Явление молния: Молния: облачный разряд | Международный атлас облаков

Содержание

Гроза – опасное природное явление

Гроза – одно из чрезвычайно опасных атмосферных явлений природы, силу которого зачастую недооценивают. Молния может вызвать пожар, взрыв, разрушение строений и конструкций, травмирование и гибель людей, животных. Предотвратить развитие грозы невозможно. Однако можно значительно сократить шанс поражения человека молнией, если знать и соблюдать основные правила безопасности.

У молнии есть свои “излюбленные” места, куда она чаще всего попадает: высокое отдельно стоящее дерево, стог сена, печная труба, высотное строение, вершина горы. В лесу молния часто поражает дуб, сосну, ель, реже березу, клен.

Молния поражает человека в следующих ситуациях:

– В результате прямого попадания;

– При прохождении электрического разряда в непосредственной близости от человека;

– При распространении электричества в сырой земле или в воде.

Во избежание несчастных случаев во время грозы МОНД и ПР № 9 УНД и ПР ГУ МЧС России по Тюменской области настоятельно рекомендует гражданам соблюдать следующие правила:

– Для уменьшения вероятности поражения молнией тело человека должно иметь как можно меньший контакт с землей. Для этого можно сесть или встать на изоляционный материал: бревно, доску, камень, рюкзак.

– Во время грозы старайтесь сохранить одежду и тело сухим. Не находитесь рядом с включенными электроприборами, проводкой, металлическими предметами, не касайтесь их руками.

– Во время грозы стоит отказаться от купания в водоемах, нахождение вблизи водоема может быть опасно. Вода – лучший проводник электричества, поэтому если молния ударит в воду – площадь распространения заряда электричества будет огромной – до нескольких сот метров.

– Избегайте холмов и других возвышенностей.

– Не стоит пытаться во время грозы добираться домой на мотоцикле или велосипеде.

– Если гроза застала Вас в автомобиле, не следует покидать его. Металлический корпус автомобиля защитит Вас, даже если молния ударит прямо в него.

– Если вам не удалось найти укрытие, то присядьте на корточки и обхватите руками колени.

– Необходимо срочно избавиться от всех металлических предметов.

– Запрещается во время грозы разговаривать по сотовому телефону. Как советуют специалисты, нужно обязательно его выключить – он «содействует» молниям, даже когда Вы не разговариваете по нему.

– В квартире, дачном доме необходимо ликвидировать сквозняки, плотно закрыть окна, отсоединить электроприборы от источников питания. Не стоит располагаться у окна, камина, массивных металлических предметов.

– В случае возникновения пожара от удара молнии незамедлительно вызовите пожарных и спасателей, постарайтесь ликвидировать его своими силами. В случае поражения человека молнией, необходимо немедленно провести реанимационные мероприятия, обработать места ожогов, сопутствующие раны, и в кратчайшие сроки доставить пострадавшего в лечебное учреждение.

МОНД и ПР № 9

Прямой удар молнии в крышу здания школы “Annas koku skola”

Прямые удары молний – редкое и особо опасное явление

Повреждения вследствие непрямых ударов молний, особенно после летних гроз, это довольно распространенное явление. Гораздо реже случаи прямых разрядов молний. Согласно данным Государственной пожарно-спасательной службы в прошлом году было зарегистрировано 28 пожаров, возможной причиной которых стал разряд молнии, в 2017 году – 10, в 2016 – 27. Как правило, загораются деревья и лесная подстилка (13 случаев), столбы линии электропередач, трансформаторы (5 случаев), а также различные здания (3 случая), хозяйственные постройки и другие объекты.

«Обычно молния ударяет в более высокий объект: например, если рядом со зданиями находится высокое дерево, то молния скорее всего попадет в него. К большому сожалению, случай, произошедший с гостевым домом «Annas koku skola», – это пример того, что так случается не всегда. Рядом со домом растет очень высокое старое дерево, которое гораздо выше самого здания. Кроме того, на доме был установлен молниеотвод. И тем не менее удар молнии пришелся именно на крышу здания, из-за чего начался локальный пожар», – комментирует руководитель Страхования корпоративного имущества Страхования If Янис Стродс.

Из-за удара молнии загорелась крыша

«К моменту, когда я приехал в «Annas koku skola», гроза уже началась. Только секунду назад я рассказывал детям, что грома бояться не нужно и что молния редко наносит реальный вред. Но, к сожалению, это не тот случай, о котором можно сказать, что это происходит настолько редко, что может не произойти вовсе. Мы не всесильны, и такое несчастье может случится в считанные секунды», – говорит руководитель гостевого дома «Annas koku skola» Эдрагс Нейландс.  «В крышу здания попала молния, и в этот раз не помог даже молниеотвод, находившийся сравнительно недалеко. Дымовой детектор расплавился, провода тоже, молния пошла дальше по проводам, что привело к повреждениям на электростанции», – рассказывает Э. Нейландс.

Благодаря быстрой реакции ущерб был минимальным

«Общая сумма возмещения в данном случае составила неполных 5 тысяч евро, большая часть которых пошла на восстановление горевшей крыши. Было повреждено имущество, охранная система и коммуникации, связанные с системой электроснабжения. Следует отметить, что мог бы быть нанесен гораздо больший ущерб, так как рядом находятся другие строения и растут деревья, которые тоже могли загореться. В момент, когда произошло несчастье, в гостевом доме находился сам руководитель предприятия Эдгарс Нейландс, который быстро среагировал – сразу вызвал пожарных и начал тушить пожар еще до их прибытия », – рассказывает регулятор возмещений If Страхования Зайга Кайре.

Пожарные на место происшествия прибыли в течение 10 минут. Так как в гостевом доме на тот момент находились сотрудники предприятия, с нижнего этажа успели вынести часть вещей, чтобы пожарные их не залили. Кроме того, сотрудники предприятия после происшествия покрыли крышу, чтобы в здание через образовавшиеся отверстия не попали осадки и, соответственно, не возрос ущерб.

Через три недели – под новой крышей

Успешная коммуникация между предприятием и страховщиком после происшествия позволила приступить к восстановительным работам уже на следующий день после происшествия, что способствовало быстрому устранению последствий происшествия.

Некоторые восстановительные работы и ремонт поврежденных систем еще продолжается, но сгоревшая крыша была восстановлена всего в течение 3 недель после пожара.

Бoлее частая причина – непрямой удар молнии

Непрямой удар молнии – это молния, ударившая сравнительно далеко от объекта, возможно, даже в нескольких сотнях метров от него, но в то же время достаточно близко, чтобы перенапряжение спровоцированное разрядом молнии, нанесло повреждения. Несмотря на то, что телекоммуникационные и электросети улучшают качество нашей жизни, они также увеличивают радиус повреждений, которые молния может нанести в результате перенапряжения.

Согласно данным Страхования If в последние годы чаще всего повреждениям подвергаются слаботочные устройства, к примеру, телекоммуникации, системы пожарной безопасности и охранные системы. Ущерб в среднем составляет 2000 евро. Реже случается, что перенапряжение, спровоцированное непрямым ударом молнии, повреждает электросистемы и подключенные к ним электроустройства. Издержки на устранение данных повреждений гораздо меньше.

 

Необходима соответственная защита от молний

Чтобы защитить свое имущество, о защите от удара молнии следует подумать заранее, еще на стадии проектирования объекта. «К сожалению, нам часто приходится иметь дело с советскими зданиями, часть из которых не оборудована молниеотводами или же техническое состояние которых является неудовлетворительным. Здесь следует отметить, что по закону электропроводку, в том числе заземляющие устройства и молниеотводы, нужно проверять раз в 10 лет. Если возникают сомнения, находится ли система защиты от ударов молний на объекте в рабочем состоянии, советую обратиться к сертифицированному специалисту», – призывает Янис Стродс.

Чтобы защитить свое имущество, важно убедиться, что выбранный страховой полис покрывает оба вида ущерба: нанесенного как вследствие прямого удара молнии, так и вследствие непрямого удара. Кроме того, надо убедиться, что застрахованы как строения, так и электроустрйоства и бытовая техника, находящиеся в собственности.

 

 

О гостевом доме «Annas koku skola»

Гостевой дом «Annas koku skola» был построен в период с 2013 по 2015 год. Предприятие предлагает ночлеги, аренду помещений для проведения различных мероприятий. Это также постоянное место обитания команды «Labie koki» и общества «Annas koku skola».

Что мы знаем о шаровой молнии — ФПФЭ

Страх человека чаще всего исходит от незнания. Мало кто боится обычной молнии — искрового электрического разряда — и все знают, как вести себя во время грозы. Но что такое шаровая молния, опасна ли она, и что делать, если вы столкнулись с этим явлением?

Какие бывают шаровые молнии?

Узнать шаровую молнию очень легко, несмотря на разнообразие ее видов. Обычно она имеет, как можно легко догадаться, форму шара, светящегося, как лампочка на 60—100 Ватт. Гораздо реже встречаются молнии похожие на грушу, гриб или каплю, или такой экзотической формы как блин, бублик или линза. Зато разнообразие цветовой гаммы просто поражает: от прозрачного до черного, но лидируют все же оттенки желтого, оранжевого и красного. Цвет может быть неоднородным, а иногда шаровые молнии меняют его, как хамелеон.

Говорить о постоянном размере плазменного шара тоже не приходится, он колеблется от нескольких сантиметров до нескольких метров. Но обычно люди сталкиваются с шаровыми молниями диаметром 10—20 сантиметров.

Хуже всего в описании молний дело обстоит с их температурой и массой. По данным ученых, температура может быть в пределах от 100 до 1000 оС. Но при этом люди, сталкивавшиеся с шаровыми молниями на расстоянии руки, крайне редко отмечали хоть какое-то тепло, исходившее от них, хотя по логике, они должны были получить ожоги. Такая же загадка и с массой: какого молния не была размера, она весит не более 5—7 грамм.

Поведение шаровых молний

Поведение шаровых молний непредсказуемо. Они относятся к явлениям, которые появляются когда хотят, где хотят и творят, что хотят. Так, раньше считалось, что шаровые молнии рождаются только во время гроз и всегда сопровождают линейные (обычные) молнии. Однако постепенно выяснилось, что они могут появиться и в солнечную ясную погоду. Полагали, что молнии как бы «притягиваются» к местам высокого напряжения с магнитным полем — электрическим проводам. Но были зафиксированы случаи, когда те появлялись фактически посреди чистого поля…

Шаровые молнии непонятным образом исторгаются из электрических розеток в доме и «просачиваются» сквозь малейшие щели в стенах и стекла, превращаясь в «сосиски» и затем снова принимая обычную свою форму. При этом не остается никаких оплавленных следов… Они то спокойно висят на одном месте на небольшом расстоянии от земли, то несутся куда-то со скоростью 8—10 метров в секунду. Встретив на своем пути человека или животное, молнии могут держаться от них вдалеке и вести себя мирно, могут любопытно кружить поблизости, а могут напасть и обжечь или убить, после чего или растаять, как ни в чем не бывало, или взорваться с ужасным грохотом. Однако, несмотря на частые рассказы о травмированных или убитых шаровой молнией, число их сравнительно невелико — всего 9 процентов. Чаще всего, молния, покружив по местности, исчезает, не причинив никакого вреда. Если она появилась в доме, то обычно обратно «просачивается» на улицу и только там тает.

