La nature de la foudre et ses types. Qu'est-ce que la foudre ? Foudre dans la haute atmosphère

Foudre 1882
(c) Photographe : William N. Jennings, v. 1882

La nature électrique de la foudre a été révélée dans les recherches du physicien américain B. Franklin, sur l'idée duquel une expérience a été menée pour extraire l'électricité d'un nuage d'orage. L'expérience de Franklin dans l'élucidation de la nature électrique de la foudre est largement connue. En 1750, il publie un ouvrage décrivant une expérience utilisant un cerf-volant lancé dans un orage. L'expérience de Franklin a été décrite dans les travaux de Joseph Priestley.

Propriétés physiques de la foudre

La longueur moyenne des éclairs est de 2,5 km, certaines décharges s'étendent jusqu'à 20 km dans l'atmosphère.

Formation de foudre

Le plus souvent, les éclairs se produisent dans les cumulonimbus, on les appelle alors orages ; Des éclairs se forment parfois dans les nuages ​​​​de nimbostratus, ainsi que lors d'éruptions volcaniques, de tornades et de tempêtes de poussière.

Les éclairs linéaires généralement observés appartiennent aux décharges dites sans électrode, car ils commencent (et se terminent) par des accumulations de particules chargées. Ceci détermine leurs propriétés encore inexpliquées qui distinguent la foudre des décharges entre électrodes. Ainsi, la foudre ne se produit pas à moins de plusieurs centaines de mètres ; ils apparaissent dans des champs électriques beaucoup plus faibles que les champs lors des décharges interélectrodes ; L'accumulation des charges transportées par la foudre se produit en millièmes de seconde à partir de milliards de petites particules, bien isolées les unes des autres, situées dans un volume de plusieurs km³. Le processus le plus étudié de développement de la foudre dans les nuages ​​​​d'orage, alors que la foudre peut se produire dans les nuages ​​eux-mêmes - éclair intra-nuage, ou ils peuvent toucher le sol - foudre au sol. Pour que la foudre se produise, il est nécessaire que dans un volume relativement petit (mais pas inférieur à un certain volume critique) du nuage, il existe un champ électrique (voir électricité atmosphérique) d'une intensité suffisante pour initier une décharge électrique (~ 1 MV/m). doit se former, et dans une partie importante du nuage, il y aurait un champ avec une intensité moyenne suffisante pour maintenir la décharge commencée (~ 0,1-0,2 MV/m). Lors de la foudre, l’énergie électrique du nuage est convertie en chaleur, lumière et son.

Foudre au sol

Le processus de développement de la foudre au sol comprend plusieurs étapes. Dans un premier temps, dans la zone où le champ électrique atteint une valeur critique, commence l'ionisation par impact, créée initialement par des charges libres, toujours présentes en petites quantités dans l'air, qui, sous l'influence du champ électrique, acquièrent des vitesses significatives vers le sol et, en entrant en collision avec les molécules qui composent l'air, les ionise.

Selon des concepts plus modernes, l'ionisation de l'atmosphère pour le passage d'une décharge se produit sous l'influence d'un rayonnement cosmique à haute énergie - des particules avec des énergies de 10 12 -10 15 eV, formant une large gerbe d'air (EAS) avec une diminution de la tension de claquage de l'air d'un ordre de grandeur par rapport à celle dans des conditions normales.

Selon une hypothèse, les particules déclencheraient un processus appelé dégradation incontrôlée. Ainsi, des avalanches d'électrons apparaissent, se transformant en fils de décharges électriques - banderoles, qui sont des canaux hautement conducteurs qui, en fusionnant, donnent naissance à un canal lumineux thermiquement ionisé à haute conductivité - chef de file de la foudre.

Le mouvement du leader vers la surface de la terre se produit pas plusieurs dizaines de mètres à une vitesse d'environ 50 000 kilomètres par seconde, après quoi son mouvement s'arrête pendant plusieurs dizaines de microsecondes et la lueur s'affaiblit considérablement ; puis, dans l'étape suivante, le leader avance à nouveau de plusieurs dizaines de mètres. Une lueur vive couvre toutes les étapes franchies ; puis un arrêt et un affaiblissement de la lueur s'ensuivent à nouveau. Ces processus se répètent à mesure que le leader se déplace vers la surface de la terre à une vitesse moyenne de 200 000 mètres par seconde.

À mesure que le leader se déplace vers le sol, l'intensité du champ à son extrémité augmente et, sous son action, des objets sont projetés à partir d'objets dépassant de la surface de la Terre. streamer de réponse se connecter au leader. Cette caractéristique de la foudre est utilisée pour créer un paratonnerre.

