Молния и ее природа физика. Молния как природное явление. Природа и причины возникновения молнии

Что такое молния? | Обучонок

Молния и ее природа физика. Молния как природное явление. Природа и причины возникновения молнии

Автор работы: 

Плаксина Кристина     

Руководитель проекта: 

Брускова Марина Евсеевна

Учреждение: 

МБОУ «Гимназия №26» г. Миасс

В процессе работы над исследовательским проектом в начальной школе “Что такое молния?” ученицей 2 класса была поставлена цель изучить явление природы – молнию, причинные появления, виды молний. В рамках проекта по начальной школе о молниях автор выявляет меры безопасности во время молнии.

В основе исследовательской работы по окружающему миру (начальная школа)”Что такое молния?” лежит поиск ответов на вопросы Что такое молния? Причины возникновения молнии? Что делать во время молнии?, используя энциклопедические и интернет-источники.

В предложенном проекте в начальной школе “Что такое молния?” автором была собрана и проанализирована информация о молнии, ее видах и особенностях, а также в приложении к проекту представлены материалы небольшого опыта, проведенного автором среди одноклассников.

Оглавление

Введение
1. Образование молнии.

  • Виды молний.
  • Интересные факты о молнии.

2. Молния – природное явление.

  • Опрос учащихся о молнии.
  • Исследование молнии.
  • Правила поведения во время молнии.

ЗаключениеЛитература

Приложение

Введение

Однажды, я с родителями и сестрой возвращалась с прогулки из леса. В это время началась гроза, вдали засверкали молнии. У меня возникло много вопросов: как она образуется, какой бывает, опасна молния для человека или нет.

Поэтому я выбрала предметом своего исследования электрическое явление – молнию.

Гипотеза: считаю, что молния – не только удивительное и загадочное явление природы, но и серьезная угроза для жизни людей…

Цель исследования – изучить явление природы – молнию, причинные появления, виды молний. Выявить меры безопасности во время молнии.

Задачи:

  1. Изучить причины появления молнии.
  2. Изучить разновидности молнии.
  3. Провести эксперимент получения электрического заряда в лабораторных условиях.
  4. Провести опрос одноклассников с целью выявления их знаний о молнии.
  5. с учащимися результатами своих исследований.
  6. Сделать выводы о проделанном исследовании.

Что такое молния?

Я узнала, что молния — яркая вспышка электрического разряда с громом. Молнии появляются между заряженными электричеством облаками или между заряженным облаком и предметами на земле, такими как дома, деревья или озеро.

Предметы заряжаются электричеством, когда трутся друг об друга. Например, когда мы снимаем кофту, то волосы приподнимаются, заряжаясь при трении о кофту. Точно так же заряжается шарик, если его потереть о волосы. Иногда можно увидеть искры или даже почувствовать на себе электрические щелчки.

В облаках электрический заряд получается от трения, при падении дождя или снега.

По виду молнии различаются на:

  • горизонтальные
  • линейные
  • шаровые
  • ленточные
  • жемчужные

Горизонтальная молния. Эта молния не бьет в землю, она распространяется в горизонтальной плоскости по небу. Иногда такая молния может распространяться по чистому небу, исходя от одной грозовой тучи. Такие молнии очень мощные и очень опасные.

Линейная молния. Разряд линейной молнии происходит между облаками, внутри облака или между облаком и землёй, и обычно имеет длину около 2-3 км, но бывают молнии длиной и до 20-30 км.

Форма линейной молнии обычно похожа на разветвленные корни разросшегося в поднебесье дерева.

Шаровая молния. Шаровая молния представляет собой светящийся шар. Диаметр его обычно от 15 до 25 см. Шар свободно плавает по воздуху. Считают, что «прожить» шаровая молния может лишь несколько секунд. Шаровая молния недостаточно изучена. Она возникает и исчезает внезапно.

Ленточная молния. Она выглядит как несколько молний, идущих параллельно друг другу.

Жемчужная молния. Очень редкое и красивое явление. Появляется сразу после линейной молнии и исчезает постепенно. Молния имеет вид светящихся шаров, расположенных на расстоянии 7-12 м друг от друга, напоминая собой жемчуг, нанизанный на нитку. Существует в природе, но как образуется – пока что можно только догадываться.

Интересные факты о молнии

  • Из-за высокой температуры, молнии, попадая в песок, расплавляют его в стекло. Если прогуляться по песчаным местам после грозы, то можно обнаружить куски стекла.
  • Если вы в мокрой одежде, то молния нанесет меньше вреда.
  • Молнии существуют и на других планетах, таких как Венера, Сатурн, Юпитер и Уран.
  • Раскаты грома после удара молнии можно услышать на расстоянии 12 километров от места удара.
  • Температура молнии почти в 5 раз выше, чем поверхность Солнца.
  • Чаще, чем в другие деревья, молнии попадают в дубы.
  • Шаровая молния способна проходить сквозь стены, сохраняя свою шарообразную форму.
  • Шаровая молния в среднем живет около 10 секунд, после чего взрывается.

Опрос учащихся о молнии

Мне стало интересно, что знают мои одноклассники про молнию. Для этого я провела небольшой опрос в своем классе. В опросе приняли участие 23 ученика.

Результаты оказались такими:

1. Что такое молния?

Знают 40% – 9 из 23 опрошенных

2. Как образуется молния?

Знают 20% – 5 из 23 опрошенных

3. Какие виды молний вы знаете?

Знают 13% – 3 из 23 опрошенных

4. Что следует делать при приближении грозы?

