Причины чудовищных молний космические лучи. Причина возникновения молний
Природа молний была разгадана еще в 1749 году американским естествоиспытателем Бенджаменом Франклином, который установил, что молнии - это электрические разряды между грозовым облаком и землей. До сих пор ученые полагали, что при накоплении отрицательных зарядов в облаке между ним и поверхностью возникает электрическое поле, и когда оно достигает определенной пороговой энергии, возникает "пробой" и происходит электрический разряд - молния.
"Все бы замечательно, но расчетное значение порогового поля в десять раз превосходит реально наблюдаемое значение электрического поля, при котором возникают молнии", - сказал один из участников исследовательской группы Гуревича - член-корреспондент РАН Кирилл Зыбин. "Нужна какая-то затравка для молнии, по-видимому, требуются затравочные частицы достаточно больших энергий. В природных условиях такими естественными частицами являются космические лучи", - сообщил собеседник агентства.
Он и его коллеги выяснили, что с возникновением молний связано явление, названное "пробоем на убегающих электронах" - лавинообразное размножение в веществе быстрых электронов с энергией 0,1-10 мегаэлектронвольт, причиной чего, в свою очередь, является действие космических излучений. Потоки частиц высоких энергий, проникающие в атмосферу, поставляют "затравочные электроны", которые и провоцируют пробой при полях в десять раз меньших, чем требовала прежняя теория.
"Конечно, сказать, что молния - это пробой на убегающих электронах, нельзя. Но они связаны. В обычных разрядах не могли появляться такие большие энергии в гамма-квантах", - сообщил Зыбин. По его словам, экспериментальная проверка теории вызывает большие сложности: при нормальных атмосферных условиях длина "лавины", возникающей при пробое, достигает 50 метров.
"В этом случае вам надо строить огромные машины, прикладывать очень большие поля. Но такие условия естественно реализуются в грозовой атмосфере", - сказал он. Еще один эффект, связанный с молниями, - гамма-вспышки. Молнии двигаются не равномерно, а скачками - "степами". Ученые обнаружили, что при каждом "степе" излучаются гамма-кванты энергией в десятки мегаэлектронвольт.
По словам Зыбина, на высокогорной станции ФИАНа на Тянь-Шане проводятся эксперименты по изучению молний в "естественной среде". "Там расставлены счетчики и измеряется гамма-излучение, причем отсчеты идут через очень короткие промежутки времени. Можно сказать однозначно, в отсутствие грозы никаких сигналов нет, когда же начинается гроза, начинаются сильные вспышки, гамма-всплески, они коррелируют с радиоимпульсами, которые вызваны грозовыми процессами", - сказал ученый.
Он отметил, что изучение механизмов образования молний позволит понять обнаруженные в последнее время явления, в частности, гигантские высотные разряды между грозовыми облаками и ионосферой ("спрайт").
По мнению ученых ФИАНа, эти исследования дают новые возможности и в анализе климатических изменений, и в механизмах воздействия на атмосферу.
Молния - это искровой разряд статического электричестве, аккумулированного в грозовых облаках. В отличие от разрядов, образующихся на производстве и в быту, электрические заряды, накапливаемые в облаках, несоизмеримо больше. Поэтому энергия искрового разряда - молния и возникающих при этом токов очень велика и представляет большую опасность для человека, животных, строений. Молния сопровождается звуковым импульсом - громом. Сочетание молнии и грома называют грозой.
Гроза - это исключительно красивое природное явление. Как правило, после грозы улучшается погода, воздух становится прозрачен, свеж и чист, насыщен ионами, образующимися при разрядах молнии. Несмотря на это нужно помнить, что гроза в определенных условиях может представлять большую опасность для человека. Каждый человек должен знать природу грозового явления, правила поведения во время грозы и методы защиты от молнии. Гроза - сложный атмосферный процесс и ее возникновение обусловлено образованием кучево-дождевых облаков. Сильная облачность является следствием значительной неустойчивости атмосферы. Для грозы характерны сильный ветер, часто интенсивный дождь «снег», иногда с градом. Перед грозой «за час, два» атмосферное давление начинает быстро падать, вплоть до внезапного усиления ветра, а затем начинает повышаться.
Грозы можно разделить на местные, фронтальные, ночные, в горах. Наиболее часто человек сталкивается с местными, или тепловыми грозами. Водяной пар в восходящем потоке теплого воздуха на высоте конденсируется, при этом выделяется много тепла, и восходящие потоки воздуха нагреваются, По сравнению с окружающим восходящий воздух теплее, он увеличивается н объеме, пока не превратится в грозовое облако. В больших по размеру грозовых облаках присутствуют кристаллики льда и капельки воды. В результате их дробления и трения между собой и о воздух образуются положительные и отрицательные заряды, под действием которых возникает сильное электростатическое поле «напряженность электростатического поля может достигать 100 ООО В/м». И разница потенциалов между отдельными частями облака, облаками или облаком и землей достигает громадных величин. При достижении критической электрической напряженности в воздухе возникает лавинообразная ионизация воздуха - искровой разряд молнии.
Фронтальная гроза возникает, когда массы холодного воздуха проникают в район, где преобладает теплая погода. Холодный воздух вытесняет теплый, при этом последний поднимается на высоту 5--7 км. Теплые слои воздуха вторгаются внутрь вихрей различной направленности, образуется шквал, сильное трение между слоями воздуха, что способствует накоплению электрических зарядов. Длина фронтальной грозы может достигать 100 км. В отличие от местных гроз после фронтальных обычно холодает. Ночная гроза связана с охлаждением земли ночью и образованием вихревых токов нисходящего воздуха.
Гроза в горах объясняется разницей в солнечной радиации, которой подвергаются южные и северные склоны гор. Ночные и горные грозы носильные и кратковременные. Грозовая активность в различных районах нашей планеты различна. Мировые очаги гроз: остров Ява - 220 грозовых иней в году; Экваториальная Африка - 150; Южная Мексика - 142; Панама 132; Центральная Бразилия - 106. Россия: Мурманск - 5; Архангельск - 10; Санкт-Петербург - 15; Москва - 20. Как правило, чем южнее «для северного полушария Земли» и севернее «для южного полушария Земли», тем выше грозовая активность. Грозы в Арктике и Антарктике очень редки. Пи Земле в год происходит 16 миллионов гроз. На каждый м2 поверхности земли приходится 2-3 удара молнии в год. В землю чаще всего ударяют молнии из отрицательно заряженных облаков.