Dans l'étape finale, le canal ionisé par le leader suit dos(de bas en haut), ou principale, décharge de foudre, caractérisé par des courants allant de dizaines à centaines de milliers d'ampères, une luminosité, dépassant sensiblement la luminosité du leader, et une vitesse d'avancement élevée, atteignant initialement jusqu'à ~ 100 000 kilomètres par seconde, et diminuant finalement jusqu'à ~ 10 000 kilomètres par seconde. La température du canal pendant la décharge principale peut dépasser 2 000-3 000 °C. La longueur du canal de foudre peut aller de 1 à 10 km, le diamètre peut atteindre plusieurs centimètres. Après le passage de l'impulsion de courant, l'ionisation du canal et sa lueur s'affaiblissent. Dans la phase finale, le courant de foudre peut durer des centièmes, voire des dixièmes de seconde, atteignant des centaines et des milliers d'ampères. De tels éclairs sont appelés éclairs prolongés et provoquent le plus souvent des incendies. Mais le sol n'est pas chargé, il est donc généralement admis qu'une décharge de foudre se produit du nuage vers le sol (de haut en bas).

La décharge principale ne rejette souvent qu’une partie du nuage. Les charges situées à haute altitude peuvent donner naissance à un nouveau leader (balayé) se déplaçant continuellement à des vitesses de plusieurs milliers de kilomètres par seconde. La luminosité de sa lueur est proche de celle du leader à gradins. Lorsque le leader balayé atteint la surface de la terre, un deuxième coup principal s'ensuit, similaire au premier. Typiquement, la foudre comprend plusieurs décharges répétées, mais leur nombre peut atteindre plusieurs dizaines. La durée de plusieurs éclairs peut dépasser 1 seconde. Le déplacement du canal de plusieurs éclairs par le vent crée ce qu'on appelle l'éclair en ruban - une bande lumineuse.

Éclair intra-nuage

Éclair intra-nuage au-dessus de Toulouse, France. 2006

La foudre intracloud ne comprend généralement que les étapes principales ; leur longueur varie de 1 à 150 km. La proportion d'éclairs intra-nuages ​​augmente à mesure qu'ils se déplacent vers l'équateur, passant de 0,5 dans les latitudes tempérées à 0,9 dans la zone équatoriale. Le passage de la foudre s'accompagne de modifications des champs électriques et magnétiques et des émissions radio, appelées atmosphères.

Vol de Calcutta à Mumbai.

La probabilité qu'un objet au sol soit frappé par la foudre augmente avec l'augmentation de sa hauteur et avec l'augmentation de la conductivité électrique du sol en surface ou à une certaine profondeur (l'action d'un paratonnerre est basée sur ces facteurs). S'il existe un champ électrique dans le nuage qui est suffisant pour maintenir une décharge, mais pas suffisant pour la provoquer, un long câble métallique ou un avion peut agir comme initiateur de foudre - surtout s'il est fortement chargé électriquement. De cette manière, des éclairs sont parfois « provoqués » dans les nimbostratus et les puissants cumulus.

Foudre dans la haute atmosphère

En 1989, un type particulier d'éclair a été découvert : les elfes, éclairs dans la haute atmosphère. En 1995, un autre type d'éclairs dans la haute atmosphère a été découvert : les jets.

Elfes

Jets

Jets Ce sont des tubes coniques bleus. La hauteur des jets peut atteindre 40 à 70 km (la limite inférieure de l'ionosphère), les jets vivent relativement plus longtemps que les elfes.

Lutins

Lutins difficiles à distinguer, mais ils apparaissent dans presque tous les orages à une altitude de 55 à 130 kilomètres (l'altitude des éclairs « ordinaires » ne dépasse pas 16 kilomètres). Il s’agit d’une sorte d’éclair qui jaillit d’un nuage. Ce phénomène a été enregistré pour la première fois en 1989 par accident. Actuellement, on sait très peu de choses sur la nature physique des sprites.

Interaction de la foudre avec la surface de la terre et les objets qui s'y trouvent

Fréquence mondiale des coups de foudre (l'échelle indique le nombre de coups de foudre par an et par kilomètre carré)

Les premières estimations évaluent la fréquence des éclairs sur Terre à 100 fois par seconde. Les données actuelles des satellites, capables de détecter la foudre dans les zones où il n'y a pas d'observation au sol, situent la fréquence à une moyenne de 44 ± 5 ​​​​fois par seconde, ce qui équivaut à environ 1,4 milliard de coups de foudre par an. 75 % de ces éclairs frappent entre ou dans les nuages, et 25 % frappent le sol.