Знают 70% – 16 из 23 опрошенных

Исследование молнии

Я узнала, что могу наблюдать получение искрового разряда с помощью прибора – электрофор. В нашей гимназии есть такой прибор. Вместе с учителем физики Блиновой Ольгой Геннадьевной мы провели опыт. Я увидела электрический разряд во время наблюдения за работой прибора.

Изучив литературу и проведя эксперимент, я поняла, что в лабораторных условиях молнию получить невозможно. В лаборатории можно получить не молнию, а электрический разряд, который будет длиться мгновение. Этот опыт я показала ребятам своего класса.

Молнии – серьезная угроза для жизни людей. Поражение людей молнией чаще всего происходит во время грозы на открытой местности, если люди укрываются под высокими деревьями, а также находятся вблизи от работающего электрооборудования.

Важно знать правила поведения во время грозы.

Правила поведения во время молнии

Что следует делать при приближении грозы?

В доме:

  • Закройте все окна и двери.
  • Выключите из розеток все электроприборы. Не прикасайтесь к ним, в том числе к телефонам, во время грозы.
  • Не подходите к ваннам, кранам и раковинам, поскольку металлические трубы могут проводить электричество.
  • Если в комнату залетела шаровая молния, постарайтесь тихо выйти и закройте дверь с другой стороны. Если не удается — хотя бы замрите на месте.

На улице:

  • Постарайтесь зайти в дом или в машину. В машине не прикасайтесь к металлическим частям. Автомобиль не должен быть припаркован под деревом, чтобы при ударе в него молнии, дерево не упало на вас.
  • Если укрытия нет, выйдите на открытое пространство и, согнувшись, прижмитесь к земле. Но просто ложиться нельзя!
  • В лесу лучше укрыться под низкими кустами. Никогда не стойте под отдельно стоящим деревом.
  • Избегайте башен, оград, высоких деревьев, телефонных и электрических проводов, автобусных остановок.
  • Держитесь подальше от велосипедов, мангалов, других металлических предметов.
  • Не подходите к озеру, реке или другим водоемам.
  • Снимите с себя все металлическое.
  • Не стойте в толпе.
  • Если вы находитесь в открытом месте и вдруг чувствуете, что волосы встали дыбом, или слышите странный шум, исходящий от предметов (это значит, молния вот-вот ударит!), нагнитесь вперед, положив руки на колени (но не на землю). Ноги должны быть вместе, пятки прижаты друг к другу (если ноги не соприкасаются, разряд пройдет через тело).
  • Если гроза застала вас в лодке, и к берегу приплыть вы уже не успеваете, пригнитесь ко дну лодки, соедините ноги и накройте голову и уши.

Заключение

Изучив литературу и проведя эксперимент, я поняла, что в лабораторных условиях молнию получить невозможно. В лаборатории можно получить не молнию, а электрический разряд, который будет длиться мгновение.

Молнии – серьезная угроза для жизни людей. Поражение людей молнией чаще всего происходит во время грозы на открытой местности, если люди укрываются под высокими деревьями, а также находятся вблизи от работающего электрооборудования.

Мы пришли к выводу, что: молния — несомненно, опасное и величественное природное явление, но проведенные исследования раскрывают её природу и показывают, что при соблюдении правил безопасности можно не боясь любоваться её красивыми вспышками.

Литература

1. Подборка статей по теме на сервере «Наука и Техника»

2. Имянитов И. М., Чубарина Е. В., Шварц Я. М., Электричество облаков.

3. Смирнов Б.М. Молния – что же это такое ж Природа, 2000 г. №2;

4. Юман М. А., Молния, пер. с англ., М., 2010г;

Приложение

Виды молний

Горизонтальная молния

Жемчужная молния

Линейная молния

Ленточная молния

Опрос учащихся класса

Эксперимент

Источник: https://obuchonok.ru/node/3935

Что такое молния и отчего возникает?

Молния и ее природа физика. Молния как природное явление. Природа и причины возникновения молнии

Древние люди далеко не всегда считали грозу и молнию, а также сопровождающий их раскат грома проявлением гнева богов. Например, для эллинов гром и молния являлись символами верховной власти, тогда как этруски считали их знамениями: если вспышка молнии была замечена с восточной стороны, это означало, что всё будет хорошо, а если сверкала на западе или северо-западе – наоборот.

Идею этрусков переняли римляне, которые были убеждены, что удар молнии с правой стороны является достаточным основанием, чтобы отложить все планы на сутки.

Интересная трактовка небесных искр была у японцев.

Две ваджры (молнии) считались символами Айдзен-мео, бога сострадания: одна искра находилась на голове божества, другую он держал в руках, подавляя нею все негативные желания человечества.

Небесные искры

Молния – это огромных размеров электрический разряд, который всегда сопровождается вспышкой и громовыми раскатами (в атмосфере чётко просматривается сияющий канал разряда, напоминающий дерево). При этом вспышка молнии почти никогда не бывает одна, за ней обычно следует две, три, нередко доходит и до нескольких десятков искр.

Эти разряды почти всегда образуются в кучево-дождевых облаках, иногда – в слоисто-дождевых тучах больших размеров: верхняя граница нередко достигает семи километров над поверхностью планеты, тогда как нижняя часть может почти касаться земли, пребывая не выше пятисот метров. Молнии могут образовываться как в одной туче, так и между находящимися рядом наэлектризованными облаками, а также между облаком и землей.

Секреты самых необычных природных явлений76174.24

Состоит грозовая туча из большого количества пара, сконденсированного в виде льдинок (на высоте, превышающей три километра это практически всегда ледяные кристаллы, поскольку температурные показатели здесь не поднимаются выше нуля). Перед тем как туча становится грозовой, внутри неё начинают активное движение ледяные кристаллы, при этом двигаться им помогают восходящие с нагретой поверхности потоки тёплого воздуха.

