Види блискавок: лінійні, внутрішньохмарні, наземні. Розряд блискавки

Чи замислювалися ви колись чому птахи сидять на високовольтних дротах, а людина, торкнувшись дротів, гине? Все дуже просто – вони сидять на дроті, але струм через птаха не тече, але якщо пташка змахне крилом, одночасно торкаючись двох фаз – помре. Зазвичай так гинуть великі птахи на зразок лелек, орлів, соколів.

Так і людина може торкнутися фази і їй нічого не буде, якщо через неї струм не потече, для цього потрібно одягати прогумовані черевики і не дай Боже торкнутися стіни чи металу.

Електричний струм здатний вбити людину в секунду, він вражає без попередження. Блискавка вдаряє в землю сто разів на секунду і понад вісім мільйонів разів на день. Ця сила природи вп'ятеро гаряча, ніж поверхня сонця. Електричний розряд б'є з силою в 300`000 ампер і мільйон вольт на секунду. У повсякденному житті ми думаємо, що можемо контролювати електрику, яка живить наші будинки, зовнішнє освітлення, а тепер і автомобілі. Але електрика в його первозданній формі не контролюється. А блискавка – це електрика у величезних масштабах. І все ж блискавка залишається великою загадкою. Вона може вдарити зненацька, і її шлях може бути непередбачуваним.

Блискавка в небі не завдає шкоди, але одна з десяти блискавок обрушується на поверхню землі. Блискавка поділяється на безліч гілок, кожна з яких здатна вразити людину, яка перебуває в епіцентрі. При ударі людини блискавкою, розряд струму може переходити від однієї людини до іншої, якщо вони стикаються.

Існує правило тридцяти і тридцяти: якщо ви бачите блискавку, а менш ніж за тридцять секунд почули грім, то треба шукати притулок, а потім потрібно почекати тридцять хвилин з останнього гуркоту, перш ніж виходити на вулицю. Але блискавка не завжди підпорядковується строгому порядку.

Існує таке атмосферне явище, як грім серед ясного неба. Часто блискавка, виходячи із хмари, проходить до шістнадцяти кілометрів, перш ніж ударити в землю. Іншими словами, блискавка може з'явитися нізвідки. Блискавки потрібен вітер та вода. Коли сильні вітри піднімають вологе повітря, виникають умови появи руйнівних гроз.

Неможливо розкласти на складові те, що вкладається у мільйонну частку секунди. Одне з хибних переконань полягає в тому, що ми бачимо блискавку, коли вона прямує в землю, насправді ми бачимо дорогу назад блискавки в небо. Блискавка – це не односпрямований удар у землю, а це насправді кільце, шлях у дві сторони. Спалах блискавки, що ми бачимо, так званий зворотний удар, завершальна фаза циклу. І коли зворотний удар блискавки розпалює повітря, з'являється її візитна картка – грім. Зворотний шлях блискавки - це частина блискавки, яку ми бачимо як спалах і чуємо як грім. Зворотний струм силою тисячі ампер і мільйони вольт прямують від землі до хмари.

Блискавка регулярно вражає електричним струмом людини у приміщенні. Вона може проникнути в будову різними шляхами, водостічних труб і водопроводу. Блискавка може проникати в електропроводку, сила струму якої у звичайному будинку не досягає двохсот ампер та перевантажує електропроводку стрибками від двадцяти тисяч до двохсот тисяч ампер. Можливо, найнебезпечніша стежка у вашому будинку веде прямо до вашої руки через телефон. Майже дві третини ударів електричним струмом у приміщеннях припадають на людей, які взяли до рук трубку стаціонарного телефону під час блискавки. Бездротові телефони безпечніші під час грози, але блискавка може вдарити людину електричним струмом, що стоїть поряд із базою телефону. Навіть громовідвід не може захистити вас від усіх блискавок, тому що він не здатний ловити блискавку в небі.

Про природу блискавки

Існує кілька різних теорій, які пояснюють походження блискавок.

