От чего гром на небе. Откуда берутся гром и молния
II. Образование молнии и грома
1. Происхождение грозовых туч
Туман, поднявшийся высоко над землёй, состоит из частичек воды и образует облака. Более крупные и тяжёлые облака называются тучами. Одни тучи являются простыми — они молнии и грома не вызывают. Другие же называются грозовыми, так как именно они создают грозу, образуют молнию и гром. От простых дождевых туч грозовые тучи отличаются тем, что они заряжены электричеством: одни — положительным, другие — отрицательным.
Как же образуются грозовые тучи?
Всякий знает, какой сильный ветер бывает во время грозы. Но ещё более сильные воздушные вихри образуются выше над землёй, где движению воздуха не мешают леса и горы. Этот ветер, главным образом, и образует положительное и отрицательное электричество в облаках. Чтобы понять это, рассмотрим, как распределено электричество в каждой водяной капле. Такая капля изображена в увеличенном виде на рис. 8. В центре её находится положительное электричество, а равное ему отрицательное электричество располагается на поверхности капли.
Рис. 8. Так распределено электричество в дождевой капле. Положительное электричество внутри капли изображено одним (большим) знаком «+».
Чем сильнее ветер, тем скорее туча заряжается электричеством. Ветер затрачивает определенную работу, которая уходит на то, чтобы разделить положительное и отрицательное электричества.
Дождь, выпадающий из тучи, уносит часть электричества тучи на землю и, таким образом, между тучей и землёй создаётся электрическое притяжение.
На рис. 9 показано распределение электричества в туче и на поверхности земли. Если туча заряжена отрицательным электричеством, то, стремясь притянуться к нему, положительное электричество земли будет распределяться на поверхности всех возвышенных предметов, проводящих электрический ток.
Чем выше предмет, стоящий на земле, тем меньше расстояние между его верхом и низом тучи и тем меньше остающийся здесь слой воздуха, разделяющий разноимённые электричества. Очевидно, что в таких местах молнии легче пробиться к земле. Об этом мы расскажем ещё подробнее дальше.
Рис. 9. Распределение электричества в грозовой туче и наземных предметах.
Из книги Новейшая книга фактов. Том 3 [Физика, химия и техника. История и археология. Разное] автора Кондрашов Анатолий Павлович
Из книги История свечи автора Фарадей Майкл
ЛЕКЦИЯ II СВЕЧА. ЯРКОСТЬ ПЛАМЕНИ. ДЛЯ ГОРЕНИЯ НЕОБХОДИМ ВОЗДУХ. ОБРАЗОВАНИЕ ВОДЫ На прошлой лекции мы рассмотрели общие свойства и расположение жидкой части свечи, а также и то, каким образом эта жидкость попадает туда, где происходит горение. Вы убедились, что когда свеча
Из книги Молния и гром автора Стекольников И С
6.
Влияние молнии на работу электрических систем и радио
Очень часто молния ударяет в провода линий передач электрической энергии. При этом либо грозовой разряд поражает один из проводов линии и соединяет его с землёю, либо молния соединяет между собой два или даже три
IV. Защита от молнии 1. Молниеотвод О том, как защищаться от опасных действий молнии, много думали уже с давних времён, но настоящее научное изучение этого вопроса началось лишь с середины 18 века, после того как Франклин своими опытами доказал, что молния представляет собой
Из книги Мария Кюри. Радиоактивность и элементы [Самый сокровенный секрет материи] автора Паес Адела Муньос
4. Как человеку защититься от молнии?
Чтобы не быть поражённым ударом молнии, нужно избегать во время грозы подходить к молниеотводам или высоким одиночным предметам (столбам, деревьям) на расстояние меньшее 8–10 метров.
Если человек застигнут грозой вдали от помещений, то
Из книги
автора
Образование и исчезновение пригодного для дыхания кислорода Кислород, которым мы дышим, – это O2: молекула из двух атомов кислорода, связанных парой электронов. На Земле немало кислорода и в других формах: в составе диоксида углерода, воды, минералов земной коры
Гроза – атмосферное явление пусть не такое уж и редкое, как, к примеру, северное сияние или огни святого Эльма, но от этого не менее яркое и впечатляющее своей неукротимой силой и первозданной мощью. Недаром ее так любят описывать в своих произведениях все поэты и прозаики романтического толка, а профессиональные революционеры видят в грозе символ народных волнений и серьезных социальных потрясений. С научной же точки зрения гроза это ливневый дождь, сопровождаемый шквалистым усилением ветра, молниями и раскатами грома. Но, если с ливнем и ветром вам, наверное, и так все понятно, то об остальных составляющих грозы стоит рассказать немного подробнее.
