Почему появляется молния

Боги гневаются, или Как возникает молния

Завораживающее и смертоносное небесное явление — именно так можно охарактеризовать молнию. Это одна из тех вещей, которые мы неоднократно наблюдаем, но не всегда понимаем их природу. Чтобы узнать, почему и как возникает молния, придётся совсем немного углубиться в физику.

Что такое молния

Молния — это внезапный электростатический разряд, возникающий в атмосфере внутри облака, между двумя облаками или между облаком и землей. Явление сопровождается яркими электрическими вспышками и громом. Напряжение одного разряда может достигать миллиарда вольт.

Чаще всего молнии возникают в грозовых облаках, но могут наблюдаться при извержении вулканов, пылевых бурях и торнадо.

Как появляется молния

Всё дело в процессах, которые происходят в облаках. Каждое облако состоит из огромного количества капелек, а когда их концентрация повышается, мы можем наблюдать тучу. Внутри облака капельки часто замерзают и становятся льдинками, которые сталкиваясь друг с другом, получают положительный и отрицательный заряды. Положительно заряженные льдинки всегда скапливаются наверху облака, отрицательные — в нижней его части. Так и получается, что верхняя часть облака заряжается положительно, нижняя — отрицательно.

Облако становится грозовым только при накоплении достаточного заряда и массы до момента, когда оно начнётся распадаться.

Чаще всего для возникновения молнии нужны два таких облака. Они должны подойти друг к другу: одно — положительной стороной, другое — отрицательной. До определённого момента два облака не контактируют из-за воздушной прослойки между ними, но со временем заряженные частицы начинают прорываться, ведь плюс и минус притягиваются.

Именно за первыми заряженными частицами, которые преодолели воздушный барьер, следует вся накопленная энергия. В этот момент и возникает молния.

Виды молний

В зависимости от того, куда направлен разряд, можно выделить такие разновидности:

Молния не проходит по прямой траектории. Каждая её «ступенька» — это место, где электроны столкнулись с молекулой воздуха и изменили направление.

Почему молния не возникает зимой

Ледяные кристаллы в облаке приходят в движение из-за восходящего с земли тёплого потока воздуха. Зимой такой поток не очень сильный, поэтому большинство облаков не становятся грозовыми.

Почему слышен гром

Раскат грома — это ничто иное, как ударная волна от молнии. Когда возникает электрический разряд, воздух вокруг резко нагревается до запредельных температур и мгновенно расширяется, создавая звуковую волну. Свет от молнии распространяется быстрее, чем звук, поэтому мы сначала видим вспышку, а потом слышим гром.

Почему молнию не используют для добычи электроэнергии?

Существует термин «грозовая энергетика», описывающий процесс улавливания молний с целью перенаправления энергии в электросеть. Однако такой подход очень ненадёжен, т.к. возникновение молний сложно предсказать. Кроме того, стоит вопрос того, как в доли секунды собрать такое большое количество энергии. Для этого нужны дорогостоящие суперкондерсаторы и преобразователи напряжения, а такие инвестиции никому не интересны из-за непредсказуемости источника энергии.

Как объяснить молнию ребёнку

Считаем, что тут главное не забивать голову малышу о каких-либо фантастических происшествиях в облаках. Лучше придерживаться реальной версии, попытавшись как можно проще всё объяснить.

Высоко в небе всегда прохладно, поэтому внутри тучек появляются льдинки. Они так сильно ударяются друг об друга, что тучка становится «электрической». Когда она встречается с другой такой же тучкой, то они начинают бить друг друга током. Так и получается молния.

У детей отличное воображение, поэтому им будет несложно всё представить. Можно даже всё изобразить в игровой форме. Когда ребёнок подрастёт и начнёт интересоваться более сложными вещами, он уже будет иметь некоторое представление, как возникает молния, и сможет сам разобраться в тонкостях этого процесса.

Источник

Как появляется молния: причины и интересные факты

Молния – мощнейший электрический разряд, который может происходить внутри облаков, между соседними облаками или между облаком и землей. А как появляется молния и почему? Разряду молнии всегда предшествует образование разности электропотенциалов между облаками или между облаком и землей.

Электризация облаков

Разряды молний могут возникать внутри облака, между соседними электризованными облаками или же между наэлектризованным облаком и землей. Сам процесс электризации всем хорошо знаком. К примеру, если взять пластиковую расческу и расчесать ею сухие волосы, то они начнут к ней притягиваться, может возникать искра. После этого к расческе могут притягиваться другие предметы, такие как перья, мелкие кусочки бумаги. Это явление называется электризацией трением. А как появляется молния, ведь тучи не трутся друг об друга?

Грозовое облако представляет собой огромное количество пара, частично сконденсированного в виде мелких капелек воды или льдинок. Верхняя часть пара может находиться очень высоко – до семи километров от уровня земли, а нижняя – на высоте около 500 метров. Примерно на высоте три и более километров облако содержит льдинки: температура на этой высоте в облаках ниже нуля. Сами льдинки находятся в постоянном движении, возникающими из-за восходящих потоков теплого воздуха. Мелкие льдинки легкие и теплыми потоками воздуха возвышаются вверх. Во время движения вверх они постоянно сталкиваются с крупными льдинками. Каждое столкновение приводит к электризации. При этом крупные льдинки заряжаются отрицательно, а мелкие – положительно. Постепенно мелкие льдинки заполоняют всю верхнюю часть облака, а внизу остаются только тяжелые элементы, заряженные отрицательно.

Сила неба

Когда противоположно заряженные частицы приближаются близко друг к другу, возникает светящийся канал, по которому проходят другие заряженные частицы. Так появляется молния. Как только возникает подобное свечение, то стоит быть очень осторожным, так как напряженность разряда огромна – около миллиона в/м, а энергии в такой молнии содержится до миллиарда джоулей.

В самом канале температура достигает 10 000 К, из-за чего и возникает яркий свет, который видно с земли. По этим каналам облака разряжаются, позволяя увидеть красивое свечение в виде молний. Раскаленная среда расширяется, вызывая ударную волну, т. е. гром.

Зная, как появляется молния, можно самостоятельно сделать мини-молнию. Опыт проводится в темном помещении, в противном случае ничего не будет видно. Понадобится два овальных воздушных шарика. Их следует надуть и завязать. Шарики натираются шерстяной тканью. Во время этого процесса воздух, находящийся внутри шаров, начинает электризоваться.

Затем шарики устанавливают друг напротив друга, оставляя между ними зазор. Остается только наблюдать, как по нему между шариками будут проскакивать молнии. Вместе с ними будет слышно слабое потрескивание – своего рода миниатюрный гром.

Вид молнии

Каждый видел, что свечение представляет собой не прямую линию, а ломаную. Из-за чего молния появляется в таком виде? Процессу образования подобной ломаной способствует форма проводящего канала, представленная в виде ступенек. Каждая из подобных ступенек – это место, где движущиеся молекулы останавливаются из-за столкновения с воздухом и изменяют направление.

Молния – конденсатор, диэлектриком которого является воздух, а обкладки – земля и облака. Емкость подобного конденсатора мала, но зато напряжение в нем колоссальное и может достигать миллионов вольт. Причем во время свечения то, что мы видим с земли, – это не одна молния, а несколько разрядов, каждый из которых длится миллионные доли секунды.

Облако – дом для молнии

Откуда появляется молния, из каких облаков? Чаще всего это явление наблюдается в кучево-дождевых облаках. Однако подобное свечение наблюдается при торнадо, пылевых бурях, извержениях вулканов. Каждый вид имеет свои особенности, но то, как возникает молния, остается неизменным – всему виной трение.

Направление разряда

По направлению разряда молнии делят на следующие виды:

Примерно 85 % всех разрядов происходит между грозовыми облаками как снаружи, так и внутри. Однако самая большая мощность у тех молний, который возникают между землей и небом. Каждый раз, как появляется молния и гром, видно красивый, разветвленный рисунок, реже разряд представлен линейным столбом. Самая редкая и необычная форма, которую пока еще не изучили, – шар (шаровые молнии).

Интересные факты

Загадочная природа возникновения молний не дает покоя ученым. И не зря.

По оценкам ученых, вероятность быть убитым молнией не так уж и высока – примерно 1 шанс на 2 000 000: такие же шансы умереть, упав с кровати. А вот шансы увидеть шаровую молнию хотя бы раз в жизни намного меньше – примерно 1 из 10 тысяч.

Молнии очень длинные – несколько сотен километров. Если видны сначала разряды, а потом слышен гром, то молнии возникают в небе очень далеко, хотя возникновение разряда и сопровождается громом. Задержка звука происходит из-за того, что свет долетает быстрее, чем звук. Узнать более подробно о молнии, можно из видео, представленного в статье.

Молнии бывают не только на нашей планете. Также это явление наблюдается на других планетах: на Марсе, Венере и не только. Вспышки появляются неожиданно, длятся доли секунды и состоят из нескольких разрядов.

Несмотря на свою мощь и силу, самыми опасными считаются те молнии, которые возникают в облаках и не касаются земли. Также опасны шаровые молнии. О них мало что известно, но говорят, что рядом с ними нельзя двигаться, так как эти виды вспышек любят «погулять». Они могут даже в дом залететь, если будут открыты окна и двери во время грозы.

Самое красивое явление – это Огни Святого Эльма. Так называется свечение, возникающее после грозы на остроконечных фонарях, мачтах кораблей, зданиях.

Источник

Как возникает молния

Главная » Природа » Как возникает молния и почему она образуется | «Зачем и почему»

Приветствуем Вас, дорогие читатели, на нашем сайте!

Здесь вы сможете узнать множество интересных и зажигательных историй, множество фактов и объяснений в мире. На нашем сайте вы найдете много полезной и интересной информации из различных областей науки, спорта, природы, животных и многое многое другое.
Читайте и делитесь с друзьями!

В данной статье мы с Вами узнаем – КАК ВОЗНИКАЕТ МОЛНИЯ

Молния – мощнейший электрический разряд, который может происходить внутри облаков, между соседними облаками или между облаком и землей. А как возникает молния и почему? Разряду молнии всегда предшествует образование разности электропотенциалов между облаками или между облаком и землей.

Природа электричества

Все тела состоят из атомов — от облаков и деревьев до человеческого организма. У каждого атома есть ядро, несущее положительно заряженные протоны и нейтральные нейтроны. Исключением является простейший атом водорода, в ядре которого нет нейтрона, а есть только один протон.

Вокруг ядра обращаются отрицательно заряженные электроны. Положительные и отрицательные заряды взаимно притягиваются, поэтому электроны вращаются вокруг ядра атома, как пчелы около сладкого пирога.

