Меню

Можно ли назвать молнию возникающую между двумя облаками электрическим током

Из-за чего бьет молния и как она появляется

Мы часто говорим на нашем сайте о погоде, ураганах, грозах, и прочих погодных явлениях, которые могут быть интересны с точки зрения науки и могут нанести ущерб хозяйственной деятельности человека или его жизни и здоровью. Очень часто такие явления способствуют появлению в атмосфере молний. Это тоже очень интересное и не до конца изученное явление, которое возникает из-за появления в воздухе заряженных частиц. По сути это чем-то напоминает статический разряд от шерстяного свитера, вот только масштабы более крупные. Тем не менее, при образовании молний должно сложиться множество факторов, о которых мы сегодня и поговорим. Тем более, мы уже рассказывали об интересных фактах, связанных с этим явлением. Теперь надо разобраться с природой появления “стрел Зевса”.

Молния может напугать, если не знать откуда она берется.

Что такое молния?

Согласно науке, можно сказать, что молния является искровым разрядом, возникающим в атмосфере. В числе основных проявлений можно назвать яркую вспышку света и громкий звук, который принято называть громом. Кроме Земли, молнии можно встретить на других планетах, например, Венере, Юпитере, Сатурне, Уране и других, где есть какая-то газовая среда.

Во время удара молнии высвобождается огромное количество энергии. В результате ее температура в несколько раз превышает температуру поверхности Солнца. Сила тока в разряде молнии на Земле достигает 500 ампер, а напряжение доходит до нескольких миллионов вольт.

Как раз из-за большого количества энергии, молния редко длится дольше долей секунд. Как правило значение доходит до четверти секунды (0,25), но бывают и исключения. Так, самая продолжительная молния зафиксирована на отметке почти восьми секунд (7,74).

Такая красота и почти восемь секунд.

Определение молнии согласно словарю Ожегова:
МОЛНИЯ, -и, ж. 1. Мгновенный искровой разряд в воздухе скопившегося атмосферного электричества. Бывает линейная, зигзагообразная, шаровая и сухая.

Сейчас мы не будем останавливаться на определении молнии, как пометке для срочной новости или печатного издания, хотя суть понятна, и именно из-за скоротечности или, если хотите, молниеносности события они так и называются.

Какие бывают молнии?

Прежде, чем подробно рассказать о типах молний, надо сказать, какими они вообще бывают. Четыре основных типа были приведены парой строк выше, а именно: линейная, зигзагообразная, шаровая и сухая.

Линейной молнией называют короткий резкий разряд, который вспыхивает моментально, озаряет собой небо и пропадет. Иногда даже самой молнии не видно, так как она проходит очень быстро и часто даже бьет не в землю, а между облаками.

Зигзагообразной принято называть чуть более долгие молнии, которые имеют кривую траекторию и дают хоть несколько долей секунды, чтобы себя рассмотреть. Иногда можно заметить даже небольшую пульсацию света в них.

Шаровая молния — это крайне редкое явление. Если с обычной молнией мы встречаемся по несколько раз в год, а жители некоторых регионов — несколько раз в неделю, то шанс увидеть шаровую молнию не превышает один к десяти тысячам. Именно поэтому явление считают очень мистический, и если вы ее видели, вам очень повезло. Надо бежать за лотерейным билетом.

С сухой молнией все просто. Так обычно называют молнию, которая происходит без дождя. Не самое часто явление, но периодически все равно случается. И уж точно чаще, чем шаровая.

Как происходит удар молнии?

Мы уже определились, что молния — это мощнейший электрический разряд, возникающий при накоплении заряда внутри облаков и появлении большой разницы электрических потенциалов объектов. В итоге молния может возникать между соседними облаками, между облаком и землей, и даже внутри одного облака, что тоже случается очень часто. В любом случае облако должно быть наэлектризовано. Но как оно электризуется?

Это можно назвать молнией в миниатюре. Процессы похожи.

Этот процесс знаком нам с детства. Достаточно вспомнить как электризуется расческа, воздушный шарик или многие другие вещи при трении. Подобный процесс происходит и в облаках на большой высоте и в существенно больших масштабах.

Дело в том, что облака представляют собой огромный водяной шар, пусть и не совсем шаровидной формы. Его высота может достигать нескольких километров, но в разном агрегатном состоянии вода в нем есть на всех высотах. До трех-четырех тысяч метров это капли, а выше — уже кристаллики льда.

Эти кристаллики имеют разный размер и постоянно перемешиваются. Более мелкие летят вверх из-за восходящих потоков воздуха от теплой земли. Поднимаясь, они постоянно сталкиваются с более крупными кристалликами. В итоге, все облако начинает электризоваться подобно предметам в приведенных выше примерах. Положительно заряженные частицы оказываются сверху, а отрицательно заряженные — снизу.

Примерно так выглядит разница потенциалов при формировании молнии.