По виду молнии различаются на: линейные, жемчужные и шаровые. Жемчужные и шаровые молнии довольно редкое явление. Их характеристики: распространенная линейная молния, с которой многократно встречается любой человек, имеет вид разветвляющейся линии. Величина силы тока в канале линейной молнии составляет в среднем 60 - 170 кА, зарегистрирована молния с током 290 кА. Средняя молния имеет энергию Л0 кВт/час «900 МДж». Разряд развивается за несколько тысячных долей секунды; при столь высоких токах воздух в зоне канала молнии практически мгновенно разогревается до температуры 30000 - 33000°С. В результате резко попытается давление, воздух расширяется и возникает ударная волна, сопровождающаяся звуковым импульсом - громом. *Жемчужная молния - очень редкое и красивое явление. Появляется сразу после линейной молнии и исчезает постепенно. Чаще всего разряд жемчужной молнии следует по пути чиненной. Молния имеет вид 12 м друг от друга и напоминающих жемчуг, нанизанный на нитку. Жемчужная молния может сопровождаться исключительными звуковыми эффектами.
Шаровая молния также довольно редка. На тысячи обычных линейных молний приходится 2 -3 шаровых. Шаровая молния, как правило, появляется чаще к концу грозы, реже - после грозы. Может иметь форму шара, эллипсоида, груши, диска и даже цепи шаров. Цвет Молнии - красный, желтый, оранжево-красный. Иногда молния ослепительно белая с очень резкими очертаниями. Цвет определяется содержанием различных веществ в воздухе. Форма и цвет молнии могут меняться во время разряда. Измерить параметры шаровой молнии и смоделировать ее в лабораторных условиях не удалось. По всей видимости, многие наблюдаемые неопознанные летающие объекты «НЛО» по своей природе аналогичны или близки шаровой молнии.
Опасные факторы воздействия молнии: Линейная молния. В связи с тем, что молния характеризуется большими величинами токов, напряжений и температр разряда, воздействие ее на человека, как правило, приводит к их смерти. От удара молнии в мире в среднем ежегодно погибает около 3000 человек причем известны случаи одновременного поражения нескольких человек. Разряд молнии проходит по пути наименьшего электрического сопротивления: если расположить рядом две мачты - металлическую и бол со высокую деревянную, то молния, скорее всего, ударит в металлическую мачту, хотя она ниже, потому что электропроводность металла выше; молния также значительно чаще ударяет в глинистые и влажные участки, чем в сухие и песчаные, поскольку первые обладают большей электропроводностью; в лесу молния действует тоже избирательно, попадая, прежде всего, в такие лиственные деревья как дуб, тополь, верба, ясень, так как в них содержится много крахмала. Хвойные деревья -- ель, пихта, лиственница и такие лиственные деревья как липа, грецкий орех, бук содержат много масел, поэтому оказывают большое электрическое сопротивление, и в них молния ударяет реже.
Из 100 деревьев молнией поражается: 27 процентов тополей; 20 процентов груш; 12 процентов лип; 8 процентов елей и только 0,5 процент кедровых. Кроме поражения людей и животных линейная молния довольно часто является причиной возникновения лесных пожаров, а также жилых и производственных зданий, особенно в сельской местности. В связи с этим необходимо принимать специальные защиты от поражения линейной молнией. Шаровая молния. Если природа линейной молнии ясна, а, следовательно, и ее поведение предсказуемо, то природа шаровой молнии до сих пор не понятна. Опасность поражения человека шаровой молнией, прежде всего, связанна именно с отсутствием методов и правил защиты человека от нее.
В 1753 году русский физик Георг Вильгельм Рихман, коллега М.В. Ломоносова, был убит шаровой молнией во время грозы при исследовании искровых разрядов в атмосфере. Известны многие случаи гибели людей при встрече с шаровой молнией. Драматический случай произошел с группой из пяти советских альпинистов 17 августа 1978 года на Кавказе на высоте около 4000м, где они остановились в ясную, холодную ночь на ночлег. В палатку к альпинистам залетел светло-желтый шар величиной с теннисный мяч. Шар парил над спальными мешками, в которых находились альпинисты, и методично, по какому-то собственному плану, проник в спальные мешки. Каждый такой «визит» вызывал отчаянный нечеловеческий крик, люди чувствовали сильнейшую боль, как будто их жгли автогеном, и теряли сознание. Они не могли двигать ни руками, ни ногами. После того как шар «посетил» спальные мешки каждого альпиниста по несколько раз, он исчез. Все альпинисты получили множество тяжелых ран. Это были не ожоги, а именно рваные раны: мышцы были вырваны целыми кусками, до самых костей. Одного из альпинистов - Олега Коровина - шар убил. При этом шаровая молния не коснулась ни одного предмета в палатке, а только покалечила людей.
Поведение шаровой молнии непредсказуемо. Она неожиданно появляется где угодно, в том числе в закрытых помещениях. Замечены случаи появления шаровой молнии из телефонной трубки, электрической бритвы, выключателя, розетки, репродуктора. Она достаточно часто проникает в здания через трубы, открытые окна и двери. Размеры шаровой молнии бывают от нескольких сантиметров до нескольких метров. Обычно она легко парит или катится над землей, иногда подскакивает. Она реагирует на ветер, сквозняк, восходящие и щи ходящие потоки воздуха. Однако отмечен случай, когда шаровая молния не реагировала на поток воздуха.
Шаровая молния может появиться, не нанеся вреда человеку или помещению, залететь в окно и исчезнуть из помещения через открытую дверь или дымовую трубу, пролетев мимо человека. Всякий контакт с ней приводит к тяжелым травмам, ожогам, а в большинстве случаев к смертельному исходу. Широкая молния может взорваться. Возникающая при этом воздушная волна способна травмировать человека или привести к разрушениям в здании. Известны случаи взрывов молний в печках, дымоходах, что приводило к разрушению последних. Собранные свидетельства о поведении шаровой миопии говорят, что в большинстве случаев взрывы не были опасны, тяжелые последствия возникали в 10 случаях из 100. Считается, что шаровая молния имеет температуру около 5000°С и может вызвать пожар.
