Чому блищить блискавка і гримить грім? Види блискавок: лінійні, внутрішньохмарні, наземні. Розряд блискавки

Блискавка

Ми часто думаємо, що електрика - це щось таке, що виробляється тільки на електростанціях, а аж ніяк не в волокнистих масах водяних хмар, які настільки розріджені, що в них можна спокійно просунути руку. Тим не менш, у хмарах є електрика, як є навіть у людському тілі.

Природа електрики

Усі тіла складаються з атомів – від хмар та дерев до людського організму. Кожен атом має ядро, що несе позитивно заряджені протони і нейтральні нейтрони. Винятком є ​​найпростіший атом водню, в ядрі якого немає нейтрону, а є лише один протон.

Навколо ядра звертаються негативно заряджені електрони. Позитивні та негативні заряди взаємно притягуються, тому електрони обертаються навколо ядра атома, як бджоли біля солодкого пирога. Притягання між протонами та електронами обумовлено електромагнітними силами. Тому електрика є скрізь, куди б ми не подивилися. Як бачимо, воно міститься й у атомах.

У нормальних умовах позитивні та негативні заряди кожного атома врівноважують один одного, тому тіла, що складаються з атомів, зазвичай не несуть жодного сумарного заряду – ні позитивного, ні негативного. В результаті зіткнення з іншими предметами не викликає електричного розряду. Але іноді рівновага електричних зарядів у тілах може порушитись. Можливо, ви це відчуваєте на собі, перебуваючи вдома холодного зимового дня. У будинку дуже сухо та спекотно. Ви, човгаючи босими ногами, ходите по паласу. Непомітно вам частина електронів з підошв перейшла до атомів килима.

Матеріали на тему:

Як утворюється град?

Ось тепер ви несете електричний заряд, оскільки кількість протонів та електронів у ваших атомах вже не збалансована. Спробуйте тепер взятися за металеву ручку дверей. Між вами та нею проскочить іскра, і ви відчуєте електричний удар. Сталося ось що – ваше тіло, якому не вистачає електронів для досягнення електричної рівноваги, прагне за рахунок сил електромагнітного тяжіння відновити рівновагу. І вона відновлюється. Між рукою і ручкою дверей виникає потік електронів, спрямований до руки. Якби в кімнаті було темно, ви побачили б іскри. Світло видно тому, що електрони при перескакуванні випромінюють кванти світла. Якщо у кімнаті тихо, ви почуєте легке потріскування.

Електрика оточує нас усюди і міститься у всіх тілах. Хмари у цьому сенсі – не виняток. На тлі синього неба вони виглядають дуже невинними. Але як і в кімнаті, вони можуть нести електричний заряд. Якщо це так – бережіться! Коли хмара відновлює електричну рівновагу в собі - спалахує цілий феєрверк.

Як з'являється блискавка?

Ось що при цьому відбувається: у темній величезній грозовій хмарі постійно циркулюють потужні повітряні потоки, які стикають між собою різноманітні частинки - крупинки океанічної солі, пил і так далі. Так само, як ваші підошви при терті об килим звільняються від електронів, і частинки в хмарі при зіткненні звільняються від електронів, які перескакують на інші частинки. Так виникає перерозподіл зарядів. На одних частках, які втратили свої електрони, є позитивний заряд, на інших, які взяли на себе зайві електрони, тепер негативний заряд.

Матеріали на тему:

Як виникає кульова блискавка?

З причин, які не зрозумілі, більш важкі частинки заряджаються негативно, а легші - позитивно. Таким чином, важча нижня частина хмари заряджається негативно. Негативно заряджена нижня частина хмари відштовхує у бік землі електрони, оскільки однойменні заряди відштовхуються. Таким чином, під хмарою формується позитивно заряджена частина поверхні земної. Потім точно за таким же принципом, за яким між вами та дверною ручкою проскакує іскра, між хмарою та землею проскочить така сама іскра, тільки дуже велика і потужна це і є блискавка. Електрони гігантським зигзагом летять до землі, знаходячи свої протони. Замість ледь чутного потріскування лунає сильний удар грому.

Лікар біологічних наук, кандидат фізико-математичних наук К. БОГДАНОВ.