Les éclairs les plus puissants provoquent la naissance de fulgurites.

Onde de choc provenant de la foudre

Une décharge de foudre est une explosion électrique et ressemble à certains égards à une détonation. Cela provoque une onde de choc dangereuse à proximité immédiate. Une onde de choc provenant d'une décharge de foudre suffisamment puissante à des distances allant jusqu'à plusieurs mètres peut provoquer des destructions, briser des arbres, blesser et commotionner des personnes, même sans choc électrique direct. Par exemple, avec un taux d'augmentation du courant de 30 000 ampères par 0,1 milliseconde et un diamètre de canal de 10 cm, les pressions d'onde de choc suivantes peuvent être observées :

• à une distance du centre de 5 cm (bordure du canal lumineux de la foudre) - 0,93 MPa,
• à une distance de 0,5 m - 0,025 MPa (destruction des structures fragiles des bâtiments et blessures humaines),
• à une distance de 5 m - 0,002 MPa (briser le verre et étourdir temporairement une personne).

À de plus grandes distances, l'onde de choc dégénère en une onde sonore : le tonnerre.

Les gens et la foudre

La foudre constitue une menace sérieuse pour la vie humaine. Une personne ou un animal frappé par la foudre se produit souvent dans des espaces ouverts, car le courant électrique parcourt le chemin le plus court « nuage d'orage-sol ». La foudre frappe souvent les arbres et les installations de transformateurs sur la voie ferrée, provoquant leur incendie. Il est impossible d'être frappé par la foudre linéaire ordinaire à l'intérieur d'un bâtiment, mais il existe une opinion selon laquelle la foudre dite en boule peut pénétrer à travers les fissures et les fenêtres ouvertes. La foudre normale est dangereuse pour les antennes de télévision et de radio situées sur les toits des immeubles de grande hauteur, ainsi que pour les équipements réseau.

Les mêmes changements pathologiques sont observés dans le corps des victimes qu'en cas de choc électrique. La victime perd connaissance, tombe, des convulsions peuvent survenir et la respiration et le rythme cardiaque s'arrêtent souvent. Il est courant de trouver des « marques de courant » sur le corps, là où l’électricité entre et sort. En cas de décès, la cause de l'arrêt des fonctions vitales de base est un arrêt brutal de la respiration et du rythme cardiaque, dû à l'effet direct de la foudre sur les centres respiratoires et vasomoteurs de la moelle allongée. Des marques dites éclair, des rayures rose clair ou rouges en forme d'arbre, restent souvent sur la peau et disparaissent lorsqu'on les appuie avec les doigts (elles persistent 1 à 2 jours après la mort). Ils sont le résultat de l'expansion des capillaires dans la zone de contact de la foudre avec le corps.

La foudre traverse un tronc d'arbre le long du chemin de moindre résistance électrique, libérant une grande quantité de chaleur, transformant l'eau en vapeur, qui divise le tronc de l'arbre ou, plus souvent, en arrache des sections d'écorce, montrant le chemin de la foudre. Au cours des saisons suivantes, les arbres réparent généralement les tissus endommagés et peuvent refermer toute la plaie, ne laissant qu'une cicatrice verticale. Si les dégâts sont trop importants, le vent et les ravageurs finiront par tuer l’arbre. Les arbres sont des paratonnerres naturels et sont connus pour protéger les bâtiments voisins des coups de foudre. Lorsqu’ils sont plantés à proximité d’un bâtiment, les grands arbres captent la foudre et la forte biomasse de leur système racinaire contribue à ancrer la foudre.

Pour cette raison, vous ne devez pas vous cacher de la pluie sous les arbres pendant un orage, en particulier sous les arbres grands ou solitaires dans les zones ouvertes.

Les instruments de musique sont fabriqués à partir d’arbres frappés par la foudre, ce qui leur confère des propriétés uniques.

Éclairage et installations électriques

Les coups de foudre représentent un risque majeur pour les équipements électriques et électroniques. Lorsque la foudre frappe directement les fils de la ligne, une surtension se produit, provoquant la destruction de l'isolation des équipements électriques, et des courants élevés provoquent des dommages thermiques aux conducteurs. Pour se protéger contre les surtensions de foudre, les sous-stations électriques et les réseaux de distribution sont équipés de différents types d'équipements de protection tels que des parafoudres, des parafoudres non linéaires et des parafoudres à étincelles longues. Pour se protéger contre les coups de foudre directs, des paratonnerres et des câbles de protection contre la foudre sont utilisés. Les impulsions électromagnétiques créées par la foudre sont également dangereuses pour les appareils électroniques.