Что такое гром и молния
Молниями называют мощные электрические разряды в атмосфере, которые могут возникать как между отдельными кучевыми облаками, так и между дождевыми облаками и землей. Молния – это своего рода гигантская электрическая дуга, длина которой в среднем составляет 2,5 – 3 километра. О невероятной силе молний говорит тот факт, что ток в разряде достигает десятков тысяч ампер, а напряжение – нескольких миллионов вольт. С учетом того, что такая фантастическая мощность высвобождается в течении нескольких миллисекунд, разряд молнии вполне можно назвать своего рода электрическим взрывом невероятной силы. Понятно, что подобная детонация неизбежно вызывает появление ударной волны, которая затем вырождается в звуковую, и затухает по мере распространения в воздушной среде. Таким образом становиться очевидным, что такое гром.
Гром — это звуковые колебания, возникающие в атмосфере под влиянием ударной волны, вызванной мощным электрическим разрядом. С учетом того, что воздух в канале молнии мгновенно разогревается до температуры около 20 тысяч градусов, что превышает температуру поверхности Солнца, такой разряд неизбежно сопровождается оглушительным грохотом, как и любой другой очень мощный взрыв.
Но ведь молния длиться меньше секунды, а гром мы слышим длинными раскатами. Отчего же так происходит, почему гремит гром? У ученых, изучающих атмосферные явления, есть ответ и на этот вопрос.
Почему мы слышим раскаты грома
Раскаты грома возникают в атмосфере из-за того, что молния, как мы уже говорили, имеет весьма большую длину и поэтому звук от различных ее участков доходит до нашего уха не одновременно, хотя саму световую вспышку мы видим целиком в один момент. Кроме того, возникновению громовых раскатов способствует отражение звуковых волн от облаков и поверхности земли, а также их рефракция и рассеивание.
Вот еще недавно чистое, ясное небо затянули облака. Упали первые капли дождя. А в скором времени стихия продемонстрировала земле свою силу. Гром и молния пронзили грозовое небо. Откуда приходят подобные явления? Человечество множество веков видело в них проявление божественной силы. Сегодня мы знаем о возникновении таких явлений.
Происхождение грозовых туч
Облака появляются в небе из конденсата, поднимающегося высоко над землей, и парят в небе.
Тучи же более тяжелые и большие. Они приносят с собой все «спецэффекты», присущие непогоде.
Грозовые облака отличаются от обычных наличием заряда электричества. Причем есть тучи с положительным зарядом, а есть с отрицательным.
Чтобы понять, откуда берутся гром и молния, следует подняться выше над землей. В небе, где нет препятствий для вольного полета, дуют ветра сильнее, чем на земле. Именно они провоцируют заряд в облаках.
Происхождение грома и молнии может объяснить всего одна капля воды. Она имеет положительный заряд электричества в центре и отрицательный снаружи. Ветер разбивает ее на части. Одна из них остается с отрицательным зарядом и имеет меньший вес. Более тяжелые положительно заряженные капли образуют такие же тучи.
Дождь и электричество
До того как в грозовом небе появятся гром и молния, ветер разделяет облака на положительно и отрицательно заряженные. Дождь, падающий на землю, уносит часть этого электричества с собой. Между тучей и поверхностью земли образовывается притяжение.
Отрицательный заряд тучи будет притягивать положительный на земле. Это притяжение будет располагаться равномерно на всех поверхностях, находящихся на возвышенности, и проводящих ток.
И вот дождь создает все условия для появления грома и молнии. Чем выше предмет к туче, тем легче молнии пробиться к нему.
Происхождение молнии
Погода подготовила все условия, которые помогут появиться всем ее эффектам. Она создала тучи, откуда берутся гром и молния.
Заряженная отрицательным электричеством крыша притягивает к себе положительный заряд наиболее возвышенного предмета. Его отрицательное электричество уйдет в землю.
Обе эти противоположности стремятся притянуться друг к другу. Чем больше в туче электричества, тем больше его и в самом возвышенном предмете.
Накапливаясь в туче, электричество может прорвать слой воздуха, находящийся между ней и предметом, и появится сверкающая молния, прогремит гром.
Как развивается молния
Когда бушует гроза, молния, гром сопровождают ее беспрестанно.
Чаще всего искра происходит из отрицательно заряженной тучи. Она развивается постепенно.