У кожний момент часу в різних точках Землі виблискують блискавки понад 2000 гроз. Кожної секунди близько 50 блискавок вдаряються в поверхню землі, і в середньому кожен її квадратний кілометр блискавки вражає шість разів на рік. Ще Б. Франклін показав, що блискавки, що б'ють по землі з грозових хмар, - це електричні розряди, що переносять на неї негативний заряд завбільшки кілька десятків кулонів, а амплітуда струму при ударі блискавки становить від 20 до 100 кА. Швидкісне фотозйомка показало, що розряд блискавки триває кілька десятих часток секунди і складається з кількох ще більш коротких розрядів. 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.

Наука та життя // Ілюстрації

Здатність електризації тертя різних матеріалів. Матеріал з пари, що труться, що знаходиться вище в таблиці, заряджається позитивно, а нижче - негативно.

Негативно заряджений низ хмари поляризує поверхню Землі під собою так, що вона заряджається позитивно, і коли з'являються умови для електричного пробою, виникає розряд блискавки.

Розподіл частоти гроз на поверхні суші та океанів. Найтемніші місця на карті відповідають частотам не більше 0,1 грози на рік на квадратний кілометр, а найсвітліші - понад 50.

Парасолька з громовідведенням. Модель продавалася в XIX столітті та мала попит.

Постріл рідиною або лазером по грозової хмарі, що нависла над стадіоном, веде розряд блискавки убік.

Декілька розрядів блискавок, викликаних пуском ракети в грозову хмару. Ліва вертикальна пряма – слід ракети.

Великий «гіллястий» фульгурит вагою 7,3 кг, знайдений автором на околиці Москви.

Порожнисті циліндричні фрагменти фульгуриту, утворені з оплавленого піску.

Білий фульгурит із Техасу.

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 1-2 . 10 -12 А/м 2 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.

Людина не відчуває електричного поля Землі, тому що його тіло - добрий провідник. Тому заряд Землі перебуває і поверхні тіла людини, локально спотворюючи електричне полі. Під грозовим хмарою щільність наведених землі позитивних зарядів може значно зростати, а напруженість електричного поля - перевищувати 100 кВ/м, в 1000 разів більше її значення хорошу погоду. В результаті в стільки ж разів збільшується позитивний заряд кожної волосинки на голові людини, що стоїть під грозовою хмарою, і вони, відштовхуючись один від одного, встають дибки.

Електризація - видалення "зарядженого" пилу.Щоб зрозуміти, як хмара поділяє електричні заряди, пригадаємо, що таке електризація. Найлегше зарядити тіло, втративши його інше. Електризація тертям - найстаріший спосіб отримання електричних зарядів. Саме слово "електрон" у перекладі з грецької на російську означає бурштин, оскільки бурштин завжди заряджався негативно при терті про шерсть або шовк. Величина заряду і його знак залежать від матеріалів тіл, що труться.

Вважається, що тіло, перш ніж його стали терти інше, електронейтрально. Дійсно, якщо залишити заряджене тіло у повітрі, то до нього почнуть прилипати протилежно заряджені частинки пилу та іони. Таким чином, на поверхні будь-якого тіла знаходиться шар "зарядженого" пилу, що нейтралізує заряд тіла. Тому електризація тертям - це процес часткового зняття "зарядженого" пилу з обох тіл. При цьому результат залежатиме від того, наскільки краще або гірше знімається "заряджений" пил з тіл, що труться.

Хмара – фабрика з виробництва електричних зарядів.Важко уявити, що у хмарі є пара матеріалів з перелічених у таблиці. Однак на тілах може виявитися різний "заряджений" пил, навіть якщо вони зроблені 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 "спритні" дрібні крижинки, рухаючись у верхню частину хмари, весь час стикаються 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 із 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 (див. "Наука життя" № 7, 1993 р.).

Кожен, хто бачив блискавку, помітив, що це пряма, що яскраво світиться, що з'єднує хмару і землю, а ламана лінія. Тому процес утворення провідного каналу для розряду блискавки називають її "ступінчастим лідером". Кожна з таких "сходинок" - це місце, де електрони, що розігналися до навколосвітніх швидкостей, зупинилися через зіткнення з молекулами повітря і змінили напрямок руху. Доказ для такої інтерпретації ступінчастого характеру блискавки - спалахи рентгенівського випромінювання, що збігаються з моментами, коли блискавка, ніби спотикаючись, змінює свою траєкторію. 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.

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 дуже 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.