Когда разность потенциалов получается очень высокой, происходит разряд. Если внутри облака для формирования разряда недостаточно условий, то разрядка происходит в землю. При этом она сопровождается яркой вспышкой с выделением тепла. Из-за выделения огромного количества энергии воздух вокруг молнии моментально нагревается до нескольких десятков тысяч градусов и взрывообразно расширяется в небольшом объеме. Эта взрывная волна и называется громом, расходясь на расстояние до 20 км от самой молнии.

При этом молнии состоят из нескольких разрядов, которые идут непрерывно друг за другом, но по одиночке длятся тысячные и миллионные доли секунды.

Почему молния имеет такую форму?

Мы знаем, что молния старается ударить в объект по кратчайшему расстоянию. Но почему же она такая изогнутая? Это же совсем не кратчайшее расстояние, при котором она была бы прямая, как геометрический луч.

Дело в том, что при формировании разряда электроны разгоняются до околосветовых скоростей, но периодически встречают на пути препятствия в виде молекул воздуха. При каждой такой “встрече” они меняют направление своего движения и мы получаем ступенчатую структуру молнии, к которой мы привыкли, и которая схематическим рисуется, как логотип автомобилей Opel.

Молния на логотипе этой компании впервые появилась на грузовике Opel Blitz (в переводе с немецкого Blitz — молния)

Может ли человек создать молнию?

Да, человек может создавать молнии. Каждый ребенок может дома поставить небольшой опыт, натерев два шарика и потом сблизив их. Если делать это в темноте, можно увидеть небольшой разряд и треск или щелчок. Это и есть молнии и гром в миниатюре.

С такими молниями можно столкнуться, поносив шерстяной свитер, расчесав волосы и во многих других ситуациях. Даже зажигалка с кнопкой создает минимолнию, которая и поджигает газ. Аналогичное оборудование установлено в газовых плитах а автоподжигом.

Обсудить все, что угодно связанное с наукой можно в нашем Telegram-чате.

Но человек может создать и более серьезные молнии. Я даже не говорю о лабораториях под открытым небом, которые формируют разряд для его изучения, хотя так он тоже может быть очень сильным. Я имею ввиду молнию, которая появляется при ядерном взрыве.

Дело в том, что при протекании реакции ядерного взрыва гамма-излучение продуцирует электромагнитный импульс с напряжённостью на уровне 100—1000 кВ/м. Это не только выводит из строя незащищенные электромагнитные линии бункеров, шахт и других объектов, но и приводит к образованию молнии. Правда, эта молния бьет в небо, то есть, в обратную сторону, если можно так сказать. Разряд появляется перед приходом огненной полусферы и очень быстро исчезает. Происходит это примерно с 0,015 до 0,5 секунды процесса протекания реакции ядерного взрыва.

Так выглядит молния, сопровождающая атомный взрыв.

Откуда берутся молнии перед землетрясением?

Существуют молнии, которые проявляют себя во время землетрясений. До конца их природа пока неизвестна, но они тоже возникают из-за накопления заряда. Только в данном случае это происходит из-за трения слоев пород между собой.

Изначально ученые не воспринимали всерьез рассказы о том, что землетрясения сопровождаются молниями, но появление в последнее время камер заставило их задуматься над этим. В итоге они начали ставить эксперименты и пришли к выводу о трении слоев пород.

Куда более известны молнии при извержениях вулканов, которые еще называются “грязными молниями”. Они тоже возникают в результате трения между собой частиц, вылетающих из жерла.

Примерно так выглядит молния внутри вулкана.

Образование молний сопровождает и другие явления, например, пылевые бури, торнадо и некоторые другие, приводящие все к тому же накоплению заряда.

Что такое шаровая молния, и как она появляется?

Кроме обычных молний, с которыми все более менее понятно, хоть и остаются некоторые вопросы, есть еще и шаровые молнии, которые вообще не изучены толком и никто не может объяснить, откуда они берутся, почему и куда пропадают.

Изначально шаровая молния является светящимся шаром (иногда форма может немного отличаться), который по подсчетам имеет температуру 500-1000 градусов Цельсия, может перемещаться в пространстве, проходить через стекло и взрываться через несколько минут после появления. Пока больше неизвестно ничего.

Первые упоминания о них относятся еще ко временам до нашей эры. Правда, тогда это было очень иносказательно и включало в себя разговоры об огненных птицах и тому подобном. Сейчас это очень похоже на описание шаровых молний, но с уверенностью об этом говорить нельзя.

Это птица Феникс, но примерно так представляли себе шаровые молнии в древнем мире.

До недавнего времени многие ученые вообще не верили в существование такого явления, а заявления очевидцев считали следствием повреждения сетчатки после удара обычной молнией. Тем более все говорили о разной форме. Сейчас в это начали верить и занялись исследованиями, но информации все равно мало.

