Молния – природное явление. Описание, виды, опасность.

Молния – одно из самых завораживающих и зрелищных природных явлений в природе. Молния — это электрический разряд, возникающий из-за дисбаланса между облаками и поверхностью Земли. Фактически, большинство молний происходит внутри самих облаков.

• Природа молнии. Описание
• Опасность молнии
• Виды молний
• Что такое шаровая молния

Удары молнии не только зрелищны, но и опасны для человека. Ежегодно в мире от молнии умирает около 2000 человек. Многие люди переживают удар молнии, но страдают от различных симптомов, таких как потеря памяти, головокружение, слабость или онемение конечностей. Также молния может вызвать остановку сердца и сильные ожоги, хотя девять из десяти человек выживают.

Природа молнии. Описание

Внутри грозового облака находятся миллионы ледяных кристаллов, которые сталкиваются друг с другом, эти постоянные столкновения вызывают разделение электрических зарядов. Таким образом, положительные заряды, представленные протонами, размещаются в верхней части облака. В свою очередь, отрицательные заряды, то есть электроны, движутся к основанию кластера.

Но когда дело доходит до электромагнитных полярностей, вы должны помнить, что противоположности притягиваются, и в то время как в облаках отрицательные заряды располагаются в их нижних частях, на земле также постоянно накапливаются электромагнитные заряды.

На земле положительно заряженные протоны концентрируются практически во всем, это могут быть горы, деревья и даже люди.

Поскольку воздух не является хорошим проводником электричества, накопление зарядов должно быть очень большим, чтобы электрическое поле было достаточно сильным для образования молнии. Когда это происходит, между облаком и поверхностью начинает формироваться канал ионизированного воздуха.

Заряды взаимно притягиваются друг к другу до тех пор, пока путь не замкнется и между поверхностью и облаком не произойдет быстрый обмен зарядами. Металлические и заостренные элементы, если они соединены с землей, накапливают больше заряда и поэтому становятся предпочтительными точками удара молнии.

Хотя тоже часто бывает и так, что молния бьет от тучи к туче. Другими словами, вместо того, чтобы их заряды взаимодействовали с земной поверхностью, они взаимодействуют между теми же скоплениями облачных образований.

Почему звучит гром?

Гром — это акустический эффект молнии, возникающий из-за того, что нагрев от молнии вызывает волну ультразвукового давления.

Когда воздух вдоль канала молнии нагревается до таких высоких температур, он быстро расширяется и сжимается, вызывая знакомый раскат грома. Буквально можно сказать, что молния разрывает воздух на своем пути.

Может ли молния ударить, если не грянет гром?

Ответ в том, что это невозможно, гром — это прямое следствие молнии. Если мы видим молнию, но не слышим грома, то только потому, что разряд находится очень далеко.

Может ли молния ударить, если не идет дождь?

Хотя удары молнии часто связаны с грозами, которые приносят дождь, может случиться так, что дождя не будет, а будет гроза без осадков. Это явление, известное как сухая буря, возникает из-за того, что дожди не обильны и испаряются, не достигнув земли.

Иногда сухие бури несут в себе опасность для людей, находящихся на открытом воздухе, поскольку дождя нет, они могут не принять во внимание опасность ударов молнии. В этом смысле следует отметить, что многие из смертей, вызванных ударами молнии, происходят до прихода грозы, сопровождаемой дождем, или когда дождь прекратился, опять же потому, что они считают, что они вне опасности. Они также представляют большую опасность лесных пожаров.

Опасность молнии

Не следует также забывать о том, что молния ударяет в Землю с большой силой и без должной защиты может представлять значительную опасность для людей, животных, зданий и электрического и электронного оборудования.

Однако есть много интересных неизученных фактов о молнии. Общеизвестно, что металлические и заостренные формы притягивают молнии (отсюда и молниеотводы имеют такую форму). Но так ли это?

Если говорить о величинах, молнии достигают действительно поразительных цифр: пики тока в 200 000 ампер и заряд в десятки кулонов при напряжении в сотни миллионов вольт. Если сравнивать с бытовыми значениями, то в электроустановке у нас обычно 250В и ток порядка 1 ампер. Если через человеческое тело пройдет ток силой около одного ампера, это вызовет очень серьезные ожоги и будет означать высокий риск смерти. Хотя надо учитывать, что волна молнии очень быстрая, поэтому есть люди, которым удается пережить удар молнии.

Урон от молний

Молнии наносят значительный ущерб и убытки во всем мире, особенно в летние месяцы в районах с наибольшей частотой гроз. Подсчитано, что каждый день происходит около 2000 активных гроз и примерно 40 ударов молнии в секунду поражают Землю, что составляет в общей сложности около 1200 миллионов ударов молний в год.