Сначала из тучи по каналу, направленному к земле, течет небольшой поток электронов. В этом месте тучи скапливаются электроны, двигающиеся с большой скоростью. Благодаря этому электроны сталкиваются с атомами воздуха и разбивают их. Получаются отдельные ядра, а также электроны. Последние также устремляются к земле. Пока они движутся по каналу, все первичные и вторичные электроны снова расщепляют стоящие у них на пути атомы воздуха на ядра и электроны.
Весь процесс похож на лавину. Он двигается по нарастающей. Воздух разогревается, его проводимость увеличивается.
Все сильнее электричество из тучи стекается к земле со скоростью 100 км/с. В этот момент молния пробивает себе канал к земле. По этой дороге, проложенной лидером, электричество начинает течь еще быстрее. Происходит разряд, имеющий огромную силу. Достигая своего пика, разряд уменьшается. Канал, разогретый таким мощным током, светится.
И в небе становится видно молнию. Протекает такой разряд недолго.
После первого разряда часто следует второй по проложенному каналу.
Как появляется гром
Гром, молния, дождь неразлучны при грозе.
Гром возникает по следующей причине. Ток в канале молнии образуется очень быстро. Воздух при этом очень нагревается. От этого он расширяется.
Это происходит так быстро, что напоминает взрыв. Такой толчок сильно сотрясает воздух. Эти колебания и приводят к появлению громкого звука. Вот откуда берутся молния и гром.
Как только электричество из тучи достигнет земли и исчезнет из канала, он очень быстро охлаждается. Сжатие воздуха также приводит к раскатам грома.
Чем больше молний прошло по каналу (их может быть до 50 штук), тем продолжительнее сотрясения воздуха. Этот звук отражается от предметов и туч, и происходит эхо.
Почему есть интервал между молнией и громом
В грозу за появлением молнии следует гром. Опоздание его от молнии происходит из-за разных скоростей их движения.
Звук движется с относительно небольшой скоростью (330 м/с). Это всего в 1,5 раза быстрее движения современного «Боинга». Скорость света гораздо больше скорости звука.
Благодаря такому интервалу можно определить, как далеко от наблюдателя находятся сверкающие молнии и гром.
Например, если между молнией и громом прошло 5 с, это значит, что звук прошел 330 м 5 раз. Путем умножения легко посчитать, что молнии от наблюдателя были на расстоянии 1650 м. Если гроза проходит ближе, чем 3 км от человека, она считается близкой. Если расстояние в соответствии с появлением молнии и грома дальше, то и гроза дальняя.
Молния в цифрах
Гром и молния были изменены учеными, и результаты их исследований представлены общественности.
Было установлено, что разница потенциалов, предшествующих молнии, достигает миллиардов вольт. Сила тока при этом в момент разряда достигает 100 тыс. А.
Температура в канале разогревается до 30 тыс. градусов и превышает температуру на поверхности Солнца.
От облаков до земли молния проходит со скоростью 1000 км/с (за 0,002 с).
Внутренний канал, по которому течет ток, не превышает 1 см, хотя видимый достигает 1 м.
В мире непрерывно происходит около 1800 гроз. Вероятность быть убитым молнией составляет 1:2000000 (такая же, как умереть при падении с кровати). Вероятность увидеть шаровую молнию равна 1 к 10000.
Шаровая молния
На пути изучения того, откуда гром и молния происходят в природе, самым загадочным явлением выступает шаровая молния. Эти круглые огненные разряды до конца еще не изучены.
Чаще всего форма такой молнии напоминает грушу или арбуз. Она существует до нескольких минут. Появляется в конце грозы в виде красных сгустков от 10 до 20 см в поперечнике. Наибольшая шаровая молния, сфотографированная однажды, была около 10 м в диаметре. Она издает жужжащий, шипящий звук.
Исчезнуть может тихо или с небольшим треском, оставляя запах гари и дымок.
Движение молнии не зависит от ветра. Их тянет в закрытые помещения через окна, двери и даже щели.
Если соприкасаются с человеком, оставляют сильные ожоги и могут привести к летальному исходу.
До сих пор причины появления шаровой молнии были неизвестны. Однако это не является свидетельством ее мистического происхождения. В этой области ведутся исследования, которые смогут объяснить сущность такого явления.
