Опис блискавки та грому. Природні явища

Блискавка- це іскровий розряд статичної електрики, акумульованої в грозових хмарах. На відміну від розрядів, що утворюються на виробництві та побуті, електричні заряди, що накопичуються в хмарах, незрівнянно більше. Тому енергія іскрового розряду - блискавка і струмів, що виникають при цьому, дуже велика і становить велику небезпеку для людини, тварин, будов. Блискавка супроводжується звуковим імпульсом – громом. Поєднання блискавки та грому називають грозою.

Гроза- це винятково гарне природне явище. Як правило, після грози покращується погода, повітря стає прозорим, свіжим і чистим, насичене іонами, що утворюються при розрядах блискавки. Незважаючи на це, треба пам'ятати, що гроза в певних умовах може становити велику небезпеку для людини. Кожна людина має знати природу грозового явища, правила поведінки під час грози та методи захисту від блискавки. Гроза - складний атмосферний процес та її виникнення обумовлено утворенням купово-дощових хмар. Сильна хмарність є наслідком значної нестійкості атмосфери. Для грози характерний сильний вітер, часто інтенсивний дощ «сніг», іноді з градом. Перед грозою за годину, дві атмосферний тиск починає швидко падати, аж до раптового посилення вітру, а потім починає підвищуватися.

Грози можна поділити на місцеві, передні, нічні, в горах. Найчастіше людина стикається з місцевими чи тепловими грозами. Водяна пара у висхідному потоці теплого повітря на висоті конденсується, при цьому виділяється багато тепла, і висхідні потоки повітря нагріваються. У великих за розміром грозових хмарах є кристалики льоду і крапельки води. В результаті їх дроблення і тертя між собою і повітря утворюються позитивні і негативні заряди, під дією яких виникає сильне електростатичне поле «напруженість електростатичного поля може досягати 100 ТОВ В/м». І різниця потенціалів між окремими частинами хмари, хмарами чи хмарою та землею досягає величезних величин. При досягненні критичної електричної напруженості повітря виникає лавиноподібна іонізація повітря - іскровий розряд блискавки.

Фронтальна гроза виникає, коли маси холодного повітря проникають у район, де переважає тепла погода. Холодне повітря витісняє тепле, при цьому останній піднімається на висоту 5-7 км. Теплі шари повітря вторгаються всередину вихорів різного спрямування, утворюється шквал, сильне тертя між шарами повітря, що сприяє накопиченню електричних зарядів. Довжина фронтальної грози може сягати 100 км. На відміну від місцевих гроз після передніх зазвичай холодає. Нічна гроза пов'язана з охолодженням землі вночі та утворенням вихрових струмів низхідного повітря.

Гроза в горах пояснюється різницею в сонячній радіації, яку зазнають південні та північні схили гір. Нічні та гірські грози носії та короткочасні. Грозова активність у різних районах нашої планети різна. Світові осередки гроз: острів Ява – 220 грозових іній на рік; Екваторіальна Африка – 150; Південна Мексика – 142; Панама 132; Центральна Бразилія – 106. Росія: Мурманськ – 5; Архангельськ – 10; Санкт-Петербург – 15; Москва - 20. Як правило, чим південніше для північної півкулі Землі і північніше для південної півкулі Землі, тим вище грозова активність. Грози в Арктиці та Антарктиці дуже рідкісні. Пі Землі на рік відбувається 16 мільйонів гроз. На кожен м2 поверхні землі припадає 2-3 удари блискавки на рік. У землю найчастіше вдаряють блискавки із негативно заряджених хмар.

На вигляд блискавки розрізняються на: лінійні, перлинні та кульові. Перлинні та кульові блискавки досить рідкісне явище. Їх характеристики: поширена лінійна блискавка, з якою багаторазово зустрічається будь-яка людина, має вигляд лінії, що розгалужується. Величина сили струму в каналі лінійної блискавки становить середньому 60 - 170 кА, зареєстрована блискавка зі струмом 290 кА. Середня блискавка має енергію Л0 кВт/годину "900 МДж". Розряд розвивається за кілька тисячних часток секунди; при таких високих струмах повітря в зоні каналу блискавки практично миттєво розігрівається до температури 30000 - 33000°С. В результаті різко спробує тиск, повітря розширюється і виникає ударна хвиля, що супроводжується звуковим імпульсом – громом. *Перлинна блискавка - дуже рідкісне та гарне явище. З'являється відразу після лінійної блискавки і поступово зникає. Найчастіше розряд перлинної блискавки слідує шляхом чиненої. Блискавка має вигляд 12 м один від одного і нагадує перли, нанизані на нитку. Перлинна блискавка може супроводжуватись винятковими звуковими ефектами.

Кульова блискавка також досить рідкісна. На тисячі звичайних лінійних блискавок доводиться 2-3 кульові. Кульова блискавка, як правило, з'являється частіше до кінця грози, рідше – після грози. Може мати форму кулі, еліпсоїда, груші, диска та навіть ланцюги куль. Колір Блискавки – червоний, жовтий, оранжево-червоний. Іноді блискавка сліпучо-біла з дуже різкими обрисами. Колір визначається вмістом різних речовин у повітрі. Форма та колір блискавки можуть змінюватись під час розряду. Виміряти параметри кульової блискавки та змоделювати її в лабораторних умовах не вдалося. Очевидно, багато спостерігаються непізнані літаючі об'єкти «НЛО» за своєю природою аналогічні чи близькі кульової блискавки.

Небезпечні чинники блискавки: Лінійна блискавка. У зв'язку з тим, що блискавка характеризується великими величинами струмів, напруг і температр розряду, вплив її на людину зазвичай призводить до їх смерті. Від удару блискавки у світі в середньому щороку гине близько 3000 осіб, причому відомі випадки одночасної поразки кількох людей. Розряд блискавки проходить шляхом найменшого електричного опору: якщо розташувати поруч дві щогли - металеву і більш високу дерев'яну, то блискавка, швидше за все, вдарить у металеву щоглу, хоча вона нижче, тому що електропровідність металу вище; блискавка також значно частіше вдаряє в глинисті та вологі ділянки, ніж у сухі та піщані, оскільки перші мають більшу електропровідність; у лісі блискавка діє теж вибірково, потрапляючи, передусім, у такі листяні дерева як дуб, тополя, верба, ясен, оскільки у них міститься багато крохмалю. Хвойні дерева - ялина, ялиця, модрина і такі листяні дерева як липа, волоський горіх, бук містять багато масел, тому надають великий електричний опір, і в них блискавка вдаряє рідше.

