которое может влиять на окружающие объекты. Сотрудниками Лаборатории электромагнитного окружения Земли ИПФ РАН разработана система краткосрочного прогноза молниевой активности и других погодных явлений. На сайте можно увидеть, например, в каких местах европейской части России наиболее вероятно появление молний в ближайшие часы.

Молния – Гало

”физическое явление”

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

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

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

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


Формы молний

Линейная молния

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

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

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

Это наиболее часто встречающаяся форма молнии.

Плоская молния

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

Ленточная молния

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

Четочная молния

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

Ракетообразная молния

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

Шаровая молния

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

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

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

Шторовая молния

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

Объёмная молния

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

Полосовая молния

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

Эльфы, джеты и спрайты

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

Джеты представляют собой трубки-конусы синего цвета.

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

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


фото спрайтов с сайта http://www.spaceweather.com


Другие явления

Сполохи

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

Зарницы

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

Вулканическая молния

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

Молнии Кататумбо

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

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

как, почему и откуда появляются молнии Почему возникает гром и молния

Молния представляет собой мощнейший разряд электрической энергии. Природа его возникновения заключается в сильной электризации туч либо земной поверхности. По этой причине разряды происходят в самих облаках или между двумя соседними, или между облаком или землей. Большинство людей грозы боится. Явление действительно страшное. Мрачного вида тучи укрывают солнце, громыхает гром, сверкает молния, идет сильный ливень. Но откуда берется молния, как объяснить ребенку, что происходит наверху?

Откуда берется гром и молния объяснение для детей

Гремит гром и появляются молнии. Процесс возникновения молнии разделяют на первый удар и все последующие. Причина в том, что первичный удар создает путь для электороразряда. В нижней части тучи накапливается отрицательный разряд.

А положительным зарядом обладает земная поверхность. По этой причине электроны, расположенные в туче, притягиваются к земле и устремляются вниз. Как только первые электроны достигают поверхности земли, создается свободный для пропуска электрических разрядов канал, по которому оставшиеся электроны устремляются вниз. Электроны возле земли первыми уходят из канала. На их место спешат попасть другие. Создается условие, при котором весь отрицательный разряд энергии выходит из тучи, создавая мощный поток электричества, направленный в землю. Вот в такой момент и возможна вспышка молнии, сопровождающаяся раскатом грома.

Откуда берется шаровая молния

Молнии называют шаровыми? Такая молния считается особым видом, представляет собой плывущий по воздуху светящийся шар. Размер ее от десяти до двадцати сантиметров, цвет голубой, оранжевый или белый. Температура такого шара настолько велика, что при неожиданном разрыве окружающая его жидкость испаряется, а металлические или стеклянные предметы плавятся.

Существовать такой шарик способен длительное время. При перемещении он может неожиданно сменить свое направление, зависнуть в воздухе на несколько секунд, резко отклониться в одну из сторон.


Образуется шаровая молния чаще всего во время грозы, но бывают случаи, когда ее видят в солнечную погоду. Ее появление происходит в одном экземпляре, неожиданно. Шар способен спуститься с туч, появиться в воздухе из-за столба или дерева довольно неожиданно. Она способна проникнуть в замкнутое пространство через розетку, телевизор.

Откуда гроза и молния

Стихии, чтобы проявить свою силу, необходимы определенные обстоятельства. Наэлектризованные облака создают молнию. Но чтобы пробить атмосферный слой, не в каждом облаке содержится достаточная для этого мощность. Грозовым будет считаться то 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, – опускается. При движении частиц они электризуются. В различных частях облака накапливается неодинаковый потенциал. При достижении критического значения происходит вспышка, которую сопровождают раскаты грома.

Опасные молнии

Обычно за первым ударом следует второй. Связано это стем, что электроны на первой вспышке ионизируют воздух, создавая возможность второму прохождению электронов. Поэтому последующие вспышки происходят почти без пауз, ударяя в одно и то же место. Появляющаяся из тучи молния способна причинить существенный вред своим электрическим разрядом для человека. Даже если ее удар придется рядом, последствия негативно скажутся на здоровье.

При грозе необходимо быть на суше, как можно ближе к поверхности земли. Желательно при этом не пользоваться мобильными устройствами.

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!

Линейная молния обычно сопровождается сильным раскатистым звуком, который называется громом. Гром возникает по следующей причине. Мы видели, что ток в канале молнии образуется в течение очень короткого промежутка времени. При этом в канале воздух очень быстро и сильно нагревается, а от нагревания он расши­ряется. Расширение протекает так быстро, что оно напо­минает взрыв. Этот взрыв даёт сотрясение воздуха, которое сопровождается сильными звуками. После вне­запного прекращения тока температура в канале молнии быстро падает, так как тепло уходит в атмосферу. Канал быстро охлаждается, и воздух в нём поэтому резко сжи­мается. Это также вызывает сотрясение воздуха, которое снова образует звук. Понятно, что многократные разряды молнии могут вызвать продолжительный грохот и шум. В свою очередь, звук отражается от туч, земли, домов и других предметов и, создавая многократные эхо, удли­няет гром. Поэтому и происходят раскаты грома.