Притяжение между протонами и электронами обусловлено электромагнитными силами. Поэтому электричество присутствует везде, куда бы мы ни посмотрели. Как мы видим, оно содержится и в атомах.

Интересный факт: природа молнии лежит в электричестве, которое содержится в облаках.

В нормальных условиях положительные и отрицательные заряды каждого атома уравновешивают друг друга, поэтому тела, состоящие из атомов, обычно не несут никакого суммарного заряда — ни положительного, ни отрицательного.

В результате соприкосновение с другими предметами не вызывает электрического разряда. Но иногда равновесие электрических зарядов в телах может нарушиться. Возможно, вы это испытываете на себе, находясь дома в холодный зимний день.

В доме очень сухо и жарко. Вы, шаркая босыми ногами, ходите по паласу. Незаметно для вас часть электронов с ваших подошв перешла к атомам ковра.

Произошло вот что — ваше тело, которому не хватает электронов для достижения электрического равновесия, стремится за счет сил электромагнитного притяжения восстановить равновесие. И оно восстанавливается. Между рукой и дверной ручкой возникает поток электронов, направленный к руке.

Если бы в комнате было темно, то вы увидели бы искры. Свет виден потому, что электроны при перескакивании испускают кванты света. Если в комнате тихо, вы услышите легкое потрескивание.

Электричество окружает нас повсюду и содержится во всех телах. Облака в этом смысле — не исключение.

На фоне голубого неба они выглядят очень безобидными. Но так же, как вы в комнате, они могут нести электрический заряд. Если это так — берегитесь! Когда облако восстанавливает электрическое равновесие внутри себя — вспыхивает целый фейерверк.

Как возникает молния?

Внутри тучи

Грозовую тучу не спутаешь с обычным облаком. Ее мрачный, свинцовый цвет объясняется большой толщиной: нижний край такой тучи висит на расстоянии не более километра над землей, верхний же может достигать высоты 6-7 километров.

Что происходит внутри этой тучи? Водяной пар, из которого состоят облака, замерзает и существует в виде ледяных кристаллов. Восходящие потоки воздуха, идущие от нагретой земли, увлекают мелкие льдинки вверх, заставляя их все время сталкиваться с крупными, оседающими вниз.

Кстати, зимой земля нагревается меньше, и в это время года, практически, не образуется мощных восходящих потоков. Поэтому зимние грозы — крайне редкое явление.

В процессе столкновений льдинки электризуются, точно так же, как это происходит при трении различных предметов один о другой, — например, расчески о волосы.

Причем, мелкие льдинки приобретают заряд положительный, а крупные — отрицательный. По этой причине верхняя часть молниеобразующего облака приобретает положительный заряд, а нижняя — отрицательный. Возникает разность потенциалов в сотни тысяч вольт на каждом метре расстояния — как между облаком и землей, так и между частями облака.

Развитие молнии

Развитие молнии начинается с того, что в некотором месте облака возникает очаг с повышенной концентрацией ионов — молекул воды и, составляющих воздух, газов, от которых отняли или к которым добавили электроны.

По одним гипотезам, такой очаг ионизации получается из-за разгона в электрическом поле свободных электронов, всегда имеющихся в воздухе в небольших количествах, и соударением их с нейтральными молекулами, которые сразу же ионизируются.

По другой гипотезе, начальный толчок вызывается космическими лучами, которые все время пронизывают нашу атмосферу, ионизируя молекулы воздуха.

Ионизированный газ служит неплохим проводником электричества, поэтому через ионизированные области начинает течь ток. Дальше — больше: проходящий ток нагревает область ионизации, вызывая всё новые высокоэнергетичные частицы, которые ионизируют близлежащие области, — канал молнии очень быстро распространяется.

Вслед за лидером

На практике процесс развития молнии происходит в несколько стадий. Сначала передний край проводящего канала, называемый «лидером», продвигается скачками по нескольку десятков метров, каждый раз, немного меняя направление (от этого молния получается извилистой). Причем скорость продвижения «лидера» может, в отдельные моменты, достигать 50 тысяч километров за одну-единственную секунду.

В конце концов, «лидер» достигает земли или другой части облака, но это еще не главная стадия дальнейшего развития молнии.

После того, как ионизированный канал, толщина которого может достигать нескольких сантиметров, оказывается «пробит», по нему с огромной скоростью — до 100 тысяч километров всего за одну секунду — устремляются заряженные частицы, это и есть сама молния.

Ток в канале составляет сотни и тысячи ампер, а температура внутри канала, при этом, достигает 25 тысяч градусов — потому молния и дает столь яркую вспышку, видимую за десятки километров. А мгновенные перепады температур, в тысячи градусов, создают сильнейшие перепады давления воздуха, распространяющиеся в виде звуковой волны — грома. Этот этап длится очень недолго — тысячные доли секунды, но энергия, которая при этом выделяется, огромна.

Конечная стадия

На конечной стадии скорость и интенсивность движения зарядов в канале снижается, но, все равно, остаются достаточно большими. Именно этот момент наиболее опасен: конечная стадия может длиться только десятые (и даже меньше) доли секунды. Такое, достаточно длительное, воздействие на предметы на земле (например, на сухие деревья) часто приводит к пожарам и разрушениям.

Причем, как правило, одним разрядом дело не ограничивается — по проторенному пути могут двинуться новые «лидеры», вызывая в том же самом месте повторные разряды, по количеству доходящих до нескольких десятков.

Несмотря на то, что человечеству известна молния с момента появления самого человека на Земле, до настоящего времени она до конца еще не изучена.

Вид молнии

Каждый видел, что свечение представляет собой не прямую линию, а ломаную.

Из-за чего молния появляется в таком виде? Процессу образования подобной ломаной способствует форма проводящего канала, представленная в виде ступенек. Каждая из подобных ступенек – это место, где движущиеся молекулы останавливаются из-за столкновения с воздухом и изменяют направление.

Молния – конденсатор, диэлектриком которого является воздух, а обкладки – земля и облака.

Емкость подобного конденсатора мала, но зато напряжение в нем колоссальное и может достигать миллионов вольт. Причем во время свечения то, что мы видим с земли, – это не одна молния, а несколько разрядов, каждый из которых длится миллионные доли секунды.

Молнии над вулканом

О том, что извержения вулканов иногда сопровождаются ударами молний, известно почти 2000 лет. В 79 году нашей эры Плиний Младший, наблюдая извержение Везувия, записал, что над кратером собрались тёмные тучи и сверкали молнии.

Ближе к нашему времени есть сведения о грозовых разрядах, замеченных при двух с лишним сотнях извержений. Но до сих пор эта связь двух явлений не изучена. Только в 2000 году вулканолог с Аляски Стив Макнатт создал рабочую группу по молниям над вулканами.

Интерес к этому явлению возник у вулканолога в 1992 году, когда на одном из Алеутских островов сейсмографы зарегистрировали извержение вулкана. Обычно кабели от приборов, устанавливаемых близ вулканов, закапывают под землю, но на необитаемом и лишённом крупных животных островке их просто проложили на поверхности. Действуя как антенны, эти провода принесли на ленту сейсмографа, кроме сведений о колебаниях почвы, сигналы электромагнитного излучения молний.

Насколько известно, к возникновению молний над извергающимся вулканом приводят как сейсмологические процессы, так и процессы, идущие в облаках при обычных грозах. Электрические заряды могут возникать за счёт пьезоэлектрических, трибоэлектрических и подобных явлений при разломах и подвижках горных пластов, сопровождающих извержение. Возникают заряды и при трении между частицами пепла, вылетающими из жерла вулкана.

При обычных грозах разница потенциалов, разряжающаяся затем в молнии, возникает потому, что более тяжёлые капельки или льдинки из-за своего веса скапливаются в нижних слоях грозового облака, а мелкие, лёгкие поднимаются восходящими потоками воздуха в верхнюю часть. Они накапливают противоположные заряды, которые после определённой величины напряжения пробивают слой воздуха. Сумма этих пока не до конца изученных «земных» и «небесных» явлений и вызывает молнию над извергающимся вулканом.

Молнии возникают чаще, если вулканическое облако над кратером достигает высоты более семи километров.

Частота этого явления зависит также от содержания воды в магме. Пока магма находится под высоким давлением, вода не выкипает, несмотря на высокую температуру, но, как только магма вырывается из жерла вулкана, вода превращается в пар и вносит свой вклад в образование грозовой тучи.

Интересные факты

Загадочная природа возникновения молний не дает покоя ученым. И не зря.

По оценкам ученых, вероятность быть убитым молнией не так уж и высока – примерно 1 шанс на 2 000 000: такие же шансы умереть, упав с кровати. А вот шансы увидеть шаровую молнию хотя бы раз в жизни намного меньше – примерно 1 из 10 тысяч.

Молнии очень длинные – несколько сотен километров.

Если видны сначала разряды, а потом слышен гром, то молнии возникают в небе очень далеко, хотя возникновение разряда и сопровождается громом. Задержка звука происходит из-за того, что свет долетает быстрее, чем звук. Узнать более подробно о молнии, можно из видео, представленного в статье.

Молнии бывают не только на нашей планете. Также это явление наблюдается на других планетах: на Марсе, Венере и не только. Вспышки появляются неожиданно, длятся доли секунды и состоят из нескольких разрядов.

Несмотря на свою мощь и силу, самыми опасными считаются те молнии, которые возникают в облаках и не касаются земли.

Также опасны шаровые молнии. О них мало что известно, но говорят, что рядом с ними нельзя двигаться, так как эти виды вспышек любят «погулять». Они могут даже в дом залететь, если будут открыты окна и двери во время грозы.

Самое красивое явление – это Огни Святого Эльма. Так называется свечение, возникающее после грозы на остроконечных фонарях, мачтах кораблей, зданиях.

Видео

Источник

Недостающее звено в загадке зарождения молнии

Молния — самое частое опасное природное явление на Земле, однако механизм зарождения молнии до сих пор не разгадан. Чтобы это сделать, нужно заглянуть внутрь облаков, но технически это весьма непросто. Лишь в последние десятилетия сверхскоростные сверхчувствительные приборы открыли перед учеными новые возможности в изучении молнии. Что же удалось разглядеть в облаках? Об этом Ольге Орловой в программе «Гамбургский счет» рассказал профессор и директор Международного центра изучения молнии в Университете Флориды Владимир Раков.

Владимир Александрович Раков — родился в 1955 году в городе Семипалатинске. В 1977 году окончил Томский политехнический университет. В 1983 году защитил кандидатскую диссертацию. С 1991 года работает в Университете Флориды. Автор более 700 публикаций по различным аспектам молнии, в том числе четырех монографий. С 2013 по 2017 год — научный руководитель исследовательского проекта «Молнии и грозы. Физика и эффекты» в Институте прикладной физики РАН по программе мегагрантов.