Блискавка: подарувала життя і двигун еволюції. В 1953 біохіміки С. Міллер (Stanley Miller) і Г. Юрі (Harold Urey) показали, що одні з "цеглинок" життя - амінокислоти можуть бути отримані шляхом пропускання електричного розряду через воду, в якій розчинені гази "первісної" атмосфери Землі ( метан, аміак та водень). Через 50 років інші дослідники повторили ці досліди і отримали самі результати. Таким чином, наукова теорія зародження життя Землі відводить удару блискавки основну роль.

При пропущенні коротких імпульсів струму через бактерії в їх оболонці (мембрані) з'являються пори, через які можуть проходити всередину фрагменти ДНК інших бактерій, запускаючи один з механізмів еволюції.

Чому взимку грози дуже рідкісні?Ф. І. Тютчев, написавши "Люблю грозу на початку травня, коли весняний перший грім ...", знав, що взимку гроз майже не буває. Щоб утворилася грозова хмара, необхідні висхідні потоки вологого повітря. Концентрація насиченої пари зростає з підвищенням температури і максимальна влітку. Різниця температур, від якої залежать висхідні потоки повітря, тим більше, чим вища його температура біля поверхні землі, тому що на висоті кількох кілометрів його температура не залежить від пори року. Значить, інтенсивність висхідних потоків максимальна також влітку. Тому й грози у нас найчастіше влітку, а на півночі, де й улітку холодно, грози досить рідкісні.

Чому грози частіше над суходолом, ніж над морем?Щоб хмара розрядилася, у повітрі під нею має бути достатня кількість іонів. Повітря, що складається тільки з молекул азоту та кисню, не містить іонів, і його дуже важко іонізувати навіть у електричному полі. А от якщо в повітрі багато сторонніх частинок, наприклад, пилу, то й іонів теж багато. Іони утворюються при русі частинок у повітрі аналогічно тому, як електризуються при терті один про одного різні матеріали. Очевидно, що пилу в повітрі набагато більше над суходолом, ніж над океанами. Тому грози і гримлять над сушею частіше. Помічено також, що насамперед блискавки б'ють тими місцями, де в повітрі особливо велика концентрація аерозолів - димів і викидів підприємств нафтопереробної промисловості.

Як Франклін відхилив блискавку.На щастя, більшість розрядів блискавки відбуваються між хмарами і тому загрози не становлять. Однак вважається, що щороку блискавки вбивають понад тисячу людей по всьому світу. Принаймні у США, де ведеться така статистика, щороку від удару блискавки страждають близько 1000 людей і більше ста з них гинуть. Вчені давно намагалися захистити людей від цієї "кари божої". Наприклад, винахідник першого електричного конденсатора (лейденської банки) Пітер ван Мушенбрук (1692-1761) у статті про електрику, написану для знаменитої французької Енциклопедії, захищав традиційні способи запобігання блискавці - дзвін і стрілянину з гармат, які, як він вважав, ефективними.

Бенджамін Франклін, намагаючись захистити Капітолій столиці штату Меріленд, у 1775 році прикріпив до будівлі товстий залізний стрижень, який височів над куполом на кілька метрів і був з'єднаний із землею. Вчений відмовився патентувати свій винахід, бажаючи, щоб він якнайшвидше почав служити людям.

Звістка про громовідвід Франкліна швидко рознеслася Європою, і його обрали в усі академії, включаючи і Російську. Однак у деяких країнах побожне населення зустріло цей винахід із обуренням. Сама думка, що людина так легко і просто може приборкати головну зброю "божого гніву", здавалася блюзнірською. Тому в різних місцях люди з благочестивих міркувань ламали громовідводи. Цікавий випадок стався у 1780 році у невеликому містечку Сент-Омер на півночі Франції, де городяни зажадали знести залізну щоглу громовідводу, і справа дійшла до судового розгляду. Молодий адвокат, який захищав громовідведення від нападок мракобісів, побудував захист на тому, що і розум людини, і її здатність підкорювати сили природи мають божественне походження. Все, що допомагає врятувати життя на благо - доводив молодий адвокат. Він виграв процес і здобув велику популярність. Адвоката звали Максиміліан Робесп'єр. Ну а зараз портрет винахідника громовідводу - найбажаніша репродукція у світі, адже вона прикрашає відому стодоларову купюру.