Некоторые исследования показывают, что из-за изменения климата и загрязнения может увеличиться количество гроз.

Удары молнии вызывают повреждения конструкций, электросети и оборудования в домах, которые не защищены должным образом.

Только в Соединенных Штатах страховщики ежегодно выплачивают около 800 миллионов долларов за ущерб, нанесенный молниями жилой недвижимости. В среднем, каждая страховая выплата составляет примерно 7000 долларов США.

Чаще всего последствия от ударов молний следующие:

• Пожар
• Разрушение конструкции дома
• Поломка бытовых приборов и другого электрооборудования

В домах все чаще используются электронные устройства, чрезвычайно чувствительные к переходным перенапряжениям, вызванным ударами молнии. Способом защиты этих устройств является установка системы молниеотводов, надлежащего заземления и устройств защиты от перенапряжений.

В сфере промышленности грозовой разряд может иметь более серьезные последствия, чем в частном доме. Воздействие молнии представляет опасность для рабочих, для хранения горючих материалов или для электронного оборудования, которое может быть повреждено перенапряжениями, вызванными электрическим разрядом.

По этим причинам крайне важно установить эффективную высокотехнологичную систему молниеотводов, которая гарантирует адекватную защиту и безопасно отводит электрический разряд в систему заземления. Эта защита особенно важна в отраслях промышленности, расположенных далеко от городских центров, поскольку, находясь в изоляции, они не получают защиты, которую могли бы обеспечить другие более высокие здания.

Кроме того, при наличии на производствах сложных электронных устройств, управляющих механизмами, очень важно использовать устройства защиты от перенапряжений, защищающие от перенапряжений, вызванных током молнии в электрической сети.

Аварии на производствах, вызванные ударом молнии, могут иметь серьезные последствия:

• Производственные несчастные случаи рабочих
• Останов производства или услуг, которые приводят к экономическим потерям
• Повреждения электронного оборудования
• Потеря данных и сбои связи
• Повреждение инфраструктуры
• Пожары

В настоящее время в Землю ежегодно ударяет около 25 миллионов молний. Что касается частоты ударов молнии, некоторые исследования показывают, что тепло и повышение температуры связаны с электризацией облаков. На самом деле, известно, что грозы чаще случаются в летние месяцы.

Но может ли глобальное потепление действительно вызвать увеличение количества ударов молнии? Имеются ли данные, подтверждающие связь между загрязнением и молнией?

Недавние исследования показывают, что в ближайшие годы количество ударов молнии увеличится.

Чем выше температура, тем выше частота молний: Группа исследователей из Калифорнийского университета в Беркли под руководством ученого Дэвида Ромпса недавно опубликовала результаты своего исследования. Расследование проводилось в США, собирая и соотнося данные, предоставленные Национальной сетью обнаружения молний NLDN (Национальная сеть молний США) за год. В результате проведенного анализа они пришли к выводу, что количество молний увеличивается примерно на 12% на каждый градус повышения глобальной температуры воздуха.

По мнению исследователей, если повышение температуры продолжится нынешними темпами, к концу 21 века мы можем столкнуться с молниями на 50% чаще, чем сегодня.

Виды молний

Как мы упоминали ранее, существуют разные типы молний, которые имеют определенные характеристики. Наиболее распространенной молнией является та, которая наиболее часто наблюдается и известна под названием полосовой молнии. Это видимая часть трассировки луча. Большинство из них происходят внутри облака, поэтому их нельзя увидеть. Давайте посмотрим, какие бывают основные виды молний:

Линейная молния (из облака в землю)

Это самая известная и вторая по распространенности молния. Из всех видов молнии эта представляет наибольшую угрозу жизни и имуществу. Молния «облако-земля» представляет собой разряд между кучево-дождевым облаком и землей.

Жемчужная молния

Это тип молний, идущих от облака к земле, которые, разбиваются на цепочку коротких ярких участков, которые длятся дольше, чем обычный разряд. Это явление относительно редкое.

Для объяснения этого было предложено несколько теорий. Во-первых, наблюдатель видит части хвоста канала молнии, и эти части кажутся особенно яркими. В кордонном луче ширина канала неодинакова. По мере того как канал молнии остывает и угасает, более широкие участки остывают медленнее и остаются все еще видимыми, похожими на нитку жемчуга и редко поднимающимися в небо, распространяя свет по лучу.

Staccato Lightning

Это еще один тип молний, идущих от облака к земле и имеющих короткую продолжительность, которая выглядит как одиночная вспышка. Обычно они очень яркие и имеют значительные разветвления.