Зазвичай нижня частина хмари несе негативний заряд, а верхня - позитивний, що робить систему хмара-земля подібною до гігантського конденсатора.

Коли різниця електричних потенціалів стає досить великою, між землею та хмарою чи між двома частинами хмари відбувається розряд, відомий під назвою блискавки.

Чи небезпечно перебувати в автомобілі під час блискавки?

В одному з цих досвідів штучна смертельна блискавка в метр довжиною була спрямована на сталевий дах автомобіля, в якому знаходилася людина. Блискавка пройшла по обшивці, не завдавши шкоди людині. Як же так вийшло? Оскільки заряди на зарядженому предметі взаємно відштовхуються, вони прагнуть розійтися якнайдалі один від одного.

У разі порожньої механічної кулі пі циліндра заряди розподіляються по зовнішній поверхні предмета Аналогічно, якщо блискавка дарує в металевий дах автомобіля, то електрони, що відштовхуються, надзвичайно швидко розійдуться по поверхні автомашини і підуть через її корпус в землю. Тому блискавка на поверхні металевої машини йде в землю і не потрапляє всередину автомобіля. З тієї ж причини досконалим захистом від блискавки є металева кліть. Внаслідок ударів в автомашину штучних блискавок напругою 3 млн. вольт потенціал автомобіля та тіла, що перебуває в ньому людини, підвищується майже до 200 тис. вольт. Людина при цьому не відчуває жодної ознаки удару електричного струму, оскільки між будь-якими точками її тіла немає жодної різниці потенціалів.

Значить, майже повністю захищає від блискавки перебування в добре заземленому будинку з металевим каркасом, а таких багато в сучасних містах.

Чим пояснити, що птахи спокійно і безкарно сидять на дротах?

Тіло сидячої птиці є хіба що відгалуження ланцюга (паралельне з'єднання). Опір цієї гілки з птахом набагато більше, ніж опір дроту між ногами птиці. Тому сила струму у тілі птиці мізерна. Якби птах, сидячи на дроті, торкнувся б крилом чи хвостом стовпа або якось ще з'єднався б із землею, він миттєво був би вбитий струмом, який кинувся б через нього в землю.

Цікаві факти про блискавки

Середня довжина блискавки 2,5 км. Деякі розряди простягаються в атмосфері на відстань до 20 км.

Блискавки приносять користь: вони встигають вихопити з повітря млн тн азоту, зв'язати його і направити в землю, піддобрюючи ґрунт.

Блискавки Сатурна в мільйон разів сильніші за земні.

Розряд блискавки зазвичай складається з трьох або більше повторних розрядів - імпульсів, що йдуть по тому самому шляху. Інтервали між послідовними імпульсами дуже короткі, від 1/100 до 1/10 с (цим обумовлено мерехтіння блискавки).

Щомиті на Землі спалахує близько 700 блискавок. Світові осередки гроз: острів Ява – 220, екваторіальна Африка – 150, південна Мексика – 142, Панама – 132, центральна Бразилія – 106 грозових днів на рік. Росія: Мурманськ – 5, Архангельськ – 10, С-Петербург – 15, Москва – 20 грозових днів на рік.

Повітря в зоні каналу блискавки практично миттєво розігрівається до температури 30 000-33 000 ° С. Від удару блискавки у світі в середньому щорічно гине близько 3 000 людей

Статистика показує, що на 5000-10000 льотних годин припадає один удар блискавки в літак, на щастя майже всі пошкоджені літаки продовжують політ.

Незважаючи на нищівну міць блискавки, вберегтися від неї досить просто. Під час грози слід негайно йти з відкритих місць, ні в якому разі не можна ховатися під деревами, що окремо стоять, а також знаходитися поблизу високих щог та ЛЕП. Не слід тримати у руках сталеві предмети. Також під час грози не можна користуватися засобами радіозв'язку, мобільними телефонами. У приміщенні потрібно вимкнути телевізори, радіоприймачі та електроприлади.

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.

16.05.2017 18:00 3193

Звідки беруться грім та блискавка.

