Как образуются молнии – Виды молний: линейные, внутриоблачные, наземные. Разряд молнии. Как образуется шаровая молния

Содержание

Как образуется молния? – boeffblog.ru

 

Что такое гроза?

https://sciencing.com/can-something-happen-tv-there-thunder-storm-20447.html

Гроза – это атмосферное явление, которое сопровождается светомузыкальными эффектами под названиями молния и гром. Еще при грозе частенько бушует ветер и льется дождь. В общем-то каждый и сам все видел и все это знает. С дождем и ветром более менее понятно, но возникает вопрос откуда берутся молния и гром? Обычно люди, которые знают, что электричество живет в розетке, делают серьезное лицо и выдают ответ: “Это облака сталкиваются, поэтому сверкает.” Неплохой ответ конечно, но давайте ответим на этот вопрос с физической точки зрения.

Что такое молния?

Молния – это электрический разряд. Но откуда же он берется? А все начинается с облаков. С поверхности земли испаряется влага, которая поднимается вверх в виде капелек. “Стая” таких капелек собирается на определенной высоте и становится видна с земли в виде облака (в одном облаке просто невероятное количество капель). К облакам постоянно присоединяются новые капли, а старые могут отрываться от них. Если их присоединяется больше, чем отрывается, то облако растет. Размер облака по вертикали может достигать нескольких километров (расстояние от земли до нижней части облака примерно 0.5 – 2 км). В облаках температура может быть ниже нуля градусов по Цельсию, поэтому капельки замерзают и становятся льдинками. Эти льдинки находятся в постоянном движении, поэтому очень часто сталкиваются друг с другом. В результате этих столкновений одни капли/льдинки заряжаются положительно (они более легкие, поэтому поднимаются вверх), а другие отрицательно (они более тяжелые, поэтому скапливаются в нижней части облака).

При этом процессе нижняя часть облака заряжается отрицательно, а верхняя – положительно. При этом такое облако уже имеет большие размеры и становится грозовым. Нужно понимать, что не каждое облако становиться грозовым, так как этот процесс занимает длительное время, и нужно, чтобы сложились благоприятные условия (чтобы облако не распалось раньше, чем оно накопит достаточный заряд и наберет достаточную массу).

Теперь вернемся к молнии. Если два таких грозовых облака подходят на достаточно близкое расстояние (да еще одно подходит отрицательной стороной, а другое – положительной), заряженные частицы (электроны и ионы) начинают проскакивать через воздушную прослойку между двумя облаками (ведь плюс и минус, как мы знаем, должны притягиваться). Даже воздушная прослойка не может их остановить, настолько большие заряды у облаков!

Обычно первые частицы являются “полководцами”, так как они прокладывают канал между облаками, по которому сразу же устремляются миллиарды других заряженных частиц.

В этот момент мы и видим молнию!

Часто случается такое, что молния бьет прямо в землю. В этом случае сама земля выступает в качестве скопления положительного заряда, а остальное происходит как описано выше.

Почему молния имеет изломы?

Когда заряженные частицы летят через воздушную прослойку между облаками, они могут сталкиваться с молекулами воздуха или каплями (льдинками) воды. От этих столкновений меняется направление движения заряженных частиц, но в целом они продолжают двигаться в сторону второго облака, чтобы замкнуться на нем.

Почему мы слышим гром?

Гром – это звуковое сопровождение молнии, без которого невозможно достигнуть необходимого порога страха. Именно грома человек боится больше, чем светящейся полоски на небе. 

При прохождении электрического разряда (молнии) происходит резкое повышение температуры окружающего воздуха до нескольких тысяч или даже миллионов градусов. Этот температурный скачок приводит к локальному расширению нагретого воздуха (взрыв), которое вызывает ударную волну (раскат грома). Если молния имеет много изломов, то мы слышим несколько раскатов грома при каждой резкой смене направления возникает новый “взрыв“. 

Так как скорость звука в воздухе меньше скорости света, мы слышим гром немного позже самой вспышки. По времени задержки грома можно примерно посчитать расстояние до того места, где появилась молния. Для этого нужно посчитать: через сколько секунд слышится гром после вспышки. Каждая секунда равна расстоянию в 1 километр. То есть,

если после вспышки прошло 10 секунд до того как прогремел гром, то молния сверкнула на расстоянии 10 км.

 

 

А Вы боитесь грозы??