La foudre et l'aviation

L’électricité atmosphérique en général et la foudre en particulier constituent une menace importante pour l’aviation. Un coup de foudre sur un avion provoque la propagation d'un courant important à travers ses éléments structurels, ce qui peut provoquer leur destruction, un incendie dans les réservoirs de carburant, des pannes d'équipement et des pertes de vie. Pour réduire les risques, les éléments métalliques de la peau extérieure des avions sont soigneusement connectés électriquement les uns aux autres et les éléments non métalliques sont métallisés. Cela garantit une faible résistance électrique du boîtier. Pour évacuer le courant de foudre et toute autre électricité atmosphérique du corps, les avions sont équipés de parafoudres.

En raison du fait que la capacité électrique d'un avion dans les airs est faible, la décharge « nuage vers avion » a beaucoup moins d'énergie que la décharge « nuage vers sol ». La foudre est la plus dangereuse pour un avion ou un hélicoptère volant à basse altitude, car dans ce cas l'avion peut jouer le rôle de conducteur de courant de foudre du nuage au sol. On sait que les avions à haute altitude sont relativement souvent frappés par la foudre, et pourtant, les cas d'accidents pour cette raison sont rares. Dans le même temps, il existe de nombreux cas connus d'avions frappés par la foudre au décollage et à l'atterrissage, ainsi qu'au stationnement, ce qui a entraîné une catastrophe ou la destruction de l'avion.

Navires de foudre et de surface

La foudre constitue également une très grande menace pour les navires de surface, car ces derniers sont élevés au-dessus de la surface de la mer et comportent de nombreux éléments pointus (mâts, antennes) qui concentrent l'intensité du champ électrique. À l'époque des voiliers en bois avec une résistance spécifique élevée de la coque, un coup de foudre se terminait presque toujours tragiquement pour le navire : le navire brûlait ou était détruit, et des personnes mouraient par choc électrique. Les navires en acier rivetés étaient également vulnérables à la foudre. La résistivité élevée des coutures des rivets a provoqué une génération locale importante de chaleur, ce qui a conduit à l'apparition d'un arc électrique, d'incendies, de destruction des rivets et de fuites d'eau dans la carrosserie.

La coque soudée des navires modernes a une faible résistivité et assure une propagation sûre du courant de foudre. Les éléments saillants de la superstructure des navires modernes sont connectés électriquement de manière fiable à la coque et assurent également la propagation en toute sécurité du courant de foudre.

Activités humaines qui provoquent la foudre

Lors d'une explosion nucléaire au sol, une fraction de seconde avant l'arrivée de la limite de l'hémisphère de feu, à plusieurs centaines de mètres (~400-700 m par rapport à une explosion de 10,4 Mt) du centre, le rayonnement gamma qui l'atteint produit une impulsion électromagnétique d'une intensité de ~100-1000 kV/m, provoquant des décharges de foudre frappant du sol vers le haut avant l'arrivée de la frontière de l'hémisphère de feu.

voir également

Remarques

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3. Elfes rouges et jets bleus
4. ELVES, une introduction : Chauffage ionosphérique par les impulsions électromagnétiques de la foudre
5. Les modèles fractals de jets bleus et les démarreurs bleus présentent des similitudes et des différences avec les sprites rouges
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Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi les oiseaux s'assoient sur des fils à haute tension et pourquoi une personne meurt lorsqu'elle touche les fils ? Tout est très simple - ils sont assis sur un fil, mais aucun courant ne traverse l'oiseau, mais si l'oiseau bat des ailes en touchant simultanément deux phases, il mourra. Habituellement, les grands oiseaux comme les cigognes, les aigles et les faucons meurent de cette façon.

De même, une personne peut toucher une phase et rien ne lui arrivera si aucun courant ne la traverse ; pour cela, vous devez porter des bottes en caoutchouc et Dieu vous préserve de toucher un mur ou du métal.

Le courant électrique peut tuer une personne en une fraction de seconde ; il frappe sans avertissement. La foudre frappe la Terre cent fois par seconde et plus de huit millions de fois par jour. Cette force de la nature est cinq fois plus chaude que la surface du soleil. La décharge électrique frappe avec une force de 300 000 ampères et un million de volts en une fraction de seconde. Dans notre vie quotidienne, nous pensons pouvoir contrôler l’électricité qui alimente nos maisons, l’éclairage extérieur et maintenant nos voitures. Mais l’électricité sous sa forme originale ne peut être contrôlée. Et la foudre, c’est de l’électricité à grande échelle. Et pourtant, la foudre reste un grand mystère. Elle peut frapper de manière inattendue et sa trajectoire peut être imprévisible.

