В результате чего образуется гром. Молния: откуда берется, интересные факты. Как развивается молния

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Летний полдень. Парит. Вдруг небо начинает быстро темнеть. Веет прохладой. Налетевший порыв ветра поднимает пыль и несёт её вдоль улицы. Проходит несколько минут, и первые крупные капли дождя падают на землю, оставляя на пыли большие тёмные пятна. Скоро дождь усиливается, - вот он уже полил сильными струями, создавая сплошную завесу из воды. Вдруг в свинцовом небе сверкнула извилистая огненная лента… Молния! Она ударила где-то близко, и через одну-две секунды раздался такой звук, как будто поблизости загрохотали орудийные выстрелы. Ещё несколько молний, сильных раскатов грома - и дождь утих, небо прояснилось. Гроза пронеслась мимо.

Мощные раскаты грома и ослепительные вспышки молнии внушали раньше людям страх. Наблюдая разрушения, иногда причинявшиеся молнией, человек, полный предрассудков и суеверий, считал, что молнию вызывают боги или могущественные силы, что молния «в наказание» убивает и калечит людей и сжигает их кров. В древнегреческих легендах говорится, что главный греческий бог - громовержец Зевс - в своём гневе мечет огненные стрелы - молнии. В русских поверьях считалось, что грозой управляет «Илья-пророк», разъезжающий в своей колеснице по небу.

Однако, несмотря на страх перед молнией, уже в глубокой древности люди внимательно наблюдали и изучали это грозное и прекрасное явление природы. Уже несколько десятков лет учёные исследуют его. Благодаря их самоотверженному и упорному труду, одно из интереснейших явлений природы - молния и сопровождающий её гром - в настоящее время получило полное научное объяснение. Выяснилось, что ничего таинственного в этом явлении нет и что «божественные силы» здесь не при чём. Учёные могут искусственно создавать молнию, правда в небольших размерах, в своих лабораториях. Совсем крошечные молнии может получить, как это рассказано дальше, каждый читатель этой книжки.

Люди стремились изучить молнию не просто из любопытства. Они хотели научиться бороться с нею, хотели её победить. Непобеждённая молния очень опасна. Она может смертельно поразить человека, разрушить здание, вызвать взрывы и пожары, причиняющие миллионные убытки, создать тяжёлые аварии электростанций, которые прекратят отпуск энергии. Всё это нарушает нормальную жизнь и работу людей.

Чтобы бороться с молнией, люди стремились изучить её. Без знаний победить молнию было невозможно. «Всё даётся знанием, победа - тоже», - говорил Максим Горький.

В этой небольшой книжке мы расскажем о том, как возникают молния и гром, какой вред может причинить молния и как защититься от её разрушительного действия. Начнём мы с основных сведений об электричестве, без которых всё дальнейшее не будет читателю понятно.

Две с половиной тысячи лет тому назад греческий учёный Фалес из города Милета заметил, что если янтарь (жёлтую смолу, употреблявшуюся для украшения) натереть мехом, то он может притягивать лёгкие предметы - например, волокна или соломинки. По-гречески янтарь назывался электроном. От этого слова и получило своё название электричество.

Потом было обнаружено, что такие же свойства, как янтарь, приобретают и некоторые другие предметы, например, стекло, эбонит (вещество, из которого делают гребёнки, граммофонные пластинки и т. д.), если их натереть шерстью, шёлком или мехом. Тогда говорят, что эти предметы наэлектризованы.

Эбонитовую гребёнку можно наэлектризовать, расчёсывая ею волосы. Тот, кто видел, как в темноте расчёсывают чисто промытые и сухие волосы гребёнкой, замечал голубоватые искорки и слышал их треск.