Воздушные массы увлекают за собой вверх более мелкие льдинки, которые во время движения постоянно наталкиваются на более крупные кристаллы. В результате кристаллики меньших размеров оказываются заряженными положительно, более крупные – отрицательно.

После того как маленькие ледяные кристаллики собираются наверху, а большие – снизу, верхняя часть облака оказывается положительно заряженной, нижняя – отрицательно. Таким образом, напряжённость электрического поля в туче достигает чрезвычайно высоких показателей: миллион вольт на один метр.

Когда эти противоположно заряженные области сталкиваются друг с другом, в местах соприкосновения ионы и электроны образовывают канал, по которому вниз устремляются все заряженные элементы и образуется электрический разряд – молния. В это время выделяется настолько мощная энергия, что её силы вполне хватило бы на то, чтобы на протяжении 90 дней питать лампочку мощностью в 100 Вт.

Канал раскаляется почти до 30 тыс. градусов Цельсия, что в пять раз превышает температурные показатели Солнца, образуя яркий свет (вспышка обычно длится лишь три четверти секунды). После образования канала грозовое облако начинает разряжаться: за первым разрядом следуют две, три, четыре и больше искр.

Удар молнии напоминает взрыв и вызывает образование ударной волны, чрезвычайно опасной для любого живого существа, оказавшегося возле канала. Ударная волна сильнейшего электрического разряда в нескольких метрах от себя вполне способна сломать деревья, травмировать или контузить даже без прямого поражения электричеством:

  • На расстоянии до 0,5 м до канала молния способна разрушить слабые конструкции и травмировать человека;
  • На расстоянии до 5 метров постройки остаются целыми, но может выбить окна и оглушить человека;
  • На больших расстояниях ударная волна негативных последствий не несёт и переходит в звуковую волну, известную как громовые раскаты.

Раскаты грома

Через несколько секунд после того как был зафиксирован удар молнии, из-за резкого повышения давления вдоль канала, атмосфера раскаляется до 30 тыс. градусов Цельсия.

В результате этого возникают взрывообразные колебания воздуха и возникает гром.

Гром и молния тесно взаимосвязаны друг с другом: длина разряда нередко составляет около восьми километров, поэтому звук с разных его участков доходит в разное время, образуя громовые раскаты.

Интересно, что измеряя время, которое прошло между громом и молнией, можно узнать, насколько далеко находится эпицентр грозы от наблюдателя.

Для этого нужно умножить время между молнией и громом на скорость звука, который составляет от 300 до 360 м/с (например, если промежуток времени составляет две секунды, эпицентр грозы находится немногим более чем в 600 метрах от наблюдателя, а если три – на расстоянии километра). Это поможет определить, удаляется или приближается гроза.

Удивительный огненный шар

Одним из наименее изученных, а потому наиболее таинственных явлений природы считается шаровая молния – передвигающийся по воздуху святящийся плазменный шар.

 Загадочен он потому, что принцип формирования шаровой молнии неизвестен и поныне: несмотря на то, что существует большое число гипотез, объясняющих причины появления этого удивительного явления природы, на каждую из них нашлись возражения.

Учёным так и не удалось опытным путём добиться образования шаровой молнии.

Шарообразная молния способна существовать длительное время и перемещаться по непрогнозируемой траектории. Например, она вполне способна зависать несколько секунд в воздухе, после чего метнуться в сторону.

В отличие от простого разряда, плазменный шар всегда бывает один: пока не было одновременно зафиксировано двух и больше огненных молний . Размеры шаровой молнии колеблются от 10 до 20 см. Для шаровой молнии характерны белый, оранжевый или голубой тона, хотя нередко встречаются и другие цвета, вплоть до чёрного.

Ученые еще не определили температурные показатели шаровой молнии: несмотря на то, что она по их подсчётам должна колебаться от ста до тысячи градусов Цельсия, люди, находившиеся недалеко от этого феномена, не ощущали исходившей от шаровой молнии теплоты.

Основная трудность при изучении этого феномена состоит в том, что зафиксировать его появление учёным удаётся редко, а показания очевидцев часто ставят под сомнение тот факт, что наблюдаемое ими явление действительно являлось шаровой молнией. Прежде всего, расходятся показания относительно того, в каких условиях она появилась: в основном её видели во время грозы.

Существуют также показания, что шаровая молния может появляться и в погожий день: спуститься с облаков, возникнуть в воздухе или появиться из-за какого-нибудь предмета (дерева или столба).

Ещё одной характерной особенностью шаровой молнии является её проникновение в закрытые комнаты, была замечена даже в кабинах пилотов (огненный шар может проникать через окна, спускаться по вентиляционным каналам и даже вылетать из розеток или телевизора).  Также были неоднократно задокументированы ситуации, когда плазменный шар закреплялся на одном месте и постоянно там появлялся.

Нередко появление шаровой молнии не вызывает неприятностей (она спокойно движется в воздушных потоках и через какое-то время улетает или исчезает). Но, были замечены и печальные последствия, когда она взрывалась, моментально испаряя находящуюся неподалёку жидкость, плавя стекло и металл.

Возможные опасности

Поскольку появление шаровой молнии всегда неожиданно, увидев возле себя этот уникальный феномен, главное, не впадать в панику, резко не двигаться и никуда не бежать: огненная молния очень восприимчива к колебаниям воздуха.

Необходимо тихо уйти с траектории движения шара и постараться держаться от неё как можно дальше.

Если человек находится в помещении, нужно потихоньку дойти до оконного проёма и открыть форточку: известно немало историй, когда опасный шар покидал квартиру.

