tipos de rayos

a) La mayoría de los rayos ocurren entre una nube y la superficie terrestre, sin embargo, hay rayos que ocurren entre nubes. Todos estos relámpagos se suelen llamar lineales. La longitud de un rayo lineal se puede medir en kilómetros.

• b) Otro tipo de rayo es el rayo lineal. En este caso, la siguiente imagen parece como si aparecieran varios relámpagos lineales casi idénticos, desplazados entre sí.
• c) Se observó que en algunos casos el relámpago se desintegra en áreas luminosas separadas de varias decenas de metros de largo. Este fenómeno se llama relámpago de cuentas. Según Malan (1961), este tipo de relámpago se explica por una descarga prolongada, tras la cual el resplandor parece ser más brillante en el lugar donde el canal se curva en dirección al observador que lo observa con el extremo hacia él. Y Youman (1962) creía que este fenómeno debería considerarse como un ejemplo del “efecto ping”, que consiste en cambio periódico radio de la columna de descarga con un período de varios microsegundos.
• d) El rayo en bola, que es el fenómeno natural más misterioso.

Física del rayo lineal.

El rayo lineal consta de varios pulsos que se suceden rápidamente. Cada pulso es una ruptura del espacio de aire entre la nube y el suelo, que se produce en forma de descarga de chispa. Veamos primero el primer impulso. Hay dos etapas en su desarrollo: primero, se forma un canal de descarga entre la nube y el suelo, y luego el pulso de corriente principal pasa rápidamente a través del canal formado.

La primera etapa es la formación de un canal de descarga. Todo comienza con el hecho de que en el fondo de la nube se forma un campo eléctrico de muy alta intensidad: 105...106 V/m.

Los electrones libres reciben enormes aceleraciones en dicho campo. Estas aceleraciones se dirigen hacia abajo, ya que la parte inferior de la nube está cargada negativamente y la superficie de la tierra está cargada positivamente. En el camino de la primera colisión a la siguiente, los electrones adquieren importantes energía cinética. Por tanto, cuando chocan con átomos o moléculas, los ionizan. Como resultado, nacen nuevos electrones (secundarios), que, a su vez, se aceleran en el campo de la nube y luego ionizan nuevos átomos y moléculas en colisiones. Aparecen avalanchas enteras de electrones rápidos, que forman nubes en el "fondo", "hilos" de plasma: una serpentina.

Al fusionarse entre sí, las serpentinas dan lugar a un canal de plasma por el que posteriormente pasará el pulso de corriente principal.

Este canal de plasma que se desarrolla desde el "fondo" de la nube hasta la superficie de la tierra está lleno electrones libres e iones, y por lo tanto pueden conducir bien electricidad. Se le llama líder, o más precisamente, líder escalonado. El hecho es que el canal no se forma suavemente, sino a saltos, en "pasos".

No se sabe con seguridad por qué hay pausas en el movimiento del líder, y además pausas relativamente regulares. Hay varias teorías sobre líderes escalonados.

En 1938, Schönland propuso dos posibles explicaciones para el retraso que provoca el carácter escalonado del líder. Según uno de ellos, los electrones deberían moverse a lo largo del canal de la corriente principal (piloto). Sin embargo, algunos electrones son capturados por átomos e iones cargados positivamente, por lo que se necesita algún tiempo para que lleguen nuevos electrones en avance antes de que haya un gradiente de potencial suficiente para que la corriente continúe. Según otro punto de vista, se necesita tiempo para que los iones cargados positivamente se acumulen bajo la cabecera del canal líder y, por tanto, creen un gradiente de potencial suficiente a través de él. Y aquí procesos fisicos, que ocurren cerca de la cabeza del líder, son bastante comprensibles. La intensidad del campo bajo la nube es bastante alta: es B/m; en el área del espacio directamente frente a la cabeza del líder es aún mayor. En un fuerte campo eléctrico cerca de la cabeza del líder, se produce una intensa ionización de átomos y moléculas de aire. Ocurre debido, en primer lugar, al bombardeo de átomos y moléculas por electrones rápidos que se escapan del líder (la llamada ionización por impacto) y, en segundo lugar, a la absorción de fotones por átomos y moléculas. Radiación ultravioleta, emitido por el líder (fotoionización). Debido a la intensa ionización de átomos y moléculas de aire que se encuentran en el camino del líder, el canal de plasma crece y el líder se mueve hacia la superficie de la tierra.