Ознакомившись с такими явлениями, как гром и молния, можно понять механизм их возникновения. Это последовательный и довольно сложный физико-химический процесс. Он представляет собой одно из самых интересных явлений природы, которое встречается повсеместно и потому затрагивает практически каждого человека на планете. Ученые разгадали загадки практически всех видов молний и даже измеряли их. Шаровая молния на сегодняшний день выступает единственной нераскрытой тайной природы в области образования подобных явлений природы.
Главная -> Энциклопедия ->
Почему и как происходит молния и гром?
Все очень просто — гром это звук от молнии.
Молния — это электрический разряд. Видела, как в розетке искры вспыхивают? То же самое.
Интересно, что очень просто рассчитать, как далеко от тебя «бабахнуло» — свет от молнии ты увидишь мгновенно (скорость света очень большая), а гром услышишь через несколько секунд (скорость звука в воздухе около 300 метров в секунду). Считай секунды между молнией и звуком и дели на 3. Получишь расстояние до сверкнувшей молнии в километрах. (Например, если между молнией и громом прошло 6 секунд, до она ударила в землю 6:3 — в 2 км от тебя).
А что бы молния не била куда попала, изобрели громотвод. Осталось только плащи с громоотводом изобрести, что бы и людям молния не была страшна:-)))
Есть еще шаровая молния, но с ней все сложнее — никто толком до сих пор не знает, что это такое и откуда берется…
А если тебе действительно хочется узнать точный ответ на свой вопрос — посмотри
Доклад
Гром и молния
Гром — звуковое явление в атмосфере, сопровождающее разряд молнии. Гром представляет собой колебания воздуха под влиянием очень быстрого повышения давления на пути молнии, вследствие нагревания приблизительно до 30 000 °С. Раскаты грома возникают из-за того, что молния имеет значительную длину и звук от разных её участков и доходит до уха наблюдателя не одновременно, кроме того возникновению раскатов способствует отражение звука от облаков, а также потому, что из-за рефракции звуковая волна распространяется по различным путям и приходит с различными запаздываниями, кроме того сам разряд происходит не мгновенно, а продолжается конечное время.
Громкость раскатов грома может достигать 120 децибел.
Измеряя интервал времени прошедший между вспышкой молнии и ударом грома можно приблизительно определить расстояние, на котором находится гроза. Так как скорость света очень велика по сравнению со скоростью звука, то ею можно пренебречь, учитывая лишь скорость звука, которая составляет приблизительно 350 метров в секунду. (Но скорость звука очень изменчива, зависит от температуры воздуха, чем она ниже, тем меньше скорость.) Таким образом, умножив время между вспышкой молнии и ударом грома в секундах на эту величину, можно судить о близости грозы, а сопоставляя подобные измерения, можно судить о том, приближается ли гроза к наблюдателю (интервал между молнией и громом сокращается) или удаляется (интервал увеличивается). Как правило, гром слышен на расстоянии до 15-20 километров, таким образом, если наблюдатель видит молнию, но не слышит грома, то гроза находится на расстоянии не менее 20 километров.
Искровой разряд (искра электрическая) — нестационарная форма электрического разряда, происходящая в газах.
Такой разряд возникает обычно при давлениях порядка атмосферного и сопровождается характерным звуковым эффектом — «треском» искры. Температура в главном канале искрового разряда может достигать 10 000 К. В природе искровые разряды часто возникают в виде молний. Расстояние «пробиваемое» искрой в воздухе зависит от напряжения и считается равным 10 кВ на 1 сантиметр.
Иcкровой разряд обычно происходит, если мощность источника энергии недостаточна для поддержания стационарного дугового разряда или тлеющего разряда. В этом случае одновременно с резким возрастанием разрядного тока напряжение на разрядном промежутке в течение очень короткого времени (от несколько микросекунд до нескольких сотен микросекунд) падает ниже напряжения погасания искрового разряда, что приводит к прекращению разряда. Затем разность потенциалов между электродами вновь растет, достигает напряжения зажигания и процесс повторяется. В других случаях, когда мощность источника энергии достаточно велика, также наблюдается вся совокупность явлений, характерных для этого разряда, но они являются лишь переходным процессом, ведущим к установлению разряда другого типа — чаще всего дугового.
Если источник тока не способен поддерживать самостоятельный электрический разряд в течение длительного времени, то наблюдается форма самостоятельного разряда, называемая искровым разрядом.