Як можна захиститися від блискавки за допомогою водяного струменя та лазера. Нещодавно було запропоновано принципово новий спосіб боротьби з блискавками. Громовідвід створять із... струменя рідини, якою стрілятимуть із землі безпосередньо в грозові хмари. Громовідвідна рідина являє собою сольовий розчин, який додані рідкі полімери: сіль призначена для збільшення електропровідності, а полімер перешкоджає "розпаду" струменя на окремі крапельки. Діаметр струменя становитиме близько сантиметра, а максимальна висота – 300 метрів. Коли рідкий громовідвід доопрацюють, їм оснастять спортивні та дитячі майданчики, де фонтан увімкнеться автоматично, коли напруженість електричного поля стане досить високою, а ймовірність удару блискавки – максимальною. По струмені рідини з грозової хмари стікатиме заряд, роблячи блискавку безпечною для оточуючих. Аналогічний захист від розряду блискавки можна зробити і за допомогою лазера, промінь якого, іонізуючи повітря, створить канал для електричного розряду далеко від скупчення людей.

Чи може блискавка збити нас зі шляху?Так, якщо ви користуєтесь компасом. У відомому романі Г. Мелвіла "Мобі Дік" описаний саме такий випадок, коли розряд блискавки, який створив сильне магнітне поле, перемагнітив компасову стрілку. Однак капітан судна взяв швейну голку, вдарив по ній, щоб намагнітити, і поставив її замість зіпсованої компасової стрілки.

Чи може вас вразити блискавка всередині будинку чи літака?На жаль так! Струм грозового розряду може увійти в будинок по телефонному проводу від стовпа, що стоїть поруч. Тому при грозі намагайтеся не скористатися звичайним телефоном. Вважається, що говорити по радіотелефону або мобільному безпечніше. Не слід під час грози торкатися труб центрального опалення та водопроводу, які з'єднують будинок із землею. З цих міркувань фахівці радять при грозі вимикати всі електричні прилади, у тому числі комп'ютери та телевізори.

Щодо літаків, то, взагалі кажучи, вони намагаються облітати райони з грозовою активністю. І все-таки в середньому щорічно до одного з літаків потрапляє блискавка. Її струм вразити пасажирів не може, він стікає зовнішньою поверхнею літака, але здатний вивести з ладу радіозв'язок, навігаційне обладнання та електроніку.

Фульгуріт - блискавка, що скам'яніла.При розряді блискавки виділяється 109-1010 джоулів енергії. Більшість її витрачається створення ударної хвилі (грім), нагрівання повітря, світловий спалах та інші електромагнітні хвилі, і лише невелика частина виділяється там, де блискавка входить у землю. Однак і цієї "маленької" частини цілком достатньо, щоб викликати пожежу, вбити людину та зруйнувати будівлю. Блискавка може розігріти канал, яким вона рухається, до 30 000 ° С, у п'ять разів вище за температуру на поверхні Сонця. Температура всередині блискавки набагато більша за температуру плавлення піску (1600-2000°C), але розплавиться пісок чи ні, залежить ще й від тривалості блискавки, яка може становити від десятків мікросекунд до десятих часток секунди. Амплітуда імпульсу струму блискавки зазвичай дорівнює кільком десяткам кілоампер, але іноді може перевищувати 100 кА. Найпотужніші блискавки викликають народження фульгуритів - порожніх циліндрів з оплавленого піску.

Слово "фульгуріт" походить від латинського fulgur, що означає блискавка. Найдовші з розкопаних фульгуритів вирушали під землю на глибину понад п'ять метрів. Фульгурити також називають оплавленості твердих гірських порід, утворені ударом блискавки; вони іноді у великій кількості трапляються на скелястих вершинах гір. Фульгурити, що складаються з переплавленого кремнезему, зазвичай є конусоподібні трубочки товщиною з олівець або з палець. Їх внутрішня поверхня гладка і оплавлена, а зовнішня утворена піщинками, що пристали до оплавленої маси. Колір фульгурит залежить від домішок мінералів в піщаному грунті. Більшість з них мають рудувато-коричневий, сірий або чорний колір, проте зустрічаються зелені, білі або напівпрозорі фульгурити.