В плазменный шар ничего нельзя бросать: он вполне способен взорваться, а это чревато не только ожогами или потерей сознания, но остановкой сердца. Если же случилось так, что электрический шар зацепил человека, нужно перенести его в проветриваемую комнату, теплее укутать, сделать массаж сердца, искусственное дыхание и сразу же вызвать врача.

Что такое северное сияние?76174.836

Что делать в грозу

Когда начинается гроза и вы видите приближение молнии, нужно найти укрытие и спрятаться от непогоды: удар молнии нередко смертелен, а если люди и выживают, то часто остаются инвалидами.

Если же никаких построек поблизости нет, а человек в это время в поле, он должен учитывать, что от грозы лучше спрятаться в пещере. А вот высоких деревьев желательно избегать: молния обычно метит в самое большое растение, а если деревья имеют одинаковую высоту, то попадает в то, что лучше проводит электричество.

Чтобы защитить отдельно стоящее строение или конструкцию от молнии, возле них обычно устанавливают высокую мачту, наверху которой закреплён заострённый металлический стержень, надёжно соединённый с толстым проводом, на другом конце находится закопанный глубоко в землю металлический предмет. Схема работы проста: стержень от грозовой тучи всегда заряжается противоположным облаку зарядом, который, стекая по проводу под землю, нейтрализует заряд тучи. Это устройство называется громоотвод и устанавливается на всех зданиях городов и других людских поселений.

Источник: https://awesomeworld.ru/prirodnye-yavleniya/molniya.html

Молния и молниезащита

Молния и ее природа физика. Молния как природное явление. Природа и причины возникновения молнии

Молнии, образующиеся обычно в кучево-дождевых (грозовых) облаках, являются электрическим разрядом силой тока до 500 тыс. ампер. Они сопровождаются ослепительными, яркими вспышками и последующим оглушительным звуком (громом).

Их природа долгое время была тайной для человека, поэтому люди наделяли молнии божественной силой. Только в 1750 г. благодаря опытам американца Франклина была разгадана загадка этого природного явления, а точнее его электрическую природу.

Это стало толчоком к дальнейшему изучению физики молний и появлению методов молниезащиты зданий и строений.

Физика молнии

Исследования образования электрических разрядов показали, что все молнии можно разделить на межоблачные и удары в землю. В результате электризации облаков одна его часть становится положительно заряженной (верхняя), а другая – отрицательно (нижняя). После накопления достаточно больших зарядов, по типу конденсатора, происходит разрядка.

Во время грозы разность электрических потенциалов между небом и землей становится чрезмерно большой и под воздействием космических лучей возникают каналы проводимости, происходит молниевый разряд. Сначала идет серия слабых разрядов (лидеров), они разогревают и расширяют канал.

Когда головка лидера контактирует с поверхностью земли, начинается разгрузка (потенциалы постепенно выравниваются).

В результате разрядов выделяется огромное количество энергии, которое может стать причиной таких негативных последствий, как:

  • частичное или полное разрушение здания;
  • сильнейший пожар или техногенная авария;
  • нарушение работы важной электроники и электрических приборов;
  • мгновенная смерть или серьезные травмы человека или животных.

Самые сильные грозы можно наблюдать в Венесуэле в устье реки Кататумбо. Здесь вероятность удара молний наивысшая в мире, так как грозы можно наблюдать 70-200 дней в году, и число молниевых разрядов может достигать 28 в минуту.

Однако, известны случаи, когда после удара молний люди оставались живы (Рой Салливан – человек-громоотвод выжил после 7 ударов). Чаще всего молнии наблюдаются в Африке (Конго, Камерун). В Конго молнией была убита целая футбольная команда.

Поэтому молниезащитазданий, опасных или исторически ценных объектов исооружений, сегодня – одно из важных мероприятий при строительстве и охране строений.

Грозозащита

Молниезащита – это комплекс мер и приспособлений, применяемых для обеспечения безопасности сооружений и всего, что в них находится. Утвержденные инструкции РД 34.21.122-87 и СО 153-34.21.

122-2003 дают представление о существующих требованиях при организации профессиональной грозозащиты и позволяют организовать ее с максимальной эффективностью.

Проектирование системы громозащиты для каждого конкретного объекта должно включать оптимальную защиту от прямых ударов молнии и от вторичного попадания ее разрядов в электрические сети.

Сегодня различают внешнюю и внутреннюю системы грозозащиты. Внутренняя защищает от импульсных перенапряжений и важна для нормальной работы электроники и электрического оборудования и приборов.

Внешняя система защищает здание, башню или корабль от прямых ударов молнии и представляет собой громоотвод, соединенный с токоотводом и заземлителем. Она бывает активного и пассивного действия.

Наиболее распространенные типы внешней громозащиты – стержневая, тросовая и молниеприемная сеть.

Устройство молниезащиты в наиболее простом случае представляет собой установку одного или двух стержней из меди, алюминия, оцинкованной или нержавеющей стали на самой верхней точке здания. Далее они соединяются с токоотводом и заземлением.

В частных домах молниеприемником может служить металлическая кровля, к которой в двух местах обязательно подводятся токоотводы с заземлением.

Неметаллические крыши жилых домов защищают молниеприемной сеткой, для деревянных домов чаще применяют активную защиту, устанавливая рядом с домом громоотвод, притягивающий молнию.

Элементы молниезащиты сегодня можно увидеть практически на всех многоэтажных зданиях, на телевышках, башнях, трубах и куполах храмов. На статуе, установленной на здании баварского парламента, можно увидеть громоотвод. На крестах (молниеприемниках) собора Покрова Божией Матери на Рву (храм Василия Блаженного) также хорошо заметны токоотводы.