Читайте также:  Род измеряемого тока амперметра

Кто-то считает их сгустками газа, кто-то особыми частицами с огромным количеством энергии, а кто-то и вовсе говорит о высших силах.

Тем не менее, это не отменяет того факта, что шаровые молнии могут повреждать объекты, с которыми вступили в контакт. Например, плавить стекло и металл, поджигать дерево и кипятить воду. Есть даже рассказы о том, как они замыкали высоковольтные линии передач, создавая дугу.

Есть несколько гипотез этого явления, каждая из которых до сих пор не подтверждена, но и не опровергнута.

Одна из них гласит, что шаровая молния это специфическое взаимодействие азота с кислородом, в результате которого и вырабатывается энергия на ее существование. Согласно другой гипотезе явление представляет собой вихрь шарообразной формы из пылевых частиц с активными газами. Такими они стали из-за полученного электрического разряда. В итоге, шаровая молния является чем-то вроде батареи. Эта гипотеза объясняет специфический запах и шлейфовое свечение рядом с шаровой молнией.

Шаровая молния может выглядеть так или иначе, но более изученной от этого она не становится.

Есть гипотеза, которая оспаривает обе предыдущих, говоря нам, что существование шаровой молнии невозможно без подпитки ее энергией снаружи. Но такая гипотеза рушится отсутствием доказательств существования волн нужной для питания длины.

Все это лишний раз доказывает, что шаровую молнию надо опасаться, так как даже нет четких описаний того, как надо действовать при ее появлении. Самой главной рекомендацией является немедленное покидание зоны ее действия, но без лишней спешки, чтобы не нарушить движение воздуха и не увлечь ее за собой.

Что мы знаем о молниях?

Об обычных молниях мы знаем много, хоть и не все. О шаровых почти ничего, но учитывая частоту их появления, можно допустить, что это не так страшно, хотя работать в этом направлении надо и надо продолжать исследования.

Молнии стали неотъемлемыми спутниками нашей жизни. Они проявляются во многих сферах и заставляют себя уважать из-за разрушительной мощи, спрятанной в них.

Тем не менее, средства борьбы с ними есть и достаточно эффективные. Надо только выполнять элементарные правила безопасности (не стоять в грозу рядом с деревьями, не запускать змеев, да и вообще лучше не выходить из дома) и ставить громоотводы на дома. В этом случае все будет существенно проще и безопаснее.

Источник



Можно ли считать молнию,возникающую между облаком и землёй,электрич.током?

Электрический ток невидим.
Параметры обычных линейных молний в земных условиях следующие:
а) длина — не более 10 км,
б) диаметр канала — до 40 см,
в) сила тока — 10 в 5 степени или 10 в 6 степени Ампер,
г) длительность одной молнии — 10 в 4 степени секунд,
д) общее число молний, проходящих в одном канале, — до 50 молний;
е) температура в канале — до 10 000°К.
Вся серия молний проходит за время порядка сотых долей секунды. В результате температура в канале молний за короткое время повышается до 10 000°К Газ в канале, превратившийся практически в плазму, /который мы видим как молнию/ резко расширяется, и возникает звуковая волна ударной природы, которую мы слышим и называем громом.

Величина напряженности электрического поля Епр зависит от давления газа р по формуле Пашена Епр /р = const и для воздуха при атмосферном давлении составляет Епр = 3 • 106 B/ м, т е. несколько миллионов В/м

Отметим, что именно такая напряженность электрического поля возникает между Землей и тучами перед возникновением линейных молний. В предгрозовых условиях Земля локально заряжается положительно, а облака — отрицательно. Напряжение на обкладках этого гигантского конденсатора достигает значений U = 109 В, т. е доходит до одного миллиарда вольт.

Напряжение U в свою очередь связано с напряженностью электрического поля Епр по формуле Епр = U/L, где L — расстояние между облаками и Землей. Это расстояние равно сотням метров (до километра) . Можем теперь вычислить типичное предгрозовое значение напряженности электрического поля в том месте Земли, где собирается гроза. Оно составляет величину Епр = 109/103 = 106 В/м, что примерно совпадает с приведенным выше значением напряженности поля Епр = 3 • 106 В/м для получения искрового разряда.

Источник

Научно — философское рассуждение. Загадка молний

Раскалённая стрела дуб свалила у села.