— Владимир Александрович, как получилось, что люди наблюдают за молнией тысячи лет, а физического описания важнейших стадий развития молнии до сих пор нет? Какие фундаментальные проблемы для ученых за этим стоят?

— Здесь несколько проблем. Первая связана с инициацией молнии. Как она зарождается в облаке. Поскольку это происходит внутри облака, оптические методы регистрации здесь помочь не могут. Какие-то теории, основанные на радиотехнических методах измерения, конечно, выдвигаются, но потом появляются новые наблюдения, которые не подтверждают теорию. Поэтому с инициацией молнии в облаке пока наибольшая неопределенность.

Вторая категория проблем связана с развитием молнии между облаком и землей. Вот как она вышла из облака, направилась к земле и до момента удара в землю. Казалось бы, какие могут тут быть проблемы? Вот она была там, теперь она здесь. Но дело в том, что молния развивается обычно не непрерывно, а ступенчато. То есть она не может непрерывно двигаться к земле. Она должна остановиться, подумать, потом двигаться дальше. Причем это обязательно наблюдается для отрицательной молнии, которая переносит отрицательный заряд на землю. Для положительной может быть непрерывное развитие, а может быть ступенчатое. И детали этого ступенчатого развития, особенно для положительной молнии, в настоящее время не очень хорошо понимаются.

И наконец третья, последняя категория вопросов связана с так называемым финальным скачком. Молния инициируется на высотах порядка 5–7 км над уровнем земли. И в тот момент, когда она стартует в облаке, она не имеет никакого представления, какие объекты есть на земле, где она закончит свое путешествие.

— То есть молния не знает, куда она попадет, и вы, соответственно, тоже предсказать этого не можете?

— Совершенно верно. И этот вопрос молния окончательно «решает», когда находится на высоте порядка 100 м. То есть она стартует на 5–7 км над землей и когда окажется в пределах примерно 100 м, а то и меньше, вот тогда уже окончательно «решит», где будет точка удара, какой объект или какой элемент объекта она поразит.

— Если это решается в последний момент, у геофизиков принято заключать пари, куда будет бить молния? Вы силу собственных предсказаний испытываете?

— Честно говоря, нет. Потому что такие записи обычно анализируются постфактум. То есть в реальном времени мы не смотрим, конечно. Более того, большей частью наша аппаратура работает в автоматическом режиме. Уже потом, когда просматриваем, что наснимали, тогда только заключаем пари.

— Какие бывают типы молний?

— Самое больше количество молний — 90% наземных молний — нисходящие отрицательные. А есть еще молнии восходящие. То есть в этих молниях начальный процесс, который мы называем лидером, стартует не в облаке, а с заземленного объекта. Для того чтобы такая восходящая молния могла появиться, нужен объект высотой 100 м или выше. Допустим, Останкинская телебашня высотой 540 м годится вполне. Известно, что в среднем она в год поражается молнией 30 раз. Из этих 30 разрядов в год два или три будут нисходящие, а все остальные — восходящие.

— То есть Останкинская башня и другие высотки, которые у нас есть по всему миру в больших городах, сами чаще порождают молнии, чем в них попадает нисходящая молния?

— Совершенно верно. Они сами инициируют молнии. Если бы не было этого объекта, молнии в данный момент тоже бы не было. Они усиливают электрическое поле локально, а это и определяет момент возбуждения молниевого разряда. Еще один пример — это молнии, которые начинаются с летательного аппарата. Самолеты, коммерческие лайнеры поражаются молнией в среднем раз в год. Ничего страшного не происходит. Они сконструированы соответствующим образом и проверены на молниестойкость. Но в случае инициации молнии самолетом будет канал молнии, развивающейся вверх к облаку, и одновременно канал, развивающийся вниз в сторону земли. Это такой двунаправленный лидер.

— Физики вашей специальности не любят этот вопрос, но всё же рискну: а шаровая молния есть?

— Ответ на этот вопрос зависит от того, что называть шаровой молнией. Существуют базы данных, в которых собраны тысячи свидетельств, наблюдений шаровой молнии, и это только надежные свидетельства, т. е. оттуда исключены все сомнительные и явно фейковые записи. Скорее всего, шаровая молния — это не одно какое-то явление, а целая группа явлений разной природы, которые объединяются в одну категорию «шаровая молния». Например, хорошо известно, что при размыкании контактов выключателей мощных электрических установок возникают светящиеся шары или другие образования немножко другой формы. И они существуют достаточно долго. При отсутствии грозы. Наблюдались они, в частности, на подводных лодках.

— Получается, это были рукотворные шаровые молнии?

— Совершенно верно. Это рукотворные плазменные образования. Это одна категория, но она включается в этот общий класс шаровых молний. С другой стороны, часто шаровая молния наблюдается во время грозы. И, в частности, после обычной линейной молнии. То есть, видимо, какое-то родство между нормальной и шаровой молнией существует.

— А почему тогда специалисты по молниям так не любят вопрос про шаровую молнию?

— Видимо, по той же самой причине, почему многие ученые не любят отвечать на вопросы об инопланетянах — нет надежного объекта для изучения. Есть много теорий шаровой молнии, включая и миниатюрные черные дыры, и реакцию аннигиляции материи и антиматерии, и метеоры из антиматерии. Чего там только нет! Но проверить, работает ли тот или иной механизм, практически невозможно. Были сообщения, и не раз, что шаровую молнию удалось воспроизвести в лаборатории. Но никогда не удавалось этот эксперимент повторить независимо в другой лаборатории.

— А вы у себя в Университете Флориды проверяли?

— Да, в 2006 году нам выделили финансирование и попросили проверить, что будет, если ток триггерной молнии (тот тип молнии, которая инициируется небольшой ракетой, растягивающей тонкую проволочку под грозовым облаком, это называется «триггерная молния») пропустить через разные материалы, может ли так образоваться шаровая молния. Около сотни разных образцов было проверено, но результаты оказались отрицательными.

— То есть ни разу не смогли получить плазменное шаровидноеобразование, которое наблюдалось бы несколько секунд?

— Вот вы ключевые слова сказали сейчас. Для того, чтобы какое-то плазменное образование можно было назвать шаровой молнией, оно должно жить по меньшей мере секунду. Типичное время жизни для шаровой молнии — это от 1 до 4 с. А какие-то короткоживущие плазменные образования, плазмоиды — это сколько угодно. Если в какой-то ограниченный объем закачать большую энергию, будет образовываться что-то такое светящееся. Но оно не долгоживущее, оно не может жить больше одной секунды. И в наших экспериментах с триггерной молнией самая большая длительность была порядка полсекунды. Поэтому мы заключили: подтвердить, что в наших экспериментах была воспроизведена шаровая молния, мы не можем.

— А как именно вы пытались получить шаровую молнию?

— Мы пропускали ток молнии порядка 10 тыс. ампер через разные образцы, которые закреплялись на длинной пластиковой трубе, и ток молнии через все эти образцы протекал.

— Самые разные. Там были металлы, алюминий, порошкообразная и проволочная медь, сухой или влажный кремний, сера. Даже такой экзотический материал, как bat guano — экскременты летучих мышей.

— А их-то для чего? Верования индейцев проверяли?

— Есть теория, что шаровая молния возникает, когда обычная молния ударит в такое место, где это bat guano находится. Дело в том, что bat guano богато соединениями азота. И в давние времена использовалось для изготовления пороха.

— Ну и что? Помогли вам летучие мыши?

— В результате этот контейнер с содержимым взорвался, помет летучих мышей сгорел и всё это разлетелось по полигону. Но никаких долгоживущих плазменных образований не получилось.

— А как происходит инициация триггерной молнии?

— В триггерной молнии используется небольшая ракета (примерно 1 м длиной или меньше), она может быть сделана из пластика, из металла. То есть сама ракета никакой роли не играет. Ее задача — только растянуть очень тонкую проволочку (обычно медную, но иногда стальную применяют) в промежутке между облаком и землей. При этом, конечно, нужен источник энергии — это грозовое облако. Если нет грозы над головой, можно запускать сколько угодно ракет — ничего не выйдет.

— Вы для этого сидите в засаде, ждете, пока подойдет грозовое облако, и, когда оно появится, тогда запускаете ракеты, так?

— Точно так. Кроме того, мы контролируем напряженность электрического поля специальными приборами. И когда она превышает какой-то эмпирический порог, значит, время нажимать кнопку. Сама пусковая установка находится на телескопическом подъемнике, который используется в электросетях. Ракета идет вверх. Где-то через 2–3 с она растягивает проволочку длиной примерно 300 м. Ну, мы могли бы и 540 м растянуть, как Останкинская телебашня. Потому что на катушке 700 м принцип тот же самый: очень высокий объект, который усиливает электрическое поле, вызывает восходящую молнию. Единственная разница заключается в том, что наша проволочка взрывается. Как бы одноразовая Останкинская башня. Но есть у нас и другая пусковая установка. Она находится на платформе 11 м над землей.

— А где вы во время запуска ракет находитесь? Были ли несчастные случаи?

— Мы находимся в металлическом вагончике. За двадцать пять лет существования нашего полигона у нас не было ни одного несчастного случая. Потому что наш вагончик надежно защищен и заземлен. Что очень важно — нет никаких металлических проводников, которые бы входили в этот вагончик снаружи. Есть волоконно-оптические линии связи и пластиковые шланги. Пуск ракеты контролируется сжатым воздухом.

— Владимир Александрович, вы пять лет были научным руководителем мегагранта «Молнии и грозы. Физика и эффекты». Как при этом вы продвинулись в понимании физики молнии?

— В ходе работ по мегагранту были получены новые уникальные данные, которые опубликованы в международных журналах [1] и вызвали очень серьезный интерес у коллег. Например, существенная часть работ, связанная с инициацией молнии, проводилась в высоковольтном центре в Истре. Силами сотрудников этого центра под руководством сотрудников Высшей школы экономики и Института прикладной физики РАН с помощью инфракрасных камер и скоростных камер с усилением света были получены изображения очень необычных плазменных формирований внутри искусственного облака заряженных водяных капелек. И эти образования не были похожи ни на какие другие разрядные процессы ни в молнии, ни в длинной лабораторной искре. Они имели ячеистую структуру, и отдельные элементы этой структуры были горячими. Причем этот нагрев, что было в какой-то степени сюрпризом, происходил на очень коротких временах, меньше 1 мкс. И, по нашему мнению, не исключено, что эти необычные плазменные образования (unusual plasma formations) являются промежуточным этапом между невозмущенным воздухом и зародышем молнии. То есть это может быть недостающим звеном в понимании инициации молнии.