Источник: https://www.mzke.ru/molniya_i_molniezashhita.html

Молния как природное явление

Молния и ее природа физика. Молния как природное явление. Природа и причины возникновения молнии

Молниякак природное явление

Молния– это гигантский электрический искровойразряд между облаками или между облакамии земной поверхностью длиной несколькокилометров, диаметром десятки сантиметрови длительностью десятые доли секунды.Молния сопровождается громом. Кромелинейной молнии, изредка наблюдаетсяшаровая молния.

Природаи причины возникновения молнии

Гроза– сложный атмосферный процесс, и еевозникновение обусловлено образованиемкучево-дождевых облаков. Сильнаяоблачность является следствиемзначительной неустойчивости атмосферы.

Для грозы характерен сильный ветер,часто интенсивный дождь (снег), иногдас градом.

Перед грозой (за час, два догрозы) атмосферное давление начинаетбыстро падать вплоть до внезапногоусиления ветра, а затем начинаетповышаться.

Грозыможно разделить на местные, фронтальные,ночные, в горах. Наиболее часто человексталкивается с местными или тепловымигрозами. Эти грозы возникают только вжаркое время при большой влажностиатмосферного воздуха. Как правило,возникают летом в полуденное илипослеполуденное время (12–16 часов).

Водяной пар в восходящем потоке теплоговоздуха на высоте конденсируется, приэтом выделяется много тепла и восходящиепотоки воздуха подогреваются. Посравнению с окружающим восходящийвоздух теплее, он увеличивается в объеме,пока не превратится в грозовое облако.В больших по размеру грозовых облакахпостоянно витают кристаллики льда икапельки воды.

В результате их дробленияи трения между собой и о воздух образуютсяположительные и отрицательные заряды,под действием которых возникает сильноеэлектростатическое поле (напряженностьэлектростатического поля может достигать100 000 В/м). И разница потенциалов междуотдельными частями облака, облакамиили облаком и землей достигает громадныхвеличин.

При достижении критическойнапряженности электрического воздухавозникает лавинообразная ионизациявоздуха – искровой разряд молнии.

Фронтальнаягроза возникает, когда массы холодноговоздуха проникают в район, где преобладаеттеплая погода. Холодный воздух вытесняеттеплый, при этом последний поднимаетсяна высоту 5–7 км. Теплые слои воздухавторгаются внутрь вихрей различнойнаправленности, образуется шквал,сильное трение между слоями воздуха,что способствует накоплению электрическихзарядов.

Длина фронтальной грозы можетдостигать 100 км. В отличие от местныхгроз после фронтальных обычно холодает.Ночная гроза связана с охлаждениемземли ночью и образованием вихревыхтоков восходящего воздуха. Гроза в горахобъясняется разницей в солнечнойрадиации, которой подвергаются южныеи северные склоны гор. Ночные и горныегрозы несильные и непродолжительные.

Грозоваяактивность в различных района нашейпланеты различна. Мировые очаги гроз:остров Ява – 220, Экваториальная Африка-150, Южная Мексика – 142, Панама – 132,Центральная Бразилия – 106 грозовых днейв году. Россия: Мурманск – 5, Архангельск– 10, Санкт-Петербург – 15, Москва – 20грозовых дней в году.

Повиду молнии делятся на линейные, жемчужныеи шаровые. Жемчужные и шаровые молниидовольно редкое явление.

Разрядмолнии развивается за несколько тысячныхдолей секунды; при столь высоких токахвоздух в зоне канала молнии практическимгновенно разогревается до температуры30 000–33 000° С. В результате резко повышаетсядавление, воздух расширяется – возникаетударная волна, сопровождающаяся звуковымимпульсом – громом.

Из-за того, что навысоких заостренных предметахнапряженность электрического поля,создаваемого статическим электрическимзарядом облака, особенно высока,возникает свечение; в результатеначинается ионизация воздуха, возникаеттлеющий разряд и появляются красноватыеязыки свечения, временами укорачивающиесяи опять удлиняющиеся. Не следует пытатьсятушить эти огни, т.к. горения нет. Привысокой напряженности электрическогополя может появиться пучок светящихсянитей – коронный разряд, которыйсопровождается шипением. Линейнаямолния также изредка может возникнутьи при отсутствии грозовых облаков. Неслучайно возникла поговорка – «громсреди ясного неба».

Открытиешаровой молнии

молнияразряд шаровой электрический

Какэто нередко бывает, систематическоеизучение шаровых молний началось сотрицания их существования: в началеXIX века все известные к тому времениразрозненные наблюдения были признанылибо мистикой, либо в лучшем случаеоптической иллюзией.

Ноуже в 1838 году в «Ежегоднике» французскогобюро географических долгот был опубликованобзор, составленный знаменитым астрономоми физиком Домиником Франсуа Араго.Впоследствии он стал инициатором опытовФизо и Фуко по измерению скорости света,а также работ, приведших Леверье коткрытию Нептуна.

Основываясь наизвестных тогда описаниях шаровыхмолний, Араго пришел к выводу, что многиеиз этих наблюдений нельзя считатьиллюзией. За 137 лет, прошедших с моментавыхода в свет обзора Араго, появилисьновые свидетельства очевидцев, фотографии.

Были созданы десятки теорий, экстравагантных,остроумных, таких, которые объяснялинекоторые известные свойства шаровоймолнии, и таких, которые не выдерживалиэлементарной критики. Фарадей, Кельвин,Аррениус, советские физики Я.И. Френкельи П.Л.