Зі 100 дерев блискавкою уражається: 27 відсотків тополь; 20 відсотків груш; 12 відсотків лип; 8 відсотків ялин і лише 0,5 відсотка кедрових. Крім ураження людей і тварин лінійна блискавка досить часто є причиною виникнення лісових пожеж, а також житлових та виробничих будівель, особливо у сільській місцевості. У зв'язку з цим необхідно приймати спеціальні захисти від ураження лінійною блискавкою. Кульова блискавка. Якщо природа лінійної блискавки ясна, а, отже, і її поведінка передбачувана, то природа блискавки кульової досі не зрозуміла. Небезпека ураження людини кульовою блискавкою, перш за все, пов'язана саме з відсутністю методів та правил захисту людини від неї.

В 1753 російський фізик Георг Вільгельм Ріхман, колега М.В. Ломоносова, був убитий кульовою блискавкою під час грози щодо іскрових розрядів у атмосфері. Відомі багато випадків загибелі людей під час зустрічі з кульовою блискавкою. Драматичний випадок стався із групою із п'яти радянських альпіністів 17 серпня 1978 року на Кавказі на висоті близько 4000м, де вони зупинилися в ясну, холодну ніч на нічліг. У намет до альпіністів залетіла світло-жовта куля завбільшки з тенісний м'яч. Куля ширяла над спальними мішками, в яких знаходилися альпіністи, і методично, за якимось власним планом, проникла в спальні мішки. Кожен такий «візит» викликав відчайдушний нелюдський крик, люди відчували сильний біль, ніби їх палили автогеном, і непритомніли. Вони не могли рухати ні руками, ні ногами. Після того, як куля «відвідав» спальні мішки кожного альпініста по кілька разів, вона зникла. Усі альпіністи отримали безліч важких ран. Це були не опіки, саме рвані рани: м'язи були вирвані цілими шматками, до кісток. Одного з альпіністів – Олега Коровіна – кулю вбив. При цьому кульова блискавка не торкнулася жодного предмета у наметі, а лише покалічила людей.

Поведінка кульової блискавки непередбачувана. Вона несподівано з'являється будь-де, у тому числі в закритих приміщеннях. Помічені випадки появи кульової блискавки з трубки, електричної бритви, вимикача, розетки, репродуктора. Вона досить часто проникає в будинки через труби, відкриті вікна та двері. Розміри кульової блискавки бувають від кількох сантиметрів до кількох метрів. Зазвичай вона легко ширяє або котиться над землею, іноді підскакує. Вона реагує на вітер, протяг, висхідні та щи ходять потоки повітря. Однак відзначено випадок, коли кульова блискавка не реагувала на потік повітря.

Кульова блискавка може з'явитися, не завдавши шкоди людині або приміщенню, залетіти у вікно і зникнути з приміщення через відкриті двері або димар, пролетівши повз людину. Будь-який контакт із нею призводить до тяжких травм, опіків, а здебільшого до смертельного результату. Широка блискавка може вибухнути. Повітряна хвиля, що при цьому виникає, здатна травмувати людину або призвести до руйнувань в будівлі. Відомі випадки вибухів блискавок у грубках, димарях, що призводило до руйнування останніх. Зібрані свідоцтва про поведінку кульової міопії кажуть, що у більшості випадків вибухи були небезпечні, важкі наслідки виникали у 10 випадках зі 100. Вважається, що кульова блискавка має температуру близько 5000°З може викликати пожежу.

`Правила поведінки під час грози:

Спалах блискавки ми бачимо практично миттєво, оскільки світло поширюється зі швидкістю 300 000 км/с. Швидкість поширення звуку повітря становить приблизно 344 м/с, тобто приблизно за 3 секунди звук проходить 1 км. Блискавка небезпечна тоді, коли за спалахом тут же йде гуркіт грому, значить, хмара знаходиться над Вами, і небезпека удару блискавки найбільш вірогідна. Ваші дії перед грозою та під час неї мають бути зимуючими: виходити з дому, закрити вікна, двері та димарі, подбати, щоб не було протягу, який може залучити кульову блискавку. Під час грози не топити пічку, так як дим, що виходить з труби має високу електропровідність, і ймовірність удару блискавки у трубу, що височить над дахом, зростає; під час грози подалі триматися від електропроводки, антен, вікон, дверей та всього іншого, пов'язаного із зовнішнім середовищем. Не розташовуватись біля стіни, поряд з якою росте високе дерево; радіо та телевізори відключати від мережі, не користуватися електроприладами та телефоном «особливо це важливо для сільської місцевості»; «І час прогулянки сховатися до найближчої будівлі. Особливо небезпечна гроза у полі. При пошуку укриття віддайте перевагу металевій конструкції великих розмірів або конструкції з металевою рамою, житловому будинку або фугою будівлі, захищеною блискавковідводом; якщо немає можливості сховатися в будівлі, не треба ховатися в невеликих сараях, під самотніми деревами; не залишатися на височинах та відкритих незахищених місцях, поблизу металевих або сітчастих огорож, великих металевих об'єктів, вологих стін, заземлення блискавковідводу; за відсутності укриття лягти на землю, при цьому перевагу слід віддати сухому піщаному ґрунту, віддаленому від водойми; Якщо гроза застала Вас у лісі, потрібно ритися на ділянці з низькорослими деревами. Не можна ховатися під високими деревами, особливо соснами, дубами, тополями. Краще перебувати на відстані 30 м від окремо високого дерева. Зверніть увагу - чи немає поряд дерев, раніше уражених грозою, розщеплених. Краще триматися подалі від цього місця. Велика кількість уражених блискавкою дерев свідчить, що ґрунт на даній ділянці має високу електропровідність, і удар блискавки в тин ділянку місцевості дуже ймовірний під час грози не можна перебувати на воді і у води - купатися, ловити рибу. Необхідно подалі відійти від бере, і горах відійдіть від гірських гребенів гострих скип і вершин. При наближенні в горах грози слід спуститися якнайнижче. Металеві предмети – альпіністські» гаки, льодоруби, каструлі зібрати в рюкзак і спустити на мотузці на 20-30 м нижче по схилу; під час грози не займайтеся спортом на відкритому повітрі, не біжіть, оскільки вважається, що піт та швидкий рух «притягує» блискавку; якщо ви застигнуті грозою на велосипеді або мотоциклі, припиніть рух, залиште їх та перечекайте грозу на відстані приблизно 30 м від них; якщо гроза застала вас в автомобілі, не потрібно залишати його. Необхідно закрити вікна та опустити автомобільну антену. Рухатися під час грози на автомобілі не рекомендується, оскільки гроза, як правило, супроводжується зливою, що погіршує видимість на дорозі, а спалах блискавки може засліпити та викликати переляк та, як наслідок, аварії; при зустрічі з кульовою блискавкою не проявляйте по відношенню до неї жодної активності, по можливості зберігайте спокій і не рухайтеся. Не треба наближатися до неї, торкатися її чимось, т.к. може статися вибух. Не слід тікати від кульової блискавки, тому що це може спричинити її ш собою потоком повітря, що виник.