Другое дело, что естественные облака, конечно, гораздо более плотные, чем это маленькое искусственное облако, которое сделали экспериментаторы в Истре. Поэтому есть надежда сейчас на то, что эти необычные плазменные образования будут возникать близко к границе настоящих грозовых облаков и мы сможем поймать их инфракрасной камерой и внимательно рассмотреть.

Источник

Откуда берутся молнии? Почему Луна не падает на Землю? Отвечаем на простые детские вопросы

Физику в белорусских школах начинают изучать с седьмого класса — проверить, насколько вы помните программу, можно здесь. Но вопросы касательно природных явлений, окружающих нас, появляются у детей гораздо раньше. Мы собрали несколько таких, на первый взгляд, очевидных вопросов и пытаемся ответить на них простыми словами так, чтобы ответ оказался понятен не только учащемуся средней школы, но и ребенку помладше.

Отчего небо голубое?

«Небо выглядит голубым по той причине, что воздух рассеивает свет с короткой длиной волны сильнее длинноволнового излучения света. Длина волны, то есть фиолетовый участок видимого спектра, рассеивается приблизительно в 16 раз интенсивнее красного. Так как излучение синего цвета имеет более короткую длину волны, в конце видимого спектра, он больше рассеивается в атмосфере, чем красный. Благодаря этому участок неба вне направления на Солнце имеет голубой цвет», — вот какое объяснение предлагают в сети. Может быть сложновато и для взрослых, не говоря про детей.

Упрощенно можно объяснить так: солнечный свет состоит из семи цветов (красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового — прямо как в радуге), которые соединяются вместе. Каждый луч проходит через слой воздуха, как через решето. Все цвета в этот момент как бы разбрызгиваются, и голубой становится виден больше всех, ведь он преобладает в цветовой гамме.

Откуда берется радуга?

В прошлом вопросе упоминалась радуга. Как она появляется? Простым способом объяснить, откуда они вообще берутся, легче всего на примере: можно набрать стакан с водой и разбрызгать ее на солнечном свету. Если поливать огород из шланга в солнечный день, выйдет такой же эффект: образуется радуга. Происходит это из-за того, что свет в каплях воды преломляется по-разному для разных цветов.

Другими словами, лучи Солнца проходят через капли дождя, и каждая такая капля работает как призма, то есть разлагает белый свет Солнца на его составляющие — как мы уже знаем, их семь (красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый). Капли отклоняют свет от разных цветов, и в итоге белый цвет распадается на разноцветную полоску — получается радуга.

Почему Луна не падает на Землю?

Луна перемещается по стабильной орбите вокруг Земли, поэтому в ближайшее время она вряд ли окажется в опасной близости от нас. Подробнее о том, какие катаклизмы могут случиться при сближении Луны с Землей и что для этого нужно, читайте здесь.

Для простого объяснения, почему этого не происходит, воспользуемся примером. Если в парке с аттракционами сесть на крутящуюся карусель, то подойти к ее центру не выйдет. Пока карусель находится в движении, человека будет отбрасывать в сторону от центра. Луна также вращается вокруг Земли, причем постоянно. Можно сказать, что она «отбрасывается» от планеты. По аналогичному принципу Земля вращается вокруг Солнца и не падает на него.

Еще один пример: если мяч толкать одновременно в две разные стороны, с места он не сдвинется. Силы, притягивающие (сила притяжения) и отталкивающие (центробежная сила) Луну, находятся в равновесии.

А Луна светится?

Если отвечать коротко, то нет. Она лишь отражает свет от Солнца. Один из понятных примеров: светит ли зеркало, когда в нем отражается свет от горящей лампы? Если лампу выключить, зеркало продолжит светиться самостоятельно? Ответ такой же: не будет. Зеркало тут выступает отражателем света, это же можно сказать и о Луне.

Почему дует ветер?

Без объяснения того, что представляет собой атмосфера, обойтись будет сложно. Если коротко, мы все дышим, и для этого нужен воздух. А еще мы не отлетаем от Земли (вспоминаем про силу притяжения). То есть Земля как бы «притягивает» к себе воздух. Вокруг планеты создается невидимая воздушная оболочка, которая постоянно ощущается, — это атмосфера.

В атмосфере также создается давление. Пример: если нагреть большую кастрюлю с водой, от нее во все стороны будет идти пар. Вывод такой: кастрюля нагревается, и давление повышается. С ветрами происходит примерно то же. Область повышенного давления образуется над горячей сушей, и из-за этого воздух распространяется в разные стороны.

Другими словами, еще немного упрощая: если нагревать воздух, то он становится легче, а если охладить — тяжелее. Ветер — это тот же воздух. В теплых краях воздух стремится вверх, и его место стремится занять холодный. Такое перемещение — это и есть ветер.

Откуда берутся молнии и почему гром мы слышим только после них?

В сети дается такое определение: «Молния — электрический искровой разряд в атмосфере, который происходит во время грозы, проявляющийся яркой вспышкой света и сопровождающим ее громом». Упрощенно: облака с воздухом соприкасаются между собой. Облака поднимаются и опускаются, между ними возникает искра — примерно как когда мы снимаем с себя свитер. Объекты больше, и искра больше — получается молния.

А теперь чуть сложнее. Внутри тучи происходит активное движение. Частицы пара превращаются в капли, а затем в льдинки. Они сталкиваются на большой скорости, попутно заряжаясь энергией. Маленькие льдинки идут вверх, заряжаясь положительным зарядом, большие опускаются под собственной тяжестью — они уже отрицательно заряжены. Столкновения этих зарядов и вызывают вспышки, молнии.

При ударах окружающий воздух нагревается и как бы взрывается с оглушающим звуком — это гром. Почему он слышен позже, чем видна молния? Звук медленнее, чем свет. Пример: едущий издалека поезд мы сначала видим, а только потом слышим. С молниями и громом работает аналогично.

Почему листья желтеют и начинают опадать?

Чуть более сложный ответ звучит так: зеленый цвет листве на деревьях придает специальный пигмент — хлорофилл. При его участии происходит фотосинтез. То есть происходит процесс, при котором растения поглощают углекислый газ и воду, синтезируют органические вещества и выделяют кислород. Но когда солнечный день осенью становится короче, то света становится недостаточно для воспроизведения хлорофилла, и в листьях начинают преобладать прочие пигменты — каротиноиды — оранжевого, желтого и красного цветов. Из-за этого и меняется их окрас.

Если вдаваться в подробности про фотосинтез еще рановато, этот аспект можно опустить и ограничится рассказом про разные цветные пигменты (компоненты), содержащиеся в листьях: оранжевый, желтый, зеленый и красный. Весной и летом много солнечного света, поэтому листва зеленая. Осенью света становится меньше, и листья сначала желтеют, а потом уже краснеют и опадают.

Источник

Что такое молния и как она возникает

Происхождение грозовых туч

Туман, поднявшийся высоко над землёй, состоит из частичек воды и образует облака. Более крупные и тяжёлые облака называются тучами. Одни тучи являются простыми — они молнии и грома не вызывают. Другие же называются грозовыми, так как именно они создают грозу, образуют молнию и гром. От простых дождевых туч грозовые тучи отличаются тем, что они заряжены электричеством: одни — положительным, другие — отрицательным.

Как же образуются грозовые тучи? Всякий знает, какой сильный ветер бывает во время грозы. Но ещё более сильные воздушные вихри образуются выше над землёй, где движению воздуха не мешают леса и горы. Этот ветер, главным образом, и образует положительное и отрицательное электричество в облаках.

В центре каждой капли находится положительное электричество, а равное ему отрицательное электричество располагается на поверхности капли. Падающие капли дождя подхватываются ветром, попадают в воздушные потоки. Ветер, с силой ударяющий в каплю, разбивает её на части. При этом отколовшиеся наружные частицы капли оказываются заряженными отрицательным электричеством.

Оставшаяся более крупная и тяжёлая часть капли заряжена положительным электричеством. Та часть тучи, в которой скапливаются тяжёлые частицы капель, заряжается положительным электричеством. Дождь, выпадающий из тучи, уносит часть электричества тучи на землю и, таким образом, между тучей и землёй создаётся электрическое притяжение.

На рис. 1 показано распределение электричества в туче и на поверхности земли. Если туча заряжена отрицательным электричеством, то, стремясь притянуться к нему, положительное электричество земли будет распределяться на поверхности всех возвышенных предметов, проводящих электрический ток. Чем выше предмет, стоящий на земле, тем меньше расстояние между его верхом и низом тучи и тем меньше остающийся здесь слой воздуха, разделяющий разноимённые электричества. Очевидно, что в таких местах молнии легче пробиться к земле. Об этом мы расскажем ещё подробнее дальше.

Рис. 1. Распределение электричества в грозовой туче и наземных предметах

Отчего происходит молния?

Подходя близко к высокому дереву или дому, грозовая туча, заряженная электричеством, действует на него. На рис. 1 туча, заряженная отрицательным электричеством, притягивает к крыше положительное электричество, а отрицательное электричество дома уйдёт в землю.

Оба электричества — в туче и в крыше дома — стремятся притянуться друг к другу. Если электричества в туче много, то и на доме образуется через влияние много электричества.

Подобно тому, как прибывающая вода может размыть плотину и ринуться бурным потоком, затопляя долину в своём безудержном движении, так и электричество, всё в большем количестве накапливающееся в туче, в конце концов, может прорвать слой воздуха, отделяющий его от поверхности земли, и устремиться вниз навстречу земле, к противоположному электричеству. Произойдёт сильный разряд — между тучей и домом проскочит электрическая искра.

Это и есть молния, ударившая в дом. Разряды молнии могут происходить не только между тучей и землёй, но и между двумя тучами, заряженными электричествами разного рода.

Чем сильнее ветер, тем скорее туча заряжается электричеством. Ветер затрачивает определенную работу, которая уходит на то, чтобы разделить положительное и отрицательное электричества.

Как развивается молния?

Чаще всего молнии, ударяющие в землю, происходят от туч, заряженных отрицательным электричеством. Молния, ударяющая из такой тучи, развивается так.

Сначала из тучи по направлению к земле начинают течь электроны в небольшом количестве, в узком канале, образуя в воздухе нечто подобное ручейку.

На рис. 2 показано это начало образования молнии. В той части тучи, где начинается образование канала, скопились электроны, обладающие большой скоростью движения, благодаря которой они, сталкиваясь с атомами воздуха, разбивают их на ядра и электроны.

Рис. 2. В туче начинается образование молнии

Освобождающиеся при этом электроны устремляются также по направлению к земле и, снова сталкиваясь с атомами воздуха, расщепляют их. Это похоже на падение снега в горах, когда сначала небольшой ком, катясь вниз, обрастает прилипающими к нему снежинками, и, всё ускоряя свой — бег, превращается в грозную лавину.