Раздвоенные молнии

Это название молнии, падающей от облака к земле, которая демонстрирует разветвление на своем пути.

Молния от земли до облака

Молния «земля-облако» представляет собой разряд между землей и кучево-дождевым облаком, который инициируется начальным ударом вверх. Это случается гораздо реже, чем молния от облака к земле. Этот тип молнии образуется, когда отрицательно заряженные ионы поднимаются от земли и встречаются с положительно заряженными ионами в кучево-дождевых облаках. Затем молния возвращается на землю в виде следа.

Молния от облака к облаку

Этот тип молнии может возникать между областями облаков, которые не соприкасаются с землей. Когда это происходит между двумя отдельными облаками.

Это называется межоблачной молнией, а когда она возникает между зонами с разным электрическим потенциалом внутри одного облака, ее называют внутриоблачной молнией. Внутриоблачные молнии — это тип, который встречается наиболее часто.

Что такое шаровая молния

В 1960 году на втором ежегодном собрании Отдела физики плазмы Американского физического общества было обнародовано исследование, в котором говорилось, что 5% населения мира видели эти шаровидные молнии. Это аналогично числу людей, видевших обычную молнию с близкого расстояния.

Вы можете увидеть много фотографий «шаровой молнии» в Интернете, но на самом деле это переэкспонированные фотографии молнии. Более того, есть много экспертов, указывающих на то, что ни одна из фотографий, которые мы можем видеть, на самом деле не является шаровой молнией.

Маленькие шары яркого света, движущиеся над землей и затем исчезающие, наблюдались еще со времен греков. В целом мы можем определить его как светящийся шар диаметром от одного до 25 сантиметров, который примерно похож на 20-ваттную лампу накаливания.

Обычно эти шары появляются после удара молнии, и почти всегда движутся с максимальной скоростью около 10 км/ч в метре над землей. Самое поразительное то, что они двигаются, хаотично меняя направление, и обычно в направлении, противоположном потоку ветра.

Как исчезают шаровые молнии? Чаще всего это сопровождается небольшим хлопком на открытых пространствах, иногда причиняя значительный ущерб. Это странный взрыв, потому что он затрагивает те объекты, которые являются проводниками электричества.

Они появляются там, где меньше всего этого ожидаешь, – либо внутри домов, либо даже внутри самолетов (кстати, там они не опасны). И еще более увлекательно то, что шаровые молнии проходят через закрытые окна, не повреждая стекла. Они не выделяют тепло, хотя есть наблюдения, что в окружающей среде пахнет озоном и оксидами азота, и они, по-видимому, вызывают статическое электричество в радиоприемниках.

Все это вызывает вопросы без ответов: если это стабильная плазменная сфера, она будет горячей, но тогда она должна подняться как воздушный шар, а этого не происходит. Почему шаровая молния хаотично движется? А еще интересней, почему это движение обычно происходит против ветра?

На все эти вопросы еще предстоит ответить ученым. А может, вы имеете свои предположения, – пишите об этом в комментариях.

P. S.

Если Вам понравилась и была полезна данная информация, поделитесь ею в соц. сетях со своими друзьями и знакомыми. Так вы поддержите наш проект “Экология жизни“ и сделаете свой вклад в сохранение окружающей среды!

• Об авторе
• Недавние публикации

Violetta

Проект »Экология жизни» создан для тех, кто ценит и хочет сохранить свое здоровье и планету, на которой мы живем! Мы любим природу и эко жизнь!

Violetta недавно публиковал (посмотреть все)

Природа грозовой активности | ИКФИА СО РАН

Грозовые разряды сопровождают многие атмосферные явления и процессы: градо- и торнадосодержащие облака, мезомасштабные конвективные комплексы, циклоны умеренных и тропических широт. Молния определяется как нестационарный сильноточный электрический разряд, длина пути которого обычно исчисляется километрами. Разряд молнии переносит в среднем заряд от 140 до 250 Кл. Полная длительность разряда молнии порядка 0,2 с, а предельный ток может достигать 200 — 300 кА.    Молния может быть определена как мощный кратковременный электрический разряд, длина которого обычно измеряется километрами. По имеющимся на сегодняшний момент общепринятым представлениям, молния возникает, когда в какой-нибудь области атмосферы накапливается настолько большой электрический заряд, что наступает пробой воздуха. Наиболее обычным генератором молний являются грозовые облака (мощные кучево-дождевые облака). Однако молния может происходить и в снежных и песчаных бурях, а также в облаках над извергающимися вулканами. Известно также, что молния может происходит и в прозрачном воздухе. Молния может происходить внутри облака (внутри-облачный разряд), между двумя облаками (разряды облако — облако), между облаком и землей (разряд на землю) или между облаком и окружающим воздухом (разряды в атмосфере), а также молнии из вершин облаков в ионосферу [1,2].    Необходимыми условиями для возникновения грозового облака является наличие условий для развития конвекции или иного механизма, создающего восходящие потоки, запаса влаги, достаточного для образования осадков, и наличия структуры, в которой часть облачных частиц находится в жидком состоянии, а часть — в ледяном.