`Правила поведения во время грозы:
Вспышку молнии мы видим практически мгновенно, та как свет распространяется со скоростью 300 000 км/с. Скорость распространения звука в воздухе равна примерно 344 м/с, то есть примерно за 3 секунды звук проходит 1 км. Молния опасна тогда, когда за вспышкой тут же следует раскат грома, значит, грозовое облако находится над Вами, и опасность удара молнии наиболее вероятна. Ваши действия перед грозой и во время нее должны быть зимующими: выходить из дома, закрыть окна, двери и дымоходы, позаботиться, чтобы не было сквозняка, который может привлечь шаровую молнию. Во время грозы не топить печку, так как дым, выходящий из трубы имеет высокую электропроводность, и вероятность удара молнии в возвышающуюся над крышей трубу возрастает; во время грозы подальше держаться от электропроводки, антенн, окон, дверей и всего остального, связанного с внешней средой. Не располагаться у стены, рядом с которой растет высокое дерево; радио и телевизоры отключать от сети, не пользоваться электроприборами и телефоном «особенно это важно для сельской местности»; «и время прогулки спрятаться в ближайшее здание. Особенно опасна гроза в поле. При поиске укрытия отдайте предпочтение металлической конструкции больших размеров или конструкции с металлической рамой, жилому дому или фугой постройке, защищенной молниеотводом; если нет возможности укрыться в здании, не надо прятаться в небольших сараях, под одинокими деревьями; не оставаться на возвышенностях и открытых незащищенных местах, вблизи металлических или сетчатых оград, крупных металлических объектов, влажных стен, заземления молниеотвода; при отсутствии укрытия лечь на землю, при этом предпочтение следует отдать сухому песчаному грунту, удаленному от водоема; если гроза застала Вас в лесу, необходимо рыться на участке с низкорослыми деревьями. Нельзя укрываться под высокими деревьями, особенно соснами, дубами, тополями. Лучше находиться ни расстоянии 30 м от отдельно высокого дерева. Обратите внимание - нет ли рядом деревьев, ранее пораженных грозой, расщепленных. Лучше держаться подальше от этого места. Обилие пораженных молнией деревьев свидетельствует, что грунт на данном участке имеет высокую электропроводность, и удар молнии в тин участок местности весьма вероятен во время грозы нельзя находиться на воде и у воды - купаться, ловить рыбу. Необходимо подальше отойти oт берет, и горах отойдите от горных гребней острых возвышающихся скип и вершин. При приближении в горах грозы нужно спуститься как можно ниже. Металлические предметы - альпинистски» крючья, ледорубы, кастрюли собрать в рюкзак и спустить на веревке на 20-30 м ниже по склону; во время грозы не занимайтесь спортом на открытом воздухе, не бегите, так как считается, что пот и быстрое движение «притягивает» молнию; если вы застигнуты грозой на велосипеде или мотоцикле, прекратите движение, оставьте их и переждите грозу на расстоянии примерно 30 м от них; если гроза застала вас в автомобиле, не нужно его покидать. Необходимо закрыть окна и опустить автомобильную антенну. Двигаться во время грозы на автомобиле не рекомендуется, поскольку гроза, как правило, сопровождается ливнем, ухудшающем видимость на дороге, а вспышка молнии может ослепить и вызвать испуг и, как следствие, аварии; при встрече с шаровой молнией не проявляйте по отношению к ней никакой активности, по возможности сохраняйте спокойствие и не двигайтесь. Не нужно приближаться к ней, касаться ее чем-либо, т.к. может произойти взрыв. Не следует убегать от шаровой молнии, потому что это может повлечь ее ш собой возникшим потоком воздуха.
Молниезащита:
Эффективным средством защиты от молнии является молниеотводы, Приоритет изобретения молниеотвода принадлежит американцу Бенджамину Франклину «1749 год». Несколько позднее в 1758 год, независимо от него, молниеотвод изобрел М.В. Ломоносов. Молниезащита путем установки молниеотводов основана на свойстве молнии, поражать наиболее высокие и хорошо заземленные металлические сооружения. Молниеотвод состоит из трех основных частей: молниеприемника, воспринимающего удар молнии; токовода, соединяющего молниеприемник с заземлителем, через который ток молнии стекает в землю. По типу монниеприемников наиболее распространены стержневые и тросовые. Молниеотводы разделяются на: одиночные, двойные и многократные.
Окрест молниеотвода образуется зона защиты, то есть пространство, и пределах которого обеспечивается защита строения или какого-либо другого объекта от прямого удара молнии. Степени защиты в указанных зонах составляют более 95 процентов. Это означает, что из 100 ударов молнии н защищенный объект возможно менее 5 случаев попадания, остальные удары будут восприняты молниеприемником. Зона защиты ограничивается образующими двух конусов, один из которых имеет высоту h, равную высоте молниеотвода, и радиус основания R = 0,75 h, а другой - высоту 0.8 h и радиус основания 1,5 h «при радиусе основания второго конуса R = h эффективность защиты обеспечивается на 99 процентов».
Молниеприемники стержневых молниеотводов изготавливают из стали любого профиля, как правило, круглого, сечением не менее 100мм2 и длиной не менее 200мм. Для защиты от коррозии ох окрашивают. Молниеприемники тросовых молниеотводов изготавливают из металлических тросов диаметром около 7мм. Тоководы должны выдерживать нагрев при протекании очень больших токов разряда молнии в течение короткого промежутка времени, поэтому их делают из металлов с небольшим сопротивлением. Сечение тоководов на воздухе не должно быть менее 48 мм2, а в земле - 160мм 2. заземлители являются важнейшим элементом молниезащиты. Их назначение обеспечивать достаточно малое сопротивление растеканию тока молнии в грунте. В качестве заземлителя можно использовать зарытые в землю на глубину 2 - 2,5м металлические трубы, плиты, мотки проволоки и сетки, куски (хищнической арматуры. Молниеотводы желательно устанавливать на возвышенностях, чтобы сократить путь молнии и увеличить размеры зоны защиты. Дымовые трубы, фронтоны, выступы на крыше, телевизионные антенны нужно заземлить с помощью тоководов. Металлические водосточные трубы и лестницы, ведущие на крышу, желательно соединить с тоководом или заземлить отдельно.
Грозовые разряды (молнии ) - это наиболее распространенный источник мощных электромагнитных полей естественного происхождения. Молния представляет собой разновидность газового разряда при очень большой длине искры. Общая длина канала молнии достигает нескольких километров, причем значительная часть этого канала находится внутри грозового облака. молнии Причиной возникновения молний является образование большого объемного электрического заряда.