Блискавкозахист:

Ефективним засобом захисту від блискавки є блискавковідводи, Пріоритет винаходу блискавковідводу належить американцю Бенджаміну Франкліну «1749». Дещо пізніше в 1758 рік, незалежно від нього, блискавковідведення винайшов М.В. Ломоносів. Захист блискавки шляхом встановлення блискавковідводів заснований на властивості блискавки, вражати найвищі і добре заземлені металеві споруди. Блискавковідвід складається з трьох основних частин: блискавкоприймача, що сприймає удар блискавки; токовода, що з'єднує блискавкоприймач із заземлювачем, через який струм блискавки стікає в землю. За типом монієприймачів найбільш поширені стрижневі та тросові. Блискавковідводи поділяються на: одиночні, подвійні та багаторазові.

Окрест блискавковідводу утворюється зона захисту, тобто простір, і в межах якого забезпечується захист будови або іншого об'єкта від прямого удару блискавки. Ступені захисту у зазначених зонах становлять понад 95 відсотків. Це означає, що зі 100 ударів блискавки н захищений об'єкт можливо менше 5 випадків влучення, решта ударів буде сприйнята блискавкоприймачем. Зона захисту обмежується утворюючими двох конусів, один з яких має висоту h, рівну висоті блискавковідводу, і радіус основи R = 0,75 h, а інший - висоту 0.8 h і радіус основи 1,5 h «при радіусі основи другого конуса R = h ефективність захисту забезпечується на 99 відсотків.

Блискавки стрижневих блискавковідводів виготовляють із сталі будь-якого профілю, як правило, круглого, перетином не менше 100мм2 і довжиною не менше 200мм. Для захисту від корозії ох забарвлюють. Блискавки тросових блискавковідводів виготовляють з металевих тросів діаметром близько 7мм. Тоководи повинні витримувати нагрівання при протіканні дуже великих струмів розряду блискавки протягом короткого проміжку часу, тому їх роблять із металів з невеликим опором. Перетин тоководів на повітрі має бути менше 48 мм2, а землі - 160мм 2. заземлювачі є найважливішим елементом блискавкозахисту. Їх призначення забезпечуватиме досить малий опір розтіканню струму блискавки в ґрунті. Як заземлювач можна використовувати закопані в землю на глибину 2 - 2,5 м металеві труби, плити, мотки дроту та сітки, шматки (хижацької арматури. Блискавковідводи бажано встановлювати на височинах, щоб скоротити шлях блискавки і збільшити розміри зони захисту. Димові труби, фронтони , виступи на даху, телевізійні антени необхідно заземлити за допомогою тоководів.

Додати сайт до закладок

Блискавка з погляду електрики

Електрична природа блискавки була розкрита в дослідженнях американського фізика Б. Франкліна, з ініціативи якого було проведено досвід із вилучення електрики з грозової хмари. Широко відомий досвід Франкліна щодо з'ясування електричної природи блискавки. У 1750 р. їм було опубліковано роботу, в якій було описано експеримент із використанням повітряного змія, запущеного в грозу. Досвід Франкліна був описаний у роботі Джозефа Прістлі.

Середня довжина блискавки 2,5 км, деякі розряди тягнуться в атмосфері на відстань до 20 км.

Як відбувається формування блискавки? Найчастіше блискавка виникає у купово-дощових хмарах, тоді вони називаються грозовими. Іноді блискавка утворюється в шарувато-дощових хмарах, а також при вулканічних виверженнях, торнадо та пилових бурях.

Схема виникнення блискавки: а – формування; б – розряд.

Для виникнення блискавки необхідно, щоб у відносно малому (але не менше деякого критичного) обсягу хмари утворилося електричне поле з напруженістю, достатньою для початку електричного розряду (~ 1 МВ/м), а в значній частині хмари існувало б поле із середньою напруженістю, достатньою підтримки початку розряду (~ 0,1-0,2 МВ/м). У блискавці електрична енергія хмари перетворюється на теплову та світлову.

Зазвичай спостерігаються лінійні блискавки, які відносяться до так званих безелектродних розрядів, оскільки вони починаються (і закінчуються) у скупченнях заряджених частинок. Це визначає їх деякі досі непояснені властивості, що відрізняють блискавки від розрядів між електродами.

Так, блискавки не бувають коротшими за кілька сотень метрів; вони виникають в електричних полях значно слабших, ніж поля при міжелектродних розрядах; збирання зарядів, що переносяться блискавкою, відбувається за тисячні частки секунди з мільярдів дрібних, добре ізольованих один від одного частинок, розташованих в об'ємі кілька кв.км.

Найбільш вивчений процес розвитку блискавки в грозових хмарах, при цьому блискавки можуть проходити у самих хмарах (внутрішньохмарні блискавки), а можуть вдаряти в землю (наземні блискавки).

Наземні блискавки

Схема розвитку наземної блискавки: а, б - два щаблі лідера; 1 – хмара; 2 - стримери; 3 - канал ступінчастого лідера; 4 – корона каналу; 5 – імпульсна корона на головці каналу; в – освіта головного каналу блискавки (К).