Одна из первых машин, которую человек построил для получения электричества (это было в конце 17 века), состояла из стеклянного шара, вращающегося на железной оси. Когда натирали сукном вращающийся шар и затем дотрагивались до него рукою, то между шаром и рукой в темноте был виден свет и слышался треск. При быстром вращении шара наблюдались слабенькие искорки. Кажется сначала удивительным, что эти маленькие слабенькие искры и их лёгкий треск имеют такое же происхождение, что и громадная ослепительная молния и сопровождающий её гром. Но это именно так. Уже 200 лет тому назад учёные окончательно установили, что молния - это электрическая искра.

Впервые это доказал в 1752 году знаменитый американский учёный и общественный деятель Вениамин Франклин.

Летом 1752 года в американском городе Филадельфия можно было наблюдать странную картину. Забравшиеся под навес два взрослых человека (старшему на вид было лет 45, другой был совсем юноша) запускали шёлковый змей. Это были Франклин и его сын. К концу шнурка змея, прикреплённого шёлковой лентой к столбу, отец с сыном привязали массивный железный ключ от садовой калитки (рис. 1). Только сына посвятил отец в тайну своих опытов, опасаясь, в случае их неудачи, язвительных насмешек. Он тревожно стоял у змея, ожидая результатов опыта, как приговора своим многолетним исследованиям.

Рис. 1. Франклин с сыном запускают змея. (Со старинной картины.)

Вот надвинулась туча и прошла мимо. Никаких результатов, никаких следов электричества… И вдруг волокна шнурка натянулись, как это бывало при опытах с электричеством, проводившихся учёным в лаборатории. Франклин быстро поднёс палец к ключу и… сотрясение, которое он получил от проскочившей при этом сильной электрической искры, показалось ему приятнейшим из ощущений.

Ведь он добился того, чего так страстно и упорно желал! Его открытие возбудило весь учёный мир того времени. Бледная искра, издавшая негромкий треск, прозвучала громом на весь мир, доказав, что молния - это электрический разряд. Франклин как бы низвёл молнию на землю, отняв её у таинственных «неземных сил».+ », а отрицательное знаком «– ». Такие обозначения и будут употребляться на рисунках этой книжки.

Почему во время грозы гремит гром и сверкает молния? В наше время ответ на этот простой с виду вопрос знает даже школьник. В облаках накапливаются электрические заряды, что приводит к гигантской электрической искре - молнии. Воздух в месте её проскакивания сильно нагревается и расширяется - мы слышим гром. То есть, гром и молния - это проявления атмосферного электричества. Однако возникает вопрос: откуда оно берётся, да ещё в таких огромных количествах?

Взгляните на карту частоты молний в различных местах Земли, составленную по спутниковым данным. Нельзя не заметить, что подавляющее большинство молний сверкает не над водной гладью нашей планеты, а над континентами. Причём, больше всего молний бывает именно в тропиках. Следовательно, образование грозовых облаков особенно интенсивно происходит именно над континентами в тропических широтах, где воздух у поверхности земли (в отличие от воздуха над поверхностью воды) всегда сильно прогревается и стремится подняться вверх.


В каком-либо месте (обычно на склонах возвышенностей) образуется восходящий поток тёплого воздуха. Он втягивает в себя увлажнённый воздух с большой площади земной поверхности, перенося его вверх. Так образуются кучевые облака «вертикального развития», которые вскоре станут грозовыми облаками (см. левый рисунок). Если влагосодержание воздуха велико и имеются благоприятные условия, облако растёт в вертикальном и горизонтальном направлениях. Когда его вершина достигнет высоких слоёв атмосферы с отрицательной температурой, начинается образование из мельчайших капелек водяного пара более крупных и более тяжёлых кристалликов льда. Они начинают падать вниз внутри облака. В этот момент основание облака темнеет, принимая тёмный «свинцовый» оттенок (см. правый рисунок).
Не только в тропиках, но и в других широтах тоже образуются такие облака, размеры которых могут достигать нескольких километров. Падая внутри облака, капли воды или кристаллики льда электризуются при столкновениях с молекулами воздуха, а также другими микроскопическими частицами. В результате капли или льдинки приобретают отрицательный заряд и переносят его в нижнюю часть тучи, которая, таким образом, становится электрически заряженной (грозовой) тучей.
Поскольку нижняя часть тучи оказывается заряженной отрицательно, а верхняя - положительно, эти заряды притягиваются. Поэтому до поры до времени капельки или льдинки удерживаются электрическим притяжением внутри тучи, в нижней её части. Однако скопившийся внизу тучи большой отрицательный заряд по индукции притягивает к себе положительный заряд в поверхностном слое земли. В результате между облаком и землёй возникает огромное напряжение - десятки и сотни миллионов вольт. Электрическое поле становится настолько сильным, что возникает электрический разряд через воздух в виде огромной искры длиной иногда в несколько километров. Это и есть молния.