И здесь электронная лавина захватывает все новые объёмы воздуха, расщепляя его атомы на части. При этом воздух разогревается, а при повышении температуры его проводимость усиливается. Он из изолятора превращается в проводник. Через полученный проводящий канал воздуха из тучи начинает стекать электричество всё в большем количестве. Электричество приближается к земле с огромной скоростью, достигающей 100 километров в секунду.

Через сотые доли секунды электронная лавина достигает земли. Этим заканчивается только первая, так сказать, «подготовительная» часть молнии: молния пробила себе дорогу к земле. Вторая, главная часть развития молнии ещё впереди. Рассмотренную часть образования молнии называют лидером. Это иностранное слово означает по-русски «ведущий». Лидер проложил дорожку второй, более мощной части молнии; эту часть называют главной. Как только канал дошёл до земли, электричество начинает протекать через него гораздо более бурно и быстро.

Теперь происходит соединение отрицательного электричества, скопившегося в канале, и положительного электричества, которое попало в землю с каплями дождя и путём электрического влияния — происходит разряд электричества между тучей и землёй. Такой разряд представляет собою электрический ток огромной силы — эта сила гораздо больше, чем сила тока в обычной электрической сети.

Ток, протекающий в канале, очень быстро нарастает, а достигнув наибольшей силы, начинает постепенно спадать. Канал молнии, через который протекает такой сильный ток, очень разогревается и поэтому ярко светится. Но время протекания тока в грозовом разряде очень мало. Разряд длится очень малые доли секунды, и поэтому электрическая энергия, которая получается при разряде, сравнительно невелика.

На рис. 3 показано постепенное продвижение лидера молнии по направлению к земле (первые три рисунка слева).

Рис. 3. Постепенное развитие лидера молнии (первые три рисунка) и её главной части (последние три рисунка).

На трёх последних рисунках видны отдельные моменты образования второй (главной) части молнии. Человек, смотрящий на молнию, конечно, не сможет различить её лидера от главной части, так как они следуют друг за другом чрезвычайно быстро, по одному и тому же пути.

После соединения двух электричеств разного рода ток обрывается. Однако, молния обычно на этом не заканчивается. Часто по пути, проложенному первым разрядом, сразу же устремляется новый лидер, а за ним, по тому же пути, идёт снова глазная часть разряда. Так завершается второй разряд.

Время между образованием отдельных разрядов очень мало. Оно не превышает сотых долей секунды. Если число разрядов очень велико, то длительность молнии может достигать целой секунды и даже нескольких секунд.

Мы рассмотрели лишь один вид молнии, который наиболее часто встречается. Эта молния называется линейной молнией, потому что невооружённому глазу она представляется в виде линии — узкой яркой полосы белого, светлоголубого или яркорозового цвета.

Линейная молния имеет длину от сотен метров до многих километров. Путь молнии обычно зигзагообразный. Часто молния имеет много разветвлений. Как было уже сказано, разряды линейной молнии могут происходить не только между тучей и землёй, но и между тучами.

Иногда наблюдаются грозовые разряды, представляющие собой огненные шары. Как образуются шаровые молнии — пока ещё не изучено, но имеющиеся наблюдения над этим интересным видом грозового разряда позволяют сделать некоторые выводы.

Чаще всего шаровая молния имеет форму арбуза или груши. Длится она сравнительно долго — от небольшой доли секунды до нескольких минут.

Наиболее обычное время длительности шаровой молнии — от 3 до 5 секунд. Шаровая молния чаще всего появляется в конце грозы в виде красных светящихся шаров поперечником от 10 до 20 сантиметров. В более редких случаях она имеет и большие размеры. Была, например, сфотографирована молния поперечником около 10 метров.

Шар может быть иногда ослепительно белым и иметь очень резкий контур. Обычно шаровая молния издаёт свистящий, жужжащий или шипящий звук.

Шаровые молнии притягиваются к закрытым помещениям, в которые они проникают через открытые окна или двери, а иногда даже через небольшие щели. Трубы представляют для них хороший путь; поэтому шаровые молнии часто появляются из печей в кухнях. Покружившись по комнате, шаровая молния оставляет помещение, уходя часто по тому самому пути, по которому она вошла.

Иногда молния два-три раза поднимается и опускается на расстояния от нескольких сантиметров до нескольких метров. Одновременно с этими подъёмами и спусками огненный шар передвигается иногда и в горизонтальном направлении, и тогда кажется, что шаровая молния делает скачки.

Куда ударяет молния?

Так как молния представляет собою электрический разряд через толщу изолятора — воздуха, то он происходит чаще всего там, где слой воздуха между тучей и каким-либо предметом на поверхности земли будет меньше. Непосредственные наблюдения это и показывают: молния стремится поразить высокие колокольни, мачты, деревья и другие высокие предметы.

Однако, молния устремляется не только к высоким предметам. Из двух соседних мачт одинаковой высоты, сделанных одна из дерева, а другая из металла, и стоящих невдалеке одна от другой, молния устремится к металлической. Произойдёт это по двум причинам. Во-первых, металл проводит электрический ток гораздо лучше, чем дерево, даже если оно сырое. Во-вторых, металлическая мачта соединена хорошо с землёй, и электричество из земли может во время развития лидера свободнее подтекать к мачте.

Последнее обстоятельство широко используют для защиты различных строений от ударов молнии. Чем большая поверхность металла мачты соприкасается с землёй, тем легче электричеству из тучи перейти в землю.

Это можно сравнить с тем, как струя жидкости льётся через воронку в бутылку. Если отверстие в воронке достаточно большое, струя будет сразу же уходить в бутылку. Если же отверстие в воронке невелико, то жидкость начнёт переливаться через край воронки и выливаться на пол.

Молния может ударить и в ровную поверхность земли, но при этом она тоже устремляется туда, где электрическая проводимость почвы больше. Так, например, сырая глина или болотистое место поражаются молнией скорее, чем сухой песок или каменистая сухая почва. По той же причине молния поражает берега рек и ручьев, предпочитая их возвышающимся вблизи них высоким, но сухим деревьям.

Эту особенность молнии — устремляться к хорошо соединённым с землёй и хорошо проводящим телам — широко используют для осуществления различных защитных устройств.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Из-за чего бьет молния и как она появляется

Мы часто говорим о погоде, ураганах, грозах, и прочих погодных явлениях, которые могут быть интересны с точки зрения науки и могут нанести ущерб хозяйственной деятельности человека или его жизни и здоровью. Очень часто такие явления способствуют появлению в атмосфере молний. Это тоже очень интересное и не до конца изученное явление, которое возникает из-за появления в воздухе заряженных частиц. По сути это чем-то напоминает статический разряд от шерстяного свитера, вот только масштабы более крупные. Тем не менее, при образовании молний должно сложиться множество факторов, о которых мы сегодня и поговорим, чтобы разобраться с природой появления “стрел Зевса”.

Что такое молния?

Согласно науке, можно сказать, что молния является искровым разрядом, возникающим в атмосфере. В числе основных проявлений можно назвать яркую вспышку света и громкий звук, который принято называть громом. Кроме Земли, молнии можно встретить на других планетах, например, Венере, Юпитере, Сатурне, Уране и других, где есть какая-то газовая среда.

Во время удара молнии высвобождается огромное количество энергии. В результате ее температура в несколько раз превышает температуру поверхности Солнца. Сила тока в разряде молнии на Земле достигает 500 ампер, а напряжение доходит до нескольких миллионов вольт.

Как раз из-за большого количества энергии, молния редко длится дольше долей секунд. Как правило значение доходит до четверти секунды (0,25), но бывают и исключения. Так, самая продолжительная молния зафиксирована на отметке почти восьми секунд (7,74).

Такая красота и почти восемь секунд.

Определение молнии согласно словарю Ожегова:

Сейчас мы не будем останавливаться на определении молнии, как пометке для срочной новости или печатного издания, хотя суть понятна, и именно из-за скоротечности или, если хотите, молниеносности события они так и называются.

Какие бывают молнии?

Прежде, чем подробно рассказать о типах молний, надо сказать, какими они вообще бывают. Четыре основных типа были приведены парой строк выше, а именно: линейная, зигзагообразная, шаровая и сухая.

Линейной молнией называют короткий резкий разряд, который вспыхивает моментально, озаряет собой небо и пропадет. Иногда даже самой молнии не видно, так как она проходит очень быстро и часто даже бьет не в землю, а между облаками.

Зигзагообразной принято называть чуть более долгие молнии, которые имеют кривую траекторию и дают хоть несколько долей секунды, чтобы себя рассмотреть. Иногда можно заметить даже небольшую пульсацию света в них.

Шаровая молния — это крайне редкое явление. Если с обычной молнией мы встречаемся по несколько раз в год, а жители некоторых регионов — несколько раз в неделю, то шанс увидеть шаровую молнию не превышает один к десяти тысячам. Именно поэтому явление считают очень мистический, и если вы ее видели, вам очень повезло. Надо бежать за лотерейным билетом.

С сухой молнией все просто. Так обычно называют молнию, которая происходит без дождя. Не самое часто явление, но периодически все равно случается. И уж точно чаще, чем шаровая.

Мы уже определились, что молния — это мощнейший электрический разряд, возникающий при накоплении заряда внутри облаков и появлении большой разницы электрических потенциалов объектов. В итоге молния может возникать между соседними облаками, между облаком и землей, и даже внутри одного облака, что тоже случается очень часто. В любом случае облако должно быть наэлектризовано. Но как оно электризуется?

Это можно назвать молнией в миниатюре. Процессы похожи.

Этот процесс знаком нам с детства. Достаточно вспомнить как электризуется расческа, воздушный шарик или многие другие вещи при трении. Подобный процесс происходит и в облаках на большой высоте и в существенно больших масштабах.

Дело в том, что облака представляют собой огромный водяной шар, пусть и не совсем шаровидной формы. Его высота может достигать нескольких километров, но в разном агрегатном состоянии вода в нем есть на всех высотах. До трех-четырех тысяч метров это капли, а выше — уже кристаллики льда.

Эти кристаллики имеют разный размер и постоянно перемешиваются. Более мелкие летят вверх из-за восходящих потоков воздуха от теплой земли. Поднимаясь, они постоянно сталкиваются с более крупными кристалликами. В итоге, все облако начинает электризоваться подобно предметам в приведенных выше примерах. Положительно заряженные частицы оказываются сверху, а отрицательно заряженные — снизу.

Примерно так выглядит разница потенциалов при формировании молнии.