Как всякий звук, гром распространяется в воздухе с сравнительно небольшой скоростью – приблизительно 330 метров в секунду. Эта скорость лишь в полтора раза больше скорости современного самолёта. Если наблюда­тель видит сначала молнию и только через некоторое время слышит гром, то он может определить расстояние, которое отделяет его от молнии. Пусть, например, между молнией и громом прошло 5 секунд. Так как за каждую секунду звук пробегает 330 метров, то за пять секунд гром прошёл расстояние в пять раз большее, а именно 1650 метров. Значит, молния ударила меньше чем в двух километрах от наблюдателя.

В тихую погоду гром доносится через 70-90 секунд, проходя 25-30 километров. Грозы, которые проходят от наблюдателя на расстоянии меньшем, чем три километра, считаются близкими, а грозы, проходящие на большем расстоянии – дальними.

Кроме линейной, бывают, правда гораздо реже, молнии других видов. Из них мы рассмотрим одну, наиболее ин­тересную – шаровую молнию.

Иногда наблюдаются грозовые разряды, представляю­щие собой огненные шары. Как образуются шаровые мол­нии- пока ещё не изучено, но имеющиеся наблюдения над этим интересным видом грозового разряда позво­ляют сделать некоторые выводы. Приведём здесь одно из наиболее интересных описаний шаровой молнии.

Вот что сообщает знаменитый французский учёный Фламмарион: «7-го июня 1886 года в половине восьмого вечера, во время грозы, разразившейся над французским городом Грей, небо вдруг осветилось широкой красной молнией, и при страшном треске с неба упал огненный шар, поперечником, повидимому, в 30-40 сантиметров. Рассыпая искры, он ударился о конец конька крыши, отбил от её главной балки кусок более чем в полметра длиной, расщепил его на мелкие кусочки, засыпал чердак обломками и обрушил штукатурку с потолка верхнего этажа. Затем этот шар перескочил на крышу подъезда, пробил в ней дыру, упал на улицу и, прокатившись по ней на некоторое расстояние, постепенно исчез. Пожара шар

Не произвёл и никому не по­вредил, несмотря на то, что на улице было много народа».

На рис. 13 изображена ша­ровая молния, заснятая фото­графическим аппаратом, а на рис. 14 изображена картина художника, нарисовавшего ша­ровую молнию, которая упала во двор.

Чаще всего шаровая мол­ния имеет форму арбуза или груши. Длится она сравнитель­но долго – от небольшой доли Рис. 13. Шаровая молния. секунды до нескольких минут.

Наиболее обычное время дли­тельности шаровой молнии – от 3 до 5 секунд. Шаровая молния чаще всего появляется в конце грозы в виде крас­ных светящихся шаров поперечником от 10 до 20 санти­метров. В более редких случаях она имеет и большие раз – 22

Меры. Была, например, сфотографирована молния попереч­ником около 10 метров.

Шар может быть иногда ослепительно белым и иметь очень резкий контур. Обычно шаровая молния издаёт свистящий, жужжащий или шипящий звук.

Шаровая молния может исчезать тихо, но может из­давать при этом слабый треск или даже оглушающий

Взрыв. Исчезая, она часто оставляет остро пахнущую дымку. Вблизи земли или в закрытых помещениях шаро­вая молния движется со скоростью бегущего человека – приблизительно два метра в секунду. Она может оста­ваться в покое в течение некоторого времени, и такой «осевший» шар шипит и выбрасывает искры до тех пор, пока не исчезнет. Иногда кажется, что шаровую молнию гонит ветер, но обычно её движение от ветра не зависит.

Шаровые молнии притягиваются к закрытым помеще­ниям, в которые они проникают через открытые окна или двери, а иногда даже через небольшие щели. Трубы представляют для них хороший путь; поэтому шаровые молнии часто появляются из печей в кухнях. Покружив­шись по комнате, шаровая молния оставляет помещение, уходя часто по тому самому пути, по которому она вошла.

Иногда молния два-три раза поднимается и опускает­ся на расстояния от нескольких сантиметров до несколь­

Ких метров. Одновременно с этими подъёмами и спусками огненный шар передвигается иногда и в горизонтальном направлении, и тогда кажется, что шаровая молния де­лает скачки.

Часто шаровые молнии «оседают» на проводниках, предпочитая наиболее высокие точки, или катятся вдоль проводников, например – по водосточным трубам. Дви­гаясь по телам людей, иногда под одеждами, шаровые молнии вызывают сильные ожоги и даже смерть. Име­ются многие описания случаев смертельного пораже­ния людей и животных шаровой молнией. Шаровые молнии могут причинить очень сильные разрушения зданий.