Процес розвитку наземної блискавки складається із кількох стадій. На першій стадії, в зоні, де електричне поле досягає критичного значення, починається ударна іонізація, що створюється спочатку вільними електронами, що завжди є в невеликій кількості в повітрі, які під дією електричного поля набувають значних швидкостей у напрямку до землі і, стикаючись з молекулами, складовими повітря, іонізують їх.

За більш сучасними уявленнями, розряд ініціюють високоенергетичні космічні промені, які запускають процес, що отримав назву пробою на електронах, що тікають. Таким чином, виникають електронні лавини, що переходять у нитки електричних розрядів - стримери, що є добре провідними каналами, які, зливаючись, дають початок яскравому термоіонізованому каналу з високою провідністю - ступінчастому лідеру блискавки.

Рух лідера до земної поверхні відбувається ступенями кілька десятків метрів зі швидкістю ~ 50 000 кілометрів на секунду, після чого його рух припиняється на кілька десятків мікросекунд, а світіння сильно слабшає; потім у наступній стадії лідер знову просувається на кілька десятків метрів.

Яскраве світіння охоплює при цьому всі пройдені щаблі, потім знову зупинка і ослаблення світіння. Ці процеси повторюються під час руху лідера до землі із середньою швидкістю 200 000 метрів на секунду. У міру просування лідера до землі напруженість поля на його кінці посилюється, і під його дією з виступаючих на поверхні Землі предметів викидається стример у відповідь, що з'єднується з лідером. Ця особливість блискавки використовується для створення блискавковідводу.

У заключній стадії по іонізованому лідером каналу слід зворотний (знизу вгору), або головний, розряд блискавки, що характеризується струмами від десятків до сотень тисяч ампер, яскравістю, що помітно перевищує яскравість лідера, і великою швидкістю просування, що спочатку доходить до ~ 100 000 , а в кінці зменшується до ~ 10 000 кілометрів на секунду.

Температура каналу при головному розряді може перевищувати 25000 °C.Довжина каналу блискавки може бути від 1 до 10 км, діаметр – кілька сантиметрів. Після проходження імпульсу струму іонізація каналу та його світіння слабшають. У фінальній стадії струм блискавки може тривати соті і навіть десяті частки секунди, досягаючи сотень і тисяч ампер. Такі блискавки називають затяжними, вони найчастіше викликають пожежі.

Головний розряд розряджає нерідко лише частину хмари. Заряди, розташовані на великих висотах, можуть дати початок новому (стрілоподібному) лідеру, що безперервно рухається зі швидкістю в тисячі кілометрів в секунду. Яскравість його світіння близька до яскравості східчастого лідера. Коли стрілоподібний лідер доходить до поверхні землі, слідує другий головний удар, подібний до першого.

Зазвичай блискавка включає кілька повторних розрядів, але їх кількість може сягати кількох десятків. Тривалість багаторазової блискавки може перевищувати 1 сек. Зміщення каналу багаторазової блискавки вітром створює так звану стрічкову блискавку - смугу, що світиться.

Внутрішньохмарні блискавки

Внутрішньохмарні блискавки включають зазвичай лише лідерні стадії, їх довжина коливається від 1 до 150 км. Частка внутрішньохмарних блискавок зростає зі зсувом до екватора, змінюючись від 0,5 в помірних широтах до 0,9 в екваторіальній смузі. Проходження блискавки супроводжується змінами електричних та магнітних полів та радіовипромінюванням, так званими атмосфериками.

Імовірність ураження блискавкою наземного об'єкта зростає в міру збільшення його висоти та зі збільшенням електропровідності ґрунту на поверхні або на деякій глибині (на цих факторах заснована дія громовідводу). Якщо в хмарі існує електричне поле, достатнє для підтримки розряду, але недостатнє для його виникнення, роль ініціатора блискавки може виконати довгий металевий трос або літак, особливо якщо він сильно заряджений електрично. Таким чином іноді «провокуються» блискавки в шарувато-дощових та потужних купових хмарах.

Кожної секунди близько 50 блискавок вдаряються в поверхню землі, і в середньому кожен її квадратний кілометр блискавки вражає шість разів на рік.

Люди та блискавка

Блискавки – серйозна загроза для життя людей. Поразка людини чи тварини блискавкою часто відбувається у відкритих просторах, т.к. електричний струм йде найкоротшим шляхом "грозова хмара-земля". Часто блискавка потрапляє у дерева та трансформаторні установки на залізниці, викликаючи їх загоряння.

Поразка звичайною лінійною блискавкою всередині будівлі неможлива, проте існує думка, що так звана кульова блискавка може проникати через щілини та відкриті вікна. Звичайний грозовий розряд небезпечний для телевізійних та радіоантен, розташованих на дахах висотних будівель, а також для мережного обладнання.

В організмі постраждалих від блискавки спостерігаються такі ж патологічні зміни, як при ураженні електрострумом. Жертва втрачає свідомість, падає, у нього можуть початися судоми, часто зупиняється дихання та серцебиття. На тілі зазвичай можна виявити "мітки струму" - місця входу та виходу електрики.

Це деревоподібні світло-рожеві або червоні смуги, що зникають при натисканні пальцями (зберігаються протягом 1-2 діб після смерті). Вони – результат розширення капілярів у зоні контакту блискавки з тілом. У разі смертельного результату причиною припинення основних життєвих функцій є раптова зупинка дихання та серцебиття від прямої дії блискавки на дихальний та судинно-руховий центри довгастого мозку.

При ураженні блискавкою перша медична допомога має бути невідкладною. У важких випадках (зупинка дихання та серцебиття) необхідна реанімація, її має надати, не чекаючи на медичних працівників, будь-який свідок нещастя. Реанімація ефективна лише у перші хвилини після поразки блискавкою, через 10-15 хвилин вона, зазвичай, вже неефективна. Екстрена госпіталізація необхідна у всіх випадках.