Также зафиксировано много необъяснимых случаев, когда шаровые молнии «привязываются» к какому-то конкретному месту или человеку, и появляются регулярно. При этом по отношению к человеку они делятся на два вида — те, которые нападают на него в каждое свое появление и те, которые не причиняют вреда либо нападают на людей, находящихся поблизости. Существует еще одна загадка: шаровая молния, убив человека, совершенно безо всякого следа на теле, а труп долгое время не коченеет и не разлагается… Некоторые ученые говорят, что молния просто «останавливает время» в организме.

Шаровая молния с научной точки зрения

Шаровая молния — явление уникальное и своеобразное. За историю человечества скопилось более 10 тысяч свидетельств о встречах с «разумными шарами». Однако до сих пор ученые не могут похвалиться большими достижениями в сфере исследования этих объектов. Существует масса разрозненных теорий о происхождении и «жизни» шаровых молний. Время от времени в лабораторных условиях получается создать объекты, по виду и свойствам похожие на шаровые молнии — плазмоиды. Тем не менее, стройной картины и логичного объяснения этому явлению никто предоставить так и не смог.

Наиболее известной и разработанной раньше остальных является теория академика П. Л. Капицы, которая объясняет появление шаровой молнии и ее некоторые особенности возникновением коротковолновых электромагнитных колебаний в пространстве между грозовыми тучами и земной поверхностью. Однако Капице так и не удалось объяснить природу тех самых коротковолновых колебаний. К тому же, как было замечено выше, что шаровые молнии не обязательно сопровождают обычные молнии и могут появляться в ясную погоду. Тем не менее, большинство других теорий основаны на выводах академика Капицы.

Отличные от теории Капицы гипотеза была создана Б. М. Смирновым, утверждающим, что ядро шаровой молнии — это ячеистая структура, обладающая прочным каркасом при малом весе, причем каркас создан из плазменных нитей.

Д. Тернер объясняет природу шаровых молний термохимическими эффектами, протекающими в насыщенном водяном паре при наличии достаточно сильного электрического поля.

Однако самой интересной считается теория новозеландских химиков Д. Абрахамсона и Д. Динниса. Они выяснили, что при ударе молнии в почву, содержащую силикаты и органический углерод, образуется клубок волокон кремния и карбида кремния. Эти волокна постепенно окисляются и начинают светиться. Так рождается «огненный» шар, разогретый до 1200—1400 °С, который медленно тает. Но если температура молнии зашкаливает, то она взрывается. Тем не менее, и эта стройная теория не подтверждает все случаи возникновения молний.

Для официальной науки шаровая молния по-прежнему продолжает оставаться загадкой. Может поэтому вокруг нее появляется столько околонаучных теорий и еще большее количество вымыслов.

Околонаучные теории о шаровой молнии

Мы не будем рассказывать здесь истории о демонах с горящими глазами, оставляющих за собой запах серы, адских псах и «огненных птицах», как иногда представляли шаровые молнии. Однако странное их поведение дает многим исследователям этого феномена предположить, что молнии «мыслят». Как минимум, шаровые молнии считаются приборами для исследования нашего мира. Как максимум — энергетическими сущностями, которые также собирают какие-то сведения о нашей планете и ее обитателях.
Косвенным подтверждением этих теорий может служить и тот факт, что любой сбор информации — это работа с энергией.

И необычное свойство молний исчезать в одном месте и появляться мгновенно в другом. Есть предположения, что одна и та же шаровая молния «ныряет» в определённую часть пространства — иного измерения, живущего по другим физическим законам, — и, сбросив информацию, появляется снова в нашем мире в новой точке. Да и действия молний относительно живых существ нашей планеты тоже осмысленны — одних они не трогают, к другим «прикасаются», а у некоторых просто вырывают кусочки плоти, словно на генетический анализ!

Легко объяснимо и частое появление шаровых молний во время гроз. Во время всплесков энергии — электрических разрядов — открываются порталы из параллельного измерения, и в наш мир попадают их сборщики информации о нашем мире…

Что делать при встрече с шаровой молнией?

Главное правило при появлении шаровой молнии — будь то в квартире или на улице — не паниковать и не делать резких движений. Никуда не бегите! Молнии очень восприимчивы к завихрениям воздуха, которые мы создаём при беге и прочих движениях и которые тянут ее за собой. Оторваться от шаровой молнии можно только на машине, но никак не своим ходом.

Постарайтесь тихо свернуть с пути молнии и держаться дальше от нее, но не поворачиваться к ней спиной. Если вы находитесь в квартире — подойдите к окну и откройте форточку. С большой долей вероятности молния вылетит наружу.

И, конечно же — никогда ничего не бросайте в шаровую молнию! Она может не просто исчезнуть, а взорваться, как мина, и тогда тяжелые последствия (ожоги, травмы, иногда потеря сознания и остановка сердца) неотвратимы.

Если же шаровая молния задела кого-то и человек потерял сознание, то его необходимо перенести в хорошо проветриваемое помещение, тепло укутать, сделать искусственное дыхание и обязательно вызвать скорую помощь.

Вообще же, технические средств защиты от шаровых молний как таковых пока не разработано. Единственный существующий сейчас «шаромолниеотвод» был разработан ведущим инженером Московского института теплотехники Б. Игнатовым. Шаромолниеотвод Игнатова запатентован, но создано подобных устройств – единицы, речи об активном внедрении его в жизнь пока не идет.

Источник – МирСоветов

Исследование “Молния-самое опасное природное явление”

Исследовательская работа на тему:
«Молния»

Выполнил: Мелехов Евгений

4 «г» класс

Руководитель:
Петрова Т. В.

Содержание:

1.  Введение……………………………………………………………………2

2.   Основная часть………………………………………………………….3

3.   Практическая часть……………………………………………………6

4.   Заключение……………………………………………………………….10

5.  Список литературы…………………………………………………….11

6.  Приложение……………………………………………………………….12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Проект защищает ученик 4 «Г» класса Мелехов Евгений

 Тема моего проекта – «Молния»

Я выдвинул гипотезу, что молния – не только загадочное и удивительное явление природы, но и серьезная угроза для жизни людей.

Моя тема актуальна, потому у каждого из нас возникали вопросы: что такое молния? как она образуется? какой бывает? опасна  ли молния для человека?  Как уберечься от молнии?
Поэтому, не задумываясь, я выбрал предметом своего исследования электрическое явление – молнию.

Цель моей работы изучить природное явление – молнию. Подготовить правила поведения во время молнии.

Задачи, которые я поставил перед собой:

1. Узнать, что такое молния.
 2. Изучить виды молний.
3. Провести опыты по созданию электрических зарядов.
4. Составить памятку школьника о правилах поведения во время появления молнии.

 

 

Основная часть

Свою работу я начал с изучения понятия молния вот, что я узнал:

Молния — это электрический искровой разряд в атмосфере, происходит во время грозы, проявляющийся яркой вспышкой света и сопровождающим её громом.

Затем я изучил информацию о том, как и почему образуется молния.

Облако состоит из водяного пара. На высоте капельки замерзают и превращаются в кристаллы льда. Из-за неравномерного распределения температуры нагретый воздух поднимается вверх и влечет за собой мелкие частицы льда. При этом вниз опускаются более крупные замерзшие льдины – частицы постоянно сталкиваются.
При столкновении происходит электризация льдинок (такое же явление, как и во время трения разных предметов). Более мелкие частицы получают положительный заряд, а те, что крупнее – отрицательный. Соответственно заряжаются и разные части облака. Вверху грозовая туча со знаком «плюс», а внизу – со знаком минус.
В результате возникает разница потенциалов. Причем она образуется как между разными частями облака, так и между тучей и землей. Эта разность измеряется в сотнях тысяч вольт.

Узнал, какие виды молний бывают и в чем особенность каждой из них:

Виды молний:

·      Горизонтальная 

·      Ленточная

·      Четочная (пунктирная)

·      Спрайт

·      Эльф

·      Джет

·      Вулканическая

·      Шторовая

·      Шаровая

 

Узнал интересные факты о молнии:

·      Разряд молнии, может поразить не только одно место множество раз, но и несколько мест одновременно. Часто это происходит с небоскребами.

·      Сверкнув в небе, молния может растянуться на 145 км в длину.

·      Грохот молнии может прогреметь на расстоянии до 16 км, даже если молнии не видно там, где вы находитесь. Но, если вы слышите его, лучше немедленно укрыться, потому что вы находитесь на расстоянии удара молнии!

·      Не рекомендуется летать самолетам во время грозы. В 1963 году в топливный бак самолета, следовавшего из Пуэрто-Рико в Филадельфию попала молния, и он взорвался, в результате чего погибли 81 человек.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Практическая работа

Из энциклопедий я узнал, что все тела состоят из мельчайших частиц – атомов. Атомы состоят из ещё более мелких частиц: протонов и электронов. Протоны имеют положительный заряд, электроны – отрицательный заряд. Заряды с противоположными знаками притягиваются, заряды с одноименными знаками отталкиваются. Атомы содержат одинаковое количество протонов и электронов, поэтому заряды уравновешиваются. Протоны с нейтронами находятся в неподвижном состоянии и представляют собой ядро атома. Электроны постоянно вращаются вокруг ядра. Если количество электронов в атомах увеличивается или уменьшается, тело электризуется.

И решил провести опыты по созданию электрических зарядов. Вот, что у меня получилось:

Опыт № 1

В ходе опыта я натирал эти предметы о шерстяную ткань. Когда мы трем шарик о шерстяную ткань, отдельные электроны атомов шерсти отрываются и переходят к атомам шарика. Атомы шарика, получив избыток электронов, электризуются. При проведении опытов я установил, что одноименные электрические заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются. Так, наэлектризованные воздушные шарики, имеющие оба отрицательный заряд, удаляются друг от друга. (фото 1)

А пластмассовая палочка при трении получившая отрицательный заряд, способна притягивать положительные заряды бумаги и заставила кусочки бумаги двигаться за собой. ( фото 2)

Опыт № 2

В ходе опыта я натирал пластмассовую палочку о шерстяную ткань и приблизил её к монетке. Заряды с палочки переместились к монете, получилась электрическая искра, и был слышен треск. В этом опыте я попробовал создать искусственную молнию и мне удалось получить маленькую молнию. (фото 3)

 

Из книг я узнал, что Молния – серьезная угроза для жизни людей. Поражение людей молнией чаще всего происходит во время грозы на открытой местности, если люди укрываются под высокими деревьями, а также находятся вблизи от работающего электрооборудования. Поэтому школьникам  важно знать правила поведения во время молнии.