La foudre dans le ciel ne fait pas de mal, mais un éclair sur dix frappe la surface de la terre. La foudre est divisée en plusieurs branches, chacune étant capable de frapper une personne située à l'épicentre. Lorsqu'une personne est frappée par la foudre, le courant peut passer d'une personne à une autre si elles entrent en contact.

Il y a une règle de trente et trente : si vous voyez des éclairs et entendez le tonnerre moins de trente secondes plus tard, vous devez vous mettre à l'abri, puis vous devez attendre trente minutes après le dernier coup de tonnerre avant de sortir. Mais la foudre ne suit pas toujours un ordre strict.

Il existe un phénomène atmosphérique tel que le tonnerre venant d'un ciel clair. Souvent, la foudre, sortant d'un nuage, parcourt jusqu'à seize kilomètres avant de frapper le sol. En d’autres termes, la foudre peut apparaître de nulle part. La foudre a besoin de vent et d’eau. Lorsque des vents forts soulèvent de l’air humide, les conditions sont créées pour que des orages destructeurs se produisent.

Il est impossible de décomposer en composants quelque chose qui tient en un millionième de seconde. Une fausse croyance est que nous voyons la foudre lorsqu'elle se déplace vers le sol, mais ce que nous voyons en réalité, c'est le chemin de retour de la foudre vers le ciel. La foudre n’est pas une frappe unidirectionnelle sur le sol, mais plutôt un anneau, un chemin dans deux directions. L’éclair que nous voyons est ce qu’on appelle le coup de retour, la phase finale du cycle. Et lorsque le retour de la foudre réchauffe l’air, sa carte de visite apparaît : le tonnerre. Le chemin de retour de la foudre est la partie de la foudre que nous voyons comme un éclair et que nous entendons comme le tonnerre. Un courant inverse de milliers d’ampères et de millions de volts se précipite du sol vers le nuage.

La foudre électrocute régulièrement les personnes à l’intérieur. Il peut pénétrer dans une structure de différentes manières, par les tuyaux d’évacuation et les conduites d’eau. La foudre peut pénétrer dans le câblage électrique dont l'intensité du courant dans une maison ordinaire n'atteint pas deux cents ampères et surcharge le câblage électrique par sauts de vingt mille à deux cent mille ampères. Le chemin le plus dangereux de votre maison mène peut-être directement à votre main via le téléphone. Près des deux tiers des chocs électriques en intérieur se produisent lorsque des personnes décrochent un téléphone fixe lors d'un éclair. Les téléphones sans fil sont plus sûrs pendant les orages, mais la foudre peut électrocuter une personne se trouvant à proximité de la base du téléphone. Même un paratonnerre ne peut pas vous protéger de tous les éclairs, puisqu’il n’est pas capable d’attraper la foudre dans le ciel.

À propos de la nature de la foudre

Il existe plusieurs théories différentes expliquant l’origine de la foudre.

Généralement, la partie inférieure du nuage porte une charge négative et la partie supérieure porte une charge positive, ce qui fait du système nuage-Terre une sorte de condensateur géant.

Lorsque la différence de potentiel électrique devient suffisamment grande, une décharge appelée éclair se produit entre le sol et le nuage, ou entre deux parties du nuage.

Est-il dangereux d'être dans une voiture pendant la foudre ?

Dans l’une de ces expériences, un éclair mortel artificiel d’un mètre de long était dirigé vers le toit en acier d’une voiture dans laquelle se trouvait une personne. La foudre a traversé le boîtier sans blesser personne. Comment est-ce arrivé? Étant donné que les charges d’un objet chargé se repoussent, elles ont tendance à s’éloigner le plus possible.

Dans le cas d'un cylindre pi à bille mécanique creux, les charges sont réparties sur la surface extérieure de l'objet. De même, si la foudre frappe le toit métallique d'une voiture, les électrons répulsifs se propageront extrêmement rapidement sur la surface de la voiture et. traverser son corps dans le sol. Par conséquent, la foudre le long de la surface d’une voiture métallique pénètre dans le sol et ne pénètre pas à l’intérieur de la voiture. Pour la même raison, une cage métallique constitue une parfaite protection contre la foudre. À la suite d'un éclair artificiel frappant une voiture avec une tension de 3 millions de volts, le potentiel de la voiture et du corps de la personne qui s'y trouve augmente jusqu'à près de 200 000 volts. Dans le même temps, une personne ne ressent pas le moindre signe de choc électrique, puisqu'il n'y a aucune différence de potentiel entre les points de son corps.

Cela signifie que séjourner dans un bâtiment bien relié à la terre et doté d'une charpente métallique, comme il y en a beaucoup dans les villes modernes, protège presque entièrement contre la foudre.