Законченного научного объяснения шаровой молнии ещё нет. Учёные упорно изучали шаровую молнию, од­нако до сих пор все разнообразные её проявления объ­яснить не удалось. В этой области предстоит ещё боль­шая научная работа. Конечно, ничего таинственного, «сверхъестественного» и в шаровой молнии нет. Это – электрический разряд, происхождение которого такое же. как и у линейной молнии. Несомненно, в недалёком бу­дущем учёные смогут объяснить все подробности шаро­вой молнии так же хорошо, как они сумели объяснить все подробности линейной молнии,

Молния – это мощный электрический разряд. Он возникает при сильной электризации туч или земли. Поэтому разряды молнии могут происходить или внутри облака, или между соседними наэлектризованными облаками, или между наэлектризованным облаком и землей. Разряду молнии предшествует возникновение разности электрических потенциалов между соседними облаками или между облаком и землей.

Электризация, то есть образование сил притяжения электрической природы, всем хорошо знакома из повседневного опыта.


Если расчесать чистые сухие волосы пластмассовой расческой, они начинают притягиваться к ней, или даже искрят. После этого расческа может притягивать и другие мелкие предметы, например, мелкие бумажки. Это явление называется электризация трением .

Что вызывает электризацию облаков? Ведь они не трутся друг о друга, как это происходит при образовании электростатического заряда на волосах и на расческе.

Грозовое облако – это огромное количество пара, часть которого сконденсирована в виде мельчайших капелек или льдинок. Верх грозового облака может находиться на высоте 6-7 км, а низ нависать над землей на высоте 0,5-1 км. Выше 3-4 км облака состоят из льдинок разного размера, так как температура там всегда ниже нуля. Эти льдинки находятся в постоянном движении, вызванном восходящими потоками теплого воздуха от нагретой поверхности земли. Мелкие льдинки легче, чем крупные, увлекаются восходящими потоками воздуха. Поэтому “шустрые” мелкие льдинки, двигаясь в верхнюю часть облака, все время сталкиваются с крупными. Каждое такое столкновение приводит к электризации. При этом крупные льдинки заряжаются отрицательно, а мелкие – положительно. Со временем положительно заряженные мелкие льдинки оказываются в верхней части облака, а отрицательно заряженные крупные – внизу. Другими словами, верх грозовой тучи заряжен положительно, а низ – отрицательно.

Электрическое поле тучи имеет огромную напряженность – около миллиона В/м. Когда большие противоположно заряженные области подходят достаточно близко друг к другу, некоторые электроны и ионы, пробегая между ними, создают светящийся плазменный канал, по которому за ними устремляются остальные заряженные частицы. Так происходит молниевый разряд.

Во время этого разряда выделяется огромная энергия – до миллиарда Дж. Температура канала достигает 10 000 К, что и рождает яркий свет, который мы наблюдаем при разряде молнии. Облака постоянно разряжаются по этим каналам, и мы видим внешние проявления данных атмосферных явлений в виде молний.

Раскаленная среда взрывообразно расширяется и вызывает ударную волну, воспринимаемую как гром.

Мы и сами можем смоделировать молнию, пусть миниатюрную. Опыт следует производить в темном помещении, иначе ничего не будет видно. Нам потребуется два продолговатых воздушных шарика. Надуем их и завяжем. Затем, следя, чтобы они не соприкасались, одновременно натрем их шерстяной тряпочкой. Воздух, наполняющий их, электризуется. Если шарики сблизить, оставив между ними минимальный зазор, то от одного к другому через тонкий слой воздуха начнут проскакивать искры, создавая световые вспышки. Одновременно мы услышим слабое потрескивание – миниатюрную копию грома при грозе.


Каждый, кто видел молнию, заметил, что это не ярко светящаяся прямая, а ломаная линия. Поэтому процесс образования проводящего канала для разряда молнии называют ее “ступенчатым лидером”. Каждая из таких “ступенек” – это место, где разогнавшиеся до околосветовых скоростей электроны остановились из-за столкновений с молекулами воздуха и изменили направление движения.

Таким образом, молния – это пробой конденсатора, у которого диэлектриком является воздух, а обкладками – облака и земля. Емкость такого конденсатора невелика – примерно 0,15 мкФ, но запас энергии огромен, так как напряжение достигает миллиарда вольт.

Одна молния состоит обычно из нескольких разрядов, каждый из которых длится всего несколько десятков миллионных долей секунды.

Наиболее часто молния возникает в кучево-дождевых облаках. Молния бывает также при вулканических извержениях, торнадо и пылевых бурях.

Существует несколько видов молний по форме и по направлению разряда. Разряды могут происходить:

  • между грозовым облаком и землей,
  • между двумя облаками,
  • внутри облака,
  • уходить из облака в чистое небо.

Сами процессы, происходящие во время грозы, изучены достаточно хорошо. Гром – звуковое сопровождение мощной ударной волны, появляющейся в результате гигантского электрического разряда.

Как возникает молния?