Искровой разряд представляет собой пучок ярких, быстро исчезающих или сменяющих друг друга нитевидных, часто сильно разветвленных полосок — искровых каналов. Эти каналы заполнены плазмой, в состав которой в мощном искровом разряде входят не только ионы исходного газа, но и ионы вещества электродов, интенсивно испаряющегося под действием разряда. Механизм формирования искровых каналов (и, следовательно, возникновения искрового разряда) объясняется стримерной теорией электрического пробоя газов. Согласно этой теории, из электронных лавин, возникающих в электрическом поле разрядного промежутка, при определенных условиях образуются стримеры — тускло светящиеся тонкие разветвленные каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщепленные от них свободные электроны. Среди них можно выделить т.
н. лидер — слабо светящийся разряд, «прокладывающий» путь для основного разряда. Он, двигаясь от одного электрода к другому, перекрывает разрядный промежуток и соединяет электроды непрерывным проводящим каналом. Затем в обратном направлении по проложенному пути проходит главный разряд, сопровождаемый резким возрастанием силы тока и количества энергии, выделяющегося в них. Каждый канал быстро расширяется, в результате чего на его границах возникает ударная волна. Совокупность ударных волн от расширяющихся искровых каналов порождает звук, воспринимаемый как «треск» искры (в случае молнии — гром).
Напряжение зажигания искрового разряда, как правило, достаточно велико. Напряженность электрического поля в искре понижается от нескольких десятков киловольт на сантиметр (кв/см) в момент пробоя до ~100 вольт на сантиметр (в/см) спустя несколько микросекунд. Максимальная сила тока в мощном искровом разряде может достигать значений порядка нескольких сотен тысяч ампер.
Особый вид искрового разряда — скользящий искровой разряд, возникающий вдоль поверхности раздела газа и твёрдого диэлектрика, помещенного между электродами, при условии превышения напряженностью поля пробивной прочности воздуха.
Области скользящего искрового разряда, в которых преобладают заряды какого-либо одного знака, индуцируют на поверхности диэлектрика заряды другого знака, вследствие чего искровые каналы стелются по поверхности диэлектрика, образуя при этом так называемые фигуры Лихтенберга. Процессы, близкие к происходящим при искровом разряде, свойственны также кистевому разряду, который является переходной стадией между коронным и искровым.
Молния — гигантский электрический искровой 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 удается выжить после поражения их молнией.
Электрическая природа молнии была раскрыта в исследованиях американского физика Б. Франклина, по идее которого был проведён опыт по извлечению электричества из грозового облака. Широко известен опыт Франклина по выяснению электрической природы молнии.
В 1750 году им опубликована работа, в которой описан эксперимент с использованием воздушного змея, запущенного в грозу. Опыт Франклина был описан в работе Джозефа Пристли.
Средняя длина молнии 2,5 км, некоторые разряды простираются в атмосфере на расстояние до 20 км. Ток в разряде молнии достигает 10-20 тысяч ампер.
Формирование молнии
Наиболее часто молния возникает в кучево-дождевых облаках, тогда они называются грозовыми; иногда молния образуется в слоисто-дождевых облаках, а также при вулканических извержениях, торнадо и пылевых бурях.
Обычно наблюдаются линейные молнии, которые относятся к так называемым безэлектродным разрядам, так как они начинаются (и заканчиваются) в скоплениях заряженных частиц. Это определяет их некоторые до сих пор не объяснённые свойства, отличающие молнии от разрядов между электродами. Так, молнии не бывают короче нескольких сотен метров; они возникают в электрических полях значительно более слабых, чем поля при межэлектродных разрядах; сбор зарядов, переносимых молнией, происходит за тысячные доли секунды с миллиардов мелких, хорошо изолированных друг от друга частиц, расположенных в объёме несколько км³.
Наиболее изучен процесс развития молнии в грозовых облаках, при этом молнии могут проходить в самих облаках — внутриоблачные молнии, а могут ударять в землю — наземные молнии. Для возникновения молнии необходимо, чтобы в относительно малом (но не меньше некоторого критического) объёме облака образовалось электрическое поле (см. атмосферное электричество) с напряжённостью, достаточной для начала электрического разряда (~ 1 МВ/м), а в значительной части облака существовало бы поле со средней напряжённостью, достаточной для поддержания начавшегося разряда (~ 0,1-0,2 МВ/м). В молнии электрическая энергия облака превращается в тепловую и световую.
Наземные молнии
Процесс развития наземной молнии состоит из нескольких стадий. На первой стадии, в зоне, где электрическое поле достигает критического значения, начинается ударная ионизация, создаваемая вначале свободными зарядами, всегда имеющимися в небольшом количестве в воздухе, которые под действием электрического поля приобретают значительные скорости по направлению к земле и, сталкиваясь с молекулами, составляющими воздух, ионизуют их.