Очевидно, перший опис фульгуритів та його зв'язку з ударами блискавки було зроблено 1706 року пастором Д. Германом (David Hermann). Згодом багато хто знаходив фульгурити поблизу людей, уражених розрядом блискавки. Чарльз Дарвін під час навколосвітньої подорожі на кораблі "Бігль" виявив на піщаному березі поблизу Мальдонадо (Уругвай) кілька скляних трубочок, що йдуть у пісок вертикально вниз більш ніж на метр. Він описав їхні розміри та пов'язав їх освіту з розрядами блискавок. Відомий американський фізик Роберт Вуд отримав "автограф" блискавки, яка мало не вбила його:

"Пройшла сильна гроза, і небо над нами вже прояснилося. Я пішов через поле, яке відокремлює наш будинок від будинку моєї своячки. Я пройшов ярдів десять стежкою, як раптом мене покликала моя дочка Маргарет. Я зупинився секунд на десять і тільки-но рушив далі, як раптом небо прорізала яскрава блакитна лінія, з гуркотом дванадцятидюймової зброї вдаривши в стежку за двадцять кроків переді мною і піднявши величезний стовп пари.Я пішов далі, щоб подивитися, який слід залишила блискавка. обпаленої конюшини дюймів у п'ять діаметром, з діркою посередині о півдюйму... Я повернувся до лабораторії, розплавив вісім фунтів олова і залив у отвір... Те, що я викопав, коли олово затверділо, було схоже на величезний, злегка вигнутий собачий. як і належить, в рукоятці і поступово сходить до кінця. Він був трохи довше трьох футів "(цитується за В. Сібрук. Роберт Вуд. - М.: Наука, 1985, с. 285).

Поява скляної трубочки в піску при розряді блискавки пов'язана з тим, що між піщинками завжди знаходяться повітря та волога. Електричний струм блискавки за частки секунд розжарює повітря та водяні пари до величезних температур, викликаючи вибухоподібне зростання тиску повітря між піщинками та його розширення, що чув і бачив Вуд, який дивом не став жертвою блискавки. Повітря, що розширюється, утворює циліндричну порожнину всередині розплавленого піску. Подальше швидке охолодження фіксує фульгурит - скляну трубочку в піску.

Часто акуратно викопаний з піску фульгурит формою нагадує корінь дерева або гілка з численними відростками. Такі гіллясті фульгурити утворюються, коли розряд блискавки потрапляє у вологий пісок, який, як відомо, має більшу електропровідність, ніж сухий. Фульгурит, що народжується при цьому, лише повторює цю форму, Фульгурит дуже тендітний, і спроби очистити від прилиплого піску нерідко призводять до його руйнування, особливо це стосується гіллястих фульгуритів, що утворилися у вологому піску.

Блискавка - одне з тих природних явищ, які здавна вселяли страх людського роду. Зрозуміти її сутність прагнули найбільші уми, такі як Аристотель чи Лукрецій. Вони вважали, що це куля, що складається з вогню і затиснута у водяних парах хмар, і, збільшуючись у розмірі, вона прориває їх і стрімкою іскрою падає на землю.

Поняття блискавки та її зародження

Найчастіше блискавка утворюється в які мають досить великий розмір. Верхня частина може розташовуватися на висоті 7 кілометрів, а нижня - лише за 500 метрів над поверхнею землі. Враховуючи атмосферну температуру повітря, можна дійти висновку, що на рівні 3-4 км вода замерзає і перетворюється на крижинки, які, стикаючись між собою, електризуються. Ті, що мають найбільший розмір, отримують негативний заряд, а найменші - позитивний. Виходячи зі своєї ваги, вони рівномірно розподіляються у хмарі за шарами. Зближуючись між собою, вони утворюють плазмовий канал, з якого виходить електрична іскра, іменована блискавкою. Свою ламану форму вона набула через те, що на шляху до землі часто зустрічаються різні повітряні частинки, які утворюють перепони. І щоби їх обійти, доводиться змінювати траєкторію.

Фізичний опис блискавки

Розряд блискавки виділяє від 109 до 1010 джоулів енергії. Така колосальна кількість електрики більшою мірою витрачається на створення світлового спалаху і який інакше називається громом. Але навіть маленькій частині блискавки вистачить, щоб творити немислимі речі, наприклад, її розряд може вбити людину чи зруйнувати будівлю. Ще один цікавий факт говорить про те, що це природне явище здатне плавити пісок, утворюючи порожнисті циліндри. Такий ефект досягається через високу температуру всередині блискавки, вона може досягати 2000 градусів. Час удару об землю також різний, він може бути більше секунди. Що ж до потужності, то амплітуда імпульсу може досягти сотні кіловат. Поєднуючи всі ці фактори, виходить найсильніший природний розряд струму, який несе в собі загибель всього того, чого торкнеться. Усі існуючі види блискавок дуже небезпечні, і зустріч із нею вкрай небажана людини.