Конвекция, приводящая к развитию гроз, возникает в следующих случаях:

— при неравномерном нагревании приземного слоя воздуха над различной подстилающей поверхностью. Например, над водной поверхностью и сушей из-за различий в температуре воды и почвы. Над крупными городами интенсивность конвекции значительно выше, чем в окрестностях города. — при подъёме или вытеснении тёплого воздуха холодным на атмосферных фронтах. Атмосферная конвекция на атмосферных фронтах значительно интенсивнее и чаще, чем при внутримассовой конвекции. Часто фронтальная конвекция развивается одновременно со слоисто-дождевыми облаками и обложными осадками, что маскирует образующиеся кучево-дождевые облака. при подъёме воздуха в районах горных массивов. Даже небольшие возвышенности на местности приводят к усилению образования облаков (за счёт вынужденной конвекции). Высокие горы создают особенно сложные условия для развития конвекции и почти всегда увеличивают ее повторяемость и интенсивность.      Мощность грозовых облаков может быть небольшой, что характерно для субтропиков, и достигать больших размеров в гигантских грозовых облаках, которые могут простираться в высоту более чем на 20 км.

Высота типичного грозового облака лежит в интервале от 8 до 12 км, хотя, строго говоря, высоты могут определяться только применительно к данной географической местности.     Гроза начинается с возникновения кучевого облака хорошей погоды (рис. 2.). При благоприятных условиях возникшие кучевые облака быстро растут как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении, при этом восходящие потоки находятся почти по всему объёму облака и увеличиваются от 5 м/с до 15-20 м/с. Нисходящие потоки очень слабы. Окружающий воздух активно проникает внутрь облака за счёт смешения на границе и вершине облака. Облако переходит в стадию кучево-дождевые. Образующиеся в результате конденсации мельчайшие водяные капли в таком облаке сливаются в более крупные, которые уносятся мощными восходящими потоками вверх.

Рис.2. Цикл жизни одноячейкового облака.

Облако ещё однородное, состоит из капель воды, удерживаемых восходящим потоком — осадки не выпадают. В верхней части облака при попадании частиц воды в зону отрицательных температур капли постепенно начинают превращаться в кристаллы льда. Облако переходит в стадию мощно-кучевого облака. Смешанный состав облака приводит к укрупнению облачных элементов и созданию условий для выпадения осадков. Такое облако называют кучево-дождевым. Вертикальные потоки в нем достигают 25 м/с, а уровень вершины достигает высоты 7-8 км.      Испаряющиеся частицы осадков охлаждают окружающий воздух, что приводит к дальнейшему усилению нисходящих потоков. На стадии зрелости в облаке одновременно присутствуют и восходящие, и нисходящие воздушные потоки.   На стадии распада в облаке преобладают нисходящие потоки, которые постепенно охватывают все облако.     В типичном грозовом облаке беспорядочно дующий ветер, вода и лед находятся в гравитационном поле и в поле температурного градиента.  Из-за взаимодействия этих элементов по еще не понятым полностью причинам  возникают заряженные области грозового облака. Обычно верхняя часть облака заряжена преимущественно положительно, а нижняя часть — отрицательно. Таким образом, грозовое облако по структуре основного заряда представляет собой электрический диполь.

Заряженные области диполя имеют диаметр порядка километров. Кроме основных зарядов, могут быть небольшие области положительного заряда в основании грозового облака. На рисунке 3. приведена схема вероятного распределения заряда для типичного облака. Информация, необходимая для построения этой картины распределения зарядов в облаке, была получена из измерений напряженности электрического поля вблизи грозовых облаков. Измеренные поля являются результатом как облачных зарядов, так и наведенных зарядов на земле или же облачных зарядов и их изображений ниже поверхности проводящей земли [4].