Comment expliquer que les oiseaux s'assoient sur les fils en toute sérénité et en toute impunité ?

Le corps d'un oiseau assis est comme une branche d'une chaîne (connexion parallèle). La résistance de cette branche avec l'oiseau est bien supérieure à la résistance du fil entre les pattes de l'oiseau. Par conséquent, la force actuelle dans le corps de l’oiseau est négligeable. Si un oiseau, assis sur un fil, touchait le poteau avec son aile ou sa queue, ou autrement connecté au sol, il serait instantanément tué par le courant qui le traverserait dans le sol.

Faits intéressants sur la foudre

La longueur moyenne des éclairs est de 2,5 km. Certaines décharges s'étendent jusqu'à 20 km dans l'atmosphère.

La foudre est bénéfique : elle parvient à extraire de l’air des millions de tonnes d’azote, à le lier et à l’envoyer dans le sol, fertilisant ainsi le sol.

Les éclairs de Saturne sont un million de fois plus puissants que ceux de la Terre.

Une décharge de foudre se compose généralement de trois décharges répétées ou plus – des impulsions suivant le même chemin. Les intervalles entre les impulsions successives sont très courts, de 1/100 à 1/10 s (c'est ce qui provoque le scintillement des éclairs).

Environ 700 éclairs sur Terre chaque seconde. Centres mondiaux d'orages : île de Java - 220, Afrique équatoriale - 150, sud du Mexique - 142, Panama - 132, centre du Brésil - 106 jours d'orage par an. Russie : Mourmansk - 5, Arkhangelsk - 10, Saint-Pétersbourg - 15, Moscou - 20 jours d'orage par an.

L'air dans la zone du canal de foudre se réchauffe presque instantanément jusqu'à une température de 30 000 à 33 000 ° C. En moyenne, environ 3 000 personnes meurent chaque année à cause de la foudre dans le monde.

Les statistiques montrent que toutes les 5 000 à 10 000 heures de vol, un éclair frappe un avion. Heureusement, presque tous les avions endommagés continuent de voler.

Malgré le pouvoir écrasant de la foudre, s’en protéger est assez simple. Lors d'un orage, vous devez immédiatement quitter les zones ouvertes, en aucun cas vous cacher sous des arbres isolés, ni vous trouver à proximité de hauts mâts et de lignes électriques. Vous ne devez pas tenir d'objets en acier dans vos mains. De plus, pendant les orages, vous ne pouvez pas utiliser les communications radio ni les téléphones portables. Les téléviseurs, radios et appareils électriques doivent être éteints à l’intérieur.

Décharges de foudre ( foudre) est la source la plus courante de puissants champs électromagnétiques naturels. La foudre est un type de décharge gazeuse avec une très longue longueur d’étincelle. La longueur totale du canal de foudre atteint plusieurs kilomètres, et une partie importante de ce canal est située à l'intérieur d'un nuage d'orage. Foudre La cause de la foudre est la formation d'une charge électrique volumétrique importante.

Ordinaire source de foudre sont des cumulonimbus orageux qui transportent une accumulation de charges électriques positives et négatives dans les parties supérieures et inférieures du nuage et forment des champs électriques d'intensité croissante autour de ce nuage. La formation de telles charges spatiales de polarités différentes dans le nuage (polarisation du nuage) est associée à la condensation due au refroidissement de la vapeur d'eau des flux d'air chaud ascendants sur des ions positifs et négatifs (centres de condensation) et à la séparation de gouttelettes d'humidité chargées dans le nuage sous l’influence d’intenses flux d’air thermique ascendants. En raison du fait que plusieurs amas de charges isolés les uns des autres se forment dans le nuage (principalement des charges de polarité négative s'accumulent dans la partie inférieure du nuage).

Les décharges de foudre peuvent être divisées en plusieurs types en fonction de signes extérieurs. Type régulier - éclair linéaire, avec des variétés : ruban, roquette, zigzag et ramifié. Le type de décharge le plus rare est la foudre en boule. Il existe des décharges connues appelées « Feu de Saint-Elme » et « Lueur des Andes ». La foudre se produit généralement plusieurs fois, c'est-à-dire se compose de plusieurs décharges uniques se développant le long du même chemin, et chaque décharge, tout comme la décharge obtenue dans des conditions de laboratoire, commence par une décharge leader et se termine par une décharge inverse (principale). La vitesse de descente du leader de la première décharge unique est d'environ 1 500 km/s, la vitesse des leaders des décharges suivantes atteint 2 000 km/s et la vitesse de la décharge inverse varie entre 15 000 et 150 000 km/s, c'est-à-dire de 0,05 à 0,5 vitesse Sveta. Le canal leader, comme celui de tout streamer, est rempli de plasma et possède donc une certaine conductivité.