Когда разность потенциалов получается очень высокой, происходит разряд. Если внутри облака для формирования разряда недостаточно условий, то разрядка происходит в землю. При этом она сопровождается яркой вспышкой с выделением тепла. Из-за выделения огромного количества энергии воздух вокруг молнии моментально нагревается до нескольких десятков тысяч градусов и взрывообразно расширяется в небольшом объеме. Эта взрывная волна и называется громом, расходясь на расстояние до 20 км от самой молнии.

При этом молнии состоят из нескольких разрядов, которые идут непрерывно друг за другом, но по одиночке длятся тысячные и миллионные доли секунды.

Почему молния имеет такую форму?

Мы знаем, что молния старается ударить в объект по кратчайшему расстоянию. Но почему же она такая изогнутая? Это же совсем не кратчайшее расстояние, при котором она была бы прямая, как геометрический луч.

Дело в том, что при формировании разряда электроны разгоняются до околосветовых скоростей, но периодически встречают на пути препятствия в виде молекул воздуха. При каждой такой “встрече” они меняют направление своего движения и мы получаем ступенчатую структуру молнии, к которой мы привыкли, и которая схематическим рисуется, как логотип автомобилей Opel.

Может ли человек создать молнию?

Да, человек может создавать молнии. Каждый ребенок может дома поставить небольшой опыт, натерев два шарика и потом сблизив их. Если делать это в темноте, можно увидеть небольшой разряд и треск или щелчок. Это и есть молнии и гром в миниатюре.

С такими молниями можно столкнуться, поносив шерстяной свитер, расчесав волосы и во многих других ситуациях. Даже зажигалка с кнопкой создает минимолнию, которая и поджигает газ. Аналогичное оборудование установлено в газовых плитах а автоподжигом.

Но человек может создать и более серьезные молнии. Я даже не говорю о лабораториях под открытым небом, которые формируют разряд для его изучения, хотя так он тоже может быть очень сильным. Я имею ввиду молнию, которая появляется при ядерном взрыве.

Дело в том, что при протекании реакции ядерного взрыва гамма-излучение продуцирует электромагнитный импульс с напряжённостью на уровне 100—1000 кВ/м. Это не только выводит из строя незащищенные электромагнитные линии бункеров, шахт и других объектов, но и приводит к образованию молнии. Правда, эта молния бьет в небо, то есть, в обратную сторону, если можно так сказать. Разряд появляется перед приходом огненной полусферы и очень быстро исчезает. Происходит это примерно с 0,015 до 0,5 секунды процесса протекания реакции ядерного взрыва.

Откуда берутся молнии перед землетрясением?

Существуют молнии, которые проявляют себя во время землетрясений. До конца их природа пока неизвестна, но они тоже возникают из-за накопления заряда. Только в данном случае это происходит из-за трения слоев пород между собой.

Изначально ученые не воспринимали всерьез рассказы о том, что землетрясения сопровождаются молниями, но появление в последнее время камер заставило их задуматься над этим. В итоге они начали ставить эксперименты и пришли к выводу о трении слоев пород.

Куда более известны молнии при извержениях вулканов, которые еще называются “грязными молниями”. Они тоже возникают в результате трения между собой частиц, вылетающих из жерла.

Примерно так выглядит молния внутри вулкана.

Образование молний сопровождает и другие явления, например, пылевые бури, торнадо и некоторые другие, приводящие все к тому же накоплению заряда.

Что такое шаровая молния, и как она появляется?

Кроме обычных молний, с которыми все более менее понятно, хоть и остаются некоторые вопросы, есть еще и шаровые молнии, которые вообще не изучены толком и никто не может объяснить, откуда они берутся, почему и куда пропадают.

Изначально шаровая молния является светящимся шаром (иногда форма может немного отличаться), который по подсчетам имеет температуру 500-1000 градусов Цельсия, может перемещаться в пространстве, проходить через стекло и взрываться через несколько минут после появления. Пока больше неизвестно ничего.

Первые упоминания о них относятся еще ко временам до нашей эры. Правда, тогда это было очень иносказательно и включало в себя разговоры об огненных птицах и тому подобном. Сейчас это очень похоже на описание шаровых молний, но с уверенностью об этом говорить нельзя.

Это птица Феникс, но примерно так представляли себе шаровые молнии в древнем мире.

До недавнего времени многие ученые вообще не верили в существование такого явления, а заявления очевидцев считали следствием повреждения сетчатки после удара обычной молнией. Тем более все говорили о разной форме. Сейчас в это начали верить и занялись исследованиями, но информации все равно мало.

Кто-то считает их сгустками газа, кто-то особыми частицами с огромным количеством энергии, а кто-то и вовсе говорит о высших силах.

Тем не менее, это не отменяет того факта, что шаровые молнии могут повреждать объекты, с которыми вступили в контакт. Например, плавить стекло и металл, поджигать дерево и кипятить воду. Есть даже рассказы о том, как они замыкали высоковольтные линии передач, создавая дугу.

Есть несколько гипотез этого явления, каждая из которых до сих пор не подтверждена, но и не опровергнута.

Одна из них гласит, что шаровая молния это специфическое взаимодействие азота с кислородом, в результате которого и вырабатывается энергия на ее существование. Согласно другой гипотезе явление представляет собой вихрь шарообразной формы из пылевых частиц с активными газами. Такими они стали из-за полученного электрического разряда. В итоге, шаровая молния является чем-то вроде батареи. Эта гипотеза объясняет специфический запах и шлейфовое свечение рядом с шаровой молнией.

Шаровая молния может выглядеть так или иначе, но более изученной от этого она не становится.

Есть гипотеза, которая оспаривает обе предыдущих, говоря нам, что существование шаровой молнии невозможно без подпитки ее энергией снаружи. Но такая гипотеза рушится отсутствием доказательств существования волн нужной для питания длины.

Все это лишний раз доказывает, что шаровую молнию надо опасаться, так как даже нет четких описаний того, как надо действовать при ее появлении. Самой главной рекомендацией является немедленное покидание зоны ее действия, но без лишней спешки, чтобы не нарушить движение воздуха и не увлечь ее за собой.

Что мы знаем о молниях?

Об обычных молниях мы знаем много, хоть и не все. О шаровых почти ничего, но учитывая частоту их появления, можно допустить, что это не так страшно, хотя работать в этом направлении надо и надо продолжать исследования.

Молнии стали неотъемлемыми спутниками нашей жизни. Они проявляются во многих сферах и заставляют себя уважать из-за разрушительной мощи, спрятанной в них.

Тем не менее, средства борьбы с ними есть и достаточно эффективные. Надо только выполнять элементарные правила безопасности (не стоять в грозу рядом с деревьями, не запускать змеев, да и вообще лучше не выходить из дома) и ставить громоотводы на дома. В этом случае все будет существенно проще и безопаснее.

Источник

Природа молнии. Что такое молния и как она возникает?

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.

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.

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.

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

Что такое молния? Как образуется и откуда берется это природное явление.

Тучи раскинули крылья и солнце от нас закрыли…

Почему иногда во время дождя мы слышим гром и видим молнию? Откуда берутся эти вспышки? Вот сейчас мы подробно об этом и расскажем.

Что же такое – молния?

Что такое молния? Это удивительное и очень загадочное явление природы. Она почти всегда бывает во время грозы. Кого-то изумляет, кого-то пугает. Пишут о молнии поэты, изучают это явление ученые. Но многое осталось неразгаданным.

Одно известно точно – это гигантская искра. Словно взорвался миллиард электрических лампочек! Длина ее огромна – несколько сотен километров! И от нас она очень далеко. Вот почему сначала мы видим ее, а только потом – слышим. Гром – это «голос» молнии. Ведь свет долетает до нас быстрей, чем звук.

А еще молнии бывают на других планетах. Например, на Марсе или Венере. Обычная молния длится всего долю секунды. Состоит она при этом из нескольких разрядов. Появляется молния иногда совсем неожиданно.

Как образуется молния?

Рождается молния обычно в грозовом облаке, высоко над землей. Грозовые облака появляются, когда воздух начинает сильно нагреваться. Вот почему после сильной жары бывают потрясающие грозы. Миллиарды заряженных частичек буквально слетаются в то место, где она зарождается. И когда их собирается очень-очень много, они вспыхивают. Вот откуда берется молния – из грозовой тучи. Она может ударить в землю. Земля притягивает ее. Но может разорваться и в самом облаке. Все зависит от того, какая это молния.

Какие бывают молнии?

Виды молний бывают разные. И знать об этом нужно. Это не только «ленточка» на небе. Все эти «ленточки» отличаются друг от друга.

Ленточная молния – когда не одна «ленточка», а несколько параллельно.

Вот такие вот бывают молнии разные. Только закон для них один – электрический разряд.

Заключение.

Еще в древности молния считалась и знамением, и яростью Богов. Она была загадкой раньше и остается ею сейчас. Как бы ни раскладывали ее на мельчайшие атомы и молекулы! И всегда это – безумно красиво!

Источник

Как образуется молния

Итак, молния – как образуется и что она собой представляет? На эти вопросы мы постараемся ответить далее.

Несколько слов о грозовых тучах

Большинству людей еще с детства известно, что молния возникает в кучевых дождевых облаках, которые представляют собой ничто иное, как большое скопление водяного пара. Под воздействием воздушных потоков, которые идут с земли, паровые частички пребывают в постоянном движении, сталкиваясь друг с другом.

В результате этого, крупные льдинки получают положительный заряд, а мелкие, наоборот, отрицательный. Под действием этого, грозовая туча постепенно заряжается и сверху приобретает положительный заряд, а снизу – отрицательный.

Как образуется молния

В следствие описанного выше процесса, электрополе становится все более напряженным. А теперь представьте, что две такие тучи сталкиваются друг с другом. Естественно, между ними проскочат определенные частицы – электроны и ионы. Такая реакция создает подсвеченный плазменный канал, который становится проходом для всех остальных частиц. Собственно, так и возникает молния.

А что же с громом

Такая реакция выделяет колоссальную энергию, которая доходит до миллиарда джоулей. При этом температура зашкаливает за 10 тысяч Кельвинов. Именно в связи с этим и возникает яркая вспышка.

Среда под воздействием столь огромной температуры начинается расширяться, и при этом создает настоящую ударную волну. Именно так и возникает гром. Кстати, теперь вы знаете, почему вначале следует молния, а гром возникает потом.

А как об этом узнали ученые

Первым, кто вплотную занялся изучением этого вопроса, был Бенджамин Франклин. Он соорудил специального воздушного змея, на конце которого была проволока и несколько медных ключей.

Запуская его в непогоду, он сумел доказать, что молния представляет собой заряд электрический частиц, которые скапливаются в облаках. Как молния тогда не ударила в самого ученого – остается загадкой.