Всі знають, що таке гроза – це блискавка і гуркіт грому. Багато людей (особливо дітей) навіть дуже її бояться. Але звідки ж беруться грім та блискавка? І взагалі, що то за явище таке?

Гроза - це й справді досить неприємне і навіть моторошне природне явище, коли похмурі, важкі хмари закривають собою сонце, блищить блискавка, гуркотить грім, а з неба потоками ллє дощ...

А звук, що виникає при цьому, - не що інше, як хвиля, спричинена сильними коливаннями повітря. У більшості випадків гучність збільшується до кінця гуркоту. Це відбувається через відображення звуку від хмар. Ось це і є грім.

Блискавка – це дуже потужний електричний розряд енергії. Вона виникає внаслідок сильної електризації хмар або земної поверхні. Електричні розряди відбуваються або в самих хмарах, або між двома сусідніми хмарами, або між хмарою або землею.

Процес виникнення блискавки поділяють перший удар і всі наступні його. Причина в тому, що перший удар блискавки створює шлях для електоричного розряду. У нижній частині хмари накопичується негативний електричний розряд.

А земна поверхня має позитивний заряд. Тому електрони (негативно заряджені частинки, одні з основних одиниць речовини), розташовані в хмарі, як магнітом притягуються до землі і прямують донизу.

Як тільки перші електрони досягають поверхні землі, створюється вільний для пропуску електричних розрядів канал (своєрідний прохід), яким електрони, що залишилися, спрямовуються вниз.

Електрони біля землі першими йдуть із каналу. На їхнє місце поспішають потрапити інші. В результаті, створюється умова, за якої весь негативний розряд енергії виходить із хмари, створюючи потужний потік електрики, спрямований у землю.

Саме в такий момент і відбувається спалах блискавки, що супроводжується гуркотом грому.

Наелектризовані хмари створюють блискавку. Але далеко не в кожній хмарі міститься достатня потужність, щоб пробити атмосферний шар. Для прояву сили, стихії потрібні певні обставини.

Маси повітря знаходяться в постійному русі. Тепле повітря йде вгору, а холодне - опускається. При русі частинок вони електризуються, тобто насичуються електрикою.

У різних частинах хмари накопичується неоднаковий запас енергії. Коли її стає занадто багато, відбувається спалах, який супроводжують гуркіт грому. Це і є гроза

Які блискавки бувають? Хтось може подумати, що блискавки всі однакові, мовляв, гроза і є гроза. Однак, існує кілька видів блискавок, які дуже відрізняються один від одного.

Лінійна блискавка- Це найбільш часто зустрічається різновид. Вона виглядає як перевернуте дерево, що розрослося. Від головного каналу (ствола) відходить дещо тонших і коротких "відростків".

Довжина такої блискавки може сягати 20 кілометрів, а сила струму - 20 000 ампер. Швидкість її руху становить 150 кілометрів на секунду. Температура плазми, що наповнює канал блискавки, сягає 10 000 градусів.

Внутрішньохмарна блискавка- виникнення цього виду супроводжується зміною електричних і магнітних полів, і випромінюванням радіохвиль. Таку блискавку з найбільшою ймовірністю можна зустріти ближче до екватора. У помірному кліматі вона з'являється дуже рідко.

Якщо в хмарі знаходиться блискавка, то змусити її вибратися назовні може і сторонній об'єкт, що порушує цілісність оболонки, наприклад, наелектризований літак. Її довжина може коливатися від 1 до 150 км.

Наземна блискавка- Це найтриваліший за часом вигляд блискавки, тож наслідки від неї можуть бути руйнівними.

Оскільки на її шляху трапляються перепони, щоб їх обійти, блискавка змушена змінювати свій напрямок. Тому землі вона сягає у вигляді невеликих сходів. Швидкість її руху становить приблизно 50 тисяч кілометрів на секунду.

Після того, як блискавка пройде свій шлях, вона на кілька десятків мікросекунд, закінчує рух, при цьому її світло слабшає. Потім починається наступна стадія: повторення пройденого шляху.