 


boeffblog.ru

Как образуется молния? – Полезная информация для всех

Мо#769;лния гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, обычно происходит во время грозы, проявляющийся яркой вспышкой света и сопровождающим е громом. Молнии также были зафиксированы на Венере, Юпитере, Сатурне и Уране. Ток в разряде молнии достигает 10100 тысяч ампер, напряжение достигает сотен миллионов вольт. Тем не менее, погибает после удара молнией лишь 10,2 % людей. Содержание показать

править
История

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

Электрическая природа молнии была раскрыта в исследованиях американского физика Б. Франклина, по идее которого был проведн 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
править
Физические свойства молнии

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

Молния ударяет в Эйфелеву башню, фотография 1902 г.

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.

Существует две заряженных области в облаках, положительная и отрицательная, это две половины электрической цепи, отрицательный разряд стремится к положительному, и этот заряд называется Лидером, практически не видимый глазом человека из-за огромной скорости протекания и слабой яркости. Другой положительный заряд, Стример, стремится к отрицательному лидеру, и этот заряд очень яркий и долгий по времени удара молнии. Электрический заряд Лидер исходит в основном из облака, а Стример исходит из поверхности земли или другого облака с положительно заряженной областью. Молния это не один разряд, а более нескольких десятков пульсирующих разрядов, почему и видимое мерцание молнии считается одним разрядом ошибочно.

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 объясннные 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 объме несколько км#179;. 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) объме облака образовалось электрическое поле (см. атмосферное электричество) с напряжнностью, достаточной для начала электрического разряда ( 1 МВ/м) , а в значительной части облака существовало бы поле со средней напряжнностью, достаточной для поддержания начавшегося разряда ( 0,10,2 МВ/м) . В молнии электрическая энергия облака превращается в тепловую, световую и звуковую, и самыми опасными продуктами молнии являются рентгеновское и гамма излучение.

info-4all.ru

Что такое молния?

Всего просмотров: 282Просмотров за сутки: 0

Что такое молния?

Молнию мы видим часто, особенно летом, в жаркую и душную погоду, когда воздух пахнет озоном. И, наверняка вы сами или ваши дети задумывались, что такое молния, как она образуется.
Чтобы начать разговор о том, что такое молния, как она образуется, приведем сперва пример. Вы когда-нибудь видели искры, которые образуются при соединении контактов батареи? По-сути, эти искры — микроскопические молнии. А настоящая, природная молния — это электрический разряд огромной силы.

Как образуется молния?

Мы знаем, что в батарейке есть разность потенциалов «плюс» и «минус». Как образуется разность потенциалов в природе?
Обычно молнии сверкают либо в самом облаке, либо бьют по земле из тучи, сопровождаясь при этом оглушительным звуком, который мы зовем «громом». Что электризует облако, почему оно становится способным формировать такие мощные разряды?
Облако электризуется за счет бесконечного, хаотичного движения мельчайших частиц, образующих его. Крупные частицы заряжаются отрицательно, мелкие — положительно, происходит их постоянное перераспределение во внутриоблачном пространстве, в результате возникает мощное электрическое поле с разными потенциалами. В определенный момент между разнозаряженными областями возникает лавинообразное движение электронов, довольно быстро превращающееся в разряд, сопровождающийся сильным разогревом атмосферы до возникновения яркой вспышки. Так образуется молния, которая подобно взрыву, вызывает ударную волну, который мы идентифицируем, как гром.

Подобная разность потенциалов может создаваться не только внутри облака или между облаками, но и между облаком и землей, а также облаком и небом, что и задает направление движению разряда.
Какова мощность молнии? Сила тока такого разряда составляет несколько десятков тысяч ампер, напряжение — десятки миллионов вольт. Энергия, которую дает молния, составляет несколько гигаватт, доходя порой до нескольких десятков и сотен! Для сравнения: Саяно-Шушенская ГЭС, самая мощная гидроэлектростанция России, вырабатывает 6,4 гигаватта электроэнергии.

Что такое шаровая молния?

Необычной и пока что малоизученной формой является шаровая молния. Как видно, из названия, основное отличие от обычной молнии — это ее форма, которая напоминает шар. Явление настолько редкое, что часть ученых сомневается в его существовании, списывая на галлюцинации или желание привлечь к себе внимание.

Очевидцы утверждают, что шаровая молния появляется во время грозы с обычными молниями, но порой — и в ясную погоду, причем совершенно неожиданно, словно из ниоткуда — из электропроводов, деревьев, столбов. Обычно это шар, иногда овал, красного или оранжевого цвета, размером 5-30 см, достаточно быстро движущийся, редко существует более десяти секунд. Рассказывают о проникновении шаровых молний сквозь щели, окна. Есть свидетельства, что иногда шаровая молния исчезает со взрывом.