Одновременно с ним Ломоносов соорудил свою знаменитую громовую машину, представляющую собой высокий шест с отведенным от него проводом к конденсатору, который таким образом заряжался электричеством из атмосферы.

Приближая к устройству руки, ученый мог таким образом извлекать искры, что тоже было довольно опасным занятием. Именно такие опыты дали первый толчок к изучению природы молнии, перед тем, как человечество получило возможность использовать спутниковые технологии для этих целей.

Источник

Тайна самых мощных молний: как возникают суперболты и почему ученые до сих пор не знают причины их возникновения

Молнии — такие же распространенные природные явления, как дождь или град. Однако ученые до сих пор не понимают до конца, почему они формируются. На этом фоне еще более непонятными кажутся суперболты — молнии, мощность которых по меньшей мере в тысячу раз превышает среднее значение для таких явлений. Недавно исследователи поняли, что они образуются в странное время и в странных местах — не летом, а в конце зимы; не на суше или побережье, а в море. «Хайтек» рассказывает, как формируются молнии, что науке известно о них и что ученые знают о суперболтах.

Читайте «Хайтек» в

Молнии формируются постоянно — за день по всему миру наблюдается до 4 млн таких явлений. Молния может преобразовывать ландшафты — вызывать лесные пожары в отдаленных лесных районах — или парализовывать жизнь целого города, как это случилось в Сан-Паулу и Рио-де-Жанейро. В 2009 году молния попала в электростанцию, которая обеспечивала энергией оба населенных пункта: в результате пострадали 97 млн человек, а оба города были временно закрыты на въезд и выезд.

С XVIII века ученые знают, что молнии имеют электрическую природу — это в ходе эксперимента с воздушным змеем доказал американский дипломат и естествоиспытатель Бенджамин Франклин. С тех пор наука продвинулась далеко вперед в понимании процесса, который порождает молнию.

В мае 1752 года Бенджамин Франклин во время грозы запустил в небо воздушного змея, который представлял собой деревянный каркас, обтянутый шелковой тканью. На конце каркаса был установлен небольшой металлический штырь (молниеотвод), а на толстой бечевке, привязанной к змею, висел металлический ключ от замка.

Как формируются молнии?

Если на вопрос, почему формируется молния, наука ответить не может, то ученые по крайне мере знают, как это происходит. Общепринятая теория гласит, что молния формируется в результате электрического взаимодействия между положительно заряженной Землей и отрицательно заряженной атмосферой.

Кратко. Когда Солнце нагревает поверхность Земли, воздух и влага поднимаются и создают капли воды. При достаточном количестве солнечной энергии теплый влажный воздух продолжает подниматься и подниматься, в то же время холодный воздух в системе опускается. Это приводит к образованию вихревой массы, называемой глубоким конвективным облаком. Внутри такого облака создаются электрические заряды, которые затем превращаются в молнии.

Подробно. Для формирования молнии необходима большая разность потенциалов — как между отдельными частями облака, так и между облаком и землей.

Если заглянуть внутрь грозового облака, можно увидеть, как гидрометеоры — водяные капли, частицы льда или снега — сначала сталкиваются, а затем движутся в нем в разных направлениях. Мелкие и легкие частицы летят вверх, приобретая отрицательный заряд, а крупные и тяжелые — вниз, получая положительный.

Отрицательный канал, называемый лидером, направлен к земле, в то время как положительный канал, называемый стримером, устремляется вверх. Когда лидер и стример сталкиваются, электрический заряд проходит вверх и по обоим каналам — так формируется молния.

Что такое суперболты?

Суперболты (от англ. super lightning bolt — «Хайтек») — молнии, мощность которых по крайней мере в тысячу раз выше, чем у обычных. Суперболты не отличаются от обычных ударов молнии, но представляют собой самый верхний край континуума. Такие молнии могут заряжаться как положительно (с верхушки облака), так и отрицательно (с нижних слоев облака), а соотношение зарядов сопоставимо с обычной молнией.

Такие явления происходят достаточно редко — по подсчетам ученых, примерно одна из тысячи молний имеет мощность в 100 ГВт (это уже суперболт), а пять из 100 млн — мощность в 3 тыс. ГВт.

Суперболты трудно перепутать с другими подобными явлениями — они длятся в среднем в пять раз дольше обычных молний, а их последствия довольно ощутимы.

Что нового о них узнали ученые?

Хотя суперболты похожи на обычные молнии и формируются подобным образом, они возникают в нетипичных местах. Считается, что самые сильные грозы происходят летом в прибрежных районах. Однако исследователи из Университета Вашингтона выяснили, что суперболты чаще всего встречаются в открытом океане с ноября по февраль, вдали от мест, где обычно случаются молнии.

Ученые проанализировали 2 млрд ударов молнии, зарегистрированных Всемирной сетью определения местоположения молний в период между 2010 и 2018 годами. Около 8 тыс. событий — четыре миллионных процента или один из 250 тыс. ударов — были подтверждены как суперболты.

Затем исследователи сравнили данные с результатами наблюдений за молниями в тот же период, проведенными компаниями Earth Networks из Мэриленда и MetService из Новой Зеландии.

Оказалось, что суперболты наиболее распространены в Средиземном море, Северо-восточной Атлантике и над Андами. Реже такие явления встречаются к востоку от Японии, в тропических океанах и у побережья Южной Африки. В отличие от обычных молнии, они предпочитают бить по воде, а не по суше.

Активность суперболтов проявляется в нетипичное для обычных молний время года — тогда как самые мощные грозы проходят летом над Северной и Южной Америкой, странами Африки к югу от Сахары и в Юго-Восточной Азии, самые сильные молнии формируются в период с ноября по февраль в Северном и Южном полушариях, отдавая предпочтения Северному.

Причина странного поведения суперболтов пока не установлена — исследователи полагают, что на частоту таких явлений могут влиять пятна на Солнце или космические лучи. Кроме того, в процессе наблюдений ученые заметили, что в конце 2013 и 2014 годов было рекордное количество суперболтов, тогда как в другие годы самые мощные молнии наблюдались заметно реже.

Источник

Как возникает молния? Почему молнию сопровождает гром?

Мо́лния — электрический искровой разряд, проявляющийся, обычно, яркой вспышкой света и сопровождающим её громом. Электрическая природа молнии была раскрыта в исследованиях американского физика Б. Франклина, по идее которого был проведён опыт по извлечению электричества из грозового облака. Молнии также были найдены на Венере, Юпитере, Сатурне и Уране.

Средняя длина молнии 2,5 км, некоторые разряды простираются в атмосфере на расстояние до 20 км.

Наиболее часто молния возникает в кучево-дождевых облаках, тогда они называются грозовыми; иногда молния образуются в слоисто-дождевых облаках, а также при вулканических извержениях, торнадо и пылевых бурях.

Обычно наблюдаются линейные молнии, которые относятся к т. н. безэлектродным разрядам, так как они начинаются (и кончаются) в скоплениях заряженных частиц. Это определяет их некоторые до сих пор не объяснённые свойства, отличающие молнии от разрядов между электродами. Так, молнии не бывают короче нескольких сотен метров; они возникают в электрических полях значительно более слабых, чем поля при межэлектродных разрядах; сбор зарядов, переносимых молнией, происходит за тысячные доли секунды с мириадов мелких, хорошо изолированных друг от друга частиц, расположенных в объёме несколько км3. Наиболее изучен процесс развития молнии в грозовых облаках, при этом молнии могут проходить в самих облаках — внутриоблачные молнии, а могут ударять в землю — наземные молнии. Для возникновения молнии необходимо, чтобы в относительно малом (но не меньше некоторого критического) объёме облака образовалось электрическое поле (см. атмосферное электричество) с напряжённостью, достаточной для начала электрического разряда (

Конечно, молния проскакивает не очень далеко. Почему так происходит. Сначала расскажем о молнии, как она получается, из чего.
Молния, это электрический разряд.

Все видели электрическую искру, и все должны понимать, почему она происходит. Когда происходит замыкание двух разноименно-заряженных частиц, происходит замыкание, заряды уравниваются и нейтрализуются друг другом. Тело в этом случае стает электрически нейтральным.

Например, соединив плюс и минус автомобильного аккумулятора, мы увидим туже молнию, но маленькую.

Почему молнию сопровождает гром?
Молния и гром, вероятно, были первыми явлениями природы, которые пугали и завораживали первобытных людей. Когда они наблюдали зигзаги молний и слышали раскаты грома, они считали, что это гнев богов, один из способов наказания первобытного человека.

Для того, чтобы понять, что в действительности представляют собой гром и молния, давай вспомним, что мы знаем об электричестве. Мы знаем, что некоторые вещи заряжаются электрически, положительно или отрицательно. Положительный заряд притягивается отрицательным.

Возрастает величина заряда — увеличивается сила притяжения.

То же самое происходит и в случае с молнией. Облако, содержащее несметное число капелек воды, может нести электрический заряд, противоположный заряду другого облака или Земли. Когда электрическое напряжение между ними способно преодолеть изоляцию воздуха, происходит разряд молнии. Электрический разряд движется по пути наименьшего сопротивления. Вот почему молния часто зигзагообразна.

Электропроводность воздуха зависит от его температуры, плотности и влажности. Сухой воздух является хорошим изолятором, влажный воздух проводит электричество. Вот почему зачастую молнии прекращаются с началом дождей. Влажный воздух становится проводником, по которому электрические заряды перемещаются бесшумно и незаметно.

А что же гром? При электрическом разряде воздух быстро расширяется, а затем сжимается. При расширении и сжатии происходит быстрое перемещение потоков воздуха. Резкие соприкосновения таких потоков воздуха мы слышим как гром. А дальние раскаты грома происходят оттого, что звуковые волны отражаются от одного облака к другому.

Так как скорость света составляет 299 795 км/сек, а скорость распространения звука в воздухе около 335 м/сек, мы всегда вначале наблюдаем вспышку молнии, а затем слышим гром.

Источник

Интересные и малоизвестные факты о молниях

Для одних молния — это застежка, для других — обозначение того, как быстро надо сбегать в магазин, а для третьих — то, что нарисовано на радиаторной решетке их немецкого автомобиля или на лбу Гари Потера. Но для большинства молния — это все же то самое природное явление, которое возникает во время грозы, и вызывает большой интерес фотографов. Действительно молнии красивые и завораживающие, но большинство знает о них только то, чего достаточно для того, чтобы перестать их бояться, как это делали наши предки сотни лет тому назад. Хотя, многие опасаются их и сейчас. В этой статье мы поговорим об интересных фактах, касающихся молний, и о том, чего в них действительно стоит бояться.

Знаменитый бог грома из скандинавской мифологии Тор.