Останній розряд перевершує за яскравістю всі попередні, а сила струму в ньому може досягати сотень тисяч ампер. Температура всередині блискавки коливається в районі 25 000 градусів.

Спрайт-блискавка. Цей різновид був відкритий вченими відносно недавно - 1989 року. Ця блискавка дуже рідкісна і була виявлена ​​зовсім випадково. Тим більше, що триває вона лише якісь десяті частки 1-ї секунди.

Від інших електричних розрядів Спрайт відрізняється висотою, на якій вона з'являється - приблизно 50-130 кілометрів, у той час як інші види не долають 15-кілометровий рубіж. Крім того, спрайт-блискавка відрізняється величезним діаметром, який може досягати 100 км.

Виглядає така блискавка як вертикальний стовп світла і спалахує не поодинці, а групами. Її колір може бути різним, і залежить від складу повітря: ближче до землі, де більше кисню, вона зелена, жовта або біла. А під впливом азоту, на висоті понад 70 км, вона набуває яскраво-червоного відтінку.

Перлина блискавка. Ця блискавка, як і попередня, є рідкісним природним явищем. Найчастіше вона з'являється після лінійної та повністю повторює її траєкторію. Вона являє собою кулі, що знаходяться на відстані один від одного і нагадують намиста.

Кульова блискавка. Це особливий різновид. Природне явище, коли блискавка має форму кулі, що світить і пливе небом. У цьому випадку траєкторія її польоту стає непередбачуваною, що робить її ще більш небезпечною для людини.

У більшості випадків кульова блискавка виникає в поєднанні з іншими видами. Однак відомі випадки, коли вона з'являлася навіть у сонячну погоду. Розмір кулі може бути від 10 до 20 сантиметрів.

Колір її буває блакитний або помаранчевий або білий. А температура настільки велика, що при несподіваному розриві кулі рідина, що його оточує, випаровується, а металеві або скляні предмети плавляться.

Куля такої блискавки здатна існувати досить тривалий час. При переміщенні він може зненацька змінити свій напрямок, зависнути в повітрі на кілька секунд, різко відхилитися в одну із сторін. Вона з'являється в одному екземплярі, але завжди несподівано. Куля може спуститися з хмар, або зненацька з'явитися в повітрі через стовп або дерево.

І якщо звичайна блискавка може лише вдарити будь-що - будинок, дерево і т.д, то кульова блискавка здатна проникати всередину замкнутого простору (наприклад кімнату) через розетку, або ввімкнені побутові прилади - телевізор і т.д.

Які блискавки вважаються найнебезпечнішими?

Зазвичай за першим ударом грому і блискавки слідує другий. Це з тим, що електрони першому спалаху створюють можливість другому проходження електронів. Тому наступні спалахи відбуваються один за одним майже без тимчасових проміжків, ударяючи в одне й те саме місце.

Блискавка, що з'являється з хмари, своїм електричним розрядом здатна завдати серйозної шкоди людині і навіть вбити. І навіть якщо її удар не потрапить прямо в людину, а прийде поряд, наслідки для здоров'я можуть бути дуже поганими.

Щоб убезпечити себе, необхідно дотримуватися деяких правил:

Так під час грози в жодному разі не можна купатися у річці чи морі! Обов'язково потрібно завжди перебувати на суші. При цьому необхідно бути якомога ближче до поверхні землі. Тобто не потрібно забиратися на дерево і вже більше стояти під ним, особливо якщо воно одне посеред відкритого місця.

Крім того, не можна користуватись будь-якими мобільними пристроями (телефонами, планшетами тощо), тому що вони можуть притягувати до себе блискавку.

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 сервісу рятують студентів з 2000 року. Звертайтеся за кваліфікованою допомогою у будь-який час. 24 години на добу, 7 днів на тиждень ми готові допомогти вам.

Хмари розкинули крила і сонце від нас закрили.