Из-за трения между мельчайшими льдинками и каплями водяного пара в атмосфере возникает статическое электричество. Воздух ток не проводит, то есть является диэлектриком. При накоплении электрического заряда в определенный момент напряженность поля превышает критическое значение, происходит разрушение молекулярных связей. При этом воздух, водяной пар теряет электроизоляционные свойства. Это явление называется пробоем диэлектрика. Оно может происходить внутри облака, между двумя соседними грозовыми тучами или облаком и землей.

В результате пробоя образуется канал с высокой электропроводностью, заполняемый гигантским искровым разрядом – это и есть молния. При этом процессе выделяется огромное количество энергии. Длина вспышки может достигать 300 км и более. Воздух, находящийся на пути молнии, очень быстро нагревается до 25 000 – 30 000°С. Для сравнения: температура поверхности Солнца 5726 °С.


Почему возникает гром?

Нагретый молнией воздух расширяется. Происходит мощный взрыв. Он порождает ударную волну, сопровождающуюся очень громким звуком, не единичным, а с раскатами. Это и есть гром. Чем больше изломов имеет молния, тем больше раскатов грома , т.к. на каждом повороте происходит новый взрыв. Плюс звук отражается от соседних облаков. Его максимальная громкость – 120 дБ. Молния линейная и жемчужная не может не сопровождаться грохотом. Просто иногда гроза так далеко от места, с которого видно вспышку, что звук не успевает до него дойти.

Интересный факт : в древних языческих религиях всегда был бог-громовержец. Грохот во время грозы считался одним из проявлений его гнева. Сейчас очевидно, что этот звук нужно воспринимать лишь как предупреждение о приближающейся опасности. При его появлении нужно просто прикинуть расстояние до грозы и степень риска для людей, находящихся на улице.

Как определить расстояние до молнии по звуку грома?

Между молнией и раскатами грома всегда проходит какое-то время. Это происходит из-за того, что скорость света в миллион раз больше скорости звука. Поэтому сначала видно вспышку и только спустя несколько секунд слышен грохот. Если засечь это время, то можно примерно рассчитать расстояние до грозы.

Явление молнии | Корпорация Lightning Master

По мере нарастания грозы различные механизмы производят стратифицированный заряд в грозовом облаке с определенным зарядом у основания грозового облака. Помните, как в детстве играли с магнитами? Подобные заряды отталкиваются, а противоположные – притягиваются. Этот заряд на основании грозового облака вызывает тень противоположного заряда на поверхности земли под ним.

По мере нарастания грозового облака разность потенциалов между зарядом основания облака и зарядом земли увеличивается, при этом основной заряд облака пытается оторвать заряд земли от поверхности земли.

Когда заряженное грозовое облако движется по земле, оно увлекает наземный заряд под собой. Когда заряд заземления достигает конструкции, основной заряд облака втягивает его в конструкцию. Если перед тем, как уйти, заряду на основе грозового облака удается сконцентрировать на конструкции достаточный потенциал заряда земли, чтобы преодолеть диэлектрик промежуточного воздуха, возникает дуга (удар молнии).

Удар молнии начинается с образования ступенчатых лидеров, ответвляющихся вниз от облачного заряда.Эти ступенчатые лидеры распространяются прыжками примерно на сто пятьдесят футов, продвигаясь вниз к наземной атаке. Ступенчатые лидеры – это веточки, похожие на усики, видимые на фотографии удара молнии. Мы видим удар молнии в двух измерениях, но он тоже имеет глубину, так что есть целое поле ступенчатых лидеров.

Когда ступенчатые лидеры достигают расстояния в пределах пятисот футов или около того от земли, притяжение становится настолько сильным, что объекты и конструкции на земле начинают электрически разрушаться и реагировать, стреляя полосами наземного заряда вверх в сторону ступенчатых лидеров.Какой бы стример первым достиг ступенчатого лидера, «побеждает» в соревновании и завершает ионизированный канал, который становится ударом молнии. Иногда два или более будут встречаться одновременно, и возникнет разветвленная или разветвленная молния. Остальные стримеры и ступенчатые лидеры просто никогда не созреют и не исчезнут.

После прохождения ионного пути возникает разряд молнии. Хотя удар может показаться одиночной вспышкой, на самом деле это серия вспышек. Разряд молнии происходит примерно в течение одной тысячной секунды, отключается примерно на две сотых секунды, включается на одну тысячную, выключается на пару сотых, процесс повторяется несколько раз.Когда разность потенциалов между зарядом облака и зарядом земли становится недостаточной для продолжения разряда, событие заканчивается.

Этот процесс описывает отрицательную молнию между облаками и землей, которая составляет подавляющее большинство ударов. Для целей этого обсуждения неважно, является ли основной заряд облака положительным или отрицательным. Он может быть разным, и весь процесс может происходить в обратном направлении.

Что вызывает гром и молнию? Наука, стоящая за погодным явлением, объяснила – и как оставаться в безопасности, если вы попали в шторм

Гром и молния случаются только при определенных обстоятельствах (Фото: Shutterstock)

Большая часть Англии получила предупреждение о погоде желтого цвета. Метеорологическое бюро – но что именно вызывает явление грома и молнии?