Рис. 3. Вероятное распределение грозовых разрядов P, N и p. Черными кружками обозначены расположение эффективных точечных зарядов согласно Малану в Южной Африке [3].   На земном шаре одновременно «гремит» (1000 ÷ 2000) гроз [4]. Это значит, что одновременно в атмосфере находится около (1000 ÷ 2000) электрически активных грозовых облаков.  Из Из наблюдений известно, что среднее  время электрической активности одного грозового облака ~ (20 — 30) минут. С учетом этих данных общее количество грозовых облаков, образуемых за сутки, равно ~ 105 . По всему земному шару грозовые облака распределены неравномерно. Основная их часть (~ 75%) наблюдается в диапазоне широт между 30° S и 30° N, где они образуются в течение всего года. На более высоких широтах такие облака наблюдаются, в основном, в летнее время.       Наиболее часто грозовые облака появляются в районах гор.  Грозовая активность усиливается во время извержений вулканов и землетрясений. Обнаружено усиление грозовой активности в районах расположения атомных электростанций и в районах, где в атмосфере присутствуют радиоактивные облака.    Наибольшая интенсивность гроз на земном шаре наблюдается в трех секторах (или грозовых очагах): в Индонезийском (или Азиатском), Африканском (Африка и Европа) и Американском (Центральная Америка и северная часть Южной Америки). Грозовая активность в двух последних секторах наиболее интенсивна [4]. На рисунке 4 представлена карта распределения частоты молниевых вспышек по поверхности Земли, построенная по спутниковым данным.

Рис.4. Распределение молниевых вспышек на поверхности земного шара. Результаты наблюдений с борта спутников OTD и LIS.

Как было отмечено выше, молния может происходить внутри облака (внутриоблачный разряд), между двумя облаками (разряды облако — облако), между облаком и землей (разряд на землю) или между облаком и окружающим воздухом (разряды в атмосфере). Наиболее часто встречающаяся форма молнии представляет собой внутриоблачный разряд, однако большая часть литературы о молнии посвящена разрядам на землю. Молния облако — земля иногда называется линейной, или зигзагообразной, молнией. Разряд молнии облако — земля представляет собой один или более следующих один за другим частичных разрядов. Будем называть вспышкой общий разряд (продолжительность светимости порядка 0,2 с) и импульсом каждый компонент разряда (продолжительность светимости измеряется десятками миллисекунд) [1]. Обычно имеется три-четыре импульса на вспышку, причем импульсы разделены интервалами около 40 мс. Иногда при наблюдении молнии можно заметить мерцание. Это значит, что глаз различает отдельные импульсы вспышки. Разряды молний на землю обычно переносят отрицательный заряд в десятки кулон из N — области облака. (рис. 3).     Каждый импульс молнии начинается со слабосветящегося предразряда, лидерного процесса, который направлен от облака к земле и за которым немедленно следует очень яркий возвратный удар [1]. Возвратный удар распространяется от земли к облаку. Предразряд облако — земля, предшествующий первому возвратному удару во вспышке, называется ступенчатым лидером. Многие исследователи полагают, что ступенчатый лидер начинается с локализованного электрического пробоя между областями N и р грозового облака (рис. 3). Этот пробой вызывает перемещение электрических зарядов, которые ранее были связаны с частицами льда или воды. Результирующая высокая концентрация отрицательного заряда в основании облака может создавать электрические поля, которые в свою очередь приводят к возникновению отрицательно заряженной колонны, распространяющейся по направлению к земле. Эта колонна называется ступенчатым лидером. Характерная длина которых составляет 50 м, а интервал времени между ступенями — около 50 мкс.  Каждая ступень лидера становится яркой и видимой за время, меньшее 1 мкс.   Характерная средняя скорость ступенчатого лидера во время прохождения к земле составляет 1,5-105 м/с. Следовательно, для прохождения расстояния в 3 км необходимо около 20 мс. Типичный ступенчатый лидер, когда он подходит к земле, содержит отрицательный заряд около 5 Кл.      Средний ток в ступенчатом лидере, способный перенести такое количество электричества за десятки миллисекунд, должен иметь порядок 100 А. Диаметры светящихся ступенчатых лидеров, измеренные фотографическим способом, заключены в интервале от 1 до 10 м.      Когда заряженная до высокого отрицательного потенциала колонна благодаря ступенчатому лидеру приближается к земле, результирующее электрическое поле у земли имеет достаточно большую напряженность, чтобы вызвать движущиеся от земли к вершине лидера разряды. Если один из этих разрядов придет в контакт с лидером, нижняя часть последнего будет эффективно связана с потенциалом земли, в то время как его остальная часть будет иметь отрицательный потенциал и отрицательный заряд. Токи, измеренные у земли, лежат в интервале от 10 до 20 кА в течение нескольких микросекунд и падают до половины пикового значения за 20 — 60 мкс. Токи порядка сотен ампер могут длиться в течение нескольких миллисекунд.       После прекращения тока в импульсе вспышка может завершиться. С другой стороны, если существует возможность подвода дополнительных зарядов к вершине канала, во вспышке возможны дополнительные импульсы. (Вспышка в таком случае называется многоимпульсной.) Вообще последующий импульс отводит заряд из все более высоких участков N-области облака. Если подводится дополнительный заряд к бездействующему каналу возвратного удара за время, меньшее примерно 100 мс, то непрерывный, или стреловидный, лидер проходит этот канал возвратного удара, увеличивая степень ионизации в нем, распределяя заряд вдоль канала и приближая потенциал земли к потенциалу облака. Стреловидный лидер, таким образом, предваряет стадию второго (или любого последующего) возвратного удара. По-видимому, стреловидный лидер представляет собой светящуюся часть канала длиной около 50 м, которая движется равномерно к земле со скоростью около 2-106 м/с, что на порядок превышает среднюю скорость ступенчатого лидера.          Первый возвратный удар во вспышке обычно сильно ветвится по направлению к земле, так же как и предшествующий ему ступенчатый лидер. Последующие возвратные удары, распространяющиеся вслед за стреловидными лидерами, ветвятся слабо. Первые возвратные удары имеют меньшие скорости распространения, меньшие скорости нарастания тока на землю, большие времена пикового тока и обычно переносят больший заряд, чем последующие возвратные удары. Наблюдалось, что последовательность лидер — возвратный удар может происходить в одной вспышке до 26 раз.          Обычный ступенчатый лидер способствует стеканию отрицательного заряда из облака к земле. Изредка наблюдались ступенчатые лидеры, по которым стекал к земле положительный заряд. В период таких «положительных» импульсов токи измерялись непосредственно во время разрядов на оснащенные измерительными приборами вышки. Для положительных импульсов характерны относительно медленное нарастание тока (примерно в пять раз медленнее, чем для отрицательных импульсов) и относительно большой перенос заряда (примерно в три раза больше, чем для отрицательного импульса), причем максимальная измеренная величина составляла около 300 Кл. Положительные разряды редко содержат более одного импульса [1]. В таблице 1. Представлены данные для обычных разрядов молний облако-земля, несущих отрицательный заряд к земле.