Обычным источником молний являются грозовые кучево-дождевые облака, несущие в себе скопление положительных и отрицательных электрических зарядов в верхней и нижней частях облака и образующие вокруг этого облака электрические поля возрастающей напряженности. Образование таких объемных зарядов различной полярности в облаке (поляризация облака) связано с конденсацией вследствие охлаждения водяных паров восходящих потоков теплого воздуха на положительных и отрицательных ионах (центрах конденсации) и разделением заряженных капелек влаги в облаке под действием интенсивных восходящих тепловых воздушных потоков. Из-за того, что в облаке образуется несколько изолированных друг от друга скоплений зарядов (в нижней части облака скапливаются преимущественно заряды отрицательной полярности).
Грозовые разряды по внешним признакам могут быть разделены на несколько типов. Обычный тип - линейная молния , с разновидностями: ленточная, ракетообразная, зигзагообразная и разветвленная. Наиболее редкий тип разрядов - шаровая молния. Известны разряды, носящие названия "Огни святого Эльма" и "Свечение Анд". Молния обычно бывает многократной, т.е. состоит из нескольких единичных разрядов, развивающихся по одному и тому же пути, причем каждый разряд, так же как и разряд, получаемый в лабораторных условиях, начинается лидерным и завершается обратным (главным) разрядом. Скорость опускания лидера первого единичного разряда примерно равна 1500 км/с, скорости лидеров последующих разрядов достигают 2000 км/с, а скорость обратного разряда изменяется в пределах 15000 -150000 км/с, т. е. от 0,05 до 0,5 скорости света. Канал лидера, как и канал всякого стримера, заполнен плазмой, следовательно, обладает определенной проводимостью.
Верхним концом лидерный канал соединен с одним из заряженных центров в облаке, поэтому часть зарядов этого центра стекает в канал лидера. Распределение заряда в канале должно быть неравномерным, возрастая к его концу. Однако некоторые косвенные измерения позволяют предположить, что абсолютная величина заряда на головке лидера невелика и в первом приближении канал можно считать равномерно заряженным с линейной плотностью зарядов S. Общий заряд в канале лидера в этом случае равен Q = S*l, где l - длина канала, причем обычно значение его составляет около 10% значения заряда, стекающего в землю во время единичного разряда молнии. В 70-80% всех случаев этот заряд имеет отрицательную полярность. По мере продвижения канала лидера под действием создаваемого им электрического поля в земле происходит смещение зарядов, причем заряды, противоположные по знаку зарядам лидера (обычно это положительные заряды), стремятся расположиться как можно ближе к головке лидерного канала. В случае однородного грунта эти заряды скапливаются непосредственно под лидерным каналом.
Если грунт неоднородный и основная его часть обладает большим удельным сопротивлением, заряды сосредоточиваются в участках с повышенной проводимостью (реки, грунтовые воды). При наличии заземленных возвышающихся объектов (молниеотводы, дымовые трубы, высокие здания, смоченные дождем деревья) заряды стягиваются к вершине объекта, создавая там значительную напряженность поля. На первых стадиях развития лидерного канала напряженность электрического поля на его головке определяется собственными зарядами лидера и находящимися под облаком скоплениями объемных зарядов. Траектория движения лидера не связана с земными объектами. По мере опускания лидера все большее влияние начинают оказывать скопления зарядов на земле и возвышающихся объектах. Начиная с определенной высоты головки лидера (высота ориентировки), напряженность поля по одному из направлений оказывается наибольшей, и происходит ориентирование лидера на один из наземных объектов. Естественно, что при этом преимущественно поражаются возвышающиеся объекты и участки земли с повышенной проводимостью (избирательная поражаемость). С очень высоких объектов навстречу лидеру развиваются встречные лидеры, наличие которых способствует ориентированию молнии на данный объект.
После того, как канал лидера достигнет земли или встречного лидера, начинается обратный разряд, во время которого канал лидера приобретает потенциал, практически равный потенциалу земли. На головке развивающегося вверх обратного разряда имеется область повышенной напряженности электрического поля, под действием которой происходит перестройка канала, сопровождающаяся увеличением плотности зарядов плазмы от 10^13 - 10^14 до 10^16 - 10^19 1/м3, благодаря чему проводимость канала увеличивается по крайней мере в 100 раз. Во время развития обратного разряда через место удара проходит ток iM = v, где v - скорость обратного разряда. Процесс, происходящий при переходе лидерного разряда в обратный разряд, во многом аналогичен процессу замыкания на землю вертикального заряженного провода.
Если заряженный провод замыкается на землю через сопротивление r, то ток в месте заземления равен: где z = волновое сопротивление провода. Таким образом, и при разряде молнии ток в месте удара будет равен v только при сопротивлении заземления, равном нулю. При сопротивлениях заземления, отличных от нуля, ток в месте удара уменьшается. Количественно определить это уменьшение довольно трудно, так как волновое сопротивление канала молнии можно оценить лишь грубо приближенно. Имеются основания предполагать, что волновое сопротивление канала молнии уменьшается при увеличении тока, причем среднее значение примерно равно 200 - 300 Ом. В таком случае при изменении сопротивления заземления объекта от 0 до 30 Ом ток в объекте изменяется всего на 10%. Такие объекты в дальнейшем мы будем называть хорошо заземленными и считать, что через них проходит полный ток молнии iM = v. Основные параметры молнии и интенсивность грозовой деятельности Молнии с большими токами возникают крайне редко. Так, молнии с токами 200 кА возникают в 0,7...1,0% случаев от общего числа наблюдавшихся разрядов.
Число случаев ударов молний с величиной тока 20 кА составляет порядка 50%. Поэтому принято значения амплитуд токов молний представлять в виде кривых вероятностей (функций распределения), для которых по оси ординат откладывается вероятность появления токов молнии с максимальным значением. Основной количественной характеристикой молнии является ток, протекающий через пораженный объект, который характеризуется максимальным значением iM, средней крутизной фронта и длительностью импульса tи, которая равна времени уменьшения тока до половины максимального значения. В настоящее время наибольшее количество данных имеется по максимальным значениям тока молнии, измерение которой осуществляется простейшими измерительными приборами - магниторегистраторами, которые представляют собой цилиндрические стерженьки, изготовленные из стальных опилок или проволочек, запрессованных в пластмассу. Магниторегистраторы укрепляются вблизи возвышающихся объектов (молниеотводы, опоры линий передач) и располагаются вдоль силовых линий магнитного поля, которое возникает при прохождении тока молнии через объект. Так как для изготовления регистраторов применяются материалы, обладающие большой коэрцитивной силой, они сохраняют большую остаточную намагниченность.