L'extrémité supérieure du canal leader est connectée à l'un des centres chargés du cloud, donc une partie des charges de ce centre circule dans le canal leader. La répartition des charges dans le canal devrait être inégale, augmentant vers sa fin. Cependant, certaines mesures indirectes suggèrent que la valeur absolue de la charge sur la tête leader est faible et, en première approximation, le canal peut être considéré comme uniformément chargé avec une densité de charge linéaire S. La charge totale dans le canal leader dans ce cas est égal à Q = S*l, où l est la longueur du canal, et sa valeur est généralement d'environ 10 % de la valeur de la charge s'écoulant dans le sol lors d'une seule décharge de foudre. Dans 70 à 80 % des cas, cette charge a une polarité négative. À mesure que le canal leader se déplace, sous l'influence du champ électrique qu'il crée dans le sol, les charges se déplacent et les charges de signe opposé aux charges leader (généralement des charges positives) ont tendance à être situées aussi près que possible de la tête du leader. canal. Dans le cas d'un sol homogène, ces charges s'accumulent directement sous le canal leader.

Si le sol est hétérogène et que sa majeure partie présente une forte résistivité, les charges se concentrent dans les zones à forte conductivité (rivières, nappes phréatiques). En présence d'objets imposants au sol (paratonnerres, cheminées, immeubles de grande hauteur, arbres gorgés de pluie), les charges sont attirées vers le sommet de l'objet, y créant une intensité de champ importante. Aux premières étapes de développement du canal leader, l’intensité du champ électrique à sa tête est déterminée par les propres charges du leader et par les amas de charges spatiales situés sous le nuage. La trajectoire du leader n'est pas liée aux objets terrestres. À mesure que le leader descend, les accumulations de charges au sol et sur les objets élevés commencent à avoir une influence croissante. À partir d'une certaine hauteur de la tête du leader (hauteur d'orientation), l'intensité du champ dans l'une des directions s'avère la plus grande et le leader est orienté vers l'un des objets au sol. Naturellement, dans ce cas, les objets élevés et les zones de terrain à conductivité accrue sont principalement touchés (susceptibilité sélective). A partir d'objets très hauts, des contre-leaders se développent vers le leader, dont la présence permet d'orienter la foudre vers un objet donné.

Une fois que le canal leader atteint le sol ou le contre-leader, une décharge inverse commence, au cours de laquelle le canal leader acquiert un potentiel presque égal au potentiel de terre. À la tête de la décharge inverse se développant vers le haut, il y a une zone d'intensité de champ électrique accrue, sous l'influence de laquelle se produit une restructuration du canal, accompagnée d'une augmentation de la densité de charge du plasma de 10^13 - 10 ^14 à 10^16 - 10^19 1/m3, grâce à quoi la conductivité du canal augmente au moins 100 fois. Lors du développement d'une décharge inverse, un courant iM = v traverse le site d'impact, où v est la vitesse de la décharge inverse. Le processus qui se produit pendant la transition de la décharge principale vers la décharge inverse est à bien des égards similaire au processus de court-circuit d'un fil chargé vertical vers la terre.

Si un fil chargé est connecté à la terre via une résistance r, alors le courant au point de mise à la terre est égal à : où z = impédance caractéristique du fil. Ainsi, même lors d'une décharge de foudre, le courant au lieu de l'impact ne sera égal à v que si la résistance de terre est nulle. Lorsque les résistances de mise à la terre sont différentes de zéro, le courant au point d'impact diminue. Il est assez difficile de quantifier cette diminution, car l’impédance des ondes du canal de foudre ne peut être estimée qu’approximativement. Il y a des raisons de croire que l'impédance caractéristique du canal de foudre diminue avec l'augmentation du courant, la valeur moyenne étant d'environ 200 à 300 Ohms. Dans ce cas, lorsque la résistance de terre d'un objet passe de 0 à 30 Ohms, le courant dans l'objet ne change que de 10 %. Dans ce qui suit, nous appellerons de tels objets bien mis à la terre et supposerons que le courant de foudre complet iM = v les traverse. Paramètres de base de la foudre et intensité de l'activité orageuse Les éclairs avec des courants élevés se produisent extrêmement rarement. Ainsi, des éclairs avec des courants de 200 kA se produisent dans 0,7...1,0 % des cas du nombre total de décharges observées.