Таблица 1. Данные для разрядов молнии облако-земля [1].

	Минимальные	Характерные	Максимальные
Ступенчатый лидер Длина ступени, м Интервал времени между ступенями, мкс Средняя скорость распространения, м/c Заряд, переносимый по каналу, Кл Стреловидный лидер Скорость распространения, м/с Заряд, переносимый по каналу, Кл Возвратный удар Скорость распространения, м/с Скорость нарастания тока, кА/мкс Время пикового тока, мкс Пиковый ток, кА Заряд, переносимый по каналу, Кл Длина канала, км Вспышка молнии Число импульсов на вспышку	3 30 1,0*105 3 1,0*106 0,2 2,0*107 <1 <1 0,2 2 1	50 50 1,5*105 5 2,0*106 1 5,0*107 10 2 10-20 2,5 5 3-4	200 125 2,6*105 20 2,1*106 6 1,4*108 >80 30 110 20 14 26

[1] М. Юман. Молния. М.: Мир, 1972, 327 с. [2] V. A. RAKOV, M. A. UMAN. Lightning: physics and effects. Cambridge University Press, 2003, 679 p. [3] M a 1 a n D. J., Physics of Lightning, The English Univ. PressLtd., London, 1963. [4] В. И. Ермаков, Ю. И. Стожков. Физика грозовых облаков, ФИАН, М.: 2004

 

 

 

 

 

 

 

Спросите у метеорологов: что вызывает молнию?

В: Что вызывает молнию?

A: Заряды образуются в буре, состоящей из кристаллов льда и жидких капель воды. Ветры внутри шторма заставляют частицы тереться друг о друга, в результате чего электроны отрываются, делая частицы либо отрицательно, либо положительно заряженными.

Заряды группируются в облаке, часто отрицательно заряженные в нижней части облака и положительно заряженные вверху. Это электрическое поле, а поскольку воздух является хорошим изолятором, электрические поля становятся невероятно сильными.

В конце концов изолирующая способность воздуха становится недостаточной, и происходит быстрый разряд электричества, известный нам как молния. Вспышка молнии временно нейтрализует заряженные области в атмосфере, и заряды накапливаются снова.

Слушайте и подписывайтесь: Apple Podcasts | Подкасты Google | Спотифай | RSS-канал | Omny Studio

Молния вызывает резкое повышение температуры на пути удара молнии. Изменение давления происходит из-за быстрого расширения воздуха на пути молнии. Быстро расширяющийся воздух создает звуковую волну, которую мы слышим как гром.

Люди также читают…

Молния может перемещаться из облака в облако, внутри одного облака или между облаком и землей. Разряды молнии внутри облака более распространены, чем разряды облака на землю, и не так опасны.