Teniendo en cuenta las paradas en el camino, el líder tardó 10...20 ms en llegar al suelo a una distancia de 1 km entre la nube y la superficie terrestre. Ahora la nube está conectada a la tierra mediante un canal de plasma que conduce perfectamente la corriente. El canal de gas ionizado pareció provocar un cortocircuito entre la nube y la Tierra. Esto completa la primera etapa de desarrollo del impulso inicial.

La segunda etapa avanza rápida y poderosamente. La corriente principal fluye por el camino trazado por el líder. El impulso actual dura aproximadamente 0,1 ms. La intensidad actual alcanza valores del orden de A. Destaca cantidad considerable energía (hasta J). La temperatura del gas en el canal alcanza. Es en este momento que un extraordinario luz brillante, que observamos cuando caen rayos y truenos, provocado por la expansión repentina de un gas calentado repentinamente.

Es importante que tanto el brillo como el calentamiento del canal de plasma se desarrollen en la dirección que va del suelo a la nube, es decir, abajo arriba. Para explicar este fenómeno, dividamos condicionalmente todo el canal en varias partes. Tan pronto como se ha formado el canal (la cabeza del líder ha llegado al suelo), en primer lugar saltan hacia abajo los electrones que se encontraban en su parte más baja; por lo tanto, la parte inferior del canal primero comienza a brillar y calentarse. Luego, los electrones de la siguiente (parte superior del canal) se precipitan hacia el suelo; Comienza el brillo y calentamiento de esta parte. Y así, gradualmente, de abajo hacia arriba, se incluyen cada vez más electrones en el movimiento hacia el suelo; Como resultado, el brillo y el calentamiento del canal se propagan de abajo hacia arriba. Una vez transcurrido el impulso de corriente principal, se produce una pausa que dura entre 10 y 50 ms. Durante este tiempo, el canal prácticamente se apaga, su temperatura desciende aproximadamente y el grado de ionización del canal disminuye significativamente.

Si transcurre más tiempo del habitual entre los rayos posteriores, el grado de ionización puede ser tan bajo, especialmente en la parte inferior del canal, que se hace necesario un nuevo piloto para reionizar el aire. Esto explica casos individuales formación de escalones en los extremos inferiores de los líderes, que preceden no al primero, sino a los principales rayos posteriores

Rayo - eléctrico gigante descarga de chispa en la atmósfera, generalmente puede ocurrir durante una tormenta, manifestada por un destello de luz brillante y un trueno que lo acompaña. También se han registrado rayos en Venus, Júpiter, Saturno y Urano, etc. La corriente en la descarga de un rayo alcanza entre 10 y 100 mil amperios, el voltaje oscila entre decenas de millones y miles de millones de voltios, sin embargo, solo el 47,3% muere después de la caída de un rayo. una persona de personas

Historia:
La naturaleza eléctrica de los rayos ha sido revelada en una investigación físico americano B. Franklin, a partir de cuya idea se llevó a cabo un experimento para extraer electricidad de una nube de tormenta. La experiencia de Franklin al descubrirlo. naturaleza electrica iluminación. En 1750, publicó un trabajo que describía un experimento utilizando cometa lanzado a una tormenta. La experiencia de Franklin fue descrita en el trabajo de Joseph Priestley.

Propiedades físicas del rayo:

La longitud media de los rayos es de 2,5 km, algunas descargas se extienden hasta 20 km en la atmósfera.