Я подготовил памятку школьника о правилах поведения во время появления молнии:

Если вы находитесь 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 тихо выйти и закройте дверь с другой стороны. Если не удается — хотя бы замрите на месте.

Если вы находитесь на улице:

– Постарайтесь зайти в дом или в машину. В машине не прикасайтесь к металлическим частям. Автомобиль не должен быть припаркован под деревом, чтобы при ударе в него молнии, дерево не упало на вас.

Если укрытия нет, выйдите на открытое пространство и, согнувшись, прижмитесь к земле. Но просто ложиться нельзя!

Если вы находитесь в лесу:

– 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.

 

 

 

 

 

Заключение

По итогам работы над проектом я сделал вывод:

Молния – не только загадочное и удивительное явление природы, но и серьезная угроза для жизни людей. Поражение людей молнией чаще всего происходит во время грозы на открытой местности, если люди укрываются под высокими деревьями, а также находятся вблизи от работающего электрооборудования, но при соблюдении правил безопасности можно не боясь любоваться её красивыми вспышками.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

1.   Имянитов И. М., Чубарина Е. В., Шварц Я. М., Электричество облаков.

2.    Детская энциклопедия «Тайны природы», «Махаон», 2012 г.
Большая детская энциклопедия  «Что? Как? Почему? Зачем?» Скиба Т.В., ИД« Владис», 2018 г.

3.    Юман М. А., Молния, пер. с англ., М., 2010г;

4.   Интернет – ресурсы:
-https://zen.yandex.ru/media/vseznai/20-interesnyh-nauchnyh-faktov-o-molniiah-5f7de559b4802f1c4afbc7d0
– https://ru.wikipedia.org/wiki/Молния_(значения)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложения

Фото 1

 

 

 

 

 

 

 

Фото 2

 

Фото 3

Как возникает гроза

Любая гроза начинается с облака. Его формируют тёплые воздушные потоки, поднимающие с Земли водяной пар, который образуется вследствие испарения воды из рек, озёр, морей, океанов. Поднявшись над Землёй, пар охлаждается: чем выше, тем температура окружающей среды ниже. Сначала пар конденсируется в капельки жидкости, затем образуются кусочки льда, которые и выпадают в виде осадков.

Механизмы зарождения молнии в облаке изучены не до конца, однако есть общепринятая концепция электризации грозового облака. Заряд накапливается в центре облака, где воздух быстро устремляется вверх (восходящий поток). Из-за низких температур там образуется смесь капель воды, кусочков льда и мягкого града.

Восходящий поток воздуха поднимает капли воды и кусочки льда вверх, а более тяжёлые и плотные градины падают вниз. При столкновении более массивные градины забирают электрон с поверхности льдинок, в результате чего верхняя часть облака, куда стремятся кусочки льда, приобретает положительный заряд, а нижняя, куда падают градины, — отрицательный. Между разноимённо заряженными областями возникает напряжение, создавая электрическое поле. Это приводит к движению заряженных частиц и, как следствие, к появлению электрического тока. Ток может возникнуть как между разноимённо заряженными частями облаков, так и между облаком и объектом на поверхности Земли. Такой ток и называется молнией, яркую вспышку которой мы наблюдаем при грозе.

Грозовое облако площадью 100 км² и толщиной 5 км обладает энергией, сравнимой с энергией атомной бомбы. Она вырабатывается в результате превращения водяного пара в дождевые капли, конденсирующиеся в облако.

Ток нагревает воздух до 30 000°С — локальное давление повышается, расширяя и взрывая газ. Звук взрывающегося газа и есть гром. Наверное, вы замечали, что он всегда «отстаёт» от молнии. Происходит это потому, что скорость света выше скорости звука. Чем дальше гроза, тем больше разница во времени между молнией и раскатом грома.

Шаровая молния — самое таинственное природное явление

Шаровой молнией называют сгусток энергии, плавающей в воздухе в виде светящегося шара. По сей день это явление остается одним из самых таинственных и неизученных. Правда, ученые регулярно заявляют о том, что им удалось выяснить природу шаровых молний и даже воссоздать их в лабораторных условиях. Но единой общепринятой теории их возникновения не существует. Связано это с тем, что каждое предположение имеет свое “пробелы”, то есть так или иначе противоречит имеющимся свидетельствам. А шаровые молнии, созданные в лабораторных условиях, по своим физическим свойствам отличаются от тех, что встречаются в природе. Поэтому вопрос данного явления остается открытым. Что о нем известно на сегодняшний день и к какой версии склоняются ученые? Предлагаем далее об этом поговорить.

Существуют ли шаровые молнии

Как бы это парадоксально не звучало, вплоть до 2012 года ученые вообще не были до конца уверены в существовании шаровых молний. Так Джозеф Пир и Александр Кендль из Университета Инсбрука предположили, что шаровые молнии — это ни что иное, как проявление фосфенов, то есть зрительный обман.

По мнению этих ученых причиной галлюцинаций становятся магнитные поля некоторых молний, которые действуют на нейроны зрительной коры. Фосфены, по их мнению, возникают в том случае, если человек находится ближе 100 метров от места удара молнии.

Разумеется, эта теория идет в разрез со словами очевидцев, которые описывали взрывы шаровых молний при столкновении с предметами, и даже показывали последствия таких взрывов. Тем, кому повезло меньше, сообщают о сильных ожогах, вызванных столкновением с таким шаром. Кроме того, были зафиксированы даже случаи летальных исходов. То есть шаровые молнии не менее опасны, чем линейные.

В результате соприкосновения с шаровой молнией на теле возникают ожоги и травмы.

Но, не взирая на эти свидетельства, наука официально признала феномен существования шаровых молний только после того, как один из таких светящихся шаров оказался в поле зрения бесщелевых спектрометров. То есть существование этого явления было зафиксировано приборами. Кроме того, шаровые молнии неоднократно были зафиксированы на фото и видео.

Что такое шаровая молния

Если явление существует, то что оно собой представляет и как возникает? Самое распространенное мнение гласит, что шаровая молния имеет мощный электрический заряд энергии. То есть является молнией шарообразной формы, которая способна двигаться по непредсказуемой траектории, порой сильно удивляющей очевидцев.

По свидетельствам очевидцев, шаровые молнии возникают не только в грозу, но и ясную погоду.

Чаще всего явление появляется в грозу, однако также есть свидетельства о его возникновении в ясную погоду. Очевидцы отмечают, что светящийся шар способен “выходить” из проводников, к примеру, электропроводки. Также явление иногда возникает вследствие ударов линейных молний. Реже шары появляются в воздухе из неоткуда или выходят из предметов, которые не являются проводниками.

Шаровые молнии чаще возникают из проводников (металлических предметов).

Существует версия, что данное явление представляет собой крупную каплю жидкого атомарного водорода, который находится в возбужденном неустойчивом состоянии. Она возникает в результате электролиза воды под действием полей и токов грозовой молнии. Удельный вес этого вещества практически равен весу воздуха, что и позволяет молнии “плавать”. Но, как и все остальные версии — это лишь предположение.

Загадки шаровых молний

Шаровые молнии обладают рядом свойств, которые не в силах объяснить наука. Как уже было сказано выше, они движутся по непредсказуемой траектории и, вопреки распространенному мнению, порой даже против потока воздуха.

Также неизвестно какое вещество позволяет шаровым молниям проникать в помещение не только через окна или двери, но и сквозь узкие щели. После прохождение через них они вновь принимают шарообразную форму.

Последствия взрыва шаровой молнии, залетевшей в дом в Тернопольской области (Украина).

В одних ситуациях шаровые молнии при столкновении с предметами взрываются. В других же оставляют след или даже проходят сквозь предмет. При столкновении с человеком ШМ чаще всего вызывает ожоги, но иногда на теле возникают раны, словно на человека напал дикий зверь.

Разгадали ли китайские ученые тайну шаровых молний?

Группа китайских ученых во главе с профессором Цен Цзянь Юна во время сильной грозы случайно зафиксировали удар молнии, в результате которого возник большой светящийся шар. Спектрометр показал, что в составе шаровой молнии имеется кремний, железо и кальций, то есть тот набор элементов, который в большом количестве присутствует в почве.

На основе полученных данных они сделали вывод, что подтвердили гипотезу Джона Абрахамсона. Он считал, что в результате удара молнии в почву из нее быстро испаряются некоторые частицы, включая оксиды кремния и железа. Вместе с тем образовавшийся газ выбрасывается ударной волной в воздух, что и приводит к появлению шара. Однако, не все ученые соглашаются с этой версией.

По версии китайских ученых шаровая молния возникает при ударе линейной молнии в землю.

К примеру, российский ученый и специалист в области изучения шаровых молний Владимир Бычков считает, что китайцы выдают желаемое за действительное. Об этом говорит тот факт, что в составе молнии ими не было зафиксировано алюминия, который присутствует в почве.

По его мнению, линейная молния ударила в ЛЭП, рядом с которой произошло событие. Это вызвало хорошо известное физике явление — дуговой разряд, который и зафиксировали китайские ученые. Как сказал Дмитрий Бычков, он не одинок в своем мнении. К примеру, журнал Nature, который пользуется высоким авторитетом в научном мире, отказался публиковать материал китайских исследователей.

Соответственно, в отличие от линейных молний, о которых ученым известно практически все, шаровые остаются загадкой. Причем количество вопросов со временем только растет.

Источник

молнии, электрическое поле Земли. Курсы по физике

Тестирование онлайн

Электрическое поле Земли

У поверхности Земли существует электрическое поле. Наша планета обладает некоторым электрическим зарядом. Исследования этого поля показало, что Земля обладает отрицательным зарядом q=-450000 Кл, который вблизи поверхности создает вертикальное электрическое поле напряженностью E=130 В/м. На высоте 50 км над поверхностью Земли поле практически исчезает.

Мы живем в постоянном электрическом поле значительной напряженности. Если сравнить потенциалы на высоте макушки и пяток человека, получим разность потенциалов 200 В. Почему же по телу не проходит электрический ток? Потому что наше тело является проводником. И реальный наш потенциал становится равным потенциалу Земли.

Где же начинаются силовые линии поля, заканчивающиеся на Земле. Исследования атмосферы показали, что на высоте нескольких десятков километров над поверхностью Земли существует слой положительно заряженных (ионизованных) молекул, называемый ионосферой. Различные атмосферные явления приводят к обмену зарядами между ионосферой и Землей.

Электрические явления

Молния – природное явление, которое приводит к обмену зарядами между ионосферой и Землей. Ток в разряде молнии достигает 10—100 тысяч ампер, напряжение — миллионов вольт (иногда достигает 50 млн. вольт), тем не менее, погибает после удара молнией лишь 47,3 % людей.

На земном шаре ежегодно происходит до 16-и миллионов гроз, то есть около 44 тысяч за день. Прямой удар молнии очень опасен для здоровья людей, нередки случаи смертельного исхода. Для зданий и сооружений угрозами, вследствие непосредственного контакта канала молнии с поражаемыми объектами, являются возможность возгорания либо разрушения. Для электронных устройств представляет опасность также и электромагнитный импульс, создаваемый молнией.