 Капица, многие известные химики,наконец, специалисты американскойНациональной комиссии по астронавтикеи аэронавтике NASA пыталисьисследовать и объяснить этот интересныйи грозный феномен. А шаровая молния ипоныне продолжает во многом оставатьсязагадкой.

Природашаровой молнии

Какиеже факты должны связать ученые единойтеорией, чтобы объяснить природувозникновения шаровой молнии? Какиеограничения накладывают наблюдения нанашу фантазию?

В1966 году NASA распространила среди двухтысяч человек анкету, в первой частикоторой были заданы два вопроса: «Виделили вы шаровую молнию?» и «Видели ли выв непосредственной близости ударлинейной молнии?» Ответы дали возможностьсравнить частоту наблюдения шаровоймолнии с частотой наблюдения обычныхмолний. Результат оказался ошеломляющим:удар линейной молнии вблизи видели 409человек из 2 тысяч, а шаровую молнию –два раза меньше. Нашелся даже счастливчик,встречавший шаровую молнию 8 раз, –еще одно косвенное доказательство того,что это совсем не такое редкое явление,как принято думать.

Анализвторой части анкеты подтвердил многиеизвестные ранее факты: шаровая молнияимеет в среднем диаметр около 20 см;светится не очень ярко; цвет чаще всегокрасный, оранжевый, белый. Интересно,что даже наблюдатели, видевшие шаровуюмолнию близко, часто не ощущали еетеплового излучения, хотя принепосредственном прикосновении онаобжигает.

Существуеттакая молния от нескольких секунд доминуты; может проникать в помещениячерез маленькие отверстия, восстанавливаязатем свою форму. Многие наблюдателисообщают, что она выбрасывает какие-тоискры и вращается. Обычно она парит нанебольшом расстоянии от земли, хотявстречали ее и в облаках. Иногда шароваямолния спокойно исчезает, но иногдавзрывается, вызывая заметные разрушения.

Шароваямолния несет большую энергию. В литературе,правда, часто встречаются заведомозавышенные оценки, но даже скромнаяреалистичная цифра – 105 джоулей – длямолнии диаметром в 20 см весьмавнушительна. Если бы такая энергиярасходовалась только на световоеизлучение, она могла бы светиться многочасов.

Некоторыеученые считают, что молния постояннополучает энергию извне. Например,П.Л. Капица предположил, что онавозникает при поглощении мощного пучкадециметровых радиоволн, которые могутизлучаться во время грозы.

Реально дляобразования ионизированного сгустка,каким является в этой гипотезе шароваямолния, необходимо существование стоячейволны электромагнитного излучения сочень большой напряженностью поля впучностях. При взрыве шаровой молнииможет развиться мощность в миллионкиловатт, так как взрыв этот протекаеточень быстро.

Взрывы, правда, человекумеет устраивать и более мощные, но еслисравнить со «спокойными» источникамиэнергии, то сравнение будет не в ихпользу.

Почемусветится шаровая молния

Остановимсяеще на одной загадке шаровой молнии:если ее температура невелика (в кластернойтеории считается, что температурашаровой молнии около 1000°К), то почемуже тогда она светится? Оказывается, иэто можно объяснить.

Прирекомбинации кластеров выделившеесятепло быстро распределяется между болеехолодными молекулами. Но на какой-томомент температура «объемчика» вблизирекомбинировавших частиц может превышатьсреднюю температуру вещества молнииболее чем в 10 раз.

Вот этот «объемчик»и светится как газ, нагретый до 10 000–15000 градусов. Таких «горячих точек»сравнительно мало, поэтому веществошаровой молнии остается полупрозрачным.

Цвет шаровой молнии определяется нетолько энергией сольватных оболочек итемпературой горячих «объемчиков», нои химическим составом ее вещества.

Известно, что если при попадании линейноймолнии в медные провода появляетсяшаровая молния, то она часто бываетокрашена в голубой или зеленый цвет –обычные «цвета» ионов меди. Остаточныйэлектрический заряд позволяет объяснитьтакие интересные свойства шаровоймолнии, как ее способность двигатьсяпротив ветра, притягиваться к предметами висеть над высокими местами.

Причинавозникновения шаровой молнии

Дляобъяснения условий возникновения исвойств шаровой молнии исследователипредложили множество разнообразныхгипотез. Одной из неординарных гипотезявляется инопланетная теория, котораяисходит из предположения, что шароваямолния – не что иное, как разновидностьНЛО.

У такого предположения естьоснование, поскольку множество очевидцевутверждают, что шаровая молния веласебя, как живое разумное существо. Чащевсего, она выглядит как шар, именнопоэтому в прежние времена ее именовалиогненным шаром. Однако это не всегдатак: варианты шаровых молний такжевстречаются. Это может быть форма гриба,медузы, бублика, капли, плоского диска,элипсоида.

Расцветка молнии чаще всегожелтая, оранжевая или красная, режевстречается белый, голубой, зеленый,черный окрас. Появление шаровых молнийне зависит от погоды. Они могут возникнутьв разную погоду и совершенно независимоот линий электропередач.

Встреча счеловеком либо животным также можетпроходить по-разному: таинственные шарылибо мирно парят на некотором расстоянии,либо с яростью нападают, вызывая ожогиили даже убивая. После этого они могуттихо исчезнуть или громко взрываются.Нужно отметить, что количество убитыхи травмированных от огненных объектовсоставляет примерно 9% от общего числасвидетелей.

В случае поражения человекашаровой молнией на теле во многих случаяхне остается следов, а тело убитогомолнией по необъяснимой причине долгоевремя не разлагается. В связи с даннымобстоятельством появилась теория отом, что молния способна влиять на ходиндивидуального вре­мени организма.