Жертви блискавок

У міфології та літературі:

Асклепій (Ескулап), син Аполлона - бог лікарів та лікарського мистецтва, не тільки зцілював, а й пожвавлював мертвих. Щоб відновити порушений світовий лад, Зевс вразив його своєю блискавкою;
Фаетон, син бога сонця Геліоса - одного разу взявся керувати сонячною колісницею свого батька, але не стримав вогнедишних коней і ледь не занапастив у страшному полум'ї Землю. Розгніваний Зевс пронизав Фаетона блискавками.

Історичні особистості:

російський академік Г. В. Ріхман - в 1753 загинув від удару блискавки;
народний депутат України, екс-губернатор Рівненської області В. Червоній 4 липня 2009 року загинув від удару блискавки.

Рой Саллі Ван залишився живим після семи ударів блискавкою;
американський майор Саммерфорд помер після тривалої хвороби (результат удару третьою блискавкою). Четверта блискавка повністю зруйнувала його пам'ятник на цвинтарі;
в індіанців Анд удар блискавкою вважається за необхідне досягнення вищих рівнів шаманської ініціації.

Дерева та блискавка

Високі дерева - найчастіша мета для блискавок. На реліктових деревах-довгожителя легко можна знайти множинні шрами від блискавок. Вважається, що дерево, що самотньо стоїть, частіше уражається блискавкою, хоча в деяких лісових районах шрами від блискавок можна побачити майже на кожному дереві. Сухі дерева від удару блискавки спалахують. Найчастіше удари блискавки бувають спрямовані в дуб, найрідше в бук, що, мабуть, залежить від різної кількості жирних олій у них, що становлять великий опір електриці.

Блискавка проходить у стовбурі дерева шляхом найменшого електричного опору, з виділенням великої кількості тепла, перетворюючи воду на пару, яка розколює стовбур дерева або частіше відриває від нього ділянки кори, показуючи шлях блискавки.

У наступні сезони дерева зазвичай відновлюють пошкоджені тканини і можуть закривати рану цілком, залишивши лише вертикальний шрам. Якщо збитки надто серйозні, вітер і шкідники в кінцевому підсумку вбивають дерево. Дерева є природними громовідведеннями і, як відомо, забезпечують захист від удару блискавки для довколишніх будівель. Висаджені біля будівлі високі дерева вловлюють блискавки, а висока біомаса кореневої системи допомагає заземлювати розряд блискавки.

З дерев, уражених блискавкою, виготовляють музичні інструменти, приписуючи їм унікальні властивості.

Блискавка є найпотужнішим розрядом електричної енергії. Природа виникнення полягає у сильної електризації хмар чи земної поверхні. Тому розряди відбуваються в самих хмарах або між двома сусідніми, або між хмарою або землею. Більшість людей грози боїться. Явище справді страшне. Похмурого вигляду хмари вкривають сонце, гуркотить грім, блищить блискавка, йде сильна злива. Але звідки береться блискавка, як пояснити дитині, що відбувається нагорі?

Звідки береться грім та блискавка пояснення для дітей

Гримить грім і з'являються блискавки. Процес виникнення блискавки поділяють перший удар і наступні. Причина в тому, що первинний удар створює шлях для електророзряду. У нижній частині хмари накопичується негативний розряд.

А позитивний заряд має земна поверхня. Тому електрони, розташовані в хмарі, притягуються до землі і спрямовуються вниз. Як тільки перші електрони досягають поверхні землі, створюється вільний для пропуску електричних розрядів канал, по якому електрони, що залишилися, спрямовуються вниз. Електрони біля землі першими йдуть із каналу. На їхнє місце поспішають потрапити інші. Створюється умова, у якому весь негативний розряд енергії виходить із хмари, створюючи потужний потік електрики, спрямований у землю. Ось у такий момент і можливий спалах блискавки, що супроводжується гуркотом грому.

Звідки береться кульова блискавка

Блискавки називають кульовими? Така блискавка вважається особливим видом, являє собою кулю, що пливе по повітрю. Розмір її від десяти до двадцяти сантиметрів, колір блакитний, помаранчевий чи білий. Температура такої кулі настільки велика, що при несподіваному розриві рідина, що його оточує, випаровується, а металеві або скляні предмети плавляться.

Існувати така кулька здатна тривалий час. При переміщенні він може зненацька змінити свій напрямок, зависнути в повітрі на кілька секунд, різко відхилитися в одну із сторін.

Утворюється кульова блискавка найчастіше під час грози, але трапляються випадки, коли її бачать у сонячну погоду. Її поява відбувається в одному екземплярі, несподівано. Куля здатна спуститися з хмар, з'явитися в повітрі через стовп або дерево досить несподівано. Вона здатна проникнути у замкнутий простір через розетку, телевізор.

Звідки гроза та блискавка

Стихії, щоб проявити свою силу, потрібні певні обставини. Наелектризовані хмари створюють блискавку. Але щоб пробити атмосферний шар, не в кожній хмарі міститься достатня для цього потужність. Грозовою буде вважатися та хмара, висота якої сягає кількох тисяч метрів. Низ хмари розташовується біля земної поверхні, температурний режим там вищий, ніж у верхній частині хмари, де краплі води здатні замерзати.

Маси повітря перебувають у постійному русі. Тепле повітря йде нагору, – опускається. Під час руху частинок вони електризуються. У різних частинах хмари накопичується неоднаковий потенціал. При досягненні критичного значення відбувається спалах, який супроводжують гуркіт грому.

Небезпечні блискавки

Зазвичай за першим ударом слідує другий. Пов'язано це тим, що електрони на першому спалаху іонізують повітря, створюючи можливість другого проходження електронів. Тому наступні спалахи відбуваються майже без пауз, ударяючи в те саме місце. блискавка, що з'являється з хмари, здатна завдати істотної шкоди своїм електричним розрядом для людини. Навіть якщо її удар прийде поряд, наслідки негативно позначаться на здоров'ї.

При грозі необхідно бути на суші якомога ближче до поверхні землі. Бажано не користуватися мобільними пристроями.

Блискавка - газовий розряд у природних умовах

Вступ3

1.Історичні погляди на блискавці 4

2. Блискавки 6

Види блискавок9

Фізика лінійної блискавки9

Загадка кульової блискавки ……………………………………………...13

3. Розряди 26

Види розрядів26

Іскровий розряд2 6

4. Блискавкозахист 33

Висновок3 7

Список використовуйованоїлітератури39

Вступ

Вибір теми мого реферату обумовлений як особистим інтересом, а й актуальністю. Природа блискавки таїть чимало загадок. При описі цього рідкісного феномену вчені змушені покладатися лише розрізнені свідчення очевидців. Ці скупі розповіді, та жменька фотографій - ось усе, що має наука. Як заявив один із учених, ми знаємо про блискавку не більше, ніж стародавні єгиптяни розповідали про природу зірок.