Грозовые тучи постоянно обмениваются разрядами. При этом сила тока в 1 млн раз слабее силы тока в молнии.

В верхней атмосфере обнаружены другие виды молний – эльфы, джеты, спрайты.

Шаровая молния – светящийся плавающий в воздухе шар, уникально редкое природное явление. Существование шаровой молнии не подтверждено официальной наукой, до сих пор она не была зарегистрирована научной аппаратурой (магнитометрами, тепловизорами или качественной видеоаппаратурой). Единой физической теории возникновения и протекания этого явления к настоящему времени также не представлено. Существуют около 400 теорий, объясняющих явление, но ни одна из них не получила абсолютного признания в академической среде.

Во время грозы на Земле появляются большие индуцированные заряды и у поверхности Земли возникает сильное электрическое поле. Напряжённость поля особенно велика возле острых проводников, и поэтому на конце молниеотвода зажигается коронный разряд. Вследствие этого индуцированные заряды не могут накапливаться на здании и молнии не происходит. В тех же случаях, когда молния всё же возникает (такие случаи очень редки), она ударяет в молниеотвод и заряды уходят в Землю, не причиняя разрушений.

Это природное явление, возникающее над местом впадения реки Кататумбо в озеро Маракайбо (Южная Америка). Феномен выражается в возникновении свечения на высоте около пяти километров без сопровождающих акустических эффектов. Молнии появляются ночью (140—160 раз в год) и разряды длятся около 10 часов. В сумме получается около 1,2 миллиона разрядов в год.

Молнии видно с расстояния до 400 километров. Их даже использовали для навигации, из-за чего явление также известно под названием «Маяк Маракайбо».

Маяк Маракайбо | Earthdata

Исследователи выслеживают сезонные молнии в самом пораженном месте на Земле.

от Агнешки Готье

Молния разрывает ночное небо. Крылья фосфоресцирующего розового цвета раскрываются, чтобы осветить озеро Маракайбо, солоноватую бухту, которая открывается на север в Карибское море. Четверть населения Венесуэлы живет в зоне самой высокой концентрации молний на Земле – 250 вспышек на квадратный километр (0,4 квадратных мили) в год.«Многие люди умирают каждый год», – сказал Анхель Г. Муньос, физик и исследователь Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA). Молния такая постоянная – происходит 300 дней в году в одно и то же время и в одной и той же области, где река Кататумбо встречается с озером Маракайбо, – она ​​получила свое собственное имя, Молния Кататумбо.

Во всем мире молнии прогнозируются всего на несколько часов, а в лучшем случае – на несколько дней вперед. Муньос и его команда хотели добиться большего. Он сказал: «Мы говорим о трех месяцах вперед.Это огромно “. Кататумбо Молния постоянна в ежедневном масштабе, но ее поведение меняется в течение года и между годами. Если бы команда смогла зафиксировать его физические механизмы, они могли бы первыми предсказывать молнии в сезонном масштабе.

Если смотреть с берега озера Маракайбо, молния поражает Конго-Мирадор, pala fit o или деревню с домами на сваях, недалеко от устья реки Кататумбо. (С любезного разрешения Х. П. Диаса / Centro de Modelado Científico)

Река огня

Вскоре после сумерек молния поражает озеро Маракайбо примерно двадцать восемь раз в минуту в течение девяти часов.«Молния может быть такой непрерывной, что вы видите все вокруг», – сказал Муньос. Подвешенный над устьем реки Кататумбо, которую местные жители называют «огненной рекой», этот проблесковый маячок освещает день и ночь. «Вам следует бояться, но это настолько впечатляет, что ваш страх побеждает. На самом деле вы не чувствуете страха », – сказал Хоакин Диас-Лобатон, физик и исследователь из Centro de Modelado Científico Университета Дель-Сулия в Венесуэле.

Моряки смирились с этим явлением на протяжении веков, используя молнию Маракайбо в качестве маяка.Когда в 1499 году итальянский мореплаватель Америго Веспуччи приплыл к озеру Маракайбо, он натолкнулся на город хижин, построенных на сваях. Он назвал летающий город Венесуэла, или «Маленькая Венеция», по крайней мере, так говорится в одной истории. Сегодня на озере проживает 20 000 рыбаков, многие из них живут в palafitos , однокомнатных жестяных лачугах. «Этих людей, забытых людей, часто поражает молния», – сказал Муньос. Кататумбо Молния поражает людей здесь в три-четыре раза чаще, чем в Соединенных Штатах. Большинство рыбаков лучше всего разбираются в клеве рыбы в сумерках, когда варится Catatumbo Lightning.«Мы хотим облегчить им жизнь с помощью обнаружения и прогнозирования молний», – сказал Муньос.

Все грозы подчиняются формуле: быстро поднимающийся теплый воздух сталкивается с влажным. Неустойчивый воздух и влажность являются ключевыми факторами, и Catatumbo Lightning получает поддержку благодаря уникальной топографии. Горные хребты с трех сторон пересекают озеро Маракайбо, оставляя узкое окно, открытое на север, в Венесуэльский залив. Втекающее Карибское море обеспечивает бесконечный запас теплой воды, в то время как жаркое тропическое солнце вытягивает из озера дополнительную влагу.На закате сильные ветры хлестают горы, поднимая теплый воздух вверх, образуя кучево-дождевые облака, бушующие внутри. Когда капли воды влажного воздуха сталкиваются с кристаллами льда из холодного воздуха, они создают статические заряды, которые накапливаются. Выброс генерирует зигзагообразную электрическую энергию, достаточную для того, чтобы зажечь 100 миллионов лампочек. Десять минут Catatumbo Lightning могли осветить всю Южную Америку.

Так что же делает Catatumbo Lightning последовательным? В 2015 году Муньос и его команда отправили метеозонд на озеро Маракайбо. Они обнаружили, что близко к поверхности, на высоте не более одного километра (0,62 мили), быстрая воздушная лента – ночная низкоуровневая струя бассейна Маракайбо – переносит влагу из Карибского моря и озера Маракайбо в его южный бассейн, где она взаимодействует с горами. «Когда ветер переносит эту влагу в горы, ей некуда деваться, кроме как быстро подняться», – сказал Муньос. «Ветры – ключ к успеху. Это связано с тем, как танцуют ветры ». Струя низкого уровня обычно возникает каждый день в одно и то же время, но уровни влажности меняются в течение года.Например, здесь годы Эль-Ниньо, как и 2010 г., более сухие, чем годы Ла-Нинья. Таким образом, исследователям понадобился сезонный эквивалент низкоуровневой струи. Чтобы его найти, им потребуются модели и наблюдения.

Ярко окрашенные, эти дома из гофрированного олова на сваях распространены в деревнях палафито и деревнях. (Предоставлено Cereal Monogamy / Flickr)

Правый

Модели нуждаются в обучении. Чтобы модель могла точно определять настоящие и будущие условия, она должна воспроизводить прошлые события.Так что, если в определенный день молния ударила 13 720 раз, модель должна это показать. «Для этого вам понадобятся данные за много лет», – сказал Муньос. К счастью, спутниковые снимки из Центра распределенных активных архивов Глобального центра ресурсов по гидрометеорологии (GHRC DAAC) предоставили данные за семнадцать лет, которые были усреднены, чтобы показать сезонные закономерности. Информация о плотности молнии была объединена с использованием двух датчиков: оптического детектора переходных процессов на спутнике OrbView-1 и датчика изображения молнии (LIS) на спутнике миссии по измерению тропических осадков (TRMM).Для расчета ежемесячных схем грозовых разрядов в бассейне Маракайбо ученые использовали набор данных LIS Science Data. Вместе они имели шанс обучить свою модель.

«Модели никогда не бывают совершенно правильными, – сказал Муньос, – но с фактическими наблюдениями по спутниковым данным мы можем их исправить». Команда воспроизвела наблюдаемую частоту молний с использованием нескольких переменных: температура поверхности моря, влажность, ветер и доступная конвективная потенциальная энергия (CAPE), показатель нестабильности, необходимый для развития шторма.Когда жар поднимается и сталкивается с прохладным воздухом, возникающая в результате турбулентность превращается в сильные штормы.

Поскольку несколько климатических факторов настраивают грозовую активность в сезонном масштабе, команда решила объединить определенные переменные, запустив разные сценарии. «Возможно, нам не хватает многих других климатических переменных, но один индекс, в частности, уловил это», – сказал Муньос. «Вам нужен только один, и мы его получили. Это было круто.” После месяцев исследований единственным показателем, объясняющим феномен молнии, была адвекция, или перенос, CAPE.Модели стали чувствительны к предсказанию молний, ​​когда исследователи объединили CAPE с ночной низкоуровневой струей в бассейне Маракайбо (MBNLLJ), ветром с севера на юг, созданным разницей температур между Карибским морем и озерным бассейном.

Использование MBNLLJ в моделях точно отражает суточную грозовую активность. Добавление карибского низкоуровневого реактивного самолета помогло команде позаботиться об этом на несколько месяцев вперед. Добавление факторов глобального масштаба, таких как Эль-Ниньо, дало представление о степени засушливости в этом году.Молния Кататумбо наиболее активна в более влажные месяцы сентября и октября и наименее активна в более сухие месяцы января и февраля. Прогнозы команды были немного лучше в течение минимального сезона, но в целом уровень навыков был достаточно высоким, чтобы лица, принимающие решения в бассейне озера Маракайбо, могли использовать эту модель для обеспечения безопасности человека и многого другого.

Команда работает над созданием метеозонда с прикрепленными к нему датчиками для измерения температуры, относительной влажности и давления. (С любезного разрешения H.П. Диас / Centro de Modelado Científico)

Древнее озеро

Озеро Маракайбо – одно из старейших озер на Земле. Его богатая геологическая история создала крупнейшие в мире запасы ископаемого топлива, превосходящие запасы Саудовской Аравии. В шестнадцатом веке испанцы использовали смолу из крупных нефтяных выходов для герметизации своих кораблей.

На этой карте показан снимок ветров с севера на юг в районе Маракайбо в 19:30. (местное время). Модель, называемая ночной низкоуровневой струей в бассейне Маракайбо (MBNLLJ), модулирует суточный цикл грозовой активности в бассейне.Когда ветры переносят влагу на юг, в бассейне наблюдается больше молний, ​​что усиливает орографическую конвекцию между 19:30. и 4:30 утра. Ветры, дующие на юг, показаны синим цветом, а северные – красным. Единицы измерения – метры в секунду. (Предоставлено Centro de Modelado Científico, Universidad del Zulia; и Международным научно-исследовательским институтом климата и общества Колумбийского университета)

Сегодня дно озера пересекает более 15 000 миль нефте- и газопроводов.Масло вытекает из проржавевших труб, и на поверхности появляются лужи переливающейся радуги. «Раньше это был один из крупнейших производителей нефти в мире», – сказал Диас-Лобатон. Политические беспорядки и недавняя депрессия на рынке нефти замедлили добычу, но на пике своего развития 90 процентов экономики Венесуэлы приходилось на нефть. И независимо от уровня производительности, настоящие и ложные срабатывания молнии препятствуют примерно 10 процентам годовой добычи. «Грозы препятствуют значительному объему производства. Модель может помочь решить эту проблему », – сказал Диас-Лобатон.Нефтяная промышленность может отложить или перенести их работу.