По более современным представлениям, разряд инициируют высокоэнергетические космические лучи, которые запускают процесс, получивший название пробоя на убегающих электронах. Таким образом возникают электронные лавины, переходящие в нити электрических разрядов — стримеры, представляющие собой хорошо проводящие каналы, которые, сливаясь, дают начало яркому термоионизованному каналу с высокой проводимостью — ступенчатому лидеру молнии.
Движение лидера к земной поверхности происходит ступенями в несколько десятков метров со скоростью ~ 50 000 километров в секунду, после чего его движение приостанавливается на несколько десятков микросекунд, а свечение сильно ослабевает; затем в последующей стадии лидер снова продвигается на несколько десятков метров. Яркое свечение охватывает при этом все пройденные ступени; затем следуют снова остановка и ослабление свечения. Эти процессы повторяются при движении лидера до поверхности земли со средней скоростью 200 000 метров в секунду.
По мере продвижения лидера к земле напряжённость поля на его конце усиливается и под его действием из выступающих на поверхности Земли предметов выбрасывается ответный стример, соединяющийся с лидером.
Эта особенность молнии используется для создания молниеотвода.
В заключительной стадии по ионизованному лидером каналу следует обратный (снизу вверх), или главный, разряд молнии, характеризующийся токами от десятков до сотен тысяч ампер, яркостью, заметно превышающей яркость лидера, и большой скоростью продвижения, вначале доходящей до ~ 100 000 километров в секунду, а в конце уменьшающейся до ~ 10 000 километров в секунду. Температура канала при главном разряде может превышать 25 000 °C. Длина канала молнии может быть от 1 до 10 км, диаметр — несколько сантиметров. После прохождения импульса тока ионизация канала и его свечение ослабевают. В финальной стадии ток молнии может длиться сотые и даже десятые доли секунды, достигая сотен и тысяч ампер. Такие молнии называют затяжными, они наиболее часто вызывают пожары.
Откуда берется электрический заряд
Много веков назад люди открыли
особые свойства янтаря: при трении в нем
возникает электрический заряд. В наши
дни с помощью электричества мы имеем
возможность смотреть телевизор, переговариваться
с людьми на другом конце света, а также
получать свет и тепло, лишь повернув для
этого выключатель.
Опыты с янтарем, то
есть смолой хвойных деревьев, окаменевшей
естественным образом, проводились еще
древними греками. Они обнаружили,
что если янтарь потереть, то он притягивает
ворсинки шерсти, перья и пыль. Если сильно
потереть, к примеру, пластмассовую расческу
о волосы, то к ней начнут прилипать кусочки
бумаги. А если потереть о рукав воздушный
шарик, то он прилипнет к стене. При трении
янтаря, пластмассы и ряда других материалов
в них возникает электрический заряд.
Само слово «электрический» происходит
от латинского слова electrum, означающего
«янтарь».
Вспышка молнии — одно
из самых зрелищных проявлении
электрического заряда, Молния возникает
и результате большого
Если имеющие электрический
заряд объекты притягивают и
удерживают только очень 
По-этому издревле магниты
Откуда берется электрический заряд?
Все атомы окружены
облаком электронов, которые несут
отрицательный (-) электрический
заряд. Электроны движутся 
Если натереть шерстяной
тряпкой полиэтиленовую леску,
то она получит отрицательный
заряд, а если натереть
Электрические заряды
влияют друг на друга.
Майкл Фарадей
доказал, что, электричество 
Он также доказал, что электрическое
поле не может существовать внутри металлической
клетки (теперь называемой клеткой Фарадея).
Понимание молнии: грозовая электрификация
Безопасность
Национальная программа
Weather.gov > Безопасность > Понимание молнии: грозовая электрификация
Хотя точные детали процесса зарядки все еще изучаются, ученые в целом согласны с некоторыми из основных концепций грозовой электрификации. Основная область зарядки во время грозы находится в центральной части грозы, где воздух быстро движется вверх (восходящий поток) и температура колеблется от -15 до -25 градусов по Цельсию (Рисунок 1) .
В этом месте сочетание температуры и быстрого восходящего движения воздуха приводит к образованию смеси переохлажденных облачных капель (маленьких капель воды ниже точки замерзания), мелких кристаллов льда и мягкого града (крупки). Восходящий поток уносит вверх переохлажденные капельки облаков и очень маленькие кристаллы льда.