Источник: https://studfile.net/preview/8081140/

Природа молнии. Что такое молния и как она возникает?

Молния и ее природа физика. Молния как природное явление. Природа и причины возникновения молнии

Молния во время грозы

Когда в электрическом поле атмосферы развивается искровой разряд гигантских размеров, мы можем наблюдать удивительное природное явление – молнию. Самое зрелищное проявление грозы может быть крайне опасным для человеческой жизни и эксплуатируемой человеком инфраструктуры. Количество гроз на нашей планете в год превышает десять миллионов.

В среднем на Земле происходит до полусотни тысяч гроз в день, одновременно – более тысячи. Грозы над мировым океаном случаются в разы чаще, чем над сушей. Каждую секунду десятки молний ударяют в поверхность Земли.

Притом их частоту и динамику развития невозможно точно спрогнозировать, как нельзя со стопроцентной вероятностью предсказать и последствия грозовой активности.

Благодаря современным техническим средствам удалось зафиксировать появление молний на других планетах солнечной системы, в частности на Юпитере.

Что касается Земли, на экваториальную и тропическую зону приходится абсолютное большинство всех гроз. А вероятность появления молнии над полюсами нашей планеты стремится к нулю.

В России наибольшая грозовая активность наблюдается в южных регионах. Грозозащита прежде всего требуется там, где велика вероятность проявления сил стихии.

Разряд молнии во время грозы подобен электрическому взрыву. А впечатляющие звуковые и световые эффекты зачастую сопровождаются резким усилением ветра, выпадением града и ливнем. Сила тока молнии может составлять сотни тысяч ампер, напряжение – до миллиарда вольт.

Ее протяженность достигает сотен километров, скорость – сотен тысяч километров в секунду, длительность – нескольких секунд, а температура – десятков тысяч градусов. Интенсивность разрядов в среднем составляет полсотни в секунду.

Скорость движения грозы составляет десятки километров в час, размеры – от нескольких километров до пары десятков. Зрелое грозовое облако может иметь биполярную или более сложную структуру распределения зарядов.

Количество разрядов молнии и их параметры связаны с величиной заряда и с тем, как он распределен в облаке. На количество также влияет скорость, с которой воспроизводится заряд.

Грозовые облака, которые могут достигать в диаметре нескольких километров, образуются в результате мощных атмосферных процессов и отличаются вертикальным развитием. Их формируют воздушные потоки, насыщенные парами воды. В электрическом поле облака запасается энергия – грозовое электричество.

Первая и вторая стадии развития грозового облака – кучевое и зрелое – завершаются стадией распада. Развитие грозы запускается при появлении конвекции. Потоки влажного воздуха движутся вверх, притом влага находится частично в жидком состоянии, а частично – виде льдинок. Величина и мощность потоков определяют тип грозы и цикл жизни грозового облака.

Одноячейковое кучево-дождевое облако отличается небольшим сроком жизни – не более часа, – и быстро исчезает после грозы, которую вызвало. Более распространенные многоячейковые кластерные грозы возникают, когда грозовые ячейки на разных стадиях развития собираются в группу, или кластер, и движутся как единое целое.

Такая гроза длится уже несколько часов, сопровождаясь градом, ливнем и порывами ветра. Многоячейковая линейная гроза напоминает темную стену, закрывающую горизонт. Этой опасной для авиации грозе, которую также называют “линия шквалов”, сопутствуют мощные нисходящие потоки воздуха, сильный ливень и крупный град.

Суперъячейковая гроза получила свое название благодаря гигантскому размеру грозовой ячейки. Помимо сильнейшего града и шквала для нее характерны разрушительные смерчи.

История изучения молнии

Изучение грозовой активности и, в частности, молнии, неразрывно связаны с темой электричества и его проявлений в пространстве около земного шара. Совокупность проявлений атмосферного электричества исследует физика атмосферы.

Предметом ее изучения выступает целый спектр связанных между собой электрических явлений: ионизация и проводимость атмосферы, электрическое поле и токи, электрические заряды и разряды.

Прорыв в этой области совершил в 18 веке видный американский деятель из научной и политической областей, Бенджамин Франклин. Благодаря экспериментам он выяснил, что молния имеет электрическую природу, и определил понятия положительного и отрицательного заряда.

В 1752 году Франклин впервые предложил проект молниеотвода на основе металлического стержня, соединенного с землей. Ключевые принципы, открытые ученым, по сей день актуальны в деле устройства молниезащиты зданий и сооружений.

Тогда же российский ученый и естествоиспытатель Михаил Васильевич Ломоносов объяснил природу грозовых облаков, высказав гипотезу о причинах их электризации. Свою научную теорию он изложил в работе «Слово о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих».

Оба исследователя, Ломоносов и Франклин, использовали в своих экспериментах воздушного змея, запуская его в направлении грозовых облаков. Соратник Ломоносова, Георг Вильгельм Рихман, погиб во время грозы, проводя электрические опыты.

Тем не менее, незадолго до этого академики успели совместно положить начало серьезному изучению молниезащиты в России. В 1753 году Ломоносов и Рихман создали первые в России прототипы молниеотводов. Также Рихман начал исследования взаимодействия электрически заряженных тел.

Этот вопрос занимал многих видных ученых, среди которых были Франц Эпинус, Даниил Бернулли, Джозеф Пристли, Джон Робинсон и Генри Кавендиш.

Электрическая искра, или искровой разряд, представляет собой пучок заполненных плазмой каналов. Искровые каналы представляют собой разветвленные яркие полоски, напоминающие нити. Такой разряд в природе и является молнией. Впервые искусственным путем электрическая искра была получена в электрическом конденсаторе голландского ученого Питера ван Мушенбрука в 1745 году.