Освіта грому

Всі види блискавок неможливо уявити без гуркоту грому, який не несе в собі такої ж небезпеки, але в деяких випадках може призвести до збою роботи мережі та інших технічних неполадок. Він виникає через те, що тепла хвиля повітря, нагріта блискавкою до гарячої температури, ніж сонце, стикається з холодною. Звук, що виходить при цьому, - не що інше, як хвиля, спричинена коливаннями повітря. У більшості випадків гучність збільшується до кінця гуркоту. Це відбувається через відображення звуку від хмар.

Які бувають блискавки

Виявляється, усі вони різні.

1. Лінійні блискавки - різновид, що найчастіше зустрічається. Електричний гуркіт виглядає як перевернуте догори дригом, розросле дерево. Від головного каналу відходить дещо тонших і коротких "відростків". Довжина такого розряду може досягати 20 кілометрів, а сила струму – 20 000 ампер. Швидкість руху складає 150 кілометрів на секунду. Температура плазми, що наповнює канал блискавки, сягає 10 000 градусів.

2. Внутрішньохмарні блискавки - походження цього виду супроводжується зміною електричних і магнітних полів, також випромінюються радіохвилі. Такий гуркіт з найбільшою ймовірністю можна зустріти ближче до екватора. У помірних широтах він з'являється дуже рідко. Якщо в хмарі знаходиться блискавка, то спонукати її вибратися назовні може і сторонній об'єкт, що порушує цілісність оболонки, наприклад, наелектризований літак або металевий трос. По довжині може коливатися від 1 до 150 км.

3. Наземні блискавки – цей вид проходить кілька стадій. На першій з них починається ударна іонізація, яка створюється на початку вільними електронами, вони завжди є у повітрі. Під дією електричного поля елементарні частинки набувають високих швидкостей і прямують до землі, стикаючись з молекулами, що становлять повітря. Таким чином, виникають електронні лавини, які по-іншому називаються стримери. Вони є каналами, які, зливаючись між собою, спричиняють яскраву, термоізольовану блискавку. Вона досягає землі у формі невеликих сходів, тому що на її шляху зустрічаються перепони, і щоб їх обійти, вона змінює напрямок. Швидкість руху становить приблизно 50 000 кілометрів на секунду.

Після того, як блискавка пройде свій шлях, вона закінчує рух на кілька десятків мікросекунд, при цьому світло слабшає. Після цього починається наступна стадія: повторення пройденого шляху. Останній розряд перевершує за яскравістю всі попередні, сила струму в ньому може досягати сотень тисяч ампер. Температура всередині каналу коливається в районі 25 000 градусів. Такий вид блискавок найтриваліший, тому наслідки можуть бути руйнівними.

Перлинні блискавки

Відповідаючи на запитання про те, які бувають блискавки, не можна забувати таке рідкісне природне явище. Найчастіше розряд проходить після лінійного та повністю повторює його траєкторію. Тільки ось на вигляд він є кулями, що знаходяться на відстані один від одного і нагадують собою намисто з дорогоцінного матеріалу. Така блискавка супроводжується найгучнішими і гучними звуками.

Кульова блискавка

Природне явище, коли блискавка набуває форми кулі. У цьому випадку траєкторія її польоту стає непередбачуваною, що робить її ще більш небезпечною для людини. Найчастіше такий електричний ком виникає разом із іншими видами, але зафіксовано факт його навіть у сонячну погоду.

Саме цим питанням найчастіше задаються люди, що зіткнулися з цим феноменом. Як усім відомо, деякі речі є чудовими провідниками електрики, так саме в них, накопичуючи свій заряд, і починає зароджуватися куля. Також він може виникнути з основної блискавки. Очевидці ж стверджують, що вона виникає просто з нізвідки.

Діаметр блискавки коливається від кількох сантиметрів до метра. Що ж до кольору, то є кілька варіантів: від білого і жовтого до яскраво-зеленого, дуже рідко можна зустріти чорну електричну кулю. Після стрімкого спуску він рухається горизонтально, приблизно за метр від поверхні землі. Така блискавка може несподівано змінювати траєкторію і так само несподівано зникнути, вивільнивши при цьому величезну енергію, через яку відбувається плавлення або руйнування різних предметів. Живе вона від десяти секунд до кількох годин.