В штате Висконсин молния поражает около 300 000 раз в год, в основном весной и летом.

Освещение имеет разный внешний вид. Молния Staccato — это удар молнии от облака к земле, который представляет собой кратковременный удар молнии, который часто, но не всегда, проявляется в виде одиночной очень яркой вспышки и часто имеет значительное разветвление.

Ленточная молния возникает во время грозы с сильным боковым ветром и множественными ударами. Ветер будет дуть каждый последующий удар немного в одну сторону от предыдущего, вызывая появление ленты.

Тепловая молния — это обычное название вспышки молнии, которая, кажется, не производит заметного грома, потому что происходит слишком далеко, чтобы гром был слышен.

Стив Акерман и Джонатан Мартин, профессора кафедры атмосферных и океанических наук Университета Вашингтона в Мэдисоне, в гостях на радио WHA (970:00) в 11:45 в последний понедельник каждого месяца. Присылайте им свои вопросы по адресу [email protected] или [email protected].

Метки

• Спросите у метеорологов
• Стивен Акерман
• Джонатан Мартин
• Погода
• Молния

Получайте ежедневный прогноз погоды и предупреждения о суровой погоде на свой почтовый ящик!

* Я понимаю и соглашаюсь с тем, что регистрация или использование этого сайта означает согласие с его пользовательским соглашением и политикой конфиденциальности.

Что вызывает молнию и гром?

МОЛНИЯ — ОПАСНОЕ, но интригующее погодное явление. Это происходит из-за электрических токов в грозовом облаке, высвобождающих огромное количество энергии, которая может ударить по земле. В США более 80 смертей в год происходят из-за молнии. Хотя это число намного меньше, чем число погибших просто от сильной жары и сильного холода, молния является причиной большего количества смертей, чем любая другая суровая погода в США9.0005

Молния — это внезапный и сильный разряд электрической энергии, генерируемый естественным образом в атмосфере, обычно выражающийся в виде молнии, которая кратковременно вспыхивает, а затем исчезает. Большинство молний возникает в виде молний от облака к облаку или возникает в одном облаке, но около 25% молний ударяет в землю (так называемые молнии от облака к земле). Некоторые молнии менее дискретны и, по-видимому, образуют диффузные слои молнии, называемые листовыми молниями.

1. В большинстве случаев молния возникает в виде одного отдельного разряда, который может быть относительно прямым или чрезвычайно неправильным с множеством очевидных ответвлений. Молнии связаны с кучево-дождевыми облаками, из которых формируются грозы. Ледяные частицы в верхней части таких облаков имеют положительный электрический заряд, а в нижней части облака, где льда нет, заряд в основном отрицательный. Считается, что это разделение зарядов происходит из-за процесса Бержерона и различных физических свойств частиц льда и жидкой воды, но точный процесс неизвестен. Дисбаланс заряда между верхом и низом облака приводит в движение определенную последовательность событий, изображенную на серии рисунков ниже.

2. В результате этого дисбаланса зарядов возникает избыток положительных зарядов в верхней части облака по сравнению с нижней частью облака. Обычно Земля также имеет отрицательный заряд, но когда облако проходит над каким-то местом, отрицательно заряженная основа облака создает положительный заряд непосредственно под облаком и на несколько километров вокруг него.

3. Напомним, что проводимость требует передачи энергии от одной молекулы к другой и поэтому наиболее эффективна в металлах и других проводящих материалах. Воздух является плохим проводником электричества, поэтому поток электричества через воздух не может происходить до тех пор, пока электрический потенциал не станет достаточно большим, чтобы преодолеть изолирующий эффект воздуха.

4. Молния начинается с отрицательных зарядов у основания облака. Отрицательные заряды начинают формировать невидимый канал ионизированных молекул в воздухе от основания облака к положительно заряженной земле. По мере развития канала он разделяется на ряд ответвлений, все еще невидимых, и многократно начинается и останавливается, продвигаясь зигзагообразным путем, напоминающим лестницу. По этой причине его называют ступенчатым лидером.

5. По мере того, как отрицательно заряженный ступенчатый лидер приближается к земле, положительно заряженные потоки энергии, называемые лентами, движутся вверх, чтобы присоединиться к лидеру, обычно поднимаясь от самого высокого объекта на земле, такого как дерево, столб, здание, или другой высокий предмет.

6. Когда стример вступает в контакт со ступенчатым лидером, он создает путь ионизированных молекул, по которому может течь электричество между облаком и землей.

7. При встрече стримера и ступенчатого лидера устанавливается электрическое соединение, и электроны текут от основания облака к земле, но этот поток все еще невидим.