Заправка рыбацких лодок также отправляет рыбаков в опасную молнию. Озеро Маракайбо занимает площадь 13 200 квадратных километров (5100 квадратных миль), что примерно равно размеру Коннектикута. От Конго Мирадор, деревни palafito в устье реки Кататумбо, до заправочной станции нужно ехать два часа в одну сторону. Предупреждение за несколько месяцев может помочь людям принять дополнительные меры предосторожности. Рыбаки могут ловить рыбу более мягкими ночами, и четырехчасовое путешествие на лодке лучше спланировать.«Дело не в том, чтобы останавливать вещи на месяцы. Речь идет о том, чтобы воспользоваться окнами возможностей и не идти на ненужный риск, когда молниеносная активность выше нормы, – сказал Муньос.

Место, которое было названо самым пораженным молнией местом на Земле, привлекло сюда туристов. Но туристы не остаются. Они не тратят деньги, поэтому сельчане продолжают ловить рыбу для пропитания. Опасность и бедность не исчезнут в ближайшее время, но помощь в снижении риска молний может иметь значение. «Это первое исследование, посвященное сезонной предсказуемости», – сказал Диас-Лобатон.«Это помогает людям. Вот что делает нас счастливыми. Это действительно то, что нас мотивирует. В этом весь смысл.”

Список литературы

Альбрехт Р., С. Гудман, Д. Бюхлер, Р. Блейксли и Х. Кристиан. 2016. Сбор данных по климатологии молний в сетке с очень высоким разрешением 0,1 градуса LIS. Наборы данных доступны в Интернете в Глобальном центре ресурсов по гидрометеорологии (GHRC) НАСА DAAC, Хантсвилл, Алабама, США doi: 10.5067 / LIS / LIS / DATA306.

Блейксли, Ричард. 1998 г.Научные данные датчика изображения молнии (LIS). Набор данных доступен в Интернете в Глобальном центре ресурсов по гидрометеорологии (GHRC) НАСА DAAC, Хантсвилл, Алабама, США doi: 10.5067 / LIS / LIS / DATA201.

Сесил, Д. Дж., Д. Бюхлер и Р. Блейксли. 2014. Наборы данных грозовой климатологии с привязкой к сетке LIS / OTD. Набор данных доступен в Интернете (ftp://ghrc.nsstc.nasa.gov/pub/lis/climatology) из Глобального центра ресурсов по гидрометеорологии (GHRC) НАСА DAAC, Хантсвилл, Алабама, США doi: 10.5067 / LIS / LIS-OTD / DATA311 .

Диас-Лобатон, Х.2012. Energética de los relámpagos del Catatumbo. Trabajo Especial de Grado. Перевод: Энергетика молнии Кататумбо . Бакалаврская диссертация. Департамент Физики, Facultad de Ciencias de Universidad del Zulia. Maracaibo 102pp.

Muñoz, Á. G., J. Díaz-Lobatón, X. Chourio и M. J. Stock. 2016. Сезонный прогноз грозовой активности на северо-западе Венесуэлы: крупномасштабные и местные факторы. Атмосферные исследования 172–173: 147–162. DOI: 10.1016 / j.atmosres.2015.12.018.

Дополнительная информация

Глобальный центр ресурсов по гидрометеорологии NASA Распределенный центр активных архивов (GHRC DAAC)

Миссия по измерению тропических осадков (TRMM)

«Темные молнии»: невидимая энергия грозы | Метеорология

Молния – одно из самых необычных явлений в природе, которое редко не вызывает хотя бы трепета страха, независимо от того, сколько раз человек был свидетелем такого явления. Своими культовыми экспериментами с воздушным змеем и ключом в середине 18 века Бенджамин Франклин показал, что молния – это электрическое явление, и с тех пор общее мнение сводилось к тому, что молнии – это большие гудящие искры, не отличающиеся по своему характеру от генерируемых маленьких. прогуливаясь в носках по комнате с ковровым покрытием.

Но ученые недавно обнаружили в молнии нечто невероятное: иногда ее вспышки невидимы, это просто внезапные импульсы неожиданно мощного излучения. Это то, что Джозеф Двайер, исследователь молний из Технологического института Флориды, назвал темной молнией.

Франклин не знал, но теперь ясно для растущего списка исследователей молний и астрономов, что наряду с яркими ударами молнии, грозы испускают брызги рентгеновских лучей и даже интенсивные всплески гамма-лучей, форма излучения, обычно связанная с такими космическими зрелищами, как коллапсирующие звезды.Излучение этих невидимых взрывов может нести в миллион раз больше энергии, чем излучение видимой молнии, но эта энергия быстро рассеивается во всех направлениях, а не остается в виде молнии, подобной стилету.

Темная молния, кажется, иногда конкурирует с обычной молнией как способ для грозы выпустить электрическую энергию, которая скапливается внутри их волнующихся внутренностей, говорит Дуайер. Однако, в отличие от обычной молнии, люди, пораженные темной молнией, скорее всего, во время полета в самолете, не пострадают.Но, согласно расчетам Дуайера, они могут мгновенно получить максимальную безопасную дозу ионизирующего излучения на всю жизнь, которое наносит наибольший урон человеческому телу.

Единственный способ определить, был ли самолет поражен темной молнией, говорит Дуайер, “- это использовать детектор излучения. Прямо в середине [вспышки] очень короткое голубовато-пурпурное свечение вокруг самолета может Внутри самолета пассажир, вероятно, не сможет почти ничего почувствовать или услышать, но доза облучения может быть значительной.«

Однако, поскольку на каждую тысячу видимых вспышек приходится только одна темная молния, и поскольку пилоты прилагают большие усилия, чтобы избежать гроз, – говорит Дуайер, – риск получения травмы весьма ограничен. Никто точно не знает, попадал ли кто-нибудь когда-либо. от темной молнии

Около 25 миллионов видимых молний поражают США каждый год, убивая около 30 человек и многих сельскохозяйственных животных, говорит Джон Дженсениус, специалист по безопасности молний Национальной метеорологической службы в Грей, штат Мэн. Ежегодно во всем мире грозы производят около миллиарда разрядов молний.

Молнии возникают, когда мощные восходящие потоки в кучево-дождевых облаках заставляют капли воды и кристаллы льда труться друг о друга, создавая огромное количество положительно и отрицательно заряженных частиц. Восходящие потоки вызывают разделение этих двух типов заряженных частиц, при этом верхняя часть грозового облака обычно становится положительно заряженной, а нижняя часть становится отрицательно заряженной.

Воздух между зарядами обычно действует как изолирующий слой, а это означает, что искры не могут разлетаться – нет молнии – если только что-то не приведет к разрушению этой изоляции.Из лабораторных экспериментов ученым известно, что сверхсильные электрические поля могут временно преобразовывать электрически нейтральные молекулы воздуха в проводящие пути.

Проблема в том, что исследователи молний – несмотря на десятилетия измерений с воздушных шаров, самолетов и ракет – не смогли обнаружить в грозовых облаках электрические поля, достаточно сильные, чтобы вызвать это преобразование из изолятора в проводник.

Чтобы узнать, что может вызвать преобразование, они начали измерять излучение молнии, которое обычно испускают грозы, и обнаружили кое-что неожиданное: гамма-лучи и рентгеновские лучи темных молний.

Ядерные взрывы и схлопывающиеся звезды – это виды экстремальных явлений, которые, как известно, излучают гамма-лучи, а не просто грозы.

Почему некоторые штормы производят такие необычно сильные лучи? Дуайер предполагает, что сверхбыстрые электроны – возможно, ускоренные после столкновения с космическими лучами, которые попадают в атмосферу Земли из глубокого космоса – могут быть ключом к этому. Теория состоит в том, что эти энергичные электроны сталкиваются с атомами внутри грозовых облаков, создавая рентгеновские и гамма-лучи.Эти столкновения приводят к цепным реакциям, которые могут стать загадочной причиной темных молний.

Астрономы, имеющие доступ к детекторам гамма-излучения на спутниках, будут играть ключевую роль в обнаружении причин темных молний.

По словам исследователя гамма-лучей Дж. Эрика Гроува из Лаборатории военно-морских исследований в Вашингтоне, гамма-вспышки, описываемые моделью Дуайера, близко соответствуют лучшим недавним спутниковым измерениям грозовых выбросов этих высокоэнергетических лучей. Но он также отмечает, что недавние данные с итальянского спутника предполагают, что грозы могут вызывать гамма-вспышки гораздо более мощные, чем может объяснить теория Дуайера, что добавляет загадки, даже если помогает подтвердить существование темной молнии.

Гроув надеется, что дополнительные данные с датчика на борту космического гамма-телескопа Ферми, над которым он работал много лет, дадут больше информации. «Нам нужно больше экспериментов с гамма-лучами и электрическим полем внутри и вокруг гроз, чтобы действительно понять это», – говорит Гроув.

До тех пор, пока придется подождать полного понимания природного явления, которое Франклин впервые проанализировал.

Эта статья появилась в Guardian Weekly , который включает материалы из Washington Post

What is Lightning? – Определение, типы и причины – Видео и стенограмма урока

Как образуется молния?

Молния обычно связана с грозами , которые представляют собой кратковременные локализованные штормы с вертикальным движением воздуха, влажностью и нестабильностью. Точный механизм возникновения электричества во время шторма не очень хорошо изучен. Итак, молния – это немного загадка. Однако существует ряд известных событий, которые могут произойти при возникновении молнии:

  • Развитие грозы вызывает разделение электрических зарядов.
  • Восходящий поток воздуха уносит с собой положительно заряженные капли воды.
  • Нисходящий поток осадков переносит отрицательно заряженные капли воды вниз к основанию облака.
  • Отрицательные заряды на дне притягивают положительные заряды к поверхности Земли прямо под грозой.
  • Затем разница в зарядах на дне облака и на земле становится все сильнее и сильнее, пока, наконец, не должно произойти высвобождение.
  • Палец отрицательного электричества вылетает из облака и встречает палец положительного электричества, который вырывается из земли. Они соединяются, и вниз падает волна электричества.

Это может происходить несколько раз подряд, пока все отрицательные заряды не исчезнут со дна облака. Этот тип молнии называется молнией облако-земля . Он составляет всего около 20% молний во время шторма, но он самый разрушительный.

Во время грозы бывают и другие типы молний. Внутриоблачная молния происходит в том же облаке. Разделение зарядов сверху и снизу облака производит молнии между ними. Молния от облака к облаку происходит во время грозы таким же образом, только разряд происходит от одного облака к другому.