Спрайт-блискавка

Нещодавно, в 1989 році, вчені виявили ще один вид блискавки, який отримав назву спрайт. Відкриття сталося зовсім випадково, тому що феномен спостерігається дуже рідко і триває лише десяті частки секунди. Від інших їх відрізняє висота, де вони з'являються - приблизно 50-130 кілометрів, тоді як інші підвиди не долають 15-кілометровий рубіж. Також спрайт-блискавка відрізняється величезним діаметром, що сягає 100 км. Вони виглядають як вертикальні та спалахують групами. Їх колір відрізняється залежно від складу повітря: ближче до землі, де більше кисню, вони зелені, жовті або білі, а ось під впливом азоту, на висоті понад 70 км, вони набувають яскраво-червоного відтінку.

Поведінка під час грози

Усі види блискавок несуть у собі надзвичайну небезпеку здоров'я і навіть життя. Щоб уникнути електричного удару, на відкритій місцевості слід дотримуватись таких правил:

1. У цій ситуації групу ризику потрапляють найвищі об'єкти, тому варто уникати відкритих місцевостей. Щоб стати нижче, найкраще сісти і покласти голову та груди на коліна, у разі поразки ця поза захистить усі життєво важливі органи. У жодному разі не можна лягати плазом, щоб не збільшувати площу можливого влучення.
2. Також не варто ховатися під високими деревами та небажаним укриттям будуть і незахищені конструкції або металеві об'єкти (наприклад, навіс для пікніка).
3. Під час грози потрібно негайно вийти з води, бо вона є добрим провідником. Потрапляючи до неї, розряд блискавки може легко поширитися і людини.
4. У жодному разі не можна користуватися мобільним телефоном.
5. Для надання першої допомоги постраждалому найкраще зробити серцево-легеневу реанімацію та негайно викликати службу порятунку.

Правила поведінки у будинку

Усередині приміщень також існує небезпека поразки.

1. Якщо на вулиці почалася гроза, насамперед потрібно закрити всі вікна та двері.
2. Необхідно вимкнути усі електричні прилади.
3. Не наближаючись до дротових телефонів та інших кабелів, вони є чудовими провідниками електрики. Такий же ефект мають і металеві труби, тому не варто знаходитися поряд з сантехнікою.
4. Знаючи, як утворюється кульова блискавка і як непередбачувана її траєкторія, якщо вона таки потрапила до приміщення, необхідно негайно залишити його і закрити всі вікна і двері. Якщо ці дії неможливі, краще стояти нерухомо.

Природа все ще непідвладна людині і несе багато небезпек. Усі види блискавок - це, за своєю суттю, найпотужніші електричні розряди, які у кілька разів перевищують потужність усі штучно створені людиною джерела струму.

Щосекунди в атмосфері Землі виникає приблизно 700 блискавок, і щороку біля 3000 людина гинуть через удар блискавки. Фізична природа блискавки остаточно не пояснена, а більшість людей мають лише приблизне уявлення про те, що це таке. Якісь розряди стикаються в хмарах, або щось таке. Сьогодні ми звернулися до наших авторів з фізики, щоб дізнатися більше про природу блискавки. Як з'являється блискавка, куди б'є блискавка і чому гримить грім. Прочитавши статтю, ви знатимете відповідь на ці та багато інших питань.

Що таке блискавка

Блискавка- Іскровий електричний розряд в атмосфері.

Електричний розряд- Це процес протікання струму в середовищі, пов'язаний із суттєвим збільшенням її електропровідності щодо нормального стану. Існують різні види електричних розрядів у газі: іскровий, дуговий, тліючий.

Іскровий розряд відбувається при атмосферному тиску та супроводжується характерним тріском іскри. Іскровий розряд є сукупністю зникають і змінюють один одного ниткоподібних іскрових каналів. Іскрові канали також називають стрімерами. Іскрові канали заповнені іонізованим газом, тобто плазмою. Блискавка – гігантська іскра, а грім – дуже гучний тріск. Але не все так просто.

Фізична природа блискавки

Як пояснюють походження блискавки? Система хмара-земляабо хмара-хмарає своєрідним конденсатором. Повітря відіграє роль діелектрика між хмарами. Нижня частина хмари має від'ємний заряд. За достатньої різниці потенціалів між хмарою та землею виникають умови, в яких відбувається утворення блискавки в природі.