Так возникают гром и молния – и что делать, если вы попали в шторм.

Подпишитесь на нашу ежедневную рассылку новостей

Информационный бюллетень i рассекает шум

Метеорологическое бюро объясняет, что «грозы возникают, когда атмосфера нестабильна», и это происходит, когда «теплый воздух находится под гораздо более холодным воздухом».

По мере того, как теплый воздух поднимается, он охлаждается и конденсируется, образуя влагу, а затем и облако.

Если условия подходящие, облако превратится в кучево-дождевое облако – тип, необходимый для возникновения грома и молнии.

Внутри кучево-дождевого облака есть восходящие и нисходящие потоки воздуха.

Восходящие потоки уносят влагу и капли воды так высоко, что они замерзают и превращаются в кристаллы льда. Когда они становятся слишком тяжелыми, чтобы их поддерживать восходящие потоки, они падают как град.

Во время этого процесса частицы льда сталкиваются друг с другом и выделяют положительные и отрицательные электрические заряды.

Более легкие положительно заряженные кристаллы льда поднимаются вверх к облаку, тогда как более тяжелые отрицательно заряженные кристаллы льда опускаются на дно.

Что вызывает гром и молнию?

Отрицательно заряженные кристаллы льда притягиваются к положительному заряду, а также к зарядам в ближайших облаках и положительным зарядам на земле.

Когда это притяжение достаточно сильно, заряды соединяются и разряжаются, создавая вспышки молний.

«Молния – это большая электрическая искра, вызванная перемещением отрицательных зарядов из одного места в другое», – поясняет Weather Channel.

Гром возникает из-за быстрого расширения и нагрева воздуха, вызванного молнией.

Как оставаться в безопасности во время грозы

В отношении гроз существует множество мифов и заблуждений, которые могут привести к травмам людей, например, идея о том, что молния никогда не ударяет в одно и то же место дважды или что она всегда поражает самый высокий объект .

«И то и другое неверно, поскольку молния поражает лучший проводник на земле, независимо от того, был ли он поражен ранее или нет», – заявляет Метеорологическое бюро.

Чтобы обезопасить себя, вы можете предпринять различные меры до, во время и после грозы.

– Поскольку молния может вызвать скачки напряжения, вам следует отключить все второстепенные устройства, если вы еще не используете сетевой фильтр.

– По возможности ищите убежище – метеорологическое бюро говорит, что если вы слышите гром, значит, вы ‘ Вы уже находитесь в пределах досягаемости того места, где может произойти следующая наземная вспышка

– Избегайте использования стационарного телефона, за исключением чрезвычайной ситуации, поскольку телефонные линии могут проводить электричество

– Если вы находитесь на улице, избегайте воды и найдите низкое открытое место это безопасное расстояние от деревьев, столбов или металлических предметов

– Помните о металлических предметах, которые могут проводить или привлекать молнии, например, клюшки для гольфа, удочки, зонтики, велосипеды и проволочные ограждения

– Если вы застряли в незащищенном месте Метеорологическая служба рекомендует «сесть на корточки близко к земле, положив руки на колени и [вашу] голову между ними» и «стараться как можно меньше касаться земли своим телом», чтобы не ложись

– Если вы чувствуете, что ваши волосы встают дыбом, немедленно опустите в описанное выше положение.

После грозы избегайте обрыва линий электропередач или обрыва кабелей.

(PDF) Молния, электрическое явление в природе

Молния, электрическое явление в природе.

История

Исторически, изучение молний можно проследить со времен Бенджамина Франклина (1706 –

1790). Франклин пришел к выводу, что облака электрически заряжены. В эксперименте, где

он стоял на электрическом стенде и держал железный стержень, чтобы получить электрический разряд между

другой рукой и землей, и пришел к выводу, что если бы облака были электрически заряжены, то между железом прыгало бы

искр. стержень и заземленный провод.Этому эксперименту способствовал

, выполненный Томасом Франсуа Далибаром (1709 – 1799) в мае 1752 года, где было обнаружено

искр, выскакивающих из железного стержня во время грозы. G.W. Рихманн (1711 – 1753)

погиб от удара молнии, когда доказал, что грозовые облака обладают электрическим зарядом.

По словам Лукаша Сташевского из Технологического университета, Польша, Бенджамин

Франклин попытался проверить теорию искр, имеющих некоторое сходство с молнией, используя

шпиль, который возводился в Филадельфии.В ожидании завершения строительства шпиля ему

пришла в голову идея использовать летающий объект, например, воздушный змей. В июне 1752 года сообщалось, что он поднял воздушного змея

. Ключ был прикреплен к его концу веревки, и он привязал его к столбу шелковой нитью. По прошествии времени

, свободные волокна на струне растягивались, затем он поднес руку к ключу

, и в промежутке проскочила искра. Дождь пропитал линию и сделал ее проводящей.

Хотя этот эксперимент показал, что молния была разрядом статического электричества,

мало улучшил теоретическое понимание за более чем 150 лет.