Измеряя эту намагниченность, можно с помощью градуировочных кривых определить максимальное значение на магничивающего тока. Измерения магниторегистраторами не обеспечивают большой точности, однако этот недостаток частично компенсируется огромным количеством измерений, которые к настоящему времени исчисляются десятками тысяч. Располагая вблизи от поражаемого объекта рамку, замкнутую на индуктивную катушку, можно измерить крутизну тока молнии с помощью магниторегистратора, помещенного внутри катушки. Измерения показали, что токи молнии изменяются в широких пределах от нескольких килоампер до сотен килоампер, поэтому результаты измерения представляются в виде кривых вероятностей (функций распределения) токов молнии, на которых по оси абсцисс откладывается вероятность появления токов молнии с максимальным значением, превышающим значение, указываемое ординатой.
В Украине при расчетах грозозащиты используется кривая Для горных местностей ординаты кривой уменьшаются в 2 раза, так как при малых расстояниях от земли до облаков молния возникает при меньшей плотности зарядов в скоплениях, т. е. вероятность больших токов уменьшается. Значительно большие трудности представляет экспериментальное определение крутизны и длительности импульса тока молнии, поэтому количество экспериментальных данных по этим параметрам относительно невелико. Длительность импульса тока молнии в основном определяется временем распространения обратного разряда от земли до облака и в связи с этим изменяется в относительно узких пределах от 20 до 80-100 мкс. Средняя длительность импульса тока молнии близка к 50 мкс, что и определило выбор стандартного импульса.
Наиболее важными с точки зрения оценок грозовой стойкости РЭС являются: величина переносимого молнией заряда, ток в канале молнии, число повторных ударов по одному каналу и интенсивность грозовой деятельности. Все эти параметры определяются не однозначно и носят вероятностный характер. Заряд, переносимый молнией, колеблется в процессе разряда в пределах от долей кулона до нескольких десятков кулон. Средний заряд, опускаемый в землю многократной молнией, равен 15 - 25 Кл. Учитывая, что в среднем разряд молнии содержит три компоненты, следовательно, во время одной компоненты в землю переносится около 5 - 8 Кл. Из них в канал лидера стекает около 60% всего данного скопления зарядов, что составляет 3 - 5 Кл. Удар молнии в равнинные участки поверхности земли несет заряд 10 - 50 Кл (в среднем 25 Кл), при ударах молнии в горах - заряд 30 - 100 Кл (в среднем 60 Кл), при разрядах в телевизионные башни заряд достигает 160 Кл.
При разрядах молнии в землю в подавляющем большинстве (85 - 90%) в землю переносится отрицательный заряд. Заряд, стекающий в землю во время многократной молнии, изменяется в пределах от долей кулона до 100 Кл и более. Среднее значение этого заряда близко к 20 Кл. Заряд, спускаемый в землю во время гроз, по-видимому, играет существенную роль в поддержании отрицательного заряда земли. Интенсивность грозовой деятельности в различных климатических районах различается очень сильно. Как правило, количество гроз в течение года минимально в северных районах и постепенно увеличивается к югу, где повышенная влажность воздуха и высокая температура способствуют образованию грозовых облаков. Однако эта тенденция соблюдается не всегда. Существуют очаги грозовой деятельности и в средних широтах (например, в районе Киева), где создаются благоприятные условия для формирования местных гроз.
Интенсивность грозовой деятельности принято характеризовать числом грозовых дней в году или общей годовой продолжительностью гроз в часах. Последняя характеристика более правильна, так как число ударов молнии в землю зависит не от числа гроз, а от их общей продолжительности. Число грозовых дней или часов в году определяется на основании многолетних наблюдений метеорологических станций, обобщение которых позволяет составить карты грозовой деятельности, на которые наносятся линии равной продолжительности гроз - изокеранические линии. Средняя продолжительность гроз за один грозовой день для территории европейской части России и Украины 1,5-2 ч.
молния - это искровой разряд статического электричества, аккумулированного в грозовых облаках. в отличии от зарядов, образующихся на производстве и в быту, электрические заряды, накапливаемые в облаках, несоизмеримо больше. поэтому энергия искрового разряда - молнии и возникающие при этом токи очень велики и представляют большую опасность для человека, животных, строений. молния сопровождается звуковым импульсом - громом. сочетание молнии и грома называют грозой.Гроза - это исключительно красивое природное явление. как правило, после грозы улучшается погода, воздух становится прозрачен, свеж и чист, насыщен ионами, образующимися при разрядах молнии.
несмотря на это нужно помнить, что гроза в определенных условиях может представлять большую опасность для человека. каждый человек должен знать природу грозового явления, правила поведения во время грозы и методы защиты от молнии.
Гроза - сложный атмосферный процесс, и ее возникновение обусловлено образованием кучево-дождевых облаков. сильная облачность является следствием значительной неустойчивости атмосферы. для грозы характерен сильный ветер, часто интенсивный дождь (снег), иногда с градом. перед грозой (за час, два до грозы) атмосферное давление начинает быстро падать вплоть до внезапного усиления ветра, а затем начинает повышаться.
Грозы можно разделить на местные, фронтальные, ночные, в горах. наиболее часто человек сталкивается с местными или тепловыми грозами. эти грозы возникают только в жаркое время при большой влажности атмосферного воздуха. как правило, возникают летом в полуденное или послеполуденное время (12-16 часов). водяной пар в восходящем потоке теплого воздуха на высоте конденсируется, при этом выделяется много тепла и восходящие потоки воздуха подогреваются. по сравнению с окружающим восходящий воздух теплее, он увеличивается в объеме, пока не превратится в грозовое облако. в больших по размеру грозовых облаках постоянно витают кристаллики льда и капельки воды. в результате их дробления и трения между собой и о воздух образуются положительные и отрицательные заряды, под действием которых возникает сильное электростатическое поле (напряженность электростатического поля может достигать 100 000 В/м). и разница потенциалов между отдельными частями облака, облаками или облаком и землей достигает громадных величин. при достижении критической напряженности электрического воздуха возникает лавинообразная ионизация воздуха - искровой разряд молнии.