Чому іноді під час дощу ми чуємо грім та бачимо блискавку? Звідки беруться ці спалахи? Ось зараз ми докладно про це розповімо.

Що ж таке – блискавка?

Що таке блискавка? Це дивовижне та дуже загадкове явище природи. Вона майже завжди буває під час грози. Когось дивує, когось лякає. Пишуть про блискавку поети, вивчають це явище вчені. Але багато залишилося нерозгаданим.

Одне відомо точно – це величезна іскра. Мов вибухнув мільярд електричних лампочок! Довжина її величезна – кілька сотень кілометрів! І від нас вона дуже далека. Ось чому спочатку ми бачимо її, а лише потім – чуємо. Грім – це «голос» блискавки. Адже світло долітає до нас швидше ніж звук.

А ще блискавки бувають на інших планетах. Наприклад, на Марсі чи Венері. Звичайна блискавка триває лише частку секунди. Складається вона з кількох розрядів. З'являється блискавка іноді зовсім несподівано.

Як утворюється блискавка?

Народжується блискавка зазвичай у грозовій хмарі, високо над землею. Грозові хмари з'являються коли повітря починає сильно нагріватися. Ось чому після сильної спеки бувають чудові грози. Мільярди заряджених частинок буквально злітаються на те місце, де вона зароджується. І коли їх збирається дуже-дуже багато, вони спалахують. Ось звідки береться блискавка з грозової хмари. Вона може вдарити у землю. Земля приваблює її. Але може розірватися і в самій хмарі. Все залежить від того, яка це блискавка.

Які блискавки бувають?

Види блискавок бувають різні. І знати про це треба. Це не лише «стрічка» на небі. Всі ці «стрічки» відрізняються одна від одної.

Блискавка – це завжди удар, це завжди розряд між чимось. Їх налічують понад десять! Назвемо поки що лише основні, додаючи до них картинки блискавки:

• Між грозовою хмарою та землею. Це ті самі стрічки, до яких ми звикли.

Між високим деревом та хмарою. Та сама «стрічка», але удар спрямований в інший бік.

Стрічкова блискавка – коли не одна стрічка, а дещо паралельно.

• Між хмарою та хмарою, або просто «розіграється» в одній хмарі. Такий вид блискавки часто можна побачити під час грози. Просто треба бути уважним.

• Бувають і горизонтальні блискавки, які землі взагалі не торкаються. Вони наділені колосальною силою і вважаються найнебезпечнішими.

• А про кульові блискавки чули всі! Мало лише, хто їх бачив. Ще менше тих, хто хотів би їх побачити. А є й такі люди, які в їхнє існування не вірять. Але кульові блискавки існують! Сфотографувати таку блискавку складно. Вибухає вона швидко, хоча може й «погуляти», а от людині поруч із нею краще не рухатися – небезпечно. Тож – не до фотоапарата тут.

• Вид блискавки з дуже гарною назвою - "Вогні Святого Ельма". Але це зовсім блискавка. Це сяйво, яке з'являється наприкінці грози на гострих будівлях, ліхтарях, корабельних щоглах. Теж іскра, тільки не згасаюча і не небезпечна. Вогні Святого Ельма – це дуже гарно.

• Вулканічні блискавки з'являються при виверженні вулкана. Сам вулкан має заряд. Це, мабуть, і є причиною виникнення блискавки.

• Спрайтові блискавки – це такі, що з Землі не побачиш. Вони виникають над хмарами та їх вивченням поки що мало хто займається. Блискавки ці схожі на медуз.

• Пунктирна блискавка майже не вивчена. Спостерігати її можна дуже рідко. Візуально вона справді схожа на пунктир – ніби блискавка-стрічка тане.

Ось такі бувають блискавки різні. Лише закон для них один – електричний розряд.

Висновок.

Ще в давнину блискавка вважалася і знаком, і люттю Богів. Вона була загадкою раніше і залишається нею зараз. Як би не розкладали її на найдрібніші атоми та молекули! І завжди це – дуже красиво!