Блискавка представляє великий інтерес як як своєрідне явище природи. Вона дає можливість спостерігати електричний розряд у газовому середовищі при напрузі кілька сотень мільйонів вольт і відстані між електродами кілька кілометрів. Метою даного реферату є розгляд причин виникнення блискавки, вивчення різноманітних видів електричних зарядів. Також у рефераті розглянуто питання блискавкозахисту. Люди давним-давно зрозуміли, яка шкода може завдати удару блискавки, і придумали від неї захист.

Блискавки здавна цікавлять вчених, але й у наш час про їхню природу ми знаємо лише трохи більше, ніж 250 років тому, хоча змогли їх знайти навіть на інших планетах.

2. Історичні погляди на блискавці

Блискавка і грім спочатку сприймалися людьми як вияв волі богів і, зокрема, як божого гніву. Разом з тим допитливий людський розум з давніх-давен намагався осягнути природу блискавок і грому, зрозуміти їх природні причини. У давнину над цим розмірковував Аристотель. Над природою блискавок думав Лукрецій. Дуже наївно видаються його спроби пояснити грім як наслідок того, що «хмари збиваються там під натиском вітрів».

Багато століть, включаючи і середні віки, вважалося, що блискавка - це вогненна пара, затиснута у водяних парах хмар. Розширюючись, він прориває їх у найслабшому місці і швидко спрямовується вниз, до землі.

В 1752 Бенджамін Франклін (рис. 1) експериментально довів, що блискавка - це сильний електричний розряд. Вчений виконав знаменитий досвід із повітряним змієм, який був запущений у повітря при наближенні грози.

Досвід: На хрестовині змія була укріплена загострена тяганина, до кінця мотузки прив'язані ключ і шовкова стрічка, яку він утримував рукою. Щойно грозова хмара опинилася над змієм, загострений дріт почав витягувати з нього електричний заряд, і змій разом із мотузкою наелектризується. Після того, як дощ змочує змія разом із мотузкою, зробивши їх тим самим вільними проводити електричний заряд, можна спостерігати як електричний заряд «стікатиме» при наближенні пальця.

Поруч із Франклином дослідженням електричної природи блискавки займалися М.В. Ломоносов та Г.В. Ріхман.

Завдяки їхнім дослідженням у середині 18 століття було доведено електричну природу блискавки. З цього часу стало ясно, що блискавка є потужним електричним розрядом, що виникає при досить сильній електризації хмар.

Блискавки

Блискавка – вічне джерело підзарядки електричного поля Землі. На початку XX століття за допомогою атмосферних зондів виміряли електричне поле Землі. Його напруженість біля поверхні дорівнювала приблизно 100 В/м, що відповідає сумарному заряду планети близько 400 000 Кл. Переносником зарядів в атмосфері Землі є іони, концентрація яких збільшується з висотою і досягає максимуму на висоті 50 км, де під дією космічного випромінювання утворився електропровідний шар - іоносфера. Тому електричне поле Землі – це поле сферичного конденсатора з прикладеною напругою близько 400 кВ. Під дією цієї напруги з верхніх шарів нижні весь час тече струм силою 2-4 кА, щільність якого становить 1-12 А/м2, і виділяється енергія до 1,5 ГВт. І це електричне поле зникло б, якби не було блискавок! Тому в хорошу погоду електричний конденсатор – Земля – розряджається, а при грозі заряджається.

Блискавка – природний розряд великих скупчень електричного заряду у нижніх шарах атмосфери. Одним із перших це встановив американський державний діяч та вчений Б.Франклін. В 1752 він провів досвід з паперовим змієм, до шнура якого був прикріплений металевий ключ, і отримав від ключа іскри під час грози. З того часу блискавка інтенсивно вивчалася як цікаве явище природи, а також через серйозні пошкодження ліній електропередачі, будинків та інших будівель, що викликаються прямим ударом блискавки або наведеною нею напругою.

Як викликати розряд блискавки? Вивчати те, що станеться незрозуміло, де і коли, дуже складно. Саме так протягом довгих років працювали вчені, які досліджують природу блискавок. Вважається, що грозою на небі керує Ілля-пророк і нам не дано знати його плани. Проте вчені давно намагалися замінити Іллю-пророка, створюючи провідний канал між грозовою хмарою та землею. Б. Франклін для цього під час грози запускав повітряний змій, що закінчувався дротом та зв'язкою металевих ключів. Цим він викликав слабкі розряди, що стікають униз по дроту, і першим довів, що блискавка - це негативний електричний розряд, що стікає з хмар на землю. Досліди Франкліна були надзвичайно небезпечними, і один із тих, хто їх намагався повторити, - російський академік Г. В. Ріхман - у 1753 році загинув від удару блискавки.

У 1990-х роках дослідники навчилися викликати блискавки, не наражаючи на небезпеку своє життя. Один із способів викликати блискавку – запустити з землі невелику ракету прямо в грозову хмару. Вздовж усієї траєкторії ракета іонізує повітря і створює таким чином провідний канал між хмарою і землею. І якщо негативний заряд низу хмари досить великий, то вздовж створеного каналу відбувається розряд блискавки, всі параметри якого реєструють прилади, розташовані поруч із стартовим майданчиком ракети. Щоб створити ще найкращі умови для розряду блискавки, до ракети приєднують металевий провід, що з'єднує її із землею.

Хмара – фабрика з виробництва електричних зарядів. Однак на тілах може виявитися різний «заряджений» пил, навіть якщо вони виготовлені з одного того ж матеріалу, - достатньо, щоб мікроструктура поверхні відрізнялася. Наприклад, при терті гладкого тіла про шорстке обидва електризуватимуться.