Определение

По определению, молния – это напряжение между облаками и Землей, которое становится настолько высоким, что паразитные электроны в воздухе ускоряются до кинетической энергии, достаточной для того, чтобы выбить

электронов из атомов воздуха ( Дуглас К. Джанколи, 2005). Согласно Мартину А. Уману

(1984), молнию можно определить как кратковременный сильноточный электрический разряд, длина пути которого

обычно измеряется в километрах.Это также может быть определено как электрический разряд в

форме искры в облаке заряженного.

Процесс формирования молнии

Молнию можно сформировать в четырех типах процессов: разделение заряда,

формирование лидера, разряд и повторный удар. Процесс разделения зарядов все еще является предметом

исследований с одной гипотезой, механизм поляризации, который состоит из двух компонентов.

Во-первых, падающие капли дождя становятся электрически поляризованными, когда они падают через естественное электрическое поле атмосферы

.Во-вторых, сталкивающиеся частицы льда заряжаются электростатической индукцией

. Кроме того, есть несколько других гипотез для этого процесса, например,

разделение зарядов запускается ионизацией молекулы воздуха входящими космическими лучами.

Таинственная перевернутая молния, в конце концов, не может быть необычным явлением

Из всех погодных явлений, которые бросает в нас наша великолепная планета, молния – одно из самых зрелищных и самых загадочных.Несмотря на то, что штормы случаются регулярно, мы все еще изо всех сил пытаемся понять и описать их потрескивающие электрические разряды, генерируемые в небе.

Один вид молнии настолько странен и редок, что у нас даже не было конкретных доказательств того, что он существовал до 1990 года, когда исследователи определили его характерное «ракетное» движение на видео, снятом с космического челнока НАСА. год.

Позднее получившие название «синие струи», эти полосы теперь распознаются как яркие вспышки света, длящиеся всего несколько сотен миллисекунд, как молния, устремляющаяся вверх из облаков в стратосферу.

Голубой джет сфотографирован на Гавайях. (Обсерватория Близнецов / AURA / Wikimedia Commons)

Мы не можем легко увидеть это явление под завесой облаков – но это не значит, что ученые не могут наблюдать его сверху. Около 400 километров (250 миль) над планетой вращается вокруг Международной космической станции, и в течение некоторого времени приборы на борту наблюдали за этими таинственными вспышками перевернутой молнии.

Теперь, после установки в 2018 году обсерватория Европейской космической станции, оснащенная оптическими датчиками, фотометрами и детекторами гамма- и рентгеновского излучения, зафиксировала пять синих вспышек с вершины грозового облака, одна из которых оканчивалась синим струя летит высоко в стратосферу.

Эти редкие проблески дают ценную информацию о возникновении таинственных разрядов, по мнению группы исследователей во главе с физиком Торстеном Нойбертом из Технического университета Дании.

Считается, что синие струи образуются, когда положительно заряженная верхняя часть облака встречает слой отрицательного заряда на границе облака и слой воздуха над ним. Считается, что это вызывает электрический пробой, который формирует лидера – невидимый проводящий канал ионизированного воздуха, по которому распространяется молния.

Однако наше понимание лидера синего реактивного самолета довольно ограничено. Вот где данные, проанализированные Нойбертом и его командой, заполняют пробелы.

26 февраля 2019 года обсерватория монитора атмосферно-космических взаимодействий (ASIM) зафиксировала пять синих вспышек продолжительностью около 10 микросекунд каждая в верхней части грозового облака недалеко от острова Науру в Тихом океане.

Одна из этих вспышек произвела голубую струю, достигающую стратопаузы – границы раздела стратосферы и ионосферы на высоте примерно от 50 до 55 километров (примерно от 30 до 34 миль).

Кроме того, обсерватория зарегистрировала атмосферные явления, названные ELVES (сокращение от «Эмиссия света и очень низкочастотные возмущения, вызванные источниками электромагнитных импульсов»). Это расширяющиеся кольца оптического и ультрафиолетового излучения в ионосфере, которые появляются над грозовыми облаками и длятся около миллисекунды, как показано на анимации ниже.

Считается, что они генерируются электромагнитным импульсом в нижней части ионосферы, вызванным разрядом молнии.

Красный свет лидера, однако, был слабым и очень ограниченным. Это, по словам исследовательской группы, предполагает, что сам лидер очень короткий и локализованный, по сравнению с полностью развитыми лидерами молний между землей и облаками.

Это также предполагает, что вспышки и сама синяя струя представляют собой тип разрядных стримеров: разветвленные, извивающиеся искры, вылетающие из источников высокого напряжения, таких как катушки Тесла, в результате цепной реакции ионизирующих частиц воздуха.

«Мы предполагаем, что ультрафиолетовые импульсы – это эльфы, которые генерируются токами стримерных вспышек, а не токами молний», – пишут исследователи в своей статье.

Вспышки, по их мнению, похожи на узкие биполярные события. Это мощные радиочастотные разряды, возникающие внутри облаков во время грозы, которые, как известно, вызывают молнии внутри облака. По словам команды, синие вспышки в верхней части облаков, вероятно, являются оптическим эквивалентом этого явления и могут перерасти в синие струи.