8. Когда отрицательный заряд приближается к земле, положительный заряд начинает течь вверх. Это называется обратным ударом. Обратный ход начинается у поверхности.

9. Обратный удар почти Мгновенный, освещая небо разрядом энергии. Это основная, яркая вспышка, которую мы наблюдаем и распознаем как молнию.

10. Как только электрический путь установлен, отрицательные заряды текут от облака к земле, продолжая освещать небо без очевидного перерыва после обратного удара.

11. В большинстве случаев следует короткая пауза, после которой новый отрицательно заряженный лидер, называемый дротиком-лидером, стартует по установленному каналу от облака к земле.

12. Разряд лидера дротика вызывает еще одну вспышку света, отчетливо после первой вспышки. Удары молнии могут иметь несколько или несколько десятков вспышек от дротиков-лидеров.

Гром

Гром возникает в результате быстрого нагрева и расширения воздуха на пути удара молнии. В районе разряда молнии температура воздуха приближается к 15 000–30 000°С, что намного горячее поверхности Солнца. Экстремальная жара заставляет этот воздух быстро расширяться от удара молнии, как показано красными стрелками на этом рисунке.

Расширение создает мгновенный вакуум вокруг хода. Почти сразу после расширения воздух устремляется со всех сторон к месту, где прошел удар молнии. Это показано зелеными стрелками. Звук материи при столкновении различных воздушных потоков и есть то, что создает звук грома.

Использование грома для оценки расстояний до гроз

Молния распространяется со скоростью света. При скорости около 300 000 км / с (186 000 миль / с) это можно считать мгновенным. Но гром распространяется только со скоростью звука (1225 км/ч, или 760 миль/ч). Поскольку в часе 3600 секунд, это означает, что звук грома проходит около 1,7 км или 1 милю за 5 секунд. Итак, если вы начинаете считать, когда видите молнию, и успеваете сосчитать до пяти, прежде чем услышите гром, вы находитесь в одной миле от молнии. Но будьте осторожны: молния не обязательно течет прямо посреди бури. Удар мог быть впереди или позади облака, из которого он исходил.

Эльфы, спрайты и самолеты

Мощная молния может вызвать образование плоского диска тусклого красноватого света, называемого эльфом, на высоте около 96 км над Землей. Свет эльфа излучается наружу во всех направлениях, распространяясь по огромной области неба.

Сразу же после того, как очень энергичная молния ударит в землю, призрачные красные огни, называемые красными спрайтами, могут выстрелить прямо из вершины грозовой тучи. Некоторые красные духи улетают в атмосферу на расстояние до 100 км.

Голубые струи — это тусклые голубые полосы света. Они выглядят как быстрые клубы дыма, которые вырываются из грозовой тучи, дугой поднимаются вверх, а затем исчезают. Голубые джеты могут подниматься в атмосферу на высоту до 30 км.

Советы по безопасности при ударе молнии

Молния чрезвычайно опасна. На приведенной ниже карте показано количество смертельных случаев, связанных с молнией, для каждого штата с 1959 по 2011 год. Насколько опасны штаты, с которыми вы знакомы? Какие факторы влияют на эту пространственную структуру? Насколько вы подвержены риску молнии?

Легче всего проводить электричество в твердых телах и труднее всего в газах. Поэтому прямой контакт с любым твердым предметом, особенно высоким, хорошо проводящим электричество (например, высоким металлическим столбом), во время грозы чрезвычайно опасен. Высокие объекты сводят к минимуму расстояние, на которое электрическая энергия должна пройти через газ (воздух) во время молнии.

Дом или другое закрытое здание обеспечивает наилучшую защиту от молнии. Открытые навесы на спортивных площадках, полях для гольфа и местах для пикников практически не защищают от молнии. Находясь внутри здания, держитесь подальше от окон и дверей и избегайте контакта с сантехникой, проводными телефонами и электрическим оборудованием. Подвалы, как правило, безопасные убежища, но избегайте контакта с бетонными стенами, которые могут содержать металлические арматурные стержни. Автомобиль — относительно безопасное место, потому что металлический корпус и рама пропускают электрический ток при ударе.

Если безопасного укрытия нет, держитесь подальше от деревьев и других высоких объектов и присядьте, перенеся вес на носки и поставив ступни близко друг к другу. Опустите голову и станьте как можно ниже, не касаясь руками или коленями земли. Не ложись!

Примите во внимание правило 30-30: если время между вспышкой и звуком грома составляет 30 секунд или меньше, молния достаточно близко, чтобы ударить вас, поэтому немедленно ищите укрытие. После последней вспышки молнии подождите 30 минут, прежде чем покинуть убежище.