Грозова хмара - це величезна кількість пари, частина якої конденсувалася у вигляді дрібних крапель або крижинок. Верх грозової хмари може бути на висоті 6-7 км, а низ нависати над землею на висоті 0,5-1 км. Вище 3-4 км хмари складаються з крижинок різного розміру, тому що температура там завжди нижча за нуль. Ці крижини знаходяться в постійному русі, викликаному висхідними потоками теплого повітря від нагрітої поверхні землі. Дрібні крижинки легше, ніж великі, захоплюються висхідними потоками повітря. Тому «шустрые» дрібні крижинки, рухаючись у верхню частину хмари, постійно зіштовхуються з великими. При кожному такому зіткненні відбувається електризація, коли великі крижинки заряджаються негативно, а дрібні - позитивно. З часом позитивно заряджені дрібні крижинки опиняються у верхній частині хмари, а негативно заряджені великі – внизу. Інакше кажучи, верхівка грози заряджена позитивно, а низ - негативно. Все готове для розряду блискавки, при якому відбувається пробій повітря та негативний заряд із нижньої частини грозової хмари перетікає на Землю.

Блискавка – «привіт» з космосу та джерело рентгенівського випромінювання. Проте сама хмара не може так наелектризувати себе, щоб викликати розряд між своєю нижньою частиною і землею. Напруженість електричного поля у грозовій хмарі ніколи не перевищує 400 кВ/м, а електричний пробій у повітрі відбувається при напруженості більше 2500 кВ/м. Тому для виникнення блискавки необхідно ще щось крім електричного поля. У 1992 році російський вчений А. Гуревич із Фізичного інституту ім. П. М. Лебедєва РАН (ФІАН) припустив, що своєрідним запалюванням для блискавки можуть бути космічні промені - частки високих енергій, що обрушуються Землю з космосу з навколосвітловими швидкостями. Тисячі таких частинок щосекунди бомбардують кожен квадратний метр земної атмосфери.

Відповідно до теорії Гуревича, частка космічного випромінювання, зіштовхуючись із молекулою повітря, іонізує її, у результаті утворюється величезна кількість електронів, які мають високої енергією. Потрапивши в електричне поле між хмарою і землею, електрони прискорюються до навколосвітніх швидкостей, іонізуючи шлях свого руху і таким чином викликаючи лавину електронів, що рухаються разом з ними до землі. Іонізований канал, створений цією лавиною електронів, використовується блискавкою для розряду.

Нещодавні дослідження показали, що блискавка є досить потужним джерелом рентгенівського випромінювання, інтенсивність якого може становити до 250 000 електронвольт, що приблизно вдвічі перевищує ту, яку використовують при рентгені грудної клітки.

Види блискавок

a) Більшість блискавок виникає між хмарою і земною поверхнею, однак є блискавки, що виникають між хмарами. Усі ці блискавки прийнято називати лінійними. Довжина окремої лінійної блискавки може вимірюватись кілометрами.

б) Ще одним видом блискавок є стрічкова блискавка (рис. 2). При цьому наступна картина, ніби виникли кілька майже однакових лінійних блискавок, зрушених щодо один одного.

в) Було помічено, що в деяких випадках спалах блискавок розпадається на окремі ділянки, що святяться, завдовжки кілька десятків метрів. Це явище отримало назву чіткої блискавки. Згідно з Маланом (1961) такий вид блискавок пояснюється на основі затяжного розряду, після свічення якого здавалося б яскравішим у тому місці, де канал згинається у напрямку спостерігача, що спостерігає його кінцем до себе. А Юман (1962) вважав, що це явище варто розглядати як приклад «пінг-ефекту», який полягає у періодичній зміні радіуса розрядного стовпа з періодом у декілька мікросекунд.

г) Кульова блискавка, що є найбільш загадковим природним явищем.

Фізика лінійної блискавки

Лінійна блискавка є кілька імпульсів, що швидко наступають один за одним. Кожен імпульс - це пробій повітряного проміжку між хмарою і землею, що у вигляді іскрового розряду. Спочатку розглянемо перший імпульс. У його розвитку є дві стадії: спочатку утворюється канал розряду між хмарою і землею, а потім по каналу, що утворився, швидко проходить імпульс основного струму.

Перша стадія – утворення каналу розряду. Все починається з того, що в нижній частині хмари формується електричне поле дуже великої напруженості – 105...106 В/м.

Вільні електрони отримують у такому полі величезні прискорення. Ці прискорення спрямовані вниз, оскільки нижня частина хмари заряджена негативно, а поверхня позитивно. На шляху від першого зіткнення до іншого, електрони набувають значної кінетичної енергії. Тому, зіштовхуючись із атомами чи молекулами, вони іонізують їх. В результаті народжуються нові (вторинні) електрони, які, у свою чергу, прискорюються в полі хмари, а потім у зіткненнях іонізують нові атоми і молекули. Виникають цілі лавини швидких електронів, що утворюють біля самого "дна" хмари, плазмові "нитки" - стрімер.

Зливаючись один з одним, стримери дають початок плазмовому каналу, яким згодом пройде імпульс основного струму.

Цей плазмовий канал, що розвивається від «дна» хмари до поверхні землі, наповнений вільними електронами та іонами, і тому може добре проводити електричний струм. Його називають лідеромчи точніше східчастим лідером. Справа в тому, що канал формується не плавно, а стрибками – «східцями».

Чому в русі лідера наступають паузи і до того ж відносно регулярні – достеменно невідомо. Існує кілька теорій ступінчастих лідерів.