Молнии переносят отрицательный заряд на Землю, снова и снова заряжая её. Однако, как выяснили учёные, электрический заряд Земли в целом невелик и составляет около 500 000 кулонов (это приблизительно как у двух автомобильных аккумуляторов). Куда же исчезает тот огромный отрицательный заряд, переносимый молниями к поверхности Земли? Ведь ежесекундно на всей нашей планете происходит около 50 вспышек молнии!
Дело в том, что выше 100 км от поверхности Земли расположен слой атмосферы под названием «ионосфера». Он представляет собой разреженный атмосферный воздух, в котором есть как электронейтральные молекулы, так и заряженные частицы: ионы и электроны. Их концентрация может достигать десятков и сотен тысяч в кубическом сантиметре воздуха. Ионосфера существует потому, что Солнце постоянно испускает потоки заряженных частиц, ультрафиолетовое и рентгеновское излучения, которые «выбивают» из молекул электроны, образуя множество ионов.
В ясную погоду днём и ночью Земля постепенно разряжается: между ионосферой и поверхностью Земли постоянно идёт слабый объёмный ток, пронизывающий атмосферу. Хотя мы и привыкли считать воздух изолятором, в нём, тем не менее, есть малая доля ионов, позволяющая существовать этому току во всём объёме атмосферы. Он медленно, но верно переносит отрицательный заряд с поверхности земли на высоту, поэтому суммарный заряд всей планеты сохраняется.
Как видите, грозы образуются из-за сложнейших атмосферных явлений планетарного масштаба.

Многие люди боятся страшного явления природы - грозы. Это обычно происходит, когда солнце закрывается мрачными тучами, гремит жуткий гром и идет сильный дождь.

Конечно, бояться молнии следует, ведь она может даже убить или стать Это известно давно, поэтому и придумали различные средства для защиты от молний и грома (например, металлические шесты).

Что же происходит там наверху и откуда берется гром? И молния как возникает?

Грозовые тучи

Обычно огромные. По высоте они достигают нескольких километров. Визуально не видно, как внутри этих гремучих туч все бурлит и кипит. Это воздуха, включающие в себя капельки воды, с большой скоростью перемещаются снизу вверх и наоборот.

Самая верхняя часть этих туч по температуре достигает -40 градусов, и капли воды, попадающие в эту часть тучи, замерзают.

О происхождении грозовых туч

Прежде чем мы узнаем, откуда берется гром и молния как возникает, вкратце опишем, как формируются грозовые тучи.

Большая часть этих явлений происходит не над водной гладью планеты, а над континентами. Кроме того, грозовые облака интенсивно формируются над континентами тропических широт, где у поверхности земли воздух (в отличие от воздуха над водной поверхностью) сильно прогревается и поднимается быстро вверх.

Обычно на склонах разных возвышенностей образуется подобный прогретого воздуха, который втягивает в себя влажный воздух с обширных площадей земной поверхности и поднимает его вверх.

Таким образом и образуются так называемые кучевые облака, превращающиеся в грозовые облака, описанные чуть выше.

А теперь проясним, что же такое молния, откуда берется она?