Поскольку узкие биполярные явления довольно распространены, это может означать, что синие вспышки также встречаются чаще, чем мы думали. Зная больше о том, насколько они распространены, мы могли бы лучше понять штормы и молнии, не говоря уже о нашей атмосфере и всех сложных взаимодействиях в ней.

Исследование команды опубликовано в журнале Nature .

Знаете ли вы, что грозы содержат «темные молнии»?

Он способен производить в миллион раз больше энергии и излучения, чем молния, которую вы можете увидеть.

Все слышали и были свидетелями молнии – мощного и естественного электрического разряда между облаками или между облаком и землей, который обычно воспринимается как яркая вспышка. Но слышали ли вы когда-нибудь о темных молниях?

В течение многих лет ученые пытались выяснить, как грозы могут вызывать всплески интенсивных земных гамма-вспышек (TGF), поскольку они были случайно обнаружены в начале 1990-х годов при попытке измерить гамма-лучи от далеких сверхновых и черных дыр.Долгое время они думали, что взрывы исходят очень высоко в атмосфере.

«Логично было думать, что если мы можем видеть их из космоса, они должны исходить из верхних слоев атмосферы», – объясняет физик и эксперт по молнии Джозеф Дуайер из Технологического института Флориды. «Теперь мы знаем, что они приходят из глубины. – в атмосфере, из-за садовых гроз », – пояснил он.

Оказывается, TGF образуются при всех типах гроз, независимо от того, насколько они велики или малы, и случаются они примерно один раз на каждую тысячу вспышек обычной молнии.Это явление называется темной молнией, потому что оно бесшумное и невидимое.

В грозовом облаке молния возникает между двумя противоположно заряженными слоями (положительный вверху, отрицательный в центре). Однако по мере того, как буря набирает силу, сильное электрическое поле превращает облако в гигантский ускоритель плавающих частиц. Это означает, что электроны ускоряются почти до скорости света, а затем врезаются в молекулы воздуха, производя еще более быстро движущиеся электроны – своего рода лавинный эффект.

СМОТРИ ТАКЖЕ: 8 самых необычных погодных явлений на Земле

На релятивистских скоростях (близких к скорости света) электроны испускают тормозное гамма-излучение, при этом некоторые из них распадаются на электрон и позитрон. Эти новообразованные электроны присоединяются к остальным быстро движущимся электронам, в то время как позитроны устремляются к отрицательному центру облака, образуя еще больше электронов. «Вы создаете эту петлю обратной связи: позитроны создают электроны, электроны создают позитроны», – объяснил Дуайер.«Так что вы получите лавину лавины».

TGF – это чрезвычайно яркие импульсы гамма-излучения, производящие 1017 электронов за десятые доли миллисекунды, которые исходят из атмосферы Земли. Хотя они служат недолго, они способны не только временно ослеплять спутниковое оборудование, расположенное за сотни километров, но также могут доставлять дозу излучения, равную компьютерной томографии всего тела, ближайшим пассажирам самолета.

Двайер и его команда использовали модель для расчета дозы облучения, которую получит человек на борту самолета во время шторма.Вблизи вершины шторма доза равна 10 рентгеновским снимкам грудной клетки – такую ​​же дозу, которую мы получаем от источников естественного фона каждый год. Однако вблизи центра шторма доза примерно в десять раз больше, что сравнимо с компьютерной томографией всего тела – самой большой дозой, когда-либо полученной во время медицинских процедур.

«В редких случаях … возможно, что сотни людей, не зная об этом, могут одновременно получать значительную дозу радиации от темной молнии», – сказал Дуайер. «Вы должны оказаться внутри грозы [чтобы подвергнуться риску], и не только внутри, но и в худшей части грозы в самое неподходящее время.Это означает, что нам не нужно слишком беспокоиться о темных молниях, поскольку пилоты обучены избегать гроз.

Однако существуют конкурирующие теории о том, что производит TGF, так что это определенно не последнее, что мы услышим об этом загадочном явлении.

Вам также может понравиться: Что произойдет, если в ваш самолет ударит молния?

Необычное явление в облаках вызывает вспышку молнии – ScienceDaily

В ходе первого в своем роде наблюдения исследователи из Центра космических исследований Университета Нью-Гэмпшира задокументировали уникальное событие, которое происходит в облаках перед вспышкой молнии.Их наблюдение, названное «быстрым отрицательным пробоем», документирует новый возможный способ образования молнии и противоречит нынешним научным представлениям о том, как воздух переносит электричество во время гроз.