Оцените прочитанное: &nbsp Загрузка…

daju-spravku.ru

Молния – это… Что такое Молния?

Молнии

Мо́лния — гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, обычно может происходить во время грозы, проявляющийся яркой вспышкой света и сопровождающим её громом. Молнии также были зафиксированы на Венере, Юпитере, Сатурне и Уране и др. 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 10,2 % людей

[источник не указан 147 дней].

История

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 1012-1015эВ, формирующих широкий атмосферный ливень (ШАЛ) с понижением пробивного напряжения воздуха на порядок от такового при нормальных условиях.[1]

По одной из гипотез, частицы запускают процесс, получивший название пробоя на убегающих электронах[2]. 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[3]. В 1995 году был открыт другой вид молний в верхней атмосфере — джеты[3].

Эльфы

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[3]. Высота эльфов может достигать 100 км, длительность вспышек — до 5 мс (в среднем 3 мс)[3][4].

Джеты

Джеты представляют собой трубки-конусы синего цвета. Высота джетов может достигать 40-70 км (нижняя граница ионосферы), живут джеты относительно дольше эльфов[5][6].

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[7].

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.[8][9] 75 % этих молний ударяет между облаками или внутри облаков, а 25 % — в землю.[10]

Самые мощные молнии вызывают рождение фульгуритов.[11]

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[12]:

  • 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.

При поражении молнией первая медицинская помощь должна быть неотложной. В тяжёлых случаях (остановка дыхания и сердцебиения) необходима реанимация, её должен оказать, не ожидая медицинских работников, любой свидетель несчастья. Реанимация эффективна только в первые минуты после поражения молнией, начатая через 10 — 15 минут она, как правило, уже не эффективна. Экстренная госпитализация необходима во всех случаях.

Жертвы молний

  1. В мифологии и литературе:
    1. Асклепий, Эскулап — сын Аполлона — бог врачей и врачебного искусства, не только исцелял, но и оживлял мёртвых. Чтобы восстановить нарушенный мировой порядок Зевс поразил его своей молнией[13].
    2. Фаэтон — сын бога Солнца Гелиоса — однажды взялся управлять солнечной колесницей своего отца, но не сдержал огнедышащих коней и едва не погубил в страшном пламени Землю. Разгневанный Зевс пронзил Фаэтона молниями. Общий список см. Молния Зевса.
  2. Исторические личности:
    1. Казанский губернатор Сергей Голицын — 1 (12) июля 1738 года погиб во время охоты от удара молнии.
    2. Российский академик Г. В. Рихман — в 1753 году погиб от удара молнии во время проведения научного эксперимента.
    3. Народный депутат Украины, экс-губернатор Ровненской области В. Червоний 4 июля 2009 года погиб от удара молнии.

Интересные факты

  • Рой Салливан остался живым после семи ударов молнией.
  • Американский майор Саммерфорд умер после продолжительной болезни (результат удара третьей молнией). Четвертая молния полностью разрушила его памятник на кладбище.
  • У индейцев Анд удар молнией считается необходимым для достижения высших уровней шаманской инициации[14].

Деревья и молния

Ствол пораженного молнией тополя

.

Высокие деревья — частая мишень для молний. На реликтовых деревьях-долгожителях легко можно найти множественные шрамы от молний — громобоины. Считается, что одиночно стоящее дерево чаще поражается молнией, хотя в некоторых лесных районах громобоины можно увидеть почти на каждом дереве. Сухие деревья от удара молнии загораются. Чаще удары молнии бывают направлены в дуб, реже всего — в бук, что, по-видимому, зависит от различного количества жирных масел в них, представляющих большое сопротивление электричеству.[15]

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.[16][17]

Из деревьев, поражённых молнией, делают музыкальные инструменты, приписывая им уникальные свойства.[18][19]

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.