За молнией обязательно последует гром . Удар молнии вызывает внезапное нагревание и расширение воздуха. Это вызывает ударную волну, которая становится звуковой волной, которую мы слышим как гром. Молния и гром возникают одновременно, но нам кажется, что молния – первая. Это потому, что свет распространяется быстрее звука.Итак, многие из нас слышали, что вы можете определить расстояние до шторма, посчитав, сколько времени прошло между моментом, когда вы видите молнию и слышите гром. Это правда. Пять секунд между ними означает, что шторм находится на расстоянии около одной мили. Если вы не слышите грома, это означает, что шторм находится в дюжине или более миль от вас.

Типы молний

Есть также много других типов молний, ​​которые не вызваны формированием грозы, но все они вызваны тем же основным механизмом, что и молния во время грозы.Положительные и отрицательные заряды разделяются и становятся сильнее, пока не произойдет разряд. Их обычно называют по-разному в зависимости от того, где они встречаются в атмосфере.

Например, Огонь Святого Эльма – это разновидность молнии. Это происходит вокруг мачт кораблей или крыльев самолетов, которые становятся отрицательно заряженными. Если самолет или корабль проходит через положительно заряженное облако, а заряды достаточно сильные, может произойти разряд электричества. Он выглядит как синее свечение и издает жужжащий звук.

Есть также названия типов молний, ​​возникающих на очень больших высотах: спрайты, похожие на медуз, и синие струи, похожие на фонтаны. Молния с воздушным разрядом возникает в очень сухом климате. Молния может возникнуть даже при извержении вулкана. Частицы пепла разного размера при извержении, сопровождающиеся трением, вызывают образование положительных и отрицательных зарядов, что может привести к молнии. Есть много других типов молний. Некоторые из наиболее распространенных – тепловая молния, шаровая молния, бусовая молния и раздвоенная молния.

Краткое содержание урока

Молния – это сильный и быстрый разряд электричества от грозового облака к земле, внутри облака или к другому облаку. Молния образуется из-за разделения электрических зарядов. Когда воздух и влажность поднимаются, положительные заряды переносятся на вершину грозового облака. Когда начинается дождь, он переносит отрицательные заряды на нижнюю часть облака. Это вызывает накопление положительных зарядов на земле. Заряды накапливаются до тех пор, пока вспышки электричества или молнии не снимут напряжение.

Тепло от молнии заставляет воздух расширяться, создавая звуковую волну. Мы слышим это как гром . Есть много других типов молний, ​​которые не связаны со штормами, но механизм разделения положительных и отрицательных зарядов в атмосфере все же вызывает их. Некоторые из наиболее распространенных – это огонь Святого Эльма, воздушный разряд, спрайты, тепловая молния и шаровая молния.

Кататумбо Молния | SKYbrary Aviation Safety

Описание

Молния Кататумбо – атмосферное явление в Венесуэле.Это происходит только в устье реки Кататумбо, где она впадает в озеро Маракайбо.

Он возникает из-за скопления грозовых облаков над близлежащими горами и происходит от 140 до 160 ночей в году, 10 часов в день и до 280 раз в час. Это происходит над и вокруг озера Маракайбо, обычно над болотом, образовавшимся там, где река Кататумбо впадает в озеро.

Молния Кататумбо меняет частоту в течение года, и она разная от года к году. Например, он прекратился с января по март 2010 г., по-видимому, из-за засухи, временно вызвав опасения, что он мог быть потушен навсегда.

Механизм

Молния Кататумбо обычно возникает между координатами 8 ° 30’N 71 ° 0’W и 9 ° 45’N 73 ° 0’W. По мере того как солнце садится, восточные ветры начинают набирать скорость. Это развитие ночного низкоуровневого джета (NLLJ), аналогичного тому, что мы видим на Великих равнинах в Северной Америке. Эти ветры приносят влагу в основном из Карибского моря (частично из самого озера). Этот влажный воздушный поток обрушивается на высокие горные хребты Анд, гор Периха (3750 м) и Кордильеры Мериды, которые окружают равнину с трех сторон.Воздух поднимается и над горами образуется конвекция (грозы). По мере того, как NLLJ продолжается в течение ночи, возникает больше гроз, поскольку другие рассеиваются в той же области. Это называется конвекцией, привязанной к местности. Когда утром NLLJ ослабевает, развитие грозы прекращается. Этот образец повторяется каждую ночь в течение большей части года.

Явление характеризуется почти непрерывными молниями, в основном внутри облаков, которые образуются при большом вертикальном развитии облаков. В бассейне озера Маракайбо на северо-западе Венесуэлы самый высокий годовой уровень молнии среди всех мест в мире. Молния производит большое количество озона.

Воздействие на авиацию

Помимо воздействия на движение по маршруту в этом районе, некоторые местные аэропорты, включая аэропорт Мигеля Урданета Фернандеса, могут пострадать от штормов, связанных с молнией Кататумбо.

Статьи по теме

Дополнительная литература

Периодически я слышу истории о шаровых молниях.Это явление действительно существует? Может ли плазменный шар оставаться стабильным в течение нескольких секунд, как утверждают некоторые исследователи?

Шаровая молния может быть более экзотической, чем искры микроволновых печей, но большинство ученых убеждены, что она не менее реальна. Мартин Анатольевич Умань, председатель кафедры электротехники в Университете Флориды в Гейнсвилле объясняет:

«Шаровая молния – это хорошо задокументированное явление в том смысле, что его видели и постоянно описывали люди из всех слоев общества со времен древних времен. Греки.Не существует общепринятой теории причин этого. Он не обязательно должен состоять из плазмы; например, шаровая молния может быть результатом хемилюминесцентный процесс. Литература изобилует размышлениями о физике шаровой молнии ».

Питер Х. Гендель в факультет физики и астрономии Университета Миссури в Сент-Луисе представил подробный обзор и предложил свою любимую модель шаровая молния:

“Согласно статистическим исследованиям, проведенным Дж.Р. МакНелли в 1960 г. (Дж. Р. МакНелли, «Предварительный отчет о Болле»). Молния »в Протоколах второго ежегодного собрания Отделения физики плазмы Американского физического общества , Гатлинбург, No. 2AD5 [1960], Paper J-15, pp. 1AD25), шаровые молнии видели 5 процентов населения Земли. Этот процент примерно такой же как часть населения, которая видела обычный удар молнии с близкого расстояния, то есть достаточно близко, чтобы видеть прямую точку удар молнии.

«Шаровую молнию видели и описывали с древних времен, часто группами людей, и регистрировали во многих местах. описывается как светящаяся сфера, чаще всего размером с голову маленького ребенка. Обычно появляется во время грозы, иногда в течение нескольких секунд. секунды молнии, но иногда без видимой связи с молнией. В некоторых случаях шаровая молния появляется после грозы – или даже до этого. Его время жизни широко варьируется от нескольких секунд до нескольких минут; средняя продолжительность – около 25 секунд.Время жизни шаровая молния имеет тенденцию увеличиваться с увеличением размера и уменьшаться с увеличением яркости. Шарики, которые выглядят отчетливо оранжевыми и синими, кажутся дольше, чем средний. Многие из этих общих характеристик основаны на работах А.И.Григорьева, проанализировавшего более 10 тысяч случаев шаровой молнии (А.И. Григорьев, «Статистический анализ свойств шаровой молнии», в Наука о шаровой молнии , под редакцией Я. Х. Оцуки, World Scientific Publishing Co., Сингапур, 1988, стр.88AD134).

«Шаровая молния обычно движется параллельно земле, но совершает вертикальные прыжки. Иногда спускается с облаков, в других случаях он внезапно материализуется в помещении или на открытом воздухе или входит в комнату через закрытое или открытое окно, через тонкие неметаллические стенки или через дымоход. Проходя через закрытые окна, шар молнии повреждает их маленькими дырочками. примерно в одной трети случаев. Шары не обладают заметным эффектом плавучести. Все эти атрибуты привели великий русский физик Петр Капица в 1955 году. интерпретировать шаровую молнию как безэлектродный разряд, вызванный стоячими волнами УВЧ неизвестного происхождения, присутствующими между землей и землей. облако; более ранние версии этой идеи относятся к 1930-м годам.

«Ученые с тех пор уточнили предположение Капицы. Теория мазера-солитона, который я впервые описал в 1975 году (П. Х. Гендель, «Мазерная теория шаровой молнии» в бюллетене Американского физического общества Series II, Vol. 20 [1975], № 26), является современной версией метода разряда УВЧ. Я руководил исследованиями теории мазеров-солитонов в Курчатовский научный центр в Москве с 1992 года. Согласно этой теории, наружная шаровая молния вызывается атмосферным мазером – аналогично. к лазеру, но работающий с гораздо меньшей энергией – имеющий объем порядка многих кубических километров.

“Технически мазер генерируется инверсией населенностей, индуцированной во вращательных энергетических уровнях молекул воды коротким импульсом поля, связанным с полосой молния. Большой объем воздуха, на который воздействует удар, затрудняет выход фотонов до того, как они вызовут микроволновое усиление. вынужденным излучением »(мазерный эффект). Если объем воздуха не очень велик или не заключен в проводящую полость (как в случае шаровой молнии в самолетах или подводных лодках и в определенной степени также в помещении), столкновения между молекулами будут поглощать всю энергию инверсия населения.Если объем большой, мазер может генерировать локализованное электрическое поле или солитон, который дает начало наблюдаемому шару. молния. Однако такой разряд в лаборатории еще не создан.

“Теория мазера-солитона подтверждается тремя хорошо известными факты. Во-первых, шаровая молния никогда не возникает на острых горных вершинах, высотных зданиях и других высоких точках, привлекающих молнии и используемых. для исследования молний специалистами по атмосферному электричеству.(Исследователь молний Карл Бергер сказал мне, что всю жизнь регистрировал и измерял сотни тысяч разрядов молний, ​​поражающих его лабораторию на вершине горы Сальваторе в Лугано, Италия, без единого следа шара. молнии.) Невозможность наблюдать шаровую молнию в таких условиях привела к повсеместному разочарованию и даже скептицизму по поводу реальности происходящего. явление. Но на самом деле импульс поля молнии, поражающей высокие остроконечные объекты, локализован в узком конусе, который охватывает относительно небольшой объем.Согласно теории мазера-солитона, эта среда исключает мазерный эффект. С другой стороны, когда молния ударяет равнины, результирующий импульс поля огромен: около 10 километров в ширину и три километра в высоту. Таким образом, шаровая молния хранит свои секреты: она посещает фермер и избегает ученого!

«Во-вторых, шаровая молния безвредна внутри самолетов и подводных лодок или в домах с проводящим каркасом. Опять же, согласно теории мазера-солитона, энергия мазера в таких условиях ограничена примерно 10 джоулями (по сравнению с пределом в 10 джоулей). 10 9 до 10 10 джоулей на открытом воздухе), слишком мало, чтобы представлять опасность для жизни.