Конец лета – скоро завершается очередной грозовой сезон. Как и каждый год, молнии
натворили множество безобразий: вмешивались
в ход футбольных матчей, вырубали и поджигали заводы, приставали к самолётам, забивали домашний скот и уничтожали целые семьи. Как бы далеко ни размахнулся прогресс,
человек по-прежнему букашка перед грозными небесными силами. И от раскатов грома отмахиваться не стоит: грозы будут опасны для нас всегда. Удивительно, как мало, мы знаем о таком распространённом и обычном явлении природы. Даже о том, как образуется молния, существует несколько теорий. Примерно это происходит так. Образование льда в облаках – ключевой фактор для запуска грозы. Частички льда обретают положительный или отрицательный заряд – механизм этого до конца не изучен, — а затем положительно заряженные капли и льдинки поднимаются в верхнюю часть грозового облака, а отрицательно заряженные оказываются внизу. Когда тех и других накопится достаточно, происходит искровой разряд или прямо в облаке, или между облаком и поверхностью Земли. И гигантская электрическая машина начинает свою работу.
Молнии возглавляют список погодных явлений, которые могут убить человека. Но они же, возможно, в далёкие- далёкие времена запустили земную жизнь. Так, по последним данным, молнии способны вызвать мутации в ДНК бактерий. В точке удара молнии бактерии погибают, но на некотором расстоянии от эпицентра отделываются отверстиями в оболочках клеток, через которые и начинаются обмениваться ДНК.

Веками бушующая стихия пугала человека.
Молнии, бьющие с неба, несущие смерть
и пожары, казались стрелами богов. Их
боялись, заклинали, пытались обуздать.
Во всех древних культурах молния
символизировала силу, скорость движения.
В молниях видели знамения, посылаемые
богом-громовержцем. Места, в которые
ударяла молния, считались священными,
а люди, поражённые молнией,- отмеченными
божеством. Этот, «небесный огонь» таит
в себе немало загадок, разгадать которые
человек пытается, и по сей день.
Молнию можно наблюдать весной и летом.
«Люблю грозу в начале мая»- писал
Ф. Ф. Тютчев и восхищался состоянием природы. Гроза – бурное ненастье с дождём,
громом и молниями. Грозы связаны с развитием
кучево-дождевых облаков, со скоплением в них
большого количества электричества.
Можно ли заранее понять, что приближается гроза? Можно, по состоянию погоды.

Приближается гроза, если:
а) дует лёгкий ветерок;
б) становится тихо и душно;
в) сильно печёт солнце;
г) на горизонте скопление «мощных»
кучево-дождевых облаков;
д) в воздухе накапливается влага;
е) моросит мелкий дождь;
ё) понижается температура воздуха;
ж) ветер дует порывами, резко меняет направление;
з) ветер поднимает тучи пыли;
и) солнце светит, но не греет.

Какую опасность несёт гроза?
Сильный дождь или ливень, ветер, молнии.
Что такое молния?
Молния – гигантские искры, возникающие между разнозаряженными участками грозовых облаков.
Несмотря на красоту этого природного явления,
молния очень опасна. От молнии может возникнуть пожар, могут быть повреждены линии электропередач, погибнуть люди.
Каждую секунду в атмосфере Земли возникает
около 100 молний, каждый год от молнии гибнет много людей и животных.
Может ли человек предотвратить это природное
явление? Нет. Как же человеку защитится от молнии? Молния, как правило, ударяет в высокие объекты. Одиночные деревья на равнинах и открытых местах притягивают молнию. Опасно находиться в воде во время
грозы. Нахождение во время грозы в городе
менее опасно, чем на открытой местности.
Шпили высоких домов и церквей, антенны
и мачты могут послужить молниеотводом;
сфокусировать на себя электрический разряд.
Эффективным средством защиты от молний является молниеотвод. Ещё древние греки «для» защиты от молний возводили опоры с позолоченными штырями, хотя и не понимали
механизм их действий. В 1758 году «великий»
русский учёный М. В. Ломоносов изобрёл
молниеотвод.

ЗАЩИТА от МОЛНИЙ.

Когда учёные изобрели молниеотвод и испытали его (ценой жизни нескольких
физиков), эйфория от кажущейся победы
над силами Природы была столь велика, что
в честь победителей устраивались «пышные»
приёмы и торжественные балы.
Но была ли достигнута полная победа?! Отнюдь. За последнее столетие количество
жертв молний неуклонно растёт. Например,
только во Франции, где ежегодно регистрируется около миллиона ударов молний,
гибнет несколько десятков людей и около 10 тысяч коров. Кстати, при такой точности попадания в человека (на одного убитого
«тратится» около 10 тысяч ударов) молнии
вполне можно сравнить с пулями (которых,
например, во время позиционных войн тратится
на одного убитого противника от 1 до 100 тысяч). Словно бы вся наша Земля – это один
большой тир или «простреливаемая» насквозь
прифронтовая полоса.
Возможно, без молниеотводов количество жертв было бы ещё больше, но защитить нас
в полной мере они так и не смогли. Точнее
говоря, они прекрасно защищают нас «от»
«электрических пробоев из облаков», то есть
от того чем считали молнию после открытия
электричества.

ЧТО ТАКОЕ МОЛНИЯ с ТОЧКИ ЗРЕНИЯ
НАУКИ.