  • Огненная полусфера наземного взрыва Иви Майк 10,4 Мт и молнии

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. 1 2 3 4 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. Annual Lightning Flash Rate. National Oceanic and Atmospheric Administration. Архивировано из первоисточника 23 августа 2011. Проверено 15 апреля 2011.
  10. Where LightningStrikes. 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,[6]с. ISBN 5-17-005305-3 Стр.35-36.
  14. Editors: Mariko Namba Walter,Eva Jane Neumann Fridman Shamanism: an encyclopedia of world beliefs, practices, and culture. — ABC-CLIO, 2004. — Т. 2. — С. 442. — ISBN 1-57607-645-8
  15. Молния // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  16. Правила поведения во время грозы  (рус.). VLBoat.ru. Архивировано из первоисточника 23 августа 2011. Проверено 17 марта 2010.
  17. Ирина Лукьянчик Как вести себя во время грозы?  (рус.). Ежедневный познавательный журнал “ШколаЖизни.ру”. Архивировано из первоисточника 23 августа 2011. Проверено 17 марта 2010.
  18. Михайло Михайлович Нечай
  19. Р. Г. Рахимов. Башкирский кубыз. Маультроммель. Прошлое, настоящее, будущее. Фольклорное исследование [1]

Ссылки

Литература

  1. Стекольников И. К., Физика молнии и грозозащита, М. — Л., 1943;
  2. Разевиг Д. В., Атмосферные перенапряжения на линиях электропередачи, М. — Л., 1959;
  3. Юман М. А., Молния, пер. с англ., М., 1972;
  4. Имянитов И. М., Чубарина Е. В., Шварц Я. М., Электричество облаков, Л., 1971;
  5. Подборка статей по теме на сервере «Наука и Техника» (http://n-t.ru/) — см. здесь: [2]

dic.academic.ru

Молния « Интереcно о науке

Молния – это одно из самых красивых зрелищ на Земле. Она также представляет собой мощнейшую силу, которая может не только разрушить или поджечь дерево, но и даже убить человека. С температурой в своем центре выше, чем температура на поверхности Солнца и ярким светом, озаряющим все вокруг, молнии всегда завораживали человеческое сознание.

Помимо своей красоты и мощи молния также содержит в своей природе удивительные тайны науки. В этой статье мы рассмотрен подробно процесс возникновения молнии и постараемся проникнуть в самый ее центр и узнать ее природу.

Весь процесс образования молнии начинается с образования облаков. Вода, испаряясь с теплой поверхности океана, поднимается вверх. Достигая более холодных областей, вода конденсируется в небольшие капли, образуя тем самым облака. Чем больше воды испарилось, тем более густыми и объемными становятся облака, становясь тучами.

Туча содержит миллионы капель воды и крупинок снега. Однако, находятся они не в спокойном подвешенном состоянии, а в непрерывном движении: поднимающиеся частицы влаги, еще обладающие тепловой энергией поднимаются к верху облака, а охлажденные опускаются к низу. Также, поднявшись вверх облака, водяные капельки могут замерзнуть и превратиться в крупинки льда. Значимость этого движения заключается в том, что соударяясь частицы приобретают электрический заряд, который в последствии играет важную роль в образовании молнии.

 

Частицы только что поступившие в облако оставляют свои электроны на нижней его части. Поэтому внизу образуется отрицательный заряд. Получив положительный заряд, за счет отрыва электрона, частицы продолжают подниматься вверх, создавая, таким образом, на верхней границе облака положительный заряд. Все это приводит к возникновению электрического поля. За счет все потока новых частиц влаги этот процесс приводит к росту напряженности электрического поля. В итоге заряд в туче может стать на столько сильным, что электроны на поверхности Земли уходят глубже в почву, образуя на ее поверхности положительный заряд. К этому моменту практически все готово, чтобы образовалась молния. Единственное что ему не хватает – это путь между землей и облаком.

Когда поле становится очень сильным (несколько десятков тысяч вольт на квадратный сантиметр), создаются условия для разрыва воздуха. Электрическое поле заставляет атомы окружающего воздуха разделяться на положительные ионы и электроны. Освободившиеся электроны обладают высокой мобильностью и предоставляют путь между областями разноименного электрического заряда. Другими словами, под действием внешнего поля в воздухе создается плазма, с проводящими свойствами схожими с металлом.

Как правило, создается не один единственный путь. Воздух – не однороден по своей структуре и составу. В нем могут содержаться примеси, и он может быть разной температуры в различных областях. Эти факторы влияют на сопротивление воздуха. Поэтому создаются сразу несколько искривленных линий, некоторые из которых могут быть тупиковыми. Со стороны это немного напоминает лабиринт, в котором могут быть несколько входов и выходов.

Когда электрический ток начинает течь по плазменному пути воздух вокруг него из-за огромного напряжения разогревается до огромной температуры. Она может превышать температуру на поверхности Солнца. Из-за высокой температуры путь окрашивается в ярко-белый свет и возникает яркая вспышка. Также из-за очень быстрого протекания процесса разрыва воздуха вспышка сопровождается громом, разносящимся на десятки километров вокруг.