“И третья, шаровая молния под открытым небом часто. заканчивается сильным взрывом, иногда причиняющим значительный ущерб. Взрыв особенно странен, потому что он сильно смещает проводящие объекты в большей степени, чем диэлектрики. Например, электрические соединительные коробки иногда извлекают из стен домов с помощью уличная шаровая молния и брошенная посреди улицы. Теория мазера-солитона предсказывает, что такой всплеск произойдет, когда нагрузка внезапно исчезает.(Когда разряд, поглощавший фотоны, генерируемые мазером, внезапно исчезает, эти фотоны начинают жить дольше и мгновенно размножаться, не ограничиваясь мазерным эффектом. Это распространение вызывает еще большую мгновенную лавину фотонов и практически мгновенный экспоненциальный рост электрического поля. Увеличение происходит слишком быстро, чтобы вызвать электрический пробой или нагрев, но может вызывать очень большие «пондеромоторные силы» – механические эффекты, которые могут разрывать составные объекты с различными диэлектрическими постоянными.)

«Новаторские эксперименты Оцуки и Офурутона с шаровой молнией УВЧ-разряда в Японии (Ю. Х. Оцуки и Х. Офурутон,« Плазма Огненные шары, образованные микроволновым излучением в воздухе »в Nature Vol. 350 (1991), стр.139) и вышеупомянутые исследования в Курчатове. в Москве (В. А. Жильцов, C9. А. Маныкин, Е. А. Петренко; и А. А. Сковорода, Дж. Ф. Лейтнер, П. Х. Гендель, «Пространственно локализованные микроволновые печи»). Разряд в атмосфере », сб. ЖЭТФ Vol.81 [1995], стр. 1072-81) помогли решить загадку с шаровой молнией. Теперь, когда мы похоже, понимают истинную природу шаровой молнии, особенно прискорбно, что в США нет средств на исследования и контролируемое воспроизведение этого увлекательного явления.

«Центром исследований шаровых молний станет Пятый международный симпозиум. «Шаровая молния» 26-29 августа 1997 г., организованная Я. Х. Оцуки и Х. Офурутон из Токийского столичного колледжа воздухоплавания. Инжиниринг (для информации отправьте письмо по адресу ofuruton @ kouku-k.ac.jp). Я буду сша представитель шаровой молнии в Международном комитете; Со мной можно связаться по адресу [email protected]sl.edu “


Научное сообщество все больше растет. убежден, что шаровая молния – реальное явление (хотя остаются некоторые скептики). А вот что может вызвать шаровую молнию, так это источник устойчивых споров. Ранее мы выдвинули изложенную выше теорию. Джон Лоук, физик плазмы из Института промышленных технологий CSIRO, в Австралии, предлагает другую теорию об этом явлении:

“Хотя есть по крайней мере один учебник по молнии, который ставит под сомнение существование шаровой молнии, и я никогда не видел это явление лично, я чувствую, что нет никаких сомнений в том, что шаровая молния существует.Я говорил шести очевидцам этого явления и думают, что нет никаких оснований сомневаться в достоверности их наблюдений. Кроме того, отчеты все они удивительно похожи и имеют общие черты с сотнями наблюдений, которые появляются в литературе.

“Шаровая молния обычно описывается как светящийся шар диаметром от 1 до 25 сантиметров, имеющий интенсивность 20-ваттной лампы накаливания; феномен обычно возникает после удара молнии.Он почти всегда движется, имеет максимальную скорость около трех метров в секунду и плавает на высоте примерно одного метра над уровнем моря. земля. Движение может противоречить преобладающему ветру и может беспорядочно менять направление. Шаровая молния может длиться до 10 секунд, при этом мяч гаснет либо бесшумно, либо с треском. Было много наблюдений за шаровой молнией внутри домов и даже в самолеты. Также был проведен ряд наблюдений за шаровой молнией, проходящей через закрытые стеклянные окна, без видимых повреждений. стекло.Обычно заметного тепловыделения не наблюдается, хотя недавнее наблюдение показало, что деревянная доска была обожжена. Несколько человек сообщили о запахе озона и оксидов азота, связанном с шаровой молнией, а также статическим электричеством в транзисторных радиоприемниках.

«Ученые имеют десятилетиями пытались сформулировать правдоподобное объяснение существования стабильного плазменного шара. Горячий шар плазмы должен подняться как горячий воздух воздушный шар, но наблюдения обычно не сообщают о таком поведении.Почему такой мяч движется, обычно против ветра? Какой источник энергии поддерживает шар молнии, учитывая, что можно было бы ожидать, что такой шар будет быстро уменьшаться в интенсивности?

«Были сотни бумаг, и как минимум три книги, посвященные шаровой молнии. Большинство теорий поднимают больше вопросов, чем они претендуют на то, чтобы их решить. Вероятно, самая известная теория была выдвинут российским лауреатом Нобелевской премии Петром Капицей, который утверждал, что шаровая молния вызывается стоячей волной электромагнитного излучения. радиация.Но почему должна быть стоячая волна электромагнитного излучения? Другие теории утверждают, что мяч имеет множество источников энергии. молния, включая атомную энергию, антивещество, горящий материал или электрическое поле облака.

«Общепринятой теории шаровая молния. У меня есть собственная теория, опубликованная в журнале Journal of Physics D: Applied Physics , («Теория шаровой молнии как электрического Разряд »в т. 29, № 5, стр. 1237-1244; май 1996 г.).Я предполагаю, что шаровая молния питается от электрического поля, связанного с рассеянием заряды в земле после удара молнии. Движение мяча контролируется скоростью электрического заряда, когда он рассеивается в заземление после начального периода электрического «пробоя», произошедшего в момент удара. В своей статье я предполагаю, что этот разряд похож на к коронному разряду (как это происходит вокруг высоковольтных трансформаторов) и состоит из последовательности электрических импульсов, которые происходят на микросекундная шкала времени.

Заземление энергосистемы: сведения об ударах молнии

Молния – это электрический разряд, связанный с накоплением электростатического электричества от облака к облаку, внутри облака или от облака к Земле.

Молния представляет серьезную опасность, что заставляет отрасли электроснабжения систематически изучать атмосферные разряды и их влияние на системы электроснабжения. В этой статье особое внимание уделяется молнии, возникающей между облаком и энергосистемой.

Проблема молнии

Из-за своего необычного проявления и опасностей для жизни и строений молния – это явление, влияющее на общество. Исследования молний позволяют разработать ценные инструменты и процедуры для распознавания сильных гроз и защиты людей и оборудования.

Рис. 1. Молния представляет опасность как для живых существ, так и для конструкций, с которыми она соприкасается.

Более ранние исследования молний позволили получить представление о процессе разряда. В настоящее время многие исследователи во всем мире продолжают успешно решать многие нерешенные вопросы. Однако сложность явления требует быстрого и полного объяснения.

Удар молнии – это сильноточный разряд, который длится всего несколько миллионных долей секунды.

Широко принятая теория молний гласит, что облака приобретают заряд или, по крайней мере, поляризованы.Они содержат отдельные отрицательные и положительные заряды, которые притягивают заряды противоположной полярности внутри облака и между ним и соседними массами, такими как Земля и другие облака, создавая сильные электрические поля.

Градиент потенциала в воздухе между центрами заряда в облаке или между облаком и Землей неоднороден, но максимален там, где концентрация заряда самая высокая. Самая высокая концентрация заряда и наиболее значительный градиент напряжения при разрядах облако-Земля обычно происходят в облаке.

Когда градиент напряжения достигает предела диэлектрической проницаемости для воздуха, воздух в области высокой концентрации напряжений ионизируется. Происходит пробой или вспышка молнии – этот разряд тока часто бывает большой.

В то время как внутриоблачная молния и молния от облака к облаку не создают прямой опасности для конструкций или людей на земле, индуцированные напряжения в длинных кабелях представляют риск для управления и сигнализации оборудования, использующего электронные или полупроводниковые устройства.

Около 90% разрядов, регистрируемых Национальной сетью обнаружения молний в США, происходят из облака в облако.Молния из облака в облако представляет собой опасные электромагнитные помехи (EMI) для самолетов, что побуждает разработчиков авионики изучить их.

Разряды молний “облако-земля” представляют большой интерес из-за их опасности для жизни и имущества. Сильный ток, протекающий во время вспышки молнии, может расплавить проводники, вызвать возгорание, повредить оборудование, отключить силовые цепи и создать смертельное напряжение для живых существ.

Несмотря на свою непродолжительность, молния является наиболее серьезной причиной отключения электроэнергии, как указывается в отчетах многих операционных компаний по всему миру.Удары молнии, которые создают проблемы для энергетика, происходят в энергосистеме или рядом с ней.

Накопление электричества в облаках

Есть несколько теорий, объясняющих накопление электричества в облаках. Два из них:

  1. Теория ионизации Вильсона
  2. Теория разрывающейся капли Симпсона и Скраза

Теория ионизации Вильсона

C.T.R. Уилсон (1920) объясняет свою теорию, наблюдая за движением капель воды в восходящих воздушных потоках грозы, приписывая электризацию капель контакту с ионами воздуха.Атмосфера обычно представляет собой множество мелких положительных или отрицательных ионов с подвижностью около 1 см / с под действием поля 1 В / см. Есть также много крупных ионов с гораздо меньшей подвижностью.

Согласно Уилсону, количество этих ионов увеличивается в грозовых облаках из-за значительных электрических полей. Капли дождя, падающие или поднимающиеся в воздушных потоках грозы, должны встретиться с ионами. Эти капли поляризованы положительным зарядом на их нижней поверхности и отрицательным зарядом на их верхней поверхности, которая является нормальным направлением поля.Позже они притягивают к себе отрицательные заряды.

Атмосфера всегда содержит скопления ионов обоих знаков, и капли дождя избирательно улавливают их, приобретая отрицательный заряд и оставляя преобладание положительного заряда в воздухе. Восходящие потоки переносят положительный воздух и более легкие капли на вершину облака. Более крупные капли дождя приносят отрицательный заряд основанию облака. Таким образом, согласно Уилсону, верхняя область облака становится положительно заряженной, а нижняя область – отрицательно заряженной.Таким образом происходит поляризация большинства грозовых облаков.

Теория критического падения Симпсона и Скрэза

Симпсон и Скрэйз (1937) проводили исследования облаков с помощью инструментов, отправляемых вверх на воздушных шарах, измеряя величину потенциального градиента и его полярность по всей высоте и в различных частях облака. Они также измерили электрическое поле на поверхности Земли под грозовой тучей, когда она проходила над головой.

Согласно этой теории, когда капли воды разбиваются, они получают положительный заряд, а окружающий воздух – отрицательный.

На рис. 2 показано, что, по мнению Симпсона и Скрайза, происходит в облаке. Положительные и отрицательные знаки указывают на заряды внутри облака. Облако движется справа налево, а сплошные линии представляют собой линии тока воздуха, расстояние между которыми пропорционально скорости ветра. Это разделение показывает сильные ветры, которые появляются по мере приближения шторма.

Рис. 2. Обобщенная диаграмма, показывающая воздушные потоки и распределение электричества при типичной тепловой грозе.Симпсон и Скрайз, 1937.