Статистика ударов молний

Наверное, вы догадывались, что молнии имеют очень большую температуру, но почти уверен, что большинство даже не предполагало, что она в пять раз превышает температуру поверхности Солнца и достигает почти 30 000 градусов Цельсия. Конечно, это примерное значение, но в несколько раз превышение идет совершенно точно.

Молния — электрический искровой разряд в атмосфере, обычно может происходить во время грозы, проявляющийся яркой вспышкой света и сопровождающим её громом.

Скорость распространения молнии достигает 56000 км в секунду. То есть, всего на одну секунду она может сделать почти полтора оборота вокруг нашей планеты. При этом среднее время самого разряда составляет порядка четверти секунды, а средняя длина молнии — 9-10 километров.

Куда менее торопливыми являются грозы, которые ”переносят” молнии. Они перемещаются за час всего на 40 км. Зато ежесекундно на Земле гремят 1800 гроз, а каждую секунду по поверхности планеты бьет по разным подсчетам от 40 до 60 молний.

Так молнии выглядят их космоса.

Если вы думали, что молния, согласно поговорке, не бьет два раза в одно место, то вы ошибались. Это очень частое явление. Особенно, если гроза движется не очень быстро. Обратное мнение сформировалось как раз из-за быстрого движения гроз. В этом случае молния просто не успевает два раза ударить в одно место.

Опасно ли попадание молнии для человека

А вот на вопрос ”можно ли выжить после удара молнии” однозначного ответа нет. Точнее, он звучит, как ”может да, а может и нет”. Примерно 25 процентов из тех, в кого попала молния, погибают. На самом деле это не так много, если учитывать особенности данного явления.. Проблема в том, что в случае выживания, есть риск серьезных повреждений органов и нервной системы. В числе побочных явлений можно отметить потерю памяти, потерю чувствительности, нарушение сна, нарушение работы органов чувств и постоянные боли, сохраняющиеся много лет.

Примерно так выглядит человек, в которого ударила молния. Через его тело проходит очень сильный разряд.

Точную мировую статистику попаданий молний по миру найти сложно, так как в каких-нибудь африканских деревнях она просто не ведется. Зато есть статистика по России и США. В первом случае это около 500 человек в год, а во втором — 200 человек в год. ПО некоторым подсчетам вероятность погибнуть от удара молнии составляет один к двум миллионам. С такой же вероятностью можно умереть, упав с кровати. Что делать с этой информацией, решайте сами.

Немного неоднозначные данные утверждают, что в мужчин молния бьет примерно в 6 раз чаще, чем в женщин. Скорее всего, это не связано с мистикой или с тем, о чем вы подумали. Наиболее вероятным объяснением является то, что мужчины больше времени находятся на улице. Особенно в полях во время сельскохозяйственных работ, где их и застает гроза.

При этом чаще всего молния бьет в людей не в самый разгар грозы. Согласно данным национальной метеорологической службы США, молния может ”дотянуться” с расстояния в 15 км. Поэтому, если вы слышите гром, то уже находитесь в потенциальной опасности.

Мало кто захочет быть убитым молнией.

И не стойте рядом с коровами и дубами. Согласно приметам, рядом с коровами шанс быть пораженным молнией выше (логично, ведь погибали пастухи, которые не могли бросить стадо и отставались на улице), а в дубы молнии чаще попадают просто по статистике. Как таковой защиты нет, хотя в некоторых источниках встречается информация, что в середине прошлого тысячелетия дамы носили шляпы, в которых был металлический элемент, а по земле волочилась проволока. Такой вот портативный громоотвод.

А еще говорят, что если одежда мокрая, то молния причинит меньше вреда. Скорее всего, это произойдет как и в случае с попаданием молнии в автомобиль.

Обсудить молнии и многое другое можно в нашем специальном Telegram-чате. Присоединяйтесь!

Опасно ли попадание молнии в машину, самолет, дом

Тут тоже сложно дать однозначный ответ, но если с техникой все нормально, а на здании стоит громоотвод, то это скорее безопасно. Есть даже статистика, согласно которой в самолеты молния попадает в среднем каждые семь-десять тысяч часов налета. Это достаточно часто.

Молния попадает в самолет не так красочно, но по понятным причинам реальных фото нет.

В случае с автомобилями попадание тоже безопасно. Дело в том, что кузов представляет из себя по сути клетку Фарадея. Заряд проходит через него и не причиняет вреда человеку внутри. Правда, может повредиться электрическая аппаратура. В самолетах все более надежно. Фюзеляж имеет дополнительные элементы защиты, которые проводят ток через него дальше в землю. Попадание молнии в самолет даже не является внештатной ситуацией. Просто проводится проверка систем и, если все нормально, самолет продолжает движение.

Так выглядит клетка Фарадея. Человек в безопасности.

Клетка Фарадея — устройство, изобретенное для экранирования аппаратуры от внешних электромагнитных полей. Обычно представляет собой клетку, выполненную из токопроводящего материала. Клетка может проводить ток, нивелируя воздействие на аппаратуру внутри.

Громоотвод в домах представляет собой вынесенный выше крыши элемент, который соединен с землей и надежно изолирован от конструкции дома. Так как молния идет по кратчайшему пути к земле, она попадает в этот элемент и безопасно разряжается, не причиняя вреда другим объектам. Для примера можно сказать, что в знаменитую Эмпайр-стейт-билдинг молния бьет около 25 раз в год. Громоотвод решает.

Так выглядит громоотвод на крыше дома.

Обычно нет смысла ставить громоотводы на каждый дом — достаточно одного на относительно большую площадь. Естественно он должен быть на самом высоком строении или специальной вышке.

Почему гром слышен после молнии

Наверняка ответ на этот вопрос многие знают, но без этого рассказ будет не полным. Тут достаточно углубиться в физику и ответ появится сам собой.

Гром и молния возникают в один момент. При этом гром является следствием выделения большого количества энергии при ударе молнии. Тут надо понимать, что гром — это звук, а молния — это свет. Скорость распространения звуковой волны у поверхности Земли составляет примерно 340 метров в секунду. Скорость света составляет 300 000 километров в секунду.

При примерном расчете можно допустить, что свет достигает нас моментально без задержек, а звук проходит 340 метров за одну секунду. В итоге, умножив количество секунд между вспышкой и тем, как мы услышим гром, на 340, можно получить расстояние до молнии в метрах.

Молния и планеты

Молнии могут появляться не только на нашей планете, но и на других, если там есть благоприятные условия для их формирования — газовая среда. Так, молнии можно наблюдать на Сатурне, Уране, Венере и Юпитере. На некоторых из этих планет молнии в стони, тысячи и даже миллионы раз мощнее земных.

На Юпитере тоже есть молнии.

При этом даже на Земле при попадании молнии в песок в нем потом можно найти полоски стекла, которые образовались от такого воздействия. Правда, это актуально только при обычной молнии. Шаровая такого эффекта не даст. Да и увидеть ее большая редкость. Вероятность сделать это хотя бы раз в жизни не превышает одного шанса из десяти тысяч.

Казалось бы, наша планета на три четверти покрыта водой и именно в воду должны бить молнии. Но это не так. Над сушей формируются мощные конвекционные воздушные потоки и 80 процентов молний бьет именно в твердую поверхность.

Впрочем, иногда молнии бьют в воду.

А вообще поверхности Земли достигает только четверть молний. Остальные разряжаются между слоями воздушных масс на разных высотах.

Молнии в народных поверьях

Подобных поверий много и перечислять все нет смысла. Остановимся только на нескольких, самых интересных и более менее подтвержденных.

Про коров и вероятность погибнуть рядом с ними я уже говорил выше. Но этому есть научное и статистическое объяснение, а тому, что в средние века молнии прогоняли колоколами, есть только религиозное. Считалось, что колокола изгоняют злых духов, а гром и молния были проявлением дьявольских сил. Именно поэтому во время грозы старались звонить во все колокола, которые только были в деревне или городе. Это приводило к тому, что жертвами часто становились звонари, так как церкви и храмы всегда были самыми высоким зданиями в округе. Возможно, им бы помог лавровый лист, но в его защитные свойства от молний верили только британцы.

Молния помогала зарождаться жемчугу. По крайней мере в это верили древние греки, считая, что его появление становится следствием удара молнии в поверхность моря. А ацтеки считали, что молния помогает душам умерших проще пройти в глубины земли. Они думали, что она расщепляет землю, сопровождая мертвых в их нелегком пути.

Откуда берутся молнии

Сейчас ответ на этот вопрос однозначен. Они появляются из атмосферы и являются разрядом между слоями воздуха или слоем воздуха и землей. Иногда они бьют в землю, а иногда между слоями атмосферы, но для современного образованного человека в них нет ничего мистического. Зато раньше люди что только не придумывали.. Самым известным персонажем является Зевс — бог неба, грома и молний в древнегреческой мифологии. Он был не только главным из богов-олимпийцев, мужем Геры и братом Посейдона, но и ведал всем миром. То есть, был главным богом. В римской мифологии его отождествляли с Юпитером, у славян был Перун, а у скандинавов — Тор.

Зевса всегда изображали очень по-разному.

Вариантов всегда было много, что неудивительно, так как объяснить принцип работы молнии без знаний физики и ее раздела электрики, было просто невозможно. Вот люди и придумывали что не попадя, по факту просто делясь своими фантазиями.

Почему люди боятся гроз и молний

В качестве последнего факта в этой статье, пожалуй, приведу причины боязни грома и молнии в наше время. В первую очередь, стоит отметить, что такая боязнь называется бронтофобией и чаще всего встречается у молодых людей до 25 лет и преимущественно у девушек.

Больше всего случаев боязни грозы встречается у детей, но не редки случаи, когда этот страх проносится через всю жизнь, почти не ослабевая. Это может произойти даже из-за однократного сильного испуга, когда ребенок встретился с этим явлением, не будучи готов к нему и ничего не зная о нем.

Молния зачаровывает и пугает одновременно.

Раскаты грома имеют определенную тональность, которая воспринимается на подсознательном уровне, а яркая вспышка света в темноте, когда ночь озаряется как днем, но фиолетовым свечением, вызывает еще больше страха. Особенно это актуально для детей до четырех лет, которые просто не знают чего ждать от нового явления.

Также есть и генетический момент, ведь наши предки не были так защищены, как мы. У них не было понимания, о котором я уже писал выше, и надежного жилища. Деревянные и соломенные дома сгорали от удара молнии, деревья падали, а людей часто убивало на месте.

Все это приводило, приводит и будет приводить к появлению у людей бронтофобии, которая не мешает жить в прямом понимании этого слова, но делает ее не комфортной в дождливые дни. Приходится с этим мириться.

Источник