Природа молнии искровой заряд

Природа появление молнии и ее опасность

Молния и следующие за ней раскаты грома — это одно из самых эффектных явлений природы, оно привлекало человека во все времена. Они знакомы каждому с детства, но не все понимают, почему появляется молния. Дать точного ответа не могут ученые, несмотря на научно-технический прогресс явление остается слабо изученным. Ученые знают механизм образования разных видов молнии, но в нем есть множество научно необъяснимых моментов.

Молнией называют мощный электрический искровой заряд, который формируется в атмосфере планеты. На Земле это обычно происходит во время грозы. Молнии бывают не только на Земле, но и на других планетах — Венере, Уране, Юпитере и Сатурне. У нас это яркие вспышки разного цвета, за которыми следуют раскаты грома. Чаще всего они образуются в кучево-дождевых облаках, но могут образоваться и в слоисто-дождевых, если те будут достаточно большие по объему.

В этой статье мы расскажем о молниях: какими они бывают, как появляются, чем опасны. Ты узнаешь, какие технологии человечество изобрело для защиты от молний.

Грозовые тучи невозможно перепутать с другими, они всегда темные и насыщенные по цвету. Темный оттенок — это результат большой толщины: такие облака начинаются в километре над землей и доходят до высоты 6-7 километров. Так как на такой высоте низкая температура, вода становится кристаллами льда. Более теплый воздух поднимается вверх и тянет за собой эти кристаллики, более крупные льдинки опускаются, и они сталкиваются между собой.

Как образуется молния?

Льдинки сталкиваются и происходит то же самое, что и при трении других предметов друг о друга — они электризуются. Крупные обретают отрицательный заряд, мелкие — положительный. Разные части тучи получают разный заряд, сверху — плюс, снизу — минус. Разница потенциалов создается не только между частями тучи, но и между ней и землей. Разница исчисляется сотнями тысяч вольт. Молния двигается быстро, но образуется она не молниеносно. Формирование — это три последовательные стадии.

Начальная

Разряд создается в той части, где больше ионов, частиц с зарядом. Ионы появляются, когда целая молекула теряет электроны или обрастает новыми. В данном случае эти частицы создаются из газов и воды, из них туча и состоит. По поводу того, что происходит дальше, у специалистов нет единого мнения.

Ряд ученых считают, что из-за разгона свободных электронов концентрация ионов становится выше. Электроны сталкиваются с молекулами нейтрального заряда, ионизируя их. Так создается заряд. Есть и другая гипотеза, согласно которой воздух ионизируется под воздействием космического излучения. В ионизированном состоянии газы проводят ток, поэтому по облаку может пройти электричество.

Средняя

Затем следует цепная реакция. По облаку проходит ток, и он нагревает воздух в его определенной части. От этого энергетически заряженных частиц становится все больше, и они создают еще больше ионов. По этой причине молния проходит очень быстро. У любой молнии есть самый мощный канал, от него отходят ответвления. Поэтому заряды похожи на зигзаг, с новой вспышкой заряд продвигается примерно на несколько десятков метров. Скорость этого мощного канала может доходить до 50 тысяч километров в секунду.

Самый мощный заряд доходит до другой части облака или до земли, но на этом все не заканчивается. Ионизированный канал пробивается электрическим разрядом, по этому каналу очень быстро проходят заряженные частицы, его ширина составляет несколько сантиметров, температура внутри достигает нескольких тысяч градусов. Эти идущие по каналу заряды — и есть молния, которую мы видим. Из-за высокой температуры мы видим молнию очень яркой, явление проходит молниеносно, но за эти мгновения успевает высвободиться очень много энергии.

Финальная

Скорость движения зарядов в канале падает, но при этом напряжение и сила тока по-прежнему высоки. На финальной стадии молния достигает какого-то объекта. Если рядом будут люди, то для них явление крайне опасно. Данная стадия длится десятые доли секунды, но она способна нанести огромный ущерб. Вопреки распространенной поговорке, молния часто бьет в одно место дважды или даже несколько раз, так как оно является завершающего точкой для самого короткого пути.

Какие бывают молнии?