У 1938 році Шонланд висунув два можливі пояснення затримки, що викликає східчастий характер лідера. Згідно з одним з них, має відбуватися рух електронів вниз каналом провідного стрімера (пилота). Однак частина електронів захоплюється атомами і позитивно зарядженими іонами, так що потрібен деякий час для надходження нових електронів, що просуваються, перш ніж виникне градієнт потенціалу, достатній для того, щоб струм тривав. Згідно з іншою точкою зору, час потрібен для того, щоб позитивно заряджені іони зібралися під головкою каналу лідера і таким чином створили на ній достатній градієнт потенціалу. А ось фізичні процеси, що відбуваються поблизу головки лідера, цілком зрозумілі. Напруженість поля під хмарою досить велика - вона становить<
B/м; в області простору безпосередньо перед головкою лідера вона ще більша. У сильному електричному полі поблизу головки лідера відбувається інтенсивна іонізація атомів та молекул повітря. Вона відбувається за рахунок, по-перше, бомбардування атомів та молекул швидкими електронами, що вилітають із лідера (так звана ударна іонізація), і, по-друге, поглинання атомами та молекулами фотонів ультрафіолетового випромінювання, що випускається лідером (фотоіонізація). Внаслідок інтенсивної іонізації плазмовий канал, що зустрічаються на шляху лідера атомів і молекул повітря, зростає, лідер рухається до поверхні землі.>

З урахуванням зупинок на шляху лідеру, щоб досягти землі, знадобилося 10...20 мс на відстані 1 км між хмарою та земною поверхнею. Тепер хмару з'єднує із землею плазмовий канал, який чудово проводить струм. Канал іонізованого газу як би замкнув хмару із землею коротко. У цьому перша стадія розвитку початкового імпульсу закінчується.

Друга стадіяпротікає швидко та потужно. Прокладеним лідером шляху спрямовується основний струм. Імпульс струму триває приблизно 0,1 мс. Сила струму досягає значень порядку<
А. Виділяється значна кількість енергії (до
Дж). Температура газу в каналі досягає
. Саме в цей момент народжується те надзвичайно яскраве світло, яке ми спостерігаємо при розряді блискавки, і виникає грім, спричинений раптовим розширенням раптово нагрітого газу.

Істотно, як і світіння, і розігрів плазмового каналу розвиваються у бік землі до хмари, тобто. знизу вгору. Для пояснення цього явища умовно розіб'ємо весь канал на кілька частин. Як тільки канал утворився (головка лідера досягла землі), вниз зіскакують насамперед електрони, які знаходилися в нижній його частині; тому нижня частина каналу першою починає світитися та розігріватися. Потім до землі спрямовуються електрони з наступної (високо перебуває частини каналу); починаються світіння та розігрів цієї частини. І так поступово - від низу до верху - в рух до землі включаються нові й нові електрони; в результаті свічення та розігрів каналу поширюються у напрямку знизу вгору.

Після того, як пройшов імпульс основного струму, настає пауза

тривалістю від 10 до 50мс. За цей час канал практично гасне, його температура падає приблизно до<
, ступінь іонізації каналу суттєво зменшується.

Якщо між наступними ударами блискавки пройде більше часу, ніж зазвичай, то ступінь іонізації може бути настільки низьким, особливо в нижній частині каналу, що виникає необхідність нового пілоту для повторної іонізації повітря. Це пояснює окремі випадки утворення ступенів на нижніх кінцях лідерів, що передують першому, а наступним головним ударам блискавки.

Як говорилося вище, новий лідер йде шляхом, який був проторений початковим лідером. Він без зупинки (1мс) пробігає весь шлях згори до низу. І знову слідує потужний імпульс основного струму. Після чергової паузи все повторюється. У результаті висвічуються кілька сильних імпульсів, які ми природно, сприймаємо як єдиний розряд блискавки, як єдиний яскравий спалах (рис. 3).

Загадка кульової блискавки

Кульова блискавка абсолютно не схожа на звичайну (лінійну) блискавку ні за своїм виглядом, ні за тим, як вона поводиться. Звичайна блискавка короткочасна; куля живе десятки секунд, хвилини. Звичайна блискавка супроводжується громом; кульова майже безшумна, у поведінці її багато непередбачуваного (рис. 4).

Кульова блискавка ставить нам безліч загадок, питань, на які немає чіткої відповіді. Нині можна лише припускати, робити гіпотези.

Єдиним методом вивчення кульової блискавки є систематизація та аналіз випадкових спостережень.

Підсумки обробки спостережень

Наведемо найбільш достовірні відомості про кульову блискавку (ШМ)

ШМ - це об'єкт кулястої форми діаметром 5 ... 30 см. Форма ШМ незначно змінюється, приймаючи грушоподібні або сплюснуті кулясті обриси. Дуже рідко ШМ спостерігався у формі тора.

ШМ світиться зазвичай помаранчевим кольором, відмічені випадки фіолетового забарвлення. Яскравість і характер світіння схожі зі свіченням розпеченого деревного вугілля, іноді інтенсивність світіння порівнюється зі слабкою електричною лампочкою. На тлі однорідного випромінювання виникають і переміщаються більш яскраві області (відблиски).

Час існування ШМ від кількох секунд до десяти хвилин. Існування ШМ закінчується її зникненням, що іноді супроводжується вибухом або яскравим спалахом, здатним викликати пожежу.

ШМ зазвичай спостерігається під час грози із дощем, але є окремі свідоцтва про спостереження ШМ під час грози без дощу. Відзначено випадки спостереження ШМ над водоймищами при значній відстані від берега або будь-яких предметів.

ШМ плаває в повітрі і переміщається разом з повітряними потоками, але при цьому може здійснювати «дивні» активні переміщення, які не збігаються з рухом повітря.

При зіткненні з навколишніми предметами ШМ відскакує як слабо накачаний повітряна кулька або закінчує своє існування.

При зіткненні зі сталевими предметами відбувається руйнування ШМ, при цьому спостерігається яскравий, що триває кілька секунд, спалах, що супроводжується фрагментами, що розлітаються світяться, що нагадують зварювання металів. Сталеві предмети при подальшому огляді виявляються трохи оплавленими.

ШМ іноді проникає у приміщення через зачинені вікна. Більшість свідків описує процес проникнення як переливання через невеликий отвір, дуже мала частина свідків стверджує, що ШМ проникає через неушкоджене шибку, при цьому практично не змінюючи своєї форми.

При короткому дотику ШМ до шкіри людини фіксуються незначні опіки. При контактах, які закінчилися спалахом чи вибухом, зафіксовано сильні опіки, і навіть смерть.

Істотної зміни розмірів ШМ та яскравості свічення за час спостереження не відзначається.

Існують свідоцтва про спостереження процесу виникнення ШМ із електричних розеток або діючих електроприладів. При цьому спочатку виникає точка, що світиться, яка протягом декількох секунд збільшується до розміру порядку 10 см. У всіх подібних випадках ШМ існує кілька секунд і руйнується з характерною бавовною без істотної шкоди для присутніх і навколишніх предметів.