Молния и гром

Из тех самых замерзших капель образуются кусочки льда, которые также перемещаются в облаках с огромной скоростью, сталкиваясь, разрушаясь и заряжаясь электричеством. Те льдинки, которые легче и меньше, остаются наверху, а те, что крупнее, - тают, спускаясь вниз, вновь превращаясь в капельки воды.

Таким образом, в грозовой туче возникают два электрических заряда. В верхней части отрицательный, в нижней - положительный. При встрече разных зарядов возникает мощный и происходит молния. Откуда берется она, стало понятно. А дальше что происходит? Вспышка молнии мгновенно разогревает и расширяет вокруг себя воздух. Последний нагревается так сильно, что происходит эффект взрыва. Это и есть гром, пугающий все живое на земле.

Выходит, что все это - проявления Тогда возникает следующий вопрос о том, последнее откуда берётся, причем в таких больших количествах. И куда оно девается?

Ионосфера

Что такое молния, откуда берется она, выяснили. Теперь немного о процессах, сохраняющих заряд Земли.

Ученые выяснили, что заряд Земли в общем невелик и составляет всего лишь 500 000 кулонов (как у 2 автомобильных аккумуляторов). Тогда куда исчезает тот отрицательный заряд, которые переносится молниями ближе к поверхности Земли?

Обычно в ясную погоду Земля потихоньку разряжается (постоянно между ионосферой и поверхностью Земли проходит слабый ток через всю атмосферу). Хоть и воздух считается изолятором, в нем есть небольшая доля ионов, которая позволяет существовать току в объёме всей атмосферы. Благодаря этому, хоть и медленно, но отрицательный заряд переносится с земной поверхности на высоту. Поэтому и объем суммарного заряда Земли всегда сохраняется неизменным.

На сегодня самым распространенным мнением является то, что молния шаровая представляет собой особый вид заряда в форме шара, причем существующий довольно продолжительное время и перемещающийся по непредсказуемой траектории.

Единой теории возникновения этого явления на сегодня нет. Существует много гипотез, но пока ни одна не получила признания в среде ученых.

Обычно, как свидетельствуют очевидцы, возникает в грозу или в шторм. Но имеются и случаи её возникновения и в солнечную погоду. Чаще она порождается обычной молнией, иногда возникает и спускается с облаков, а реже появляется неожиданно в воздухе или даже может выйти из какого-то предмета (столб, дерево).

Некоторые интересные факты

Откуда берется гроза и молния, мы выяснили. Теперь немного о любопытных фактах, касающихся вышеописанных природных явлений.

1. Ежегодно Земля испытывает приблизительно 25 миллионов вспышек молний.

2. Молния имеет среднюю длину приблизительно в 2,5 км. Есть и разряды, простирающиеся в атмосфере на 20 км.

3. Есть поверье, что молния не может дважды ударить в одно место. В действительности это не так. Результаты анализа (по географической карте) мест ударов молний за предшествующие несколько лет показывают, что молния и несколько раз может ударить в одно и то же место.

Вот и выяснили что такое молния, откуда берется она.

Грозы образуются как следствие сложнейших атмосферных явлений планетарного масштаба.

Каждую секунду на планете Земля происходит примерно 50 вспышек молниий.

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

Откуда берется гром и молния объяснение для детей

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

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

Откуда берется шаровая молния

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

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

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

Откуда гроза и молния

Стихии, чтобы проявить свою силу, необходимы определенные обстоятельства. Наэлектризованные облака создают молнию. Но чтобы пробить атмосферный слой, не в каждом облаке содержится достаточная для этого мощность. Грозовым будет считаться то облако, высота которого достигает нескольких тысяч метров. Низ тучи располагается у земной поверхности, температурный режим там выше, чем в верхней части облака, где капли воды способны замерзать.

Массы воздуха находятся в постоянном движении. Теплый воздух уходит вверх, – опускается. При движении частиц они электризуются. В различных частях облака накапливается неодинаковый потенциал. При достижении критического значения происходит вспышка, которую сопровождают раскаты грома.

Опасные молнии

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

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