Выделяют множество видов молний, главное отличие — тип формирования в зависимости от высоты. От этого параметра зависит, какой вид образуется:

• линейная типа туча-земля. Распространенный тип, образуется от разницы между зарядом в верхней и нижней части тучи. Все происходит так, как было изложено в стадиях;
• линейная земля-туча. Результат пробивания атмосферного слоя между заряженной верхушкой и низом;
• туча-туча. Формируется в гуще туч, вспышка появляется в результате столкновения полярных разрядов. Так пробивают друг друга расположенные рядом облака;
• горизонтальная, как первый тип, но не доходит до поверхности земли. Вспышки разлетаются в разные стороны. Чтобы появилась такая молния, достаточно одной тучи на ясном небе, и она будет очень мощной;
• ленточная. Необычная форма обусловлена несколькими одинаковыми каналами, которые идут параллельно сверху вниз. Предположительно причина в ветре, который физически расширяет каналы;
• пунктирная. Возникает редко, изучена слабо. Выглядит, как пунктирная линия. Вероятнее всего, причина в том, что некоторые зоны быстро остывают;
• шторовая. Запечатлеть такую на фото удалось только в 1994 году. Ее появлению сопутствует тихий, но уловимый гул. Выглядит, как широкая полоса света. В отличие от других формируется не внутри облака или под ним, а сверху;
• спрайт. Если обычные формируются на высоте примерно в 16 км, то спрайт гораздо выше — в 50-130 км над землей. Это заряженная холодная плазма, которая бьет из тучи вверх. Образуются при очень сильной грозе сразу по несколько штук, длится не более сотни миллисекунд, длина вспышек достигает 60 км, диаметр — 100 км;
• эльф. Такое название дали вспышкам конусообразной формы, обладают красноватым оттенком. Появляются в верхних слоях, длятся три миллисекунды, в высоту достигают сотни километров;
• джет. Синие молнии трубчато-конусной формы. Живут немного дольше относительно эльфов;
• вулканическая. Формируются при извержении вулкана, скорей всего действие обусловлено электрическим зарядом в лаве и пепле;
• Огни Святого Эльма. Формально это не молния, а разряд, созданных на заостренных вершинах: макушках деревьев, горах, башнях и других. Причина появления в большой напряженности электрического поля. Так бывает в грозу или во время метели;
• шаровая. Это круглые сгустки плазмы, они плывут прямо по воздуху. Как именно формируется шаровая молния, ученые не знают. Известно лишь то, что ведут себя такие молнии очень непредсказуемое. Кстати, некоторые деятели науки до сих пор не верят в их существование.

Какие самые опасные?

В разных точках земли люди видят молнии более или менее часто. Где-то очень часто, к примеру, в Венесуэле есть одно необычное местечко, где молнии формируются и вспыхивают непрерывно в любой день и любое время года. Пик приходится на период с мая по ноябрь, за год на каждый квадратный километр приходится 250 молний.

Насколько молния будет опасной для человека, зависит от того, достигнет она земли или нет. Огни Святого Эльма и те заряды, которые бьют по облакам или над ними, безопасны.

Какого цвета бывают?

Сложно не заметить, что молнии бывают разными по цвету. Они могут быть желтыми, белыми, оранжеватыми, голубоватыми, красноватыми. Какой будет оттенок, зависит от состава атмосферы. Температура в канале молнии в пять раз выше, чем на Солнце, при таких условиях воздуху свойственно становиться голубым или фиолетовым. Поэтому заряды вблизи от нас при чистом воздухе мы видим синеватыми. На более далеком расстоянии мы видим их белыми, на еще более далеком — желтыми. Но здесь дело не в самой молнии, а в том, что голубые цвета рассеиваются. При большом количестве пыли в воздухе цвет становится оранжевым. При наличии капель воды становится красной.

Как часто возникают молнии?

Есть мнение, что зимой молний не бывает. На самом деле бывают, но крайне редко. Объяснение в том, что поверхность земли прогревается не так сильно. Нет условий для формирования восходящих воздушных потоков. Однако, в последнее время из-за глобального потепления, молнии появляются чаще.

Согласно новым данным, полученным при помощи космических спутников, частота ударов молнии на планете составляет 44 в секунду плюс-минус пять.

По молнии можно высчитать, как далеко находится гроза. Для этого нужно засечь время между вспышкой и раскатом грома. Отталкиваясь от скорости звука — 300 метров в секунду, мы понимаем, что пауза в три секунды означает, что грозовой фронт примерно в километре. Если засечь дважды, то можно понять, приближается гроза или удаляется. Если видно всполохи, но не слышно грома, значит, расстояние составляет более 20 километров.

Какая опасность?

Самые опасные последствия — это попадание в человека, деревья, дома, машины и другие объекты. Когда электричество бьет в песок или горную породу, может сформироваться фульгурит. Под воздействием тока материя плавится и быстро застывает. Если это песок, то будет создано стекло — полые трубочки произвольной формы. Обнаружить их очень сложно, попасть в такую зону опасно.

Если шаровая молния попадет в дерево или деревянный объект, например, кровлю здания, то произойдет возгорание. При попадании обычной в закрытый автомобиль ничего страшного не произойдет, ток сразу же уйдет в землю, он не сможет проникнуть в салон. Людей чаще всего поражает в голову или в грудную клетку. От этого на коже остаются следы зигзагообразной формы. У них есть название — фигуры Лихтенберга. Попадание опасно для жизни и здоровья, поэтому его нужно всячески избегать.

Если ли польза?

Электрический ток очищает воздух от загрязнений, каждому знакомо ощущение чистоты после грозы. Другое полезное действие — стимул к накоплению азота, это естественное удобрение для растений.

Есть отдельная научная дисциплина — громовая энергетика. Специализирующиеся на ней ученые ищут способы применения громовой энергии. Она классифицируется как возобновляемый источник, поэтому необходимы способы направления ее в электрические сети. В большинстве стран электроснабжение обходится очень дорого, причем не только материально. Добывающие станции наносят огромный вред природе. Если использовать грозовую активность, то неиссякаемым источником станет сама природа. В данный момент проблема в том, что появление грозы и ее продолжительность невозможно предсказать с высокой точностью.

Правила безопасности во время грозы

При нахождении на улице во время грозы необходимо:

• отойти подальше от деревьев, столбов и других высоких объектов. Напряжение при ударе разойдется по сторонам;
• убрать зонт, любые предметы длинной формы или сделанные из металла;
• выключить телефон;
• уйти подальше от водоема;
• при нахождении на открытой местности нужно присесть и склонить голову к коленям, придать телу максимально низкое положение.

В помещении тоже нельзя считать себя в безопасности. Следует выключить телефон и все электроприборы, перекрыть газ, закрыть окна.

Оборудование для защиты

В первую очередь в защите нуждаются самолеты. Корпус каждого из них покрыт специальной экранирующей металлической сеткой, она проводит электричество, но не позволяет ему попасть внутрь, навредить оборудованию и людям. Есть и дополнительная защита, она установлена на каждом приборе и является гарантией того, что он не выйдет из строя. При попадании пассажиры на борту могут услышать громкий звук, но иногда его не слышно. Перед тем, как сдать самолет в использование, его всячески испытывают, один из тестов — симуляция разных видов молнии.

На домах и оборудовании устанавливают грозозащиту. Она не может уберечь от удара, ее назначение — в сохранении оборудования от статического электричества и напряжения. Когда появляется разница в напряжении, срабатывает защитный диод, благодаря этому провода заземляются.

Люди научились противостоять молниям, но так и не могут объяснить во всех деталях природу их появления. Но наука сделала большой прорыв. Знание основывалось на наблюдениях. Еще в древности, когда люди относили молнию к божьей каре, они подметили, что бьет она преимущественно в высокие объекты. О связи с электричеством стало известно только в 17 веке. На тот момент наиболее достоверную гипотезу выдвинул Б.Франклин. Его научный труд датирован 1750 годом, в нем описывается эксперимент, в ходе которого в грозу запускали воздушного змея с металлическим стержнем. Именно так была доказана электрическая природа. В 20 веке ученые уже знали, почему появляется молния, а также открыли их необычные разновидности. Сейчас изучение проводится через спутники.

Источник