Фронтальная гроза возникает, когда массы холодного воздуха проникают в район, где преобладает теплая погода. холодный воздух вытесняет теплый, при этом последний поднимается на высоту 5-7 км. теплые слои воздуха вторгаются внутрь вихрей различной направленности, образуется шквал, сильное трение между слоями воздуха, что способствует накоплению электрических зарядов. длина фронтальной грозы может достигать 100 км. в отличие от местных гроз после фронтальных обычно холодает.
ночная гроза связана с охлаждением земли ночью и образованием вихревых токов восходящего воздуха.
гроза в горах объясняется разницей в солнечной радиации, которой подвергаются южные и северные склоны гор. ночные и горные грозы несильные и непродолжительные.
Грозовая активность в различных района нашей планеты различна. мировые очаги гроз: остров ява - 220, экваториальная африка - 150, южная мексика - 142, панама - 132, центральная бразилия - 106 грозовых дней в году. россия: мурманск - 5, архангельск - 10, с-петербург - 15, москва - 20 грозовых дней в году.
Как правило, чем южнее (для северного полушария Земли) и севернее (для южного полушария Земли), тем выше грозовая активность. грозы в арктике и антарктике очень редки. на Земле в год происходит 16 миллионов гроз. на каждый квадратный километр поверхности Земли приходится 2-3 удара молнии в год. в землю чаще всего ударяют молнии из отрицательно заряженных облаков.
по виду молнии различаются на линейные, жемчужные и шаровые. жемчужные и шаровые молнии довольно редкое явление.
Распространенная линейная молния , с которой многократно встречается любой человек, имеет вид разветвляющейся линии. величина силы тока в канале линейной молнии составляет в среднем 60 - 170 кА, зарегистрирована молния с током 290 кА. средняя молния несет энергию 250 кВт/час (900 Мдж). энергия, в основном, реализуется в виде световой, тепловой и звуковой энергий.
Разряд развивается за несколько тысячных долей секунды; при столь высоких токах воздух в зоне канала молнии практически мгновенно разогревается до температуры 30 000-33 000° С. в результате резко повышается давление, воздух расширяется - возникает ударная волна, сопровождающаяся звуковым импульсом - громом.
Перед и во время грозы изредка в темное время на вершинах высоких заостренных объектов (макушках деревьев, мачтах, вершинах острых скал в горах, крестах церквей, молниеотводах, иногда в горах у людей на голове, поднятой руке или у животных) можно наблюдать свечение, получившее название «огни святого эльма». это название дано в древности моряками, наблюдавшими свечение на вершинах мачт парусников.
Свечение возникает из-за того, что на высоких заостренных предметах напряженность электрического поля, создаваемого статическим электрическим зарядом облака, особенно высока; в результате начинается ионизация воздуха, возникает тлеющий разряд и появляются красноватые языки свечения, временами укорачивающиеся и опять удлиняющиеся. не следует пытаться тушить эти огни, т.к. горения нет. при высокой напряженности электрического поля может появиться пучок светящихся нитей - коронный разряд, который сопровождается шипением. линейная молния также изредка может возникнуть и при отсутствии грозовых облаков. не случайно возникла поговорка - «гром среди ясного неба».
жемчужная молния очень редкое и красивое явление. появляется сразу после линейной молнии и исчезает постепенно. преимущественно разряд жемчужной молнии следует по пути линейной. молния имеет вид светящихся шаров, расположенных на расстоянии 7-12 м друг от друга, напоминая собой жемчуг, нанизанный на нитку. жемчужная молния может сопровождаться значительными звуковыми эффектами.
шаровая молния также довольно редка. на тысячу обычных линейных молний приходится 2-3 шаровых. шаровая молния, как правило, появляется во время грозы, чаще к ее концу, реже после грозы. возникает, но очень редко, при полном отсутствии грозовых явлений. может иметь форму шара, эллипсоида, груши, диска и даже цепи соединенных шаров. цвет молнии - красный, желтый, оранжево-красный, окружена светящейся пеленой. иногда молния ослепительно белая с очень резкими очертаниями. цвет определяется содержанием различных веществ в воздухе. форма и цвет молнии могут меняться во время разряда. измерить параметры шаровой молнии и смоделировать ее в лабораторных условиях не удалось. по всей видимости, многие наблюдаемые неопознанные летающие объекты (НЛО) по своей природе аналогичны или близки шаровой молнии. подробнее о природе шаровой молнии можно прочитать
Узнать: Что такое гром? Что такое молния?
Может ли быть гром без молнии и наоборот, молния без грома?
Может ли быть гроза в другое время года, например, зимой?
Как влияют гром и молния на психику человека?
Как соответствуют действительности народные приметы о грозе?
Цель статьи:
Выяснить происхождение грома и молнии и узнать, что страшнее и опаснее – гром или молния?
Проверить соответствие народных примет о грозе
Найти научную информацию о происхождении молнии и грома;
Найти народные приметы об этих явлениях природы;
Пронаблюдать: почему бывает гроза, как она проходит; ее влияние на состояние человека и животных; состояние природы после грозы;
Сделать свои выводы.
Гипотезы:
1. Если несколько дней стоит жаркая погода, то непременно будет гроза.
2. Приближение грозы чувствуют животные и птицы.
3. Молния – это очень большой электрический заряд, поэтому она опасна для жизни человека.
Продукт исследовательской деятельности:
Составить сборник народных примет и загадок о грозе.
Методы исследования:
Анализ литературы, наблюдения
Многим природным явлениям мы не придаем особого значения, воспринимая их как что-то само собой разумеющееся. А вот гроза, видимо, не оставляет равнодушным ни одного человека на земле.
Многие боятся грозы, особенно когда она проходит прямо над головой, когда все небо в молниях и грохочет гром.
Мне всегда бывает очень страшно, когда идет гроза.
Однажды, возвращаясь с юга на машине, мы попали под сильную грозу. Стоял жаркий июльский день. Было очень душно. Вдруг стали собираться тучи, послышался гром. Хлынул дождь. Было очень страшно. Мы продолжали ехать под проливным дождем. Я очень боялась грома. Как гром ударит – кажется земля раскололась. А почему он гремит? Отчего получается гром? Мне стало интересно узнать об этом.