«Это первый случай, когда наблюдался быстрый отрицательный пробой, поэтому это очень интересно», – сказал Нингю Лю, профессор физики. «Несмотря на более чем 250-летние исследования, то, как возникают молнии, все еще остается загадкой. Процесс был совершенно неожиданным и дает нам больше информации о том, как возникают и распространяются молнии.«

Их открытие, опубликованное в журнале Nature Communications , является еще одним шагом к ответу на вопрос о том, как возникают молнии. Недавно проблема возникновения молнии, казалось, была решена с открытием «быстрого положительного пробоя» воздуха, что соответствовало теории, давно поддерживаемой исследователями молний. Быстрый положительный пробой включает в себя развитие нисходящего пути в облаке, переходя от положительного заряда наверху облака к отрицательному заряду в середине облака.Путь образует пятую часть скорости света и может вызвать молнии. Однако недавно сообщенное наблюдение быстрого отрицательного пробоя показывает, что восходящий путь – идущий в противоположном направлении и столь же быстрый – может быть создан в грозовой туче, что указывает на то, что есть еще один способ запустить электричество в воздухе. В конечном итоге это дает ученым новое представление о том, что возможно внутри грозового облака.

«Эти результаты показывают, что создание молний в облаке может быть более двунаправленным, чем мы первоначально думали», – сказала Джулия Тиллес, докторант Центра космических наук ООН.

В сотрудничестве с группой исследователей молний из Института горного дела и технологий Нью-Мексико, исследователи задокументировали быстрое отрицательное разрушение во время грозы во Флориде в Космическом центре Кеннеди, используя радиоволны, происходящие глубоко внутри грозовых облаков. Массив наземных антенн улавливал радиоволны, что затем позволило исследователям создать очень подробное изображение радиоисточников и идентифицировать это необычное явление.

Исследователи продолжают создавать изображения на основе данных и надеются узнать больше о том, как часто происходят быстрые негативные события пробоя и какая часть из них может вызвать настоящую вспышку молнии.

История Источник:

Материалы предоставлены Университетом Нью-Гэмпшира . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

ударов молний на севере Индии: все, что вам нужно знать о явлении | Последние новости Индия

Более 60 человек погибли в результате ударов молнии в трех штатах Раджастхан, Мадхья-Прадеш и Уттар-Прадеш за последние 24 часа. Сожалея о гибели людей, премьер-министр Нарендра Моди объявил ex-gratia в размере 2 лакха для членов семей погибших и 50 000 фунтов стерлингов для раненых.О компенсации также объявили правительства соответствующих штатов.

Что такое молния?

National Geographic описывает молнию как «электрический разряд, вызванный дисбалансом между грозовыми облаками и землей». Этот «дисбаланс» создается между грозовыми облаками и объектами на земле; нижняя часть грозовых облаков заряжена «отрицательно», а объекты на земле – «положительно». Этот дисбаланс приводит к прохождению тока между двумя противоположными зарядами, что называется молнией.

Чем опасен удар молнии?

В том же отчете National Geographic говорится, что ежегодно около 2000 человек гибнут из-за этого явления. Смерть в результате удара молнии наступает, когда самый низкий разряд молнии проходит в пределах 150 футов (46 метров) от положительно заряженного объекта на земле. Этот контакт приводит к выбросу положительного электричества, называемому «стример», который может ударить по зданию, дереву и даже человеку.

Те, кто переживает удары молнии, могут страдать от различных длительных симптомов.К ним относятся потеря памяти, слабость, головокружение, онемение и т. Д. Они также могут вызвать остановку сердца и серьезные ожоги.

Что можно и чего нельзя делать во время удара молнии

Метеорологический департамент Индии (IMD) перечислил различные правила, которые следует и нельзя соблюдать во время удара молнии. Вот несколько основных правил, которые следует и чего не следует соблюдать:

(1.) Если прогноз погоды предполагает грозу, отложите или отложите свои действия.

(2.) Зайдите в безопасное убежище, когда услышите гром.К безопасным укрытиям относятся бетонные дома, бетонные здания или автомобили с жестким верхом и закатанными окнами.

(3.) Следуйте «Правилу молниезащиты» 30/30. Это правило гласит, что нужно спешить в помещении, если, увидев молнию, они не могут сосчитать до 30, прежде чем услышат гром. Кроме того, в нем говорится, что нужно послушать вспышку грома и выйти на улицу, если в течение 30 минут не слышно никакой другой вспышки.

(4.) Избегайте возвышенностей, таких как холмы, скалы, горные хребты и вершины.Также следует немедленно выбраться из водоема и прочь от него.

(5.) Не лягте на землю ровно, а займите положение «молниеносной промежности». В этом положении следует сесть на корточки, обхватить руками ноги, держать ступни вместе, голова опущена, уши прикрыты, глаза закрыты.

(6.) Если волосы на затылке встают дыбом, это может быть признаком того, что удар молнии «неизбежен». Держитесь подальше от линий и предметов, проводящих электричество, и немедленно отключите все электроприборы.

(7.) Укрываться под деревьями строго запрещено, так как они являются проводниками электричества. В случае попадания в группу не стойте близко друг к другу, чтобы уменьшить количество травм.

(8.) Продолжайте слушать местные радио- и телестанции, чтобы получить свежую информацию или инструкции.

.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *