Каждую секунду в атмосфере Земли возникает примерно 700 молний, и каждый год около 3000 человек погибают из-за удара молнии. Физическая природа молнии не объяснена окончательно, а большинство людей имеют лишь приблизительное представление о том, что это такое. Какие-то разряды сталкиваются в облаках, или что-то в этом роде. Сегодня мы обратились к нашим авторам по физике, чтобы узнать о природе молнии больше. Как появляется молния, куда бьет молния, и почему гремит гром. Прочитав статью, вы будете знать ответ на эти и многие другие вопросы.
Что такое молния
Молния – искровой электрический разряд в атмосфере.
Электрический разряд – это процесс протекания тока в среде, связанный с существенным увеличением ее электропроводности относительно нормального состояния. Существуют разные виды электрических разрядов в газе: искровой , дуговой , тлеющий .
Искровой разряд происходит при атмосферном давлении и сопровождается характерным треском искры. Искровой разряд представляет собой совокупность исчезающих и сменяющих друг друга нитевидных искровых каналов. Искровые каналы также называют стримерами . Искровые каналы заполнены ионизированным газом, то есть плазмой. Молния – гигантская искра, а гром – очень громкий треск. Но не все так просто.
Физическая природа молнии
Как объясняют происхождение молнии? Система туча-земля или туча-туча представляет собой своеобразный конденсатор. Воздух играет роль диэлектрика между облаками. Нижняя часть облака имеет отрицательный заряд. При достаточной разности потенциалов между тучей и землей возникают условия, в которых происходит образование молнии в природе.
Ступенчатый лидер
Перед основной вспышкой молнии можно наблюдать небольшое пятно, движущееся от тучи к земле. Это так называемый ступенчатый лидер. Электроны под действием разности потенциалов, начинают двигаться к земле. Двигаясь, они сталкиваются с молекулами воздуха, ионизируя их. От тучи к земле прокладывается как бы ионизированный канал. Из-за ионизации воздуха свободными электронами электропроводность в зоне траектории лидера существенно возрастает. Лидер как бы прокладывает путь для основного разряда, двигаясь от одного электрода (тучи) к другому (земле). Ионизация происходит неравномерно, поэтому лидер может разветвляться.
Обратная вспышка
В момент, когда лидер приближается к земле, напряженность на его конце растет. Из земли или из предметов, выступающих над поверхностью (деревья, крыши зданий) навстречу лидеру выбрасывается ответный стример (канал). Это свойство молний используется для защиты от них путем установки громоотвода. Почему молния бьет в человека или в дерево? На самом деле ей все равно, куда бить. Ведь молния ищет наиболее короткий путь между землей и небом. Именно поэтому во время грозы опасно находиться на равнине или на поверхности воды.
Когда лидер достигает земли, по проложенному каналу начинает течь ток. Именно в этот момент и наблюдается основная вспышка молнии, сопровождаемая резким ростом силы тока и выделением энергии. Здесь уместен вопрос, откуда идет молния? Интересно, что лидер распространяется от тучи к земле, а вот обратная яркая вспышка, которую мы и привыкли наблюдать, распространяется от земли к туче. Правильнее говорить, что молния идет не от неба к земле, а происходит между ними.
Почему молния гремит?
Гром возникает в результате ударной волны, порождаемой быстрым расширением ионизированных каналов. Почему сначала мы видим молнию а потом слышим гром? Все дело в разности скоростей звука (340,29 м/с) и света (299 792 458 м/с). Посчитав секунды между громом и молнией и умножив их на скорость звука, можно узнать, на каком расстоянии от Вас ударила молния.
Нужна работа по физике атмосферы? Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на
Виды молний и факты о молниях
Молния между небом и землей – не самая распространенная молния. Чаще всего молнии возникают между облаками и не несут угрозы. Помимо наземных и внутриоблачных молний, существуют молнии, образующиеся в верхних слоях атмосферы. Какие есть разновидности молний в природе?
- Внутриоблачные молнии;
- Шаровые молнии;
- «Эльфы»;
- Джеты;
- Спрайты.
Последние три вида молний невозможно наблюдать без специальных приборов, так как они образуются на высоте от 40 километров и выше.
Приведем факты о молниях:
- Протяженность самой длинной зафиксированной молнии на Земле составила 321 км. Эта молния была замечена в штате Оклахома, 2007 г .
- Самая долгая молния длилась 7,74 секунды и была зафиксирована в Альпах.
- Молнии образуются не только на Земле . Точно известно о молниях на Венере , Юпитере , Сатурне и Уране . Молнии Сатурна в миллионы раз мощнее земных.
- Сила тока в молнии может достигать сотен тысяч Ампер, а напряжение – миллиарда Вольт.
- Температура канала молнии может достигать 30000 градусов Цельсия – это в 6 раз больше температуры поверхности Солнца.
Шаровая молния
Шаровая молния – отдельный вид молнии, природа которого остается загадкой. Такая молния представляет собой движущийся в воздухе светящийся объект в форме шара. По немногочисленным свидетельствам шаровая молния может двигаться по непредсказуемой траектории, разделяться на более мелкие молнии, может взорваться, а может просто неожиданно исчезнуть. Существует множество гипотез о происхождении шаровой молнии, но ни одна не может быть признана достоверной. Факт - никто не знает, как появляется шаровая молния. Часть гипотез сводят наблюдение этого явления к галлюцинациям. Шаровую молнию ни разу не удалось наблюдать в лабораторных условиях. Все, чем могут довольствоваться ученые – это свидетельства очевидцев.
Напоследок предлагаем Вам посмотреть видео и напоминаем: если курсовая или контрольная свалилась на голову как молния в солнечный день, не нужно отчаиваться. Специалиста студенческого сервиса выручают студентов с 2000 года. Обращайтесь за квалифицированной помощью в любое время. 24 часа в сутки, 7 дней в неделю мы готовы помочь вам.
Бах! БАМ! Бабах! Нет, это не сцены из мультфильма драки между супергероями. Это те звуки, которые мы часто ассоциируем с грохотом, который мы слышим от облаков, которые сопровождают грозы.
Конечно, когда вы слышите гром, Вы автоматически прогнозируете и ищите что? Как вы уже догадались! Молнию! В зависимости от того, как близко гроза, раскат грома обычно сопутствует вспышке молнии.
Но что такое молния? Попросту говоря, это яркая вспышка электричества. Молния может происходить внутри одного облака, между облаками и между облаком и землей. Последние, часто называют молнии облако-земля, это то, что мы обычно видим во время грозы.
Мелкие частицы льда сталкиваются в грозовых облаках, в результате чего электрический заряд накапливается. Объекты на земле, особенно высокие, такие как горы, здания, деревья, и даже люди, также могут создать электрический заряд. Когда электрические заряды облаков встречаются с противоположными электрическими зарядами, поднимающимися с земли, они соединяются и электрический ток течет быстрее… в результате происходит то, что мы называем вспышки или удара молнии.
Вы, возможно, испытали аналогичное явление, известное как статическое электричество. Если вы когда-либо шли по ковру, а затем почувствовали удар, когда коснулись чего-то металлического, тогда вы и почувствовали силу электрического разряда. Шок, который вы испытали связан со статическим электричеством, результатом перемещения между вами и каким-то металлическим предметом.
Хотя вспышка молнии всего несколько сантиметров в ширину, она кажется гораздо большей для человеческого глаза. Ещё она может быть очень опасной, даже смертельной.
Не только много энергии при вспышке молнии, но и очень жарко. Молнии могут генерировать температуру около 30000 ºC , что примерно в шесть раз горячее, чем поверхность Солнца!
Так что же происходит, когда мощная молния ударяет объект на Земле? В частности, что происходит, когда молния ударяет в живое дерево?
Хотя казалось бы, что предрешено и дерево должно быть сожжено в одно мгновение, молнии в действительности могут оказывать разное воздействие на дерево. Что именно произойдет зависит от нескольких факторов, в том числе какое дерево, сколько влаги в нем содержится, общее состояние дерева в момент удара, и интенсивность удара молнии.
Большая часть повреждений, которые молния делает деревьям являются результатом того, что происходит, когда влага внутри дерева подвергается воздействию температуры, вызванной молнией. Влажные слои дерева часто расположены чуть глубже внешнего слоя коры. Вот почему некоторые удары молнии приводят к разрывам коры.
Если наружный слой коры увлажнён сильными дождями, молния может пройти вдоль вповерхности дерева в землю, в результате чего будет совсем небольшое повреждение. В других случаях, однако, интенсивные молнии могут расколоть дерево напополам, вдобавок воспламенив его.
Дерево, которое было ударено молнией, может выжить и бодрствовать в течение многих лет. Впрочем другие деревья, возможно, необходимо будет срубить, если они представляют опасность падения на людей или конструкции. Некоторые большие деревья, как известно, имеют множество отдельных повреждений от ударов молнии.
Если дерево, пораженное молнией не загорится и не сгорит дотла, оно может жить достаточно долго даже при обширных повреждениях. Деревья, повреждённые молнией часто будут более восприимчивы к другим типам повреждений, например, от насекомых, болезней и распада.
Считается, что одни породы деревьев молнии поражают реже(либо вообще не трогают), а другие – чаще. Об этом можно судить по следам молний на деревьях – это длинные полосы без коры. Особенно значительны эти следы у дуба. Деревья высокие – мишень для молний. Подмечено, что в дерево, стоящее одиноко, чаще попадают молнии, но в некоторых лесных районах шрамы от молний можно увидеть практически на каждом дереве. Сухие деревья от удара молнии загораются.
В древности люди знали, что из всех деревьев чаще молнии ударяют в дуб. Древние славяне называли дуб «перуновым древом»(в честь Бога Перуна). Ученые поясняют это так: корневая система дуба хорошо развита, проникает очень глубоко в землю, достигает водоносных слоев. Поэтому дуб - отличный громоотвод. По статистике чаще всего молния поражает высокие дубы и тополя, которые растут на открытой местности.
Также молния ударяет в ель и сосну, реже - в акацию.
Практически не трогает орешник, клен.
На 100 ударов молнии приходится:
- на дуб - 54
- тополь - 24
- ель - 10
- сосну - 6
- бук - 3
- липу - 2
- акацию - 1
Но следует учесть тот факт, что под любым деревом прятаться от грозы небезопасно! В обычных условиях атмосфера всегда заряжена положительно, земля же (вместе с растениями) – отрицательно. И в зависимости от структуры растения имеют и разную электропроводность.
«Уязвимость» дуба, хвойных и тополя связана с их структурой (различное количество жирных масел) и глубоко уходящей под землю корневой системой. Это относительно уменьшает сопротивление, тем самым притягивая молнии – мгновенный разряд атмосферного электричества.
По пути наименьшего электрического сопротивления, молния проходит в стволе дерева. Выделяется большое количество тепла, вода превращается в пар, который раскалывает ствол дерева или чаще отрывает от него участки коры, показывая путь молнии. В следующие сезоны деревья обычно восстанавливают поврежденные ткани и могут закрывать рану целиком, остается только вертикальный шрам. Если ущерб слишком серьёзен, вредители и ветер в итоге убьют дерево. Деревья являются естественными громоотводами, и обеспечивают защиту от удара молнии для близлежащих зданий. Посаженные возле здания, высокие деревья улавливают молнии, а высокая биомасса корневой системы помогает заземлять разряд молнии.
- Из пораженных молнией деревьев делают музыкальные инструменты. Этим музыкальным инструментам приписывают уникальные свойства;
- В 6 раз чаще, чем в женщин, молнии ударяют в мужчин.
- Признак того, что человек находится в электрическом поле - вставшие у дыбом волосы, начинающие издавать легкое потрескивание (в случае сухих волос).
- Часто молния бьет в высокие предметы, которые возвышаются над окружающей местностью, а также в возвышенные места, холмы, камни. Оказавшись во время грозы на открытой местности, остановитесь где-нибудь в низине. Но избегайте глинистой почвы (она обладает большой электропроводностью). Если же поблизости нет никаких углублений, лягте на землю и переждите грозу - это лучше всего. Если во время грозы вы находитесь в лесу, лучше всего остановитесь на поляне между деревьями, не ближе 15 м от них и подальше от дуба. Не рекомендуется прятаться возле одиноких деревьев, так как возможно короткое замыкание между деревом и человеком (сопротивление человека около 500 Ом – меньше, чем у дерева). Лучший вариант – спрятаться в чащобе леса, в кустах.
Если в вас всё-таки попала молния.
Если молния вас задела, но вы в состоянии думать, немедленно обратитесь к врачу.
В тяжелых случаях (остановка дыхания и сердцебиения) необходима реанимация. Ее должен оказать сразу же любой свидетель происшествия. Начатая через 10 – 15 минут реанимация, как правило, уже не эффективна. Экстренная госпитализация необходима во всех случаях.
Медики считают, что у человека, который выжил после того, как в него ударила молния, даже не получившего сильных ожогов головы и тела, впоследствии могут возникнуть осложнения в виде отклонений от нормы в сердечно-сосудистой и невралгической деятельности. Впрочем, всё может и обойтись.
Жертвы молний.
- В литературе и мифологии:
Асклепий, Эскулап сын Аполлона – бог врачей и врачебного искусства. Он не только исцелял, но и оживлял мёртвых. Для восстановления нарушенного мирового порядка Зевс поразил его молнией.
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, а его тело бросил в реку.
- В реальной жизни:
В паркового смотрителя из США Роя Сэлливана на протяжении жизни 7 раз (с 1942 по 1977 г.) ударяла молния! И весьма не слабо: с потерей пальцев, ожогом груди, спины и конечностей. 2 раза на его голове загорались волосы. Но умер он вовсе не от удара молнии. Бедняга покончил с собой от неразделенной любви. Но не доказано, что причиной избыточных чувств не могли стать и молнии.
Г. В. Рихман - российский академик - погиб от удара молнии в 1753 году.
Не только через металлы, проводимость которых обусловлена наличием в кристаллической решетке свободных электронов, но и через другие среды. Например, через органические вещества, полупроводники, вакуум, жидкости и газы. Для того чтобы газ стал проводить ток, необходимо наличие в нем носителей заряда, в роли которых выступают ионы.Внести в газ источник ионов можно искусственно: в его роли может выступать пламя или источник альфа-частиц. Если электрический ток в газе лишь использует имеющиеся ионы от стороннего источника, но не создает собственных, такой разряд называется несамостоятельным. Он не излучает собственного . При определенной плотности тока он принимает способность создавать новые ионы и тут же использовать их для собственного прохождения. Возникает самостоятельный разряд, не требующий дополнительных источников ионизации и поддерживающий себя сам, пока к электродам приложено достаточное напряжение.Электрический разряд, в зависимости от плотности тока и давления газа, делится на коронный, тлеющий, дуговой и искровый. Все они, кроме коронного, обладают так называемым отрицательным динамическим сопротивлением. Это означает, что с увеличением тока сопротивление канала ионизированного газа . Если ток не ограничить искусственно, он будет ограничен лишь внутренним сопротивлением источника питания.Молния является примером искрового разряда. По своим параметрам этот разряд значительно превосходит все искусственные искровые разряды: он характеризуется напряжениями в десятки миллионов вольт и в сотни тысяч ампер. Как известно, любой искровый промежуток характеризуется так называемым напряжением зажигания. Оно зависит не только от расстояния между электродами, но и от их формы. Напряженность поля вокруг острых электродов при одном и том же напряжении больше, чем вокруг шарообразных или плоских. Именно поэтому с большей вероятностью попадает в заостренный предмет, чем в находящийся рядом ровный. Возвышенность объекта также повышает вероятность попадания в него , поскольку это эквивалентно уменьшению расстояния между электродами.Громоотвод, изобретенный в середине восемнадцатого века физиком Бенджамином Франклином, работает следующим образом. На его острие возникает коронный разряд, который, как указано выше, является единственным из всех газовых разрядов, не обладающим отрицательным динамическим сопротивлением. Поэтому ток не увеличивается до катастрофических величин, что эквивалентно медленному разряду конденсатора вместо быстрого. Можно привести такую аналогию: если из подвешенного на тонкой нити сосуда медленно вылить всю воду, можно больше не , что под тяжестью воды нить оборвется и упадет весь сосуд.Находясь в грозу на открытой местности от зданий, оборудованных громоотводами, для минимизации вероятности попадания молнии необходимо отойти от и спрятать зонт.
Грозовые молнии принято делить на наземные и внутриоблачные. Наземные молнии бьют сверху вниз, а внутриоблачные до земли не доходят. Помимо привычных молний, существуют и такие загадочные явления, как спрайты, джеты и эльфы.
Существует распространенный стереотип, утверждающий, что молния бьет сверху вниз. Это далеко не так, ведь помимо наземных, существуют еще внутриоблачные молнии и даже молнии, которые существуют только в ионосфере.
Молния представляет собой огромный электрический разряд, ток в котором может достигать сотен тысяч ампер, а напряжение - сотен миллионов ватт. Длина некоторых молний в атмосфере может достигать десятков километров.
Природа молнии
Впервые физическую природу молний описал американский ученый Бенджамин Франклин. В начале 1750-х годов он провел эксперимент по изучению атмосферного электричества. Франклин дождался наступления грозовой погоды и запустил в небо воздушного змея. В змея ударила молния, и Бенджамин пришел к выводу об электрической природе молний. Ученому повезло - примерно в то же время российский исследователь Г. Рихман, тоже изучавший атмосферное электричество, погиб от удара молнии в сконструированный им аппарат.
Полнее всего изучены процессы образования молний в грозовых облаках. Если молния проходит в самом облаке, ее называют внутриоблачной. А если ударяет в землю, она называется наземной.
Наземные молнии
Процесс формирования наземной молнии включает в себя несколько этапов. Сначала электрическое поле в атмосфере достигает своих критических значений, происходит ионизация и наконец, образуется искровой разряд, который ударяет из грозового облака в землю.
Строго говоря, молния бьет сверху вниз лишь отчасти. Сначала из облака по направлению к земле устремляется начальный разряд. Чем ближе он подходит к земной поверхности, тем больше усиливается напряженность электрического поля. Из-за этого навстречу к приближающейся молнии с поверхности Земли выбрасывается ответный заряд. После этого по соединяющему небо и землю ионизированному каналу выбрасывается главный разряд молнии. Он действительно бьет сверху вниз.
Внутриоблачные молнии
Внутриоблачные молнии обычно гораздо больше наземных. Их длина может составлять до 150 км. Чем ближе местность расположена к экватору, тем чаще в ней возникают внутриоблачные молнии. Если в северных широтах соотношение внутриоблачных и наземных молний примерно одинаково, в экваториальной полосе внутриоблачные молнии составляют примерно 90% всех грозовых разрядов.
Спрайты, эльфы и джеты
Помимо обычных грозовых молний, существуют такие малоизученные явления как эльфы, джеты и спрайты. Спрайты представляют собой подобия молний, которые появляются на высоте до 130 км. Джеты формируются в нижних слоях ионосферы и представляют собой разряды в виде синих
Человечество всегда с опаской относилось к молнии. Для древних греков молния была грозным оружием Зевса. Древние скандинавы считали, что молнии рождаются из волшебного молота бога Тора. У индийцев молниями повелевал царь богов, громовержец Индра, у индейцев навахо особым почтением пользовался буревестник, потому что, по их мнению, молнии вызывал блеск глаз этой птицы, а люди африканского племени банту верили, что молнии вызывает гигантская птица-божество Умпундуло.
Гром и молнии – это не самое редкое природное явление, которое вам приходилось наблюдать в своей жизни. Вам также наверняка приходилось слышать немало мифов об этом электрическом явлении, хотя современная наука уже давно опровергла самые распространённые из них.
500px.com
Миф 1 : Зарница – это совершенно не опасная молния, которая возникает после сильной жары.
Реальность : Зарница – это самая что ни на есть настоящая молния, точнее её отблеск, а раскаты грома не слышны из-за дальности грозы. По мере её приближения вместо зарницы вы увидите уже вполне натуральную молнию.
Миф 2: Если человека ударила молния, его нельзя трогать, так как он находится под высоким напряжением.
Реальность: Жертвы молнии не являются носителями электричества, и уж тем более их нельзя бросать без какой-либо помощи.
Flickr: konvo
Миф 3 : Если не идёт дождь, то молния не представляет никакой опасности.
Реальность : Молнии могут возникать далеко от эпицентра грозовых ливней (до 16 км), и от этого они не становятся менее опасными.
Flickr: 60999792 @ N06
Миф 4 : Если вы находитесь в автомобиле во время грозы, то вы в безопасности благодаря резиновой изоляции.
Реальность : Разряд молнии может достигать силы в 2-3 тысячи вольт на 1 см, этого вполне достаточно, чтобы проникнуть через резиновый коврик и обувь на резиновой подошве. Кстати, площадь поражения молнией может достигать 3-4 метров.
500px.com
Миф 5 : Молния не бьёт дважды в одно и то же место.
Реальность : Статистика говорит, что бьёт, и не только дважды, но и больше раз. Например, молния попадает в здание Эмпайр-Стейт-Билдинг (Нью-Йорк) от двадцати до сотни раз в год. Также был зарегистрирован случай, когда в один из небоскрёбов в Оклахома-Сити молния ударила четыре раза в течение 10 минут.
Миф 6 : Если вы находитесь в лодке во время молний или при приближающейся грозе, лучше всего сойти на берег.
Реальность : Конечно, лучше немедленно сойти на берег, однако некоторые эксперты говорят, что скалистые и лесистые берега реки (водоёма) могут быть столь же опасным местом.
www.danransom.com
Миф 7 : Если вы спрячетесь в пещере, то будете в безопасности.
Реальность : Если пещера слишком мала или в ней находятся залежи металлических полезных ископаемых, вы точно так же находитесь в зоне риска.
www.bartomax.fr
Миф 8 : Металл притягивает молнию, потому не носите на себе украшения и другие металлические проводники.
Реальность : Один метеоролог когда-то сказал, что электрический разряд высотой до 150 км вряд ли позарится на ваш браслет или серьги.
Миф 9 : Громоотводы на зданиях притягивают молнию.
Реальность : Громоотводы не притягивают, а скорее перехватывают удар молнии и заземляют его.
Миф 10 : Громоотвод не нужен, если на здании есть телевизионная антенна, которая может выполнять его функцию.
Реальность : Телевизионные антенны не перехватывают удар молнии и не обеспечивают его заземление. В реальности антенны являются самой настоящей мишенью для молнии.
500px.com
Миф 11 : Молния бьёт в самую высокую точку или самый высокий объект.
Реальность : Были зафиксированы сотни случаев, когда вместо высоких зданий молнией поражались растущие рядом с ними деревья, или парковочный участок вместо стоящих поблизости домов.
Lenzscape.smugmug.com
Миф 12 : Если вокруг здания будет много высоких деревьев, то они защитят его от удара молнии.
Реальность : Деревья – плохие защитники от молнии. Если она попадёт в такое дерево, то велика вероятность возникновения мощной наземной молнии, которая может поразить и близлежащее здание.
500px.com
Миф 13 : Сетевые фильтры предотвратят поломку компьютеров во время удара молнии.
Реальность : Сетевые фильтры, защищающие от перенапряжения или излишней нагрузки, вряд ли в состоянии противостоять молнии, чья мощность может достигать тысячи гигавольт.
Yasuyoshi Chiba / AFP / Getty Images
Миф 14 : Молнию можно использовать как мощный источник электрической энергии.
Реальность : Можно было бы, если бы её длительность была более нескольких секунд, ну или если бы мы знали способ её захвата, удержания и дальнейшего поддерживания. Пока таких технологий не существует.
Таким образом, не стоит бояться Зевса, карающего небесными молниями. Помните, что надёжнее будет укрыться в большом, а не маленьком здании, в котором обязательно есть громоотвод, и лучше находиться в полностью закрытом автомобиле, чем искать укрытия вне его. Кроме того, у вас есть возможность заранее побеспокоиться о мерах предосторожности. Следует избегать крупных водоемов, больших открытых полей (включая и поля для гольфа) и небольших укрытий, таких как автобусные остановки, хижины и землянки, башни, мачты, фонарные столбы. Кстати, также крайне небезопасно использовать электрическую технику и оборудование, телефоны, компьютеры, душевые кабины и прочие предметы с проводящими ток поверхностями.
Загрузка...