Электрический заряд, или количество электричества, как скалярная величина впервые был определен Шарлем Кулоном, физиком и инженером из Франции. Связь силы взаимодействия между неподвижными точечными электрическими зарядами и расстояния между ними была выведена им в законе Кулона в 1785 году.

Кулон как единица измерения электрического заряда определяется величиной заряда, прошедшего через проводник за 1 секунду при силе тока 1 ампер. Электрические заряды в околоземном космическом пространстве, в атмосфере и на поверхности нашей планеты генерируют поле, которое называется электрическим полем Земли.

Заряд в полмиллиона кулонов создает у поверхности Земли электрическое поле напряжённостью в десятки вольт на метр.

Единица измерения электрического напряжения “вольт” получила свое название в честь Алессандро Вольты, ученого из Италии. Он создал первый химический источник тока при помощи кислоты и пластин из цинка и меди, а также ряд электрических приборов.

В вольтах выражается электростатический потенциал. Вольт обозначается как В или V. Мощность постоянного электрического тока измеряется в ваттах – единице, названной в честь изобретателя из Шотландии Джеймса Ватта. Ватт обозначается как Вт или W.

Принцип взаимодействия электрических токов был сформулирован физиком Андре Ампером в 1820 году. Французский ученый ввел в физику и само понятие электрического тока. Закон Ампера описывает состояния проводников в зависимости от направления тока.

Если электрические токи в параллельных проводниках текут в одном направлении – проводники притягиваются. Если в них же токи текут в противоположных направлениях, то параллельные проводники отталкиваются.

Со временем единица измерения силы неизменяющегося электрического тока получила наименование “ампер”. Ампер обозначается как A.

Тепловое действие электрического тока сформулировал в виде закона английский физик Джеймс Джоуль. Единица измерения энергии получила название в честь этого ученого. Джоуль обозначается как Дж или J. За 1 секунду силы электрического поля при напряжении в 1 вольт для поддержания силы тока в 1 ампер совершают работу в 1 джоуль.

20 век принес человечеству знания об ионосфере и магнитосфере. А затем, с развитием космических технологий, стало возможным исследование процессов в самых высоких слоях атмосферы. Наибольший вклад в формирование современного знания об электрических атмосферных явлениях внесли Нобелевский лауреат Чарлз Вильсон и ученый-физик Яков Френкель.

Типы молний

Молнии делятся на разные типы: линейная, горизонтальная, ленточная, пунктирная, шаровая, огни святого Эльма, а также спрайты, эльфы, джеты в верхних слоях атмосферы.

Причиной систематических разрушений и аварий становится молния линейного типа, наиболее распространенного из всех. На сегодняшний день по сравнению с остальными типами подобных природных явлений она наиболее изучена.

  Линейные молнии можно разделить по месту возникновения. Они появляются и развиваются в пространстве между облаком и поверхностью земли. В основном именно такие разряды воздействуют на наземные объекты.

Разряды электричества возникают в атмосфере из-за разности потенциалов между частями грозового облака, между облаками или между облаком и землей. Поэтому молния может также развиваться внутри облака или между разными облаками.

Направление развития линейных молний служит критерием для их разделения на нисходящие и восходящие. За счет развития лидера молнии от облака к земле или от земли к облаку происходит пробой зоны между ними.

Молнии, чье развитие направлено из грозового облака вниз к земле, называются нисходящими. Восходящие же молнии развиваются в направлении к облаку от вершин заземленных конструкций.

В абсолютном большинстве случаев причиной поражения возвышающихся на равнинной местности сооружений от 200 метров выступают именно восходящие молнии.

Стадии развития молнии

Молния переносит с облака на землю положительный или отрицательный заряд. Знак заряда определяет ее полярность.

Молнии с отрицательным зарядом встречаются значительно чаще, и их параметры более подробно изучены. Отрицательная нисходящая молния развивается в три стадии, которые образуют компоненту.

За первой компонентой, как правило, идут последующие. Их количество может достигать нескольких десятков.

Разряд молнии начинается при появлении лидера. Он оказывает тепловое, механическое и электрическое воздействие на объекты, через которые проходит. Лидер молнии состоит из канала, головки канала и стримерной зоны. Канал лидера молнии – это плазменное образование, через которое протекает ток.

Канал прорастает, пробивая промежуток между облаком и землей. Он несет огромный потенциал в десятки мегавольт, а сила тока в нем исчисляется сотнями ампер. Величина распределенного по его длине заряда электричества достигает нескольких кулон.

Так за миллисекунды происходит лидерная стадия развития молнии.

Далее следует наиболее опасный процесс наподобие короткого замыкания – главная стадия. Высокотемпературный проводящий канал замыкается на землю и провоцирует переходный процесс разряда протяженной заряженной системы, созданной лидером.

На этой стадии импульс тока может протекать по каналу за сотни микросекунд с амплитудой уже в несколько сотен килоампер. Скорость его распространения соизмерима со скоростью света. Главную стадию сопровождают световые вспышки, яркое свечение и раскаты грома.

Гром вызывают колебания воздуха, когда нагретая молнией волна воздуха сталкивается с холодной.

На финальной стадии канал молнии продолжает переносить заряд к земле, но менее интенсивно. Тем не менее, для этой стадии характерна большая длительность тока, которой, в основном, обусловлено термическое воздействие молнии.

Мощную разрушительную силу атмосферного электричества трудно недооценить. С этим связана целесообразность установки специальных систем – систем молниезащиты и заземления.

Источник: https://ezrf.ru/poleznye-stati/priroda-molnii-chto-takoe-molniya-i-kak-ona-voznikaet

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.