Formación de relámpagos:
La mayoría de las veces, los rayos ocurren en las nubes cumulonimbus, luego se les llama tormentas eléctricas; A veces se producen relámpagos en las nubes nimboestratos, así como cuando erupciones volcánicas, tornados y tormentas de polvo.

Se observan típicamente los rayos lineales, que pertenecen a las llamadas descargas sin electrodos, ya que comienzan (y terminan) con acumulaciones de partículas cargadas. Esto determina algunas propiedades aún inexplicadas que distinguen los rayos de las descargas entre electrodos. Por lo tanto, los rayos no ocurren a menos de varios cientos de metros; surgen en campos eléctricos mucho más débiles que los campos durante las descargas entre electrodos; La recogida de las cargas transportadas por el rayo se produce en milésimas de segundo a partir de miles de millones de pequeñas partículas, bien aisladas entre sí, situadas en un volumen de varios kilómetros. El proceso más estudiado de desarrollo de relámpagos en las nubes de tormenta, mientras que los relámpagos pueden pasar a través de las propias nubes (relámpagos dentro de las nubes) o pueden caer al suelo (relámpagos terrestres). Para que se produzca un rayo, es necesario que en un volumen relativamente pequeño (pero no inferior a un cierto volumen crítico) de la nube exista un campo eléctrico (ver electricidad atmosférica) con una intensidad suficiente para iniciar una descarga eléctrica (~ 1 MV/m). debe formarse, y en una parte importante de la nube habría un campo con una intensidad media suficiente para mantener la descarga iniciada (~ 0,1-0,2 MV/m). en el relámpago Energía eléctrica Las nubes se transforman en calor, luz y sonido.

Rayo de tierra:
El proceso de desarrollo del rayo terrestre consta de varias etapas. En la primera etapa, en la zona donde llega el campo eléctrico valor crítico, comienza la ionización de impacto, creada al principio. cargos gratis, siempre disponible en pequeña cantidad en el aire, que están bajo la influencia campo eléctrico adquieren importantes velocidades hacia el suelo y, al chocar con las moléculas que componen el aire, las ionizan.

Para más ideas modernas, la ionización de la atmósfera para el paso de la descarga se produce bajo la influencia de alta energía. radiación cósmica- partículas con energías de 1012-1015 eV, que forman una amplia lluvia de aire (EAS) con una disminución del voltaje de ruptura del aire en un orden de magnitud respecto al de las condiciones normales.

Según una hipótesis, las partículas desencadenan un proceso llamado ruptura descontrolada de electrones (el "desencadenante" del proceso es rayos cósmicos). De esta manera, surgen avalanchas de electrones que se convierten en hilos de descargas eléctricas: serpentinas, que son canales bien conductores que, al fusionarse, dan lugar a un canal brillante térmicamente ionizado con alta conductividad- el líder del rayo dio un paso.

El movimiento del líder hacia superficie de la Tierra ocurre en pasos de varias decenas de metros a una velocidad de ~ 50.000 kilómetros por segundo, después de lo cual su movimiento se detiene durante varias decenas de microsegundos y el brillo se debilita considerablemente; luego, en la etapa siguiente, el líder vuelve a avanzar varias decenas de metros. Un resplandor brillante cubre todos los pasos recorridos; luego sigue nuevamente una parada y un debilitamiento del resplandor. Estos procesos se repiten cuando el líder se mueve a la superficie de la tierra desde velocidad media 200.000 metros por segundo.

A medida que el líder se mueve hacia el suelo, la intensidad del campo en su extremo aumenta y bajo su acción, una serpentina de respuesta es expulsada de los objetos que sobresalen de la superficie de la Tierra, conectándose con el líder. Esta característica del rayo se utiliza para crear un pararrayos.