В то же время крупа, которая значительно крупнее и плотнее, имеет тенденцию падать или взвешиваться в поднимающемся воздухе. Различия в движении осадков вызывают столкновения. Когда поднимающиеся кристаллы льда сталкиваются с крупой, кристаллы льда становятся положительно заряженными, а крупа становится отрицательно заряженной (Рисунок 2) .
Восходящий поток несет положительно заряженные кристаллы льда вверх к вершине грозового облака. Более крупная и плотная крупа либо подвешена в середине грозового облака, либо падает к нижней части грозового облака. В результате верхняя часть грозового облака становится положительно заряженной, а средняя и нижняя часть грозового облака становится отрицательно заряженной ( Рисунок 3) .
Восходящие движения во время шторма и ветры на более высоких уровнях атмосферы приводят к тому, что маленькие кристаллы льда (и положительный заряд) в верхней части грозового облака растекаются по горизонтали на некоторое расстояние от основания грозового облака.
Эта часть грозового облака называется наковальней. Хотя это основной процесс зарядки грозового облака, некоторые из этих зарядов могут перераспределяться за счет движения воздуха внутри грозы (восходящие и нисходящие потоки). Кроме того, у нижней части грозового облака наблюдается небольшое, но важное накопление положительного заряда из-за осадков и более высоких температур.
Заряды на земле зависят от накопления зарядов в облаках. Обычно земля имеет небольшой отрицательный заряд, однако, когда гроза идет прямо над головой, большой отрицательный заряд в середине грозового облака отталкивает отрицательные заряды на земле под грозой. Это приводит к тому, что земля и любые объекты (или люди) на земле непосредственно под ураганом становятся положительно заряженными (рис. 4 и 5) .
По мере увеличения отрицательного заряда в облаке земля становится более положительно заряженной. Точно так же положительный заряд в наковальне может вызвать накопление отрицательного заряда на земле под наковальней (которая может простираться далеко от основания грозы).
| Рисунок 4 | Рисунок5 |
Узнайте о типах флэш-памяти или вернитесь на страницу содержания
Рисунок 1
Рисунок 2
Рисунок 3
Как это работает
Как это работает Как это работает Первопричиной удара молнии является разделение
зарядка в облаке. Положительно заряженные частицы скапливаются в верхней части
облако, а отрицательно заряженные частицы концентрируются на дне
облако. К сожалению, в настоящее время неизвестно, почему такое разделение заряда
имеет место. Эта модель иллюстрирует широко распространенную теорию в этом отношении. Вода
сам цикл является основной причиной. По мере подъема водяной пар часто приобретает
заряд, поскольку он взаимодействует с грязью, льдом и другими материалами во время подъема
к облаку.
Оказавшись в облаке, более тяжелые частицы пара имеют отрицательное
зарядиться и, таким образом, опуститься на дно облака. Фактический механизм, лежащий в основе
создание разделения заряда не имеет значения в реальном ударе, и поэтому
круговорот воды и разделение заряда включены в эту модель исключительно для
продемонстрировать, как может происходить разделение заряда. Пары поднимаются над водой
поверхности с частотой, заданной ползунком EVAPORATION-RATE. Пары
затем поднимайтесь к небу, пока не достигнут облака, после чего они появляются
противоположные заряды в верхней и нижней областях облака. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
измеряется количеством отрицательно заряженных частиц (электронов) в
облако. Так как напряженность электрического поля прямо пропорциональна
сумма заряда в этой области, это разумная мера.
В облаке заряды двигаются случайным образом. Однако они
ограничены их областями заряда. Положительные заряды не пытаются достичь
негативы и наоборот. Таким образом, разделение зарядов и электрические
напряженность поля сохраняется.
Иногда заряд может рассеиваться от облака.
Хотя фактический механизм этой диссипации также неизвестен, он
проиллюстрировано в этой модели осадками таким же образом, как заряд
наращивать. Заряд покидает облако со скоростью, определяемой СКОРОСТЬЮ ОСАДКОВ.
слайдер. Когда СКОРОСТЬ ИСПАРЕНИЯ равна СКОРОСТИ ОСАДКОВ, сила
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ останется довольно постоянным.
Когда ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ имеет силу 40 или больше зарядов в земле
начинают поражаться. Отрицательные заряды в нижней части облака имеют такие
высокая концентрация, которую они заставляют электроны на поверхности Земли глубоко
в землю. Это также влияет на вытягивание положительных зарядов.