Не смотря на то, что молния – это очень красивое зрелище, она также обладает еще и огромной разрушительной силой. Тысячи людей каждый год погибают от ударов молнии по всему миру. Это возникает из-за того, что молния выбирает путь наименьшего сопротивления, во время своего путешествия к земле. Если вокруг человека не окажется, на ее взгляд, более удачного пути, то молния может пройти по телу, т.к. оно обладает гораздо меньшим сопротивлением, чем окружающий воздух.

Поэтому необходимо соблюдать ряд мер предосторожности во время грозы. В первую очередь нельзя находиться в открытом месте или под деревьями и столбами. Они также притягивают молнии и могут пропустить ток через себя, одновременно пропустив его и через находящегося рядом человека. Даже если Вас застало ненастье в открытом поле нужно стараться держаться как можно ниже к земле, чтобы уменьшить вероятность поражения.

Крайне нежелательно пользоваться проводным телефоном даже внутри помещений, так как телефонные провода часто попадают под действие электрического удара и могут привести разряд к вам домой. Также следует держаться подальше от водопровода и газовых труб по этой же причине.

 

Лучше всего наслаждаться видом разбушевавшейся стихии в сухом теплом помещении. Ведь красота молний не может сравниться ни с каким из рукотворных объектов и зрелищ.

coolsci.ru

Откуда берется молния ?



Молния – одной из красивейших, страшнейших и загадочных явлений на земле. Каждую секунду более 2 тысяч молний сверкают по всей Земле. Полсотни из них ударяют в земную поверхность и на каждый километр площади приходится до шести попаданий в среднем в год.
Многолетние исследования этого явления позволяют достаточно хорошо описывать происходящее – на нижней части облаков концентрируется отрицательный заряд, который образуется за счет трения между собой частичек льда, которое в свою очередь вызывает движение нагретого у поверхности воздуха. На верхушке же облака собираются положительно заряженные частицы льда. Это только заготовка для разряда. Теперь нужна энергия. Ее доставляет космическое излучение. Земля постоянно бомбардируется заряженными частицами из космоса, которые ионизирует молекулы воздуха при столкновении с ними. Образовавшееся в результате огромное количество электронов с огромными энергиями попадают между облаком и землей, разгоняются до световых скоростей, в свою очередь опять же ионизируют воздух на пути и т.д. Результатом этого становится лавинообразное возникновение высокоэнергетических электронов, образующих канал, по которому и проходит робой молнии. Именно на основе этого принципа ученые и вызывают разряд молнии для изучения, а не ждут как в прошлые века. Достаточно запустить небольшую ракету в грозовую тучу, что бы по созданному ею инверсионному следу (столбу ионизированного воздуха) прошел разряд.
Выделяют несколько видов молний – наземные, внутри облачные. Есть и молнии с очень интересным названием – эльфы. Эти образуются в верхней атмосфере и представляют собой конусы (до 400 км диаметра и 100 км высотой), со слабым красноватым свечением. И их родственники – джеты, более долгоживущие , высотой до 40-70 км имеют голубое свечение.
Кстати, молния не уникальное Земное явление, их обнаружили и на других планетах Солнечной системы.
Ну и наиболее интересным и загадочным типом молний являются шаровые молнии. О них все слышали, некоторые даже видели, хотя тут всегда возникает вопрос – а молнии ли то были, и шаровые ли? Но вот например, воспроизвести их ученым так и не удалось. По крайней мере подтвержденных фактов мало и если и удается получить нечто подобное шаровой молнии, то результат очень уж короткоживущий. Теорий возникновения существует более 200, все в принципе сходятся на том, что молния образуется в результате прохождения огромного разряда через газы, которые ионизируются и сжимаются в шар. Вот такой шарик появляется часто просто ниоткуда, хаотично движется над землей, легко проникает через мельчайшие отверстия в закрытые помещения, порождает море вопросов и скрывает ответы на них.


Оставить комментарий

Привет, Гость!
Для отправки комментария введи свои логин и пароль или зарегистрируйся на сайте.

Войти   Зарегистрироваться


Или войти с помощью:
 

ribalych.ru

Ответы@Mail.Ru: Как образуется молния?

Туман, поднявшийся высоко над землёй, состоит из частичек воды и образует облака. Более крупные и тяжёлые облака называются тучами. Одни тучи являются простыми — они молнии и грома не вызывают. Другие же называются грозовыми, так как именно они создают грозу, образуют молнию и гром. От простых дождевых туч грозовые тучи отличаются тем, что они заряжены электричеством: одни — положительным, другие — отрицательным.

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.

otvet.mail.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о