О грозе в древней мифологии
Самый главный бог у древних греков – Зевс – был также богом молнии и грома. Его называли громовержцем, тучегонителем. Зевс хмурит брови – и сгущаются тучи. В гневе он поражает молнией, устрашает громом.
У римлян богом-громовержцем был Юпитер. Как у древних греков Зевс, так у римлян Юпитер считался главным богом. У индусов богом-громовержцем был бог Индра, у скандинавов – бог Тор, у славян – бог Перун.
Перун – бог грозовых туч, грома и молнии. Очень выразительный портрет Громовержца дал поэт Константин Бальмонт:
У Перуна мысли быстры,
Что захочет – так сейчас.
Сыплет искры, мечет искры
Из зрачков сверкнувших глаз.
Перун был вооружен палицей, луком со стрелами (молнии это стрелы, которые метал бог), и топором. Топор считался одним из главных символов бога.
Перун часто оказывается тесно связан помимо огня с культом воды, дерева и камня. Он считается родоначальником небесного огня, который нисходя на землю, дает жизнь. С наступлением весеннего тепла он оплодотворяет землю дождями и выводит из-за туч ясное солнце. Его усилиями мир всякий раз как бы рождается заново.
Славяне представляли Перуна в образе всадника, скачущего по небесам на коне или едущего на колеснице. Грохот от колесницы люди принимали за раскаты грома. А так же Перуна представляли себе в виде немолодого разгневаного мужчины с рыжей клубящейся бородой. Отмечают, что рыжая борода - непременная черта Бога грозы у самых разных народов. В частности, рыжебородым считали Громовержца Тора в скандинавском пантеоне. У Перуна точно известно что волосы были как грозовая туча - черно -серебряные. Колесница Перуна была запряжена крылатыми жеребцами, белыми и воронами.
Само имя Перуна очень древнее. В переводе на современный язык оно означает "Тот кто сильнее бьет", "разящий". Перуна считали учредителем нравственого закона и самым первым защитником Правды.
Люди верили что Перун, гуляя по белому свету охотно принимает облик лесного быка Тура, поэтому бык считался священным животным Перуна.
Святилища Перуна устраивались под открытым небом. Они имели форму цветка; в тех святилищах, что раскопаны археологами, "лепестков" обычно восемь, но в древнейшие времена, по мнению ученых, их было шесть. "Лепестки" представляли собой ямы, в которых горел неугасимые священные костры. Посередине ставилось скульптурное изображение Перуна. Перед изображением Бога помещался алтарь, обычно в виде каменного кольца. Туда складывались приношения и проливали жертвенную кровь: чаще всего животную.
Научное объяснение происхождения грома и молнии
Гром получается от молний. Это из-за них весь шум и треск. А молнии получаются из-за столкновения туч. Влажный воздух поднимается вверх, получаются дождевые облака. Так как вверху холодно, то капельки превращаются в кристаллы льда. Кристаллы в облаках трутся друг о друга, образуется электричество, и получается вспышка – это молния. Небо освещается молнией, воздух на ее пути нагревается и быстро расширяется. Возникает взрывная волна, и мы слышим гром. Об этом даже есть стихотворение:
Говорила туча туче:
Прочь с дороги, пар летучий!
Ты не видишь – я спешу.
Налечу и сокрушу!
Отвечала туча туче:
Ты сама сверни-ка лучше.
Не уйдешь с дороги прочь –я
Разнесу тебя на клочья.
Раскатился смех в ответ:
Уступить дорогу? Нет!
Гряну саблей громовой –
И простишься с головой!
Не пугай, на этот случай
У меня заряд гремучий.
Буду биться я с тобой
Электрической стрелой.
Почернели обе тучи,
Лбы - что каменные кручи.
И, как в поле два быка,
Сшиблись в небе облака.
Вмиг вокруг все потемнело,
В страхе мир закрыл глаза.
Обе тучи то и дело
Мечут огненные стрелы,
Насмерть саблями разя.
Покатил по небу гром,
Сотрясая все кругом,
Тут сверкает, блещет там –
Трах! – и небо пополам!
И дрожат леса, поля:
Вдруг расколется земля?!
Бывает ли гром без молний? При грозе гром и молния возникают одновременно, но мы видим сначала молнию, а потом слышим гром. Гром – это всего лишь звук грозового разряда, который вызывает молнию.
Что правильно: громоотводы или молниеотводы?
Что страшнее: гром или молния?
От настоящего грома нет никакого вреда. Опасаться надо молнии, которая его породила. Молния – это огромная электрическая искра. В считанные доли секунды она пролетает несколько километров. Воздух на ее пути мгновенно раскаляется. Происходит взрыв. Звук от него – гром. С молнией шутки плохи.
Ударит в копну сена – подожжет, пожар устроит. Поэтому жилые дома, заводские трубы защищают молниеотводами. Это такой металлический стержень. Один его конец возвышается над постройками, другой закопан в землю. Молния сразу находит короткую дорожку и, не причинив никому и ничему вреда, уходит в землю. По привычке люди говорят - громоотводы. Но это неправильно. Правильно – молниеотводы.
Мои наблюдения и выводы
Летом я вела наблюдения, по каким признакам можно ожидать наступление грозы, постаралась соотнести их с народными приметами.
Я проанализировала результаты и сделала выводы:
1. Гроза чаще всего ожидается после продолжительной жары.
2. Перед грозой: С утра жарко и душно. «Парит! Будет гроза», - говорят люди.
К вечеру надвигается на небосвод огромная черная туча. Она ширится, растет на глазах и вот уже зловеще нависает над головой. Порывы сильного ветра поднимают с земли столбы пыли, обломанные ветки, срывают листья. Сгущаются сумерки. Ярко вспыхивает молния, ослепляя мгновенным светом. Оглушительно гремит гром. И вот сверху обрушиваются потоки воды.
3. Во время грозы. Проливной дождь идет. Кругом ничего не видно. На земле образуются лужи, заполняются водой все ямки и углубления. Они переполняются водой и потекли ручьи. Постепенно светлеет. Дождь стихает. Появляется ласковое солнышко.
4. После грозы.
Свежесть в воздухе. Чувство облегчения. Радость в душе. Щебет птиц. Хочется сказать грозе: «Спасибо! Как стало свежо! Уже совсем не страшно!». Она, как-будто, услышав благодарные слова, посылает нам чудесную радугу.