(позитронов) в поверхности Земли на очень небольшую глубину. Таким образом, земля имеет
сильный положительный заряд, а облако имеет сильный отрицательный заряд. Два
поверхности действуют как две параллельные пластины (для тех, кто немного разбирается в электрике).
физика). Это неравенство зарядов не может продолжаться вечно, и молния
Природное решение проблемы.
Заряд продолжает накапливаться до тех пор, пока ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ не достигнет критического значения
80. При напряженности поля такой большой величины электроны в облаке
начать «разбивать» воздух вокруг облака и превращать его в плазму.
Плазма — это тот же материал, из которого состоят звезды. Не вдаваясь в слишком много
Подробно, плазма — это вещество (в данном случае воздух), которое было ионизировано. Положительный
а негативные компоненты самого воздуха раздвигаются и отделяются от
друг друга. Это разделение позволяет электронам проходить через плазму намного
легче, чем через обычный воздух. Плазма создается в
цепная реакция, когда электроны, протекающие через плазму, заставляют воздух
вокруг них, чтобы стать плазмой в свою очередь. Таким образом, электроны в облаке «сгорают».
пути к земле. Пути известны как «лидеры ступеней» и растут
от облака к земле подобно щупальцу. Цепная реакция, которая позволяет
Лидеры шагов, чтобы расти в размерах, не должны происходить по прямой линии.
Воздух неоднороден и засорен примесями, влияющими на пласт.
ступенчатых лидеров. Эти примеси приводят к тому, что воздух не ионизируется одинаково во всех
направления. Примеси в воздухе могут привести к тому, что некоторые участки воздуха превратятся в
плазма легче, чем другие. Вместо прямых линий от облака к земле,
молния идет по пути наименьшего сопротивления. Это то, что дает молнию
поражает раздвоенные и зазубренные узоры, которые каждый может распознать. В этом
модели это иллюстрируется присвоением каждому участку воздуха значения СОПРОТИВЛЕНИЯ.
Электроны будут ионизировать воздух и двигаться к земле, всегда пытаясь
идти по пути наименьшего сопротивления.
Когда ступенчатые лидеры спускаются на землю, ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ, скорее всего,
еще будут увеличиваться в размерах. Как только он достигает значения 120, заряды в
земля реагирует, выпуская так называемые «стримеры». Стримеры – это
положительный эквивалент отрицательных ступенчатых лидеров, создаваемых облаками. Однако,
стримеры не самодостаточны и, следовательно, не растут бесконечно по направлению к
облако.
Все объекты на поверхности Земли будут излучать стримеры, хотя в зависимости
от размера и материала объекта длина косы может варьироваться. Совсем
здание выпустит серпантин большего размера, чем человек на тротуаре.
выпуск стримера — это то, что заставляет людей часто чувствовать покалывание
перед ударом молнии. Положительные заряды в земле достигают
к отрицательным зарядам в небе. Стримеры выпускаются гораздо быстрее
чем ступенчатый лидер, так как они намного меньше и расширяют только очень ограниченную
расстояние.
Лидеры ступеней продвигаются к земле, пока не столкнутся с землей
или стример. В обоих случаях «цепь» замыкается, и заряд может течь.
свободно между облаком и землей. Поскольку ступенчатые лидеры и стримеры растут в
нерегулярным образом забастовка может произойти в неожиданном месте. Это не
молния редко поражает человека ростом 6 футов вместо 40 футов.
дерево рядом. Как только соединение установлено, заряды начинают двигаться через
путь. Вопреки распространенному мнению, фактический удар молнии происходит от
земля вверх.
Большая концентрация положительных зарядов на земных
поверхностный поток очень быстро через поток плазмы к небу и
нейтрализовать электроны в облаке. Видимая вспышка света — это
быстрое движение заряда по воздуху, точно такое же, как свет, который вы видите
во время искры статического электричества. Это массовое движение заряда приводит к
огромный ток, который генерирует столь же огромное количество тепла вокруг
ударять. Ток и тепло – вот что наносит ущерб людям и предметам во время
удар молнии. Когда происходит удар, воздух, окружающий молнию,
путь достигает температуры более горячей, чем поверхность Солнца.
Когда лидер шага завершает путь между облаком и землей, заряды, которые
формировали другие ступенчатые лидеры, быстро течь обратно к облаку. Этот
быстрое движение заряда вызывает вторичные удары, которые обычно сопровождают
удар молнии. В то время как лидер шага, который фактически вступает в контакт, известен как
первичный удар, несколько вторичных ударов часто видны на короткое время
периоды времени в небе, окружающем облако.