Le nombre de cas de coups de foudre d'une valeur de courant de 20 kA est d'environ 50 %. Par conséquent, il est d'usage de présenter les valeurs d'amplitude des courants de foudre sous forme de courbes de probabilité (fonctions de distribution), pour lesquelles la probabilité d'apparition de courants de foudre avec la valeur maximale est tracée le long de l'axe des ordonnées. La principale caractéristique quantitative de la foudre est le courant circulant à travers l'objet affecté, caractérisé par la valeur maximale iM, l'inclinaison moyenne du front et la durée de l'impulsion ti, qui est égale au temps pendant lequel le courant diminue jusqu'à la moitié de la valeur maximale. . Actuellement, la plus grande quantité de données est disponible sur les valeurs maximales du courant de foudre, dont la mesure est effectuée par les instruments de mesure les plus simples - des enregistreurs magnétiques, qui sont des tiges cylindriques constituées de limaille d'acier ou de fils pressés dans du plastique. Les enregistreurs magnétiques sont montés à proximité d'objets imposants (paratonnerres, supports de lignes de transmission) et sont situés le long des lignes de champ magnétique qui apparaissent lorsque le courant de foudre traverse l'objet. Étant donné que des matériaux à force coercitive élevée sont utilisés pour la fabrication des enregistreurs, ils conservent une magnétisation résiduelle importante.

En mesurant cette magnétisation, il est possible de déterminer la valeur maximale du courant magnétisant à l'aide de courbes d'étalonnage. Les mesures avec des enregistreurs magnétiques n'offrent pas une grande précision, mais cet inconvénient est en partie compensé par le grand nombre de mesures, qui se comptent actuellement par dizaines de milliers. En plaçant un cadre fermé à une bobine inductive à proximité de l'objet affecté, vous pouvez mesurer la pente du courant de foudre à l'aide d'un enregistreur magnétique placé à l'intérieur de la bobine. Les mesures ont montré que les courants de foudre varient considérablement de quelques kiloampères à des centaines de kiloampères, c'est pourquoi les résultats des mesures sont présentés sous forme de courbes de probabilité (fonctions de distribution) des courants de foudre, sur lesquelles la probabilité que des courants de foudre avec une valeur maximale dépassant la valeur indiquée est portée sur l'axe des abscisses.

En Ukraine, lors du calcul de la protection contre la foudre, la courbe est utilisée. Pour les zones montagneuses, les ordonnées de la courbe sont réduites de 2 fois, car à de courtes distances du sol aux nuages, la foudre se produit avec une densité de charges plus faible en grappes. c'est-à-dire que la probabilité de courants importants diminue. Il est beaucoup plus difficile de déterminer expérimentalement l'intensité et la durée d'une impulsion de courant de foudre, de sorte que la quantité de données expérimentales sur ces paramètres est relativement faible. La durée de l'impulsion du courant de foudre est principalement déterminée par le temps de propagation de la décharge inverse du sol vers le nuage et varie donc dans une plage relativement étroite de 20 à 80-100 μs. La durée moyenne d'une impulsion de courant de foudre est proche de 50 µs, ce qui a déterminé le choix de l'impulsion standard.

Les plus importants du point de vue de l'évaluation de la résistance à la foudre des RES sont : la quantité de charge transférée par la foudre, le courant dans le canal de foudre, le nombre de coups répétés le long d'un canal et l'intensité de l'activité de foudre. Tous ces paramètres ne sont pas déterminés de manière univoque et sont de nature probabiliste. La charge transférée par la foudre fluctue au cours du processus de décharge dans la plage allant de fractions de coulomb à plusieurs dizaines de coulombs. La charge moyenne rejetée dans le sol par des éclairs répétés est de 15 à 25 °C. Considérant qu'en moyenne une décharge de foudre contient trois composants, par conséquent, pendant un composant, environ 5 à 8 C sont transférés au sol. Parmi ceux-ci, environ 60 % de l'accumulation totale de charges donnée s'écoule dans le canal leader, ce qui s'élève à 3 - 5 C. Un coup de foudre sur des zones plates de la surface terrestre porte une charge de 10 à 50 C (en moyenne 25 C), avec des coups de foudre dans les montagnes - une charge de 30 à 100 C (en moyenne 60 C), avec des décharges dans la télévision. tours, la charge atteint 160 C.

Lorsque la foudre frappe le sol, la grande majorité (85 à 90 %) transfère une charge négative au sol. La charge s'écoulant dans le sol lors de plusieurs éclairs varie de fractions de coulomb à 100 C ou plus. La valeur moyenne de cette charge est proche de 20 C. La charge libérée dans le sol lors des orages semble jouer un rôle important dans le maintien de la charge négative du sol. L'intensité de