С точки зрения науки, молния – это вид
электрического разряда, происходящего
обычно при грозовых бурях. Существует
несколько видов молний: разряды могут
происходить между двумя облаками, внутри
облака, уходить из облака в чистое небо. Они
могут иметь разветвлённый рисунок, то есть
разветвлённые корни разросшегося в поднебесье дерева или представлять собой
единый столб. Молнии, наблюдавшиеся во все
времена, имели самые разнообразные формы –
верёвки, жгута, ленты, палки, цилиндра. Редкой
формой является шаровая молния. В принятой
на сегодняшний день теории образования молний считается, что столкновения частиц
в облаках приводит к появлению больших
областей положительного и отрицательного зарядов. Когда большие противоположно
заряженные области подходят достаточно близко друг к другу, некоторые электроны
и ионы, пробегая между ними, создают канал,
по «которому», за ними устремляются остальные заряженные частицы – происходит
молниевый разряд. Воздух разогревается до
30 тысяч градусов – в пять раз больше, чем
температура поверхности Солнца. Раскалённая
среда взрывообразно расширяется и вызывает
ударную волну, воспринимаемую как гром.
«Молния – разряд тока мощностью
до 3 млрд. Дж, движущийся из облака вниз со скоростью 160-1600 км/с (и 140000 км/с –
с половинной скоростью света движется иногда обратно с земли в облака) по ионизированному каналу воздуха с температурой плазмы до 30000 градусов (в 5 раз выше, чем на Солнце),
с диаметром канала 1,27 см, окружённый 3-6-
метровой короной, длиной от 90 м до 32 км
и «сопровождающийся» звуковой ударной волной (громом), слышимой иногда на расстоянии до 29 км» — такие статистические сведения накопила о молниях всезнающая наука. Да, молния подчиняется большинству
законов распространения электрических разрядов, но… не всем и не всегда. Да, молния
состоит из электрического заряда, но… либо мы
в действительности не знаем, что такое электричество, либо молния включает в себя
не только электричество. Да, синоптики
в большинстве случаев предсказывают наступление грозовых дней, но… поведение
молний во многих случаях не поддаётся
прогнозированию и пониманию.
Итак, молния – «гигантский» электрический
искровый разряд в атмосфере, обычно происходит во время грозы, проявляющийся
яркой вспышкой света и сопровождающим её
громом. Молнии также были зафиксированы
на Венере, Юпитере, Сатурне и Уране.
Ток в разряде молнии достигает 10-20 тысяч
ампер, поэтому мало кому из людей удаётся
выжить после поражения их молнией.

Читайте также:  Устойчивое горение дуги переменного тока

МОЛНИИ БЫВАЮТ ЛИНЕЙНЫЕ и ШАРОВЫЕ.

Линейные молнии часто бывают причиной лесных пожаров. Линейная молния на равнинах,
как правило, бьёт из облака в землю или воду.
Более опасны разряды, проскакивающие от земли в облако. Такое случается на горных вершинах, обнажённых выступах скал. Очень
сильно притягивает молнию вода, поэтому нельзя купаться во время грозы. Находиться
во время грозы под высокими деревьями очень
опасно. Молния, ударяя в высокие растения, чаще поражает лиственные деревья – дуб, тополь, вербу, ясень, так как они содержат много крахмала. Липа, грецкий орех, бук,
хвойные деревья – ель, пихта, лиственница –
содержат много масел, поэтому оказывают
большое электрическое сопротивление и поражаются молнией реже. Частота ударов молнии в крону дерева зависит от его поверхности, качества кроны, коры, их влажности.
Человек может быть поражён молнией не только при прямом попадании, но и при перескоке разрядов молнии с объектов, в которые попала молния. Например, может
произойти перескок разряда с высокого дерева
на человека, стену дома, если последние расположены рядом с деревом. Нахождение
человека вблизи объектов, часто поражаемых
молнией, представляет опасность.
Природа шаровой молнии до сих пор не полностью понятна, а её поведение не всегда
находит объяснение. Такая молния образуется,
когда «канал» обычной молнии распадается на
отдельные участки – «чётки». Светящиеся шары
голубого, зелёного, жёлтого или красного цвета
могут просуществовать несколько секунд и взорваться от столкновения с каким-либо предметом.
Шаровая молния может неожиданно появиться
где угодно, даже в закрытых помещениях.
Были случаи её появления из телефонной
трубки, электробритвы, розетки. Очевидцы
утверждают, что шаровая молния может проникнуть в помещение через узкие щели,
трубы и даже замочную скважину.
Размеры шаровой молнии могут быть от
нескольких сантиметров до нескольких метров.
Обычно она легко парит или катится над землёй, иногда подскакивает. Шаровая молния
может появиться и исчезнуть, не нанеся вреда
человеку или помещению. А может оставить
после себя дырку в двери и запах озона. Она
часто взрывается. Если в дом влетела «шаровая» молния, нельзя делать резких движений и тем более убегать: можно вызвать
воздушный поток, по которому сгусток
энергии полетит целенаправленно за вами.