Воздух входит в шторм слева и проходит под облаком, где принимает восходящее направление. Этот восходящий поток предотвращает падение дождевых капель через него. Капли, попадающие в эту область, разбиваются, а заряды разделяются.

Нижняя область положительного заряда связана с сильным восходящим током. В задней части этого региона вертикальный ветер слабее, и образующийся сильный дождь имеет положительный заряд.Помимо этой локальной области положительного заряда, нижняя половина облака отрицательна, а верхняя – положительна.

Область разделения отрицательного заряда и верхнего положительного заряда возникает при температурах от 0 ° C до -20 ° C. Эти температуры ниже точки замерзания. По этой причине вывод состоит в том, что образование верхнего заряда зависит от наличия кристаллов льда, а не от наличия капель воды.

Воздух в верхней части облака имеет тенденцию становиться положительно заряженным, в то время как отрицательно заряженные кристаллы льда медленно движутся вниз, тают и перерабатываются или выпадают в виде дождя.Положение нижнего положительного заряда подтверждает идею о том, что его порождает процесс разрушения капли.

Симпсон и Робинсон подтвердили эти выводы в 1941 году. Эти сложные и активные схемы заряда создают условия, благоприятные для удара молнии.

Механизм удара молнии

Schondland et al. дал прекрасное описание молнии в серии статей, опубликованных с 1934 по 1938 год. Удар молнии по Земле начинается, когда заряд вдоль основания облака создает концентрацию противоположного заряда на Земле (рис. 3).

Рис. 3. Облако приводит к накоплению противоположных зарядов на Земле.

Когда градиент напряжения достигает предела для воздуха, воздух в области высокой концентрации напряжения ионизируется или разрушается, образуя ионизированный канал на Землю. Напряженность электрического поля, вызывающего пробой при атмосферном давлении, составляет примерно 30 кВ / см. В облаке, учитывая влажность и более низкое давление, градиент напряжения ниже, порядка 10 кВ / см.

Наблюдения, сделанные с помощью «камеры для мальчиков», разработанной Чарльзом В. Бойсом в 1926 году для получения изображения явления с временным разрешением, показывают, что поломка приводит к ступенчатому удару лидера.

Рис. 4. Чарльз В. Мальчики со своей камерой, разработанной специально для съемки молний.

Ступенчатый лидер – это разряд, который несколько неожиданно прогрессирует небольшими шагами от облака к Земле.На рисунке 5 показана схематическая диаграмма камеры для мальчиков.

Рис. 5. Принципиальная схема камеры Boys. РЕЗЮМЕ. Мальчики, 1926.

Заряд облака проходит через ионизированный канал, поддерживая высокий градиент напряжения на конце канала, поддерживая процесс разрушения. Возникновение удара молнии – это постепенный пробой дуги вместо мгновенного пробоя воздуха на всю длину канала.

На рис. 6 показаны нисходящие лидеры, распространяющиеся от облака к Земле.

Рис. 6. Ступенчатые лидеры движутся к Земле.

Ступень выноски имеет длину около 50 м и занимает примерно 1 мкс. Лидеру требуется как минимум несколько микросекунд, чтобы достичь поверхности Земли из-за неправильного пути и пауз между толчками.

Лидер направлен к Земле, но угол отклонения каждого шага случайен.Каждый шаг приближается к Земле под разным углом, придавая общей вспышке молнии типичный зигзагообразный вид.

Причина появления ступенчатых лидерных выемок, по-видимому, заключается в истощении центров заряда, что снижает электрический градиент на острие ниже критического значения для ионизации в этом месте. Лидер быстро прогрессирует при получении нового заряда из облака.

В 1958 году Гриском предложил теорию предварительного удара в качестве ступенчатого механизма. Эта теория утверждает, что разряд, подобный лидеру, поднимается с Земли, чтобы встретить лидера, прежде чем он достигнет земли.По мере приближения ступенчатых лидеров к Земле электрическое поле на поверхности растет до тех пор, пока не превысит критическую величину для возникновения восходящих ударов. Затем восходящие удары, обычно с высоких точек поблизости, перехватывают нисходящих лидеров (Рисунок 7).

Рис. 7. Удар молнии в Землю с восходящими ударами.

Запуск восходящего удара с Земли запускает процесс прикрепления.Когда встречаются нисходящие и восходящие разряды, они завершают соединение.

Сильноточный обратный удар мощности быстро перемещается вверх по ионизированному каналу лидера после соединения с Землей. Этот удар сильнее и быстрее лидера. Результатом является нейтрализация заряда в канале лидера или постепенная разрядка канала на Землю (рис. 8). Лидер и ответный удар способствуют переносу заряда от облака к земле.

Рисунок 8.Сила ответных ударов с Земли на облако.

Лидер, нанесший первый ответный удар, принимает то, что выглядит оптически прерывистым курсом. Часто по первоначальному каналу будет несколько ударов по Земле. То, что выглядит как единичная вспышка молнии, – это эффект нескольких коротких импульсов или ударов тока большой амплитуды, от 30 до 40.

Лидеры, вызывающие ответные удары, которые следуют за ними, непрерывно движутся как нисходящий дротик по предыдущему пути ответного удара и называются лидерами дротиков.

Исследование Эмпайр Стейт Билдинг

Что произойдет, если землей окажется высокий объект, например, здание, дерево или линия электропередачи?

В период с 1935 по 1941 год МакИхрон и его коллеги сфотографировали забастовки на вершине Эмпайр-стейт-билдинг в Нью-Йорке с помощью камеры Мальчиков. Исследование было прекращено во время войны и возобновлено в 1948 году.

Эмпайр-стейт-билдинг – это стальное каркасное здание, увенчанное башней высотой 380 м.Сложная процедура с использованием набора инструментов использовалась для записи как можно большего количества данных. Было сделано фундаментальное открытие: практически во всех случаях первый ступенчатый лидер продвигался вверх от вершины здания к облаку, а не вниз от облака, как на плоской земле. Лишь в нескольких случаях они обнаружили, что исходные ступенчатые лидеры были направлены вниз.

После восходящего лидера обратного стримера из облака не было. Но последующие разряды состояли из непрерывного нисходящего лидера и восходящей возвратной косы.

Другое открытие заключалось в том, что между пиками тока продолжал течь небольшой ток, возможно, в несколько сотен ампер. Исследователи пришли к выводу, что это была дуга постоянного тока, которая, вероятно, сохранялась в течение всего времени разряда с наложенными пиками тока нескольких величин.

Более недавнее исследование показало, что восходящие разряды молний происходят только от сущностей выше примерно 100 м или тел меньшей высоты, находящихся на вершинах гор.

Обзор исследований и характеристик молний

Скачки и разряды молний могут быть очень разрушительными для жизни и оборудования энергосистемы.Они являются частой причиной отключения электроэнергии и материального ущерба.

Накопление электричества в облаках связано с ионизированным воздухом, влажностью в атмосфере и восходящим ветром.

Удар льда о лед в верхних слоях облака может вызвать разделение электрического заряда, подобное разбиванию капель дождя.

Обычно нижняя часть облака в основном отрицательная, а верхняя часть – в основном положительная, с областью смешанного заряда на уровнях с температурами от 0 ° C до -20 ° C.

Другой механизм накопления зарядов – это переход воды в лед в облаке.

Фотографии ударов молний, ​​сделанные камерой Boys, позволили сделать следующие выводы относительно механизма удара молнии по относительно ровной местности или невысоким строениям:

  • Большинство зарегистрированных ударов произошло от облаков отрицательной полярности.
  • Процесс начинается со ступенчатого лидера, перетекающего из облака на Землю.
  • Каждый лидер, приближающийся к Земле, вызывает восходящие соединительные удары.
  • После соединения с Землей сильноточный обратный удар быстро течет вверх по ионизированному каналу лидера.
  • Последовательные удары имеют непрерывный лидер или лидер, идущий вниз из облака.
  • Забастовки состоят из множества отдельных разрядов.

Исследование Эмпайр-стейт-билдинг обнаружило различие в механизме удара: большинство оригинальных ступенчатых поводков движутся вверх от вершины здания к облаку, а не вниз от облака, как в случае с равнинной местностью и ниже. структур, и никаких обратных лент не последовало.Следующие ступенчатые лидеры разрядов были вниз от облака к Земле, и все ответные удары были направлены вверх от Земли к облаку.

Таинственная синяя молния из космоса | Умные новости

Художественная визуализация синей реактивной молнии, вырывающейся из грозового облака в космос. На переднем плане видны солнечные батареи Международной космической станции. Европейское космическое агентство / DTU Space, Mount Visual / Даниэль Шмеллинг

Когда грозовые тучи посылают по небу зазубренные полосы молнии или производят грохот, ударяющий по земле, другое потустороннее явление иногда вырывается из верхней части облаков в виде столба синего света, устремляющегося в космос.Эти красочные вспышки называются синими струями, и они могут простираться на 30 миль в стратосферу.

Синие самолеты можно увидеть с земли только в редких случаях, потому что они короткие и обычно не видны из-за облаков. Но в 2019 году инструменты на борту Международной космической станции (МКС) смогли зафиксировать пять синих вспышек и синюю струю, вылетевшую в космос из грозового облака недалеко от острова Науру в центре Тихого океана.

Теперь эти наблюдения составляют основу новой статьи, опубликованной в журнале Nature , которая может помочь объяснить, что дает начало синим джетам, сообщает Николетта Ланезе для Live Science . Согласно статье, каждая из вспышек длилась от 10 до 20 миллисекунд, а синяя струя достигла высоты примерно 32 мили над уровнем моря.

Согласно Live Science , текущее, хотя и неполное, понимание синих струй предполагает, что они возникают, когда положительно заряженная верхняя часть облака взаимодействует с отрицательно заряженным слоем, находящимся прямо над облаком, на короткое время уравновешивая противоположные заряды в облаке. ярко-синий разряд статического электричества.Обычная молния, как объясняет Мария Темминг из Science News , возникает, когда противоположные заряды в ближайших облаках или между облаком и землей уравновешивают и разряжают свое электричество.

Голубая струя над Науру была зафиксирована оптическими камерами, фотометрами и детектором рентгеновского и гамма-излучения, установленным снаружи МКС. Исследователи сообщают, что синие вспышки сопровождались вспышками ультрафиолетового света под названием ELVES.

«Этот документ является ярким примером многих новых явлений, которые ASIM наблюдает над грозами», – говорит Астрид Орр, координатор по физическим наукам в космических полетах человека и роботов Европейского космического агентства (ESA).

Виктор Пасько, астрофизик из Пенсильванского университета, который не принимал участия в работе, сообщает Science News , что улучшение нашего понимания синих струй, а также других незнакомых, но не менее реальных явлений, таких как красные спрайты, важно, потому что они могут нарушать радиоволны, которые мы используем для коммуникационных технологий.Согласно Live Science , эти явления в верхних слоях атмосферы могут также влиять на концентрацию парниковых газов и озоновый слой Земли.

Электричество Новое исследование Космическое пространство Погода

Рекомендованные видео

.

Оставить комментарий