Ступінчастий лідер

Перед основним спалахом блискавки можна спостерігати невелику пляму, що рухається від хмари до землі. Це так званий ступінчастий лідер. Електрони під впливом різниці потенціалів, починають рухатися до землі. Рухаючись, вони стикаються з молекулами повітря, іонізуючи їх. Від хмари до землі прокладається ніби іонізований канал. Через іонізації повітря вільними електронами електропровідність у зоні траєкторії лідера суттєво зростає. Лідер прокладає шлях для основного розряду, рухаючись від одного електрода (хмари) до іншого (землі). Іонізація відбувається нерівномірно, тому лідер може розгалужуватися.

Зворотній спалах

У момент, коли лідер наближається до землі, напруженість на кінці зростає. З землі або з предметів, що виступають над поверхнею (дерева, дахи будівель) назустріч лідеру викидається стример у відповідь (канал). Ця властивість блискавок використовується захисту від них шляхом встановлення громоотвода. Чому блискавка б'є в людину чи в дерево? Насправді їй байдуже, куди бити. Адже блискавка шукає найкоротший шлях між землею та небом. Саме тому під час грози небезпечно перебувати на рівнині чи поверхні води.

Коли лідер досягає землі, прокладеним каналом починає текти струм. Саме в цей момент і спостерігається основний спалах блискавки, що супроводжується різким зростанням сили струму та виділенням енергії. Тут доречне питання, звідки йде блискавка?Цікаво, що лідер поширюється від хмари до землі, а ось зворотний яскравий спалах, який ми і звикли спостерігати, поширюється від землі до хмари. Правильніше говорити, що блискавка йде не від неба до землі, а відбувається між ними.

Чому блискавка гримить?

Грім виникає в результаті ударної хвилі, що породжується швидким розширенням іонізованих каналів. Чому спочатку ми бачимо блискавку, а потім чуємо грім?Вся справа в різниці швидкостей звуку (340,29 м/с) та світла (299 792 458 м/с). Порахувавши секунди між громом та блискавкою та помноживши їх на швидкість звуку, можна дізнатися, на якій відстані від Вас вдарила блискавка.

Потрібна робота з фізики атмосфери?Для наших читачів зараз діє знижка 10% на

Види блискавок та факти про блискавки

Блискавка між небом і землею – не найпоширеніша блискавка. Найчастіше блискавки виникають між хмарами і не загрожують. Крім наземних та внутрішньохмарних блискавок, існують блискавки, що утворюються у верхніх шарах атмосфери. Які є різновиди блискавок у природі?

• Внутрішньохмарні блискавки;
• Кульові блискавки;
• "Ельфи";
• Джети;
• Спрайт.

Останні три види блискавок неможливо спостерігати без спеціальних приладів, оскільки вони утворюються висотою від 40 кілометрів і від.

Наведемо факти про блискавки:

• Протяжність найдовшої зафіксованої блискавки на Землі склала 321 км. Ця блискавка була помічена в штаті Оклахома, 2007 р.
• Найдовша блискавка тривала 7,74 секунди та була зафіксована в Альпах.
• Блискавки утворюються не тільки на Землі. Точно відомо про блискавки на Венері, Юпітере, Сатурнеі Урані. Блискавки Сатурна в мільйони разів могутніші за земні.
• Сила струму в блискавці може сягати сотень тисяч Ампер, а напруга – мільярда Вольт.
• Температура каналу блискавки може досягати 30000 градусів Цельсія - це в 6 разів більша за температуру поверхні Сонця.

Кульова блискавка

Кульова блискавка – окремий вид блискавки, природа якого залишається загадкою. Така блискавка є рухомим у повітрі світиться об'єкт у формі кулі. За нечисленними свідченнями кульова блискавка може рухатися непередбачуваною траєкторією, розділятися на дрібніші блискавки, може вибухнути, а може просто несподівано зникнути. Існує безліч гіпотез про походження кульової блискавки, але жодна не може бути визнана достовірною. Факт – ніхто не знає, як з'являється кульова блискавка. Частина гіпотез зводять спостереження цього явища галюцинаціям. Кульову блискавку жодного разу не вдалося спостерігати у лабораторних умовах. Все, чим можуть задовольнятися вчені, – це свідчення очевидців.

Насамкінець пропонуємо Вам переглянути відео та нагадуємо: якщо курсова чи контрольна впала на голову як блискавка у сонячний день, не потрібно впадати у відчай. Фахівця студентського сервісурятують студентів з 2000 року. Звертайтеся за кваліфікованою допомогою у будь-який час. 24 години на добу, 7 днів на тиждень ми готові допомогти вам.