Земля имеет верхнее, среднее и нижнее «дыхание». Если отсутствует среднее «дыхание» Земли, то появляются шаровые молнии, отделяя от себя световую часть энергии, где возможна её реализация за счёт получения «воздуха», который выходит из молнии, давая воспроизводиться в другие конкретные действия Земли. После этого и возникает та часть жизни шаровой молнии, где нет необходимых для неё условий.
И прежде чем сказать об этом, надо подумать о себе, открыв своему сознанию прямое виденье молнии – это информационная часть жизни Земли, где протекают магнитные волны со скоростью пробуждения этой энергии в сотни раз превышающей энергию земной поверхности, формируя в этом особое «дыхание», где происходит взаимодействие с тем, что имела и имеет природа сейчас как «звук», как «Вдох» и «Выдох» звука Земли.
Это «приспособляемая» часть жизни на Земле, где планируются законы космической энергии.
Среднее «дыхание» Земли формируется за счёт жизни на ней человека. Приспособляемость к нему идёт и у животных, так как они формируют своё «дыхание». И в этом плане информации о «дыхании» существует своя задача, выполнять которую может сам «Вдох» Земли, концентрируя внимание на энергию общей жизни на планете Земля.

Источник

Электрический потенциал: как возникает молния и насколько она опасна

9 318

Теории и практики

Грозы случаются на нашей планете чаще 40 тысяч раз в день — около 100 вспышек молний каждую секунду. Но до сих пор это явление до конца не изучено. «Теории и практики» публикуют отрывок из книги Уолтера Левина и Уоррена Гольдштейна «Глазами физика. От края радуги к границе времени», которую издательство «МИФ» подготовило к выставке Non/fiction. Авторы объясняют, что такое молния и может ли от нее спасти громоотвод, автомобиль или кроссовки на резиновой подошве.

«Глазами физика. От края радуги к гра.

Конечно, один из самых опасных видов тока — молния, которая также относится и к числу самых замечательных электрических явлений, мощных, не вполне предсказуемых, не до конца понятных и таинственных — в общем, настоящий коктейль. В мифах разных народов — от древних греков до индейцев майя — разряды молнии описываются либо как символы божеств, либо как орудие их возмездия. И это неудивительно. В среднем на земле ежегодно проходит около 16 миллионов гроз (более 43 тысяч ежедневно и примерно 1800 ежечасно), которые ежесекундно производят около 100 вспышек молний, или более 8 миллионов молний в день. Это в масштабах всей планеты.

Молния — это следствие заряжения грозовых облаков. Обычно верхняя часть облака заряжается положительно, а нижняя — отрицательно. Почему именно так, ученые пока до конца не разобрались. Хотите верьте, хотите нет, но в физике атмосферы еще очень много вопросов, на которые предстоит ответить. А пока в целях простоты обсуждения давайте несколько упростим ситуацию, представив себе облако, отрицательно заряженное на той стороне, которая находится ближе к земле. Из-за индукции земля, ближе всего расположенная к облаку, заряжается положительно, и между нею и облаком возникнет электрическое поле.

С физической точки зрения разряд молнии довольно сложен, но, по существу, ее вспышка (электрический пробой) возникает, когда электрический потенциал между облаком и землей достигает десятков миллионов вольт. И хотя мы нередко думаем о разряде молнии как о «стрельбе» с облака в землю, на самом деле движение идет и с облака на землю, и с земли на облако. Сила электрического тока во время разряда молнии средней интенсивности составляет около 50 тысяч ампер (хотя может достигать и нескольких сотен тысяч ампер), а максимальная мощность достигает около триллиона (1012) ватт, но продолжается это всего несколько десятков микросекунд. Тем не менее полная энергия, выделяющаяся в момент удара молнии, редко превышает несколько сотен миллионов джоулей, что эквивалентно энергии, потребляемой за месяц стоваттной лампочкой. Так что идея сбора энергии молнии совершенно непрактична и нецелесообразна.

Большинству из нас известно, что определить, как далеко от нас ударила молния, можно по времени, которое проходит между моментами, когда мы видим разряд и слышим гром. Причина, которой это объясняется, позволяет нам также получить кое-какое представление о мощных силах, задействованных в данном процессе. И она, кстати, не имеет ничего общего с объяснением, однажды услышанным мной от своего студента: что молния создает нечто вроде области низкого давления, куда устремляется воздух и сталкивается там с воздухом, поступающим с другой стороны, в результате чего получается гром. На самом деле все происходит практически в точности до наоборот. Энергия разряда нагревает воздух примерно до 20 тысяч °С, то есть до температуры, более чем в три раза превышающей температуру поверхности Солнца. Затем этот суперразогретый воздух создает мощную волну давления, она сталкивается с холодным воздухом вокруг нее, создавая звуковые волны, которые распространяются в воздухе. Так как звуковые волны в воздухе перемещаются со скоростью около полутора километров за пять секунд, подсчитав секунды, вы можете довольно легко выяснить, насколько далеко от вас ударила молния.