En la etapa final, a lo largo del canal ionizado por el líder, sigue la descarga del rayo inversa (de abajo hacia arriba), o principal, caracterizada por corrientes de decenas a cientos de miles de amperios, un brillo que excede notablemente el brillo del líder. y alta velocidad avance, alcanzando inicialmente ~ 100.000 kilómetros por segundo, y al final disminuyendo a ~ 10.000 kilómetros por segundo. La temperatura del canal durante la descarga principal puede superar los 20.000-30.000 °C. La longitud del canal del rayo puede ser de 1 a 10 km, el diámetro puede ser de varios centímetros. Después del paso del pulso actual, la ionización del canal y su brillo se debilitan. EN etapa final La corriente del rayo puede durar centésimas e incluso décimas de segundo, alcanzando cientos y miles de amperios. Este tipo de relámpagos se denominan relámpagos prolongados y, en la mayoría de los casos, provocan incendios. Pero el suelo no está cargado, por lo que generalmente se acepta que se produce una descarga de rayo desde la nube hacia el suelo (de arriba a abajo).

La descarga principal a menudo descarga sólo una parte de la nube. Cargos ubicados en altitudes altas, puede dar lugar a un nuevo líder (en forma de flecha) que se mueve continuamente a velocidades de miles de kilómetros por segundo. El brillo de su resplandor está cerca del brillo del líder escalonado. Cuando el líder en forma de flecha llega a la superficie de la tierra, el segundo lo sigue. golpe principal, similar al primero. Por lo general, los rayos incluyen varias descargas repetidas, pero su número puede llegar a varias docenas. La duración de varios rayos puede exceder 1 segundo. El desplazamiento del canal de múltiples relámpagos por el viento crea el llamado relámpago de cinta, una franja luminosa.

Rayos dentro de las nubes:
Los relámpagos dentro de la nube generalmente incluyen solo etapas líderes; su longitud varía de 1 a 150 km. La proporción de relámpagos dentro de las nubes aumenta a medida que avanza hacia el ecuador, pasando de 0,5 en latitudes templadas a 0,9 en la zona ecuatorial. El paso de los rayos va acompañado de cambios en los campos eléctricos y magnéticos y de las emisiones de radio, las llamadas atmósferas.
Vuelo desde Calcuta a Bombay.

La probabilidad de que un objeto terrestre sea alcanzado por un rayo aumenta a medida que aumenta su altura y con un aumento de la conductividad eléctrica del suelo en la superficie o en cierta profundidad (la acción de un pararrayos se basa en estos factores). Si en la nube hay un campo eléctrico que es suficiente para mantener una descarga, pero no suficiente para provocarla, un largo cable metálico o un avión pueden actuar como iniciador del rayo, especialmente si está altamente cargado eléctricamente. De esta manera, a veces se “provocan” rayos en nimboestratos y poderosos cúmulos.

Rayo en atmósfera superior:
En 1989 fue descubierto clase especial relámpagos: elfos, relámpagos en la atmósfera superior. En 1995 se descubrió otro tipo de relámpago en la atmósfera superior: los chorros.

Elfos:
Elfos (Elfos ingleses; Emisiones de luz y muy Las perturbaciones de baja frecuencia procedentes de fuentes de impulsos electromagnéticos son enormes pero débilmente luminosas llamaradas cónicas de unos 400 km de diámetro que aparecen directamente desde la parte superior de una nube de tormenta. La altura de los elfos puede alcanzar los 100 km, la duración de los destellos es de hasta 5 ms (en promedio 3 ms).

Chorros:
Los chorros son conos tubulares. de color azul. La altura de los chorros puede alcanzar los 40-70 km (el límite inferior de la ionosfera vive relativamente más tiempo que los elfos);

Sprites:
Los duendes son difíciles de distinguir, pero aparecen en casi cualquier tormenta a una altitud de 55 a 130 kilómetros (la altitud de un rayo "ordinario" no supera los 16 kilómetros). Se trata de una especie de relámpago que cae hacia arriba desde una nube. Este fenómeno se registró por primera vez en 1989 por accidente. Ahora sobre naturaleza física se conocen muy pocos sprites)