Я проверила некоторые народные приметы. Действительно:
1. Комары кусаются сильнее перед дождем.
2. Ласточки низко летают – к дождю.
3. Лягушки прыгают на суше – перед дождем.
4. Птицы приумолкли – перед грозой, ждут грома.
Гром и молнию можно сравнить с работой электросварщика. При сварке тоже вспыхивает искра – молния. А треск от нее – это как бы гром. От удара такой молнии сварщика защищают брезентовые рукавицы, от ослепительного света – черные очки. Я тоже видела летом как работают сварщики.
Однажды у мамы перегорел утюг – засверкало и затрещало.
В неисправленной розетке при включении электроприбора тоже засверкало и послышался треск. Папа сказал, что это тоже молния и гром, только маленькие, но точно также опасны как и настоящие.
Правила безопасного поведения во время грозы
Как вести себя во время грозы?
Я читала рассказ Льва Николаевича Толстого «Как меня в лесу застала гроза» В этом рассказе автор рассказывает случай из своего детства. Как он ходил в лес за грибами и попал под грозу. Он спрятался под большой дуб, а в него попала молния и разбила дуб в щепки. Мальчик упал и лежал до тех пор, пока не закончилась гроза. А потом он взял грибы и побежал домой.
Вывод: нельзя прятаться во время грозы под деревьями!
Я составила правила безопасного поведения во время грозы:
1. Если гроза застала тебя в открытом месте, ложись на землю, спрячься в яму или ложбинку, беги в укрытие – машину или здание. Ведь молния всегда ударяет в возвышенные места.
2. Если гроза застала тебя в воде, незамедлительно выходи на берег.
При попадании молнии в водоем, можно сильно пострадать.
3. Во время грозы нельзя прятаться под отдельно стоящими деревьями. Не стоит прятаться под высокими деревьями. В них чаще всего попадает молния.
4. Лучше всего переждать грозу в кустарнике. Туда молния не попадет.
Еще мне очень понравилось стихотворение по правилам безопасности во время грозы:
Люблю грозу в начале мая,
Когда весенний первый гром,
Как будто ласково играя,
Как бахнет издали ведром.
Но знает вся моя деревня,
И знают все мои друзья,
Что под высокие деревья
От молний прятаться нельзя.
Пусть далеко идти до дома,
Но нам, друзья, не ведом страх,
И я бегу из водоема
И прячусь от грозы в кустах.
Люблю грозу в начале мая.
Пусть гром гремит и дождь идет,
И ярко молния сверкает
В меня она не попадет!
Сборник загадок, народных примет о грозе
1. Подходила – грохотала, стрелы на поле метала.
Нам казалось - шла бедой, оказалось шла с водой.
Подошла и пролилась. Вдоволь пашня напилась. (Туча).
2. Сперва – блеск, за блеском – треск, за треском – плеск. (Гроза).
3. Громко стучит,
Звонко кричит,
А что говорит,
Никому не понять
И мудрецам не узнать. (Гром).
4. Раскаленная стрела
Дуб свалила у села. (Молния).
5. Сверкнет, громыхнет,
Мигнет, всех напугает. (Гром и молния).
7. Конь бежит, земля дрожит. (Гром).
8. На небе стукнет, на земле слышно. (Гром).
9. От небесного стука земля дрожит. (Гром).
10. Летит орлица по синему небу,
Крылья распластала,
Солнышко застлала. (Туча).
11. Ног нет, а идет,
Глаз нет, а плачет. (Туча).
12. Огнем сыплет, водой брызжет. (Грозовая туча).
13. Меня никто не видит, но всякий слышит, а верную спутницу мою всякий может видеть, но никто не слышит. (Гром и молния).
14. Летит птица орел, несет в зубах огонь, посередине его – человечья смерть. (Молния).
15. Заревел медведь на все горы, на все моря. (Гром).
16. Конь бежит, земля дрожит. (Гром).
17. Каркнул ворон
На сто городов,
На тысячу озер. (Гром).
18. Трах – тарарах! – едет баба на горах, батогом стучит, на весь свет ворчит. (Туча грозовая).
19. Без огня горит, без крыл летит, без ног бежит. (Туча грозовая).
20. Летит птица без крыла,
Бьет охотник без ружья,
Повар жарит без огня,
Баран ест безо рта. (Туча, гром, солнце и земля).
Народные приметы:
1. Птицы приумолкли – жди грома.
2. Утки надрывно кричат, хлопают крыльями, ныряют – грозу кличут.
3. Ласточки низко летают – к дождю, к грозе.
4. Жаворонки нахохлились – быть грозе.
5. Комары кусаются сильнее обычного обычно к грозе.
6. Муравьи прячутся в свои домики – к грозе.
7. Если ночью звезды сильно мерцают, а с утра небо покрыто тучами, то в полдень будет гроза.
8. Лягушки расквакались перед дождем.
9. Лягушки на суше прыгают – к дождю.
10. Утром слышен гром – вечером дождь.
11. Молния на западе – дождь следом.
12. Гром гремит долго и не резко – к ненастью; если же отрывисто и непродолжительно – будет ясно.
13. Если же гром гремит беспрерывно – будет град.
14. Если летом при холодной дождливой погоде гремит гром, следует ожидать длительной прохладной погоды, часто с дальнейшим понижением температуры.
15. Вода темнеет в реках перед грозой.
16. Лучи солнца темнеют – к сильной грозе.
17. Гром ранней весной – перед холодом.
18. Первый гром при северном ветре – холодная весна, при восточном – сухая и теплая, при южном – теплая, при западном – мокрая.
19. Гром в сентябре – теплая осень.
Бояться грозы не надо, но соблюдать осторожность во время грозы необходимо. Разряды атмосферного электричества могут нанести большой ущерб народному хозяйству и оказаться опасным для жизни, если своевременно не принять мер предосторожности. Опасаться надо молнии, а не грома. Известный американский специалист по грозам доктор К. В. Макихрон сказал, что, если вы услышите гром, молния вас уже не ударит; если вы увидели молнию, она уже не попадет в вас, а если она в вас ударит, вы об этом не узнаете.
Так я узнала, как получается гром и молния и что из них страшнее?
Теперь я не боюсь грома, а чтобы защититься от молнии, буду соблюдать правила. Я сделала вывод: бояться грома не надо, опасна молния.
Мои гипотезы подтвердились