Читайте также:  Регулировка тока сварки полуавтомат

Тем фактом, что молния столь сильно нагревает воздух, объясняется и другое явление, с которым вы, возможно, сталкивались во время грозы. Вы когда-нибудь замечали, насколько свежий, особый запах стоит в воздухе после грозы, словно буря очистила его? Конечно, в большом городе это трудно почувствовать, потому что там воздух практически всегда пропитан выхлопными газами от автомобилей. Но даже если вам посчастливилось услышать этот замечательный аромат, вы вполне можете не знать, что это запах озона, молекулы кислорода, состоящей из трех атомов кислорода. Как известно, нормальные молекулы кислорода — без запаха — состоят из двух атомов кислорода, и мы записываем их как O2. Но потрясающий жар от молнии разбивает эти молекулы — не все, но достаточное количество, чтобы оказать определенный эффект. Получившиеся в результате отдельные атомы кислорода сами по себе нестабильны, поэтому прикрепляются к нормальным молекулам О2, создавая вещество О3 — озон.

Однако следует отметить, что озон приятно пахнет только в небольших количествах; в высоких концентрациях его запах не столь привлекателен. Его можно почувствовать, например, под высоковольтными проводами. Если вы слышите жужжащий звук, исходящий от проводов, это обычно означает, что там происходит искрение, называемое коронным разрядом, в результате которого и создаются молекулы озона. Когда нет сильного ветра, как правило, можно почувствовать довольно неприятный запах.

«Молния ударяет в самолеты в среднем более одного раза в год, но благодаря скин-эффекту они благополучно переживают эти удары»

А теперь вернемся к идее, что человека от последствий удара молнии могут спасти надетые на него кроссовки на резиновой подошве. Разряд молнии в 50–100 тысяч ампер, способный разогреть воздух до температуры, более чем в три раза превышающей температуру поверхности Солнца, почти наверняка сожжет вас дотла, заставит биться в конвульсиях от сильнейшего поражения электрическим током или попросту взорвет вас, мгновенно превратив всю воду в вашем теле в сверхгорячий пар. Совершенно независимо от того, во что вы обуты. Именно это происходит с деревом, в которое ударила молния, — сок в нем взрывается и срывает с него всю кору. Сто миллионов джоулей энергии — эквивалент почти тридцати килограммов динамита, — это вам не фунт изюма.

А как насчет того, безопасно ли находиться внутри автомобиля, защищающего вас от удара молнии благодаря резиновым шинам? Автомобиль действительно может защитить вас в этой ситуации (однако никаких гарантий!), но по совершенно иной причине. Дело в том, что электрический ток течет по поверхностным слоям проводника (это явление называется скин-эффектом), и, сидя в автомобиле, вы оказываетесь внутри металлической коробки, а металл, как мы уже знаем, хороший проводник. Вы даже можете прикоснуться к внутренней части панели воздуховода и не получить никакой травмы. Тем не менее я настоятельно призываю вас этого не делать, поскольку это крайне опасно, так как в большинстве современных автомобилей используются детали из стекловолокна, а в этом материале скин-эффект отсутствует. Иными словами, если молния ударяет в ваш автомобиль, вы — да и ваша машина — можете пережить не самые приятные секунды в жизни. Если интересно, посмотрите короткое видео, где показано, как молния поражает автомобиль. Думаю, вы сразу поймете, что с этим шутить не стоит!

На наше в вами счастье, с самолетами ситуация совершенно другая. Молния ударяет в них в среднем более одного раза в год, но благодаря все тому же скин-эффекту они благополучно переживают эти удары. Смотрите видео.

© paulprescott72/iStock

© paulprescott72/iStock

Есть еще один знаменитый эксперимент, связанный с молниями, авторство которого приписывают Бенджамину Франклину, но я настоятельно не рекомендую вам его проводить. Речь идет о запуске во время грозы воздушного змея с привязанным к нему металлическим ключом. Предположительно Франклин так намеревался проверить гипотезу о том, что грозовые облака создают электрический огонь. Он рассуждал следующим образом: если молния действительно является источником электроэнергии, то как только бечевка змея намокнет от дождя, она станет хорошим проводником (хотя ученый не использовал этого слова) электричества и оно пройдет вниз, к ключу, привязанному к ее концу. Рассказывают также, что стоило Франклину поднести руку к ключу, как тут же появлялась яркая искра. Так вот, как и в случае с Ньютоном, который на закате своей жизни якобы утверждал, что на создание закона всемирного тяготения его вдохновило яблоко, упавшее на землю с дерева, никаких современных доказательств того, что Франклин когда-либо действительно проводил этот эксперимент, нет. Есть только отчет в письме, посланном им в Королевское научное общество в Англии, и еще один письменный документ, составленный пятнадцать лет спустя другом Франклина Джозефом Пристли (кстати, первооткрывателем кислорода).

«Сто миллионов джоулей энергии — эквивалент почти тридцати килограммов динамита, — это вам не фунт изюма»

Но проводил ли Франклин этот эксперимент или нет — что было бы фантастически опасно и с очень высокой вероятностью привело бы к гибели великого изобретателя, — описание другого эксперимента он опубликовал точно. В данном случае задача была — увести молнию в землю, для чего ученый установил на верхушке башни длинный железный стержень. Несколько лет спустя француз Томас-Франсуа Далибар, который встретился с Франклином и перевел его идеи на французский язык, провел этот эксперимент в несколько иной версии и стал свидетелем поистине невероятного явления. Далибар установил железный стержень длиной больше 10 метров и, направив его в небо, увидел у его не заземленного основания искры.

Впоследствии профессор Георг Вильгельм Рихман, выдающийся ученый, родившийся в Эстонии и живший в , член Санкт-Петербургской Академии наук, много лет изучавший электрические явления, очевидно, вдохновленный экспериментом Далибара, решил также попробовать его провести. Как рассказывает Майкл Брайан в интереснейшей книге Draw the Lightning Down: Benjamin Franklin and Electrical Technology in the Age of Enlightenment («Как обезвредить молнию: Бенджамин Франклин и электротехника в эпоху Просвещения»), Рихман приладил железный прут к крыше своего дома и медной цепью соединил его с прибором для измерения электричества в своей лаборатории, расположенной на первом этаже.

Как нарочно — а может, это был знак судьбы, — в августе 1753 года во время заседания Академии наук разразилась сильнейшая гроза. Рихман бросился домой, захватив с собой художника, который должен был иллюстрировать его новую книгу. Пока Рихман наблюдал за оборудованием, ударила молния, прошла вниз по стержню и цепи, выпрыгнула в полуметре от головы ученого, ударила его током и отбросила через всю комнату; художник тоже получил сильный удар током и потерял сознание. В интернете можно найти несколько иллюстраций этой ужасной сцены, хотя точно неизвестно, был ли их автором художник, принимавший в ней непосредственное участие.

Франклин изобрел подобную штуковину, но его детище было заземлено; сегодня оно известно под названием громоотвод. Устройство отлично заземляет удары молнии, однако не по той причине, которую предполагал Франклин. Он считал, что громоотвод будет вызывать между заряженным облаком и зданием непрерывный разряд, тем самым сохраняя разность потенциалов на низком уровне и, следовательно, снижая опасность удара молнии. Ученый был настолько уверен в своей правоте, что посоветовал королю Георгу II установить громоотводы на крыше королевского дворца и на складах с боеприпасами. Оппоненты Франклина утверждали, что громоотводы будут только притягивать молнии и что эффект разряда, снижая разность электрических потенциалов между зданием и грозовыми облаками, будет совсем незначительным. Но король, как гласит история, доверился Франклину и установил громоотводы.

Вскоре после этого молния ударила прямо в один из складов боеприпасов, но повреждения оказались минимальными. То есть стержень сработал, но по совершенно иным причинам. Критики Франклина были абсолютно правы: громоотводы действительно притягивают молнии и разрядка стержня действительно ничтожна по сравнению с огромным зарядом грозовой тучи. Но громоотвод все же дает желаемый эффект — потому что когда стержень достаточно толстый, чтобы справиться с 10–100 тысячами ампер, ток будет оставаться в стержне и заряд уйдет в землю. Получается, Франклин был не только блестящим ученым — ему еще и здорово везло!

Разве это не удивительно, что, поняв природу тихого потрескивания, раздающегося, когда мы снимаем полиэстеровый свитер зимой, мы можем также постичь суть жуткой грозы с молниями, освещающими ночное небо, и разобраться в происхождении одного из самых громких и устрашающих звуков в природе?

В некотором смысле мы все — современные версии Бенджамина Франклина, пытающиеся выяснить и постичь в этом грозном явлении то, что пока еще находится за пределами нашего понимания. В конце 1980-х годов ученые впервые сфотографировали разные формы молний, сверкающих высоко-высоко в облаках. Одна из разновидностей называется красными призраками и состоит из электрических разрядов, происходящих в 50–90 километрах над землей. А есть еще синие струи — они гораздо больше, иногда длиной до 70 километров, и возникают в верхних слоях атмосферы. Но мы знаем о них всего лишь немногим более двадцати лет, и нам еще очень мало известно о причинах этого потрясающего природного явления. Даже несмотря на то, что люди изучили электричество уже весьма детально, грозы по-прежнему покрыты завесой тайны — а ведь они случаются на нашей планете около 45 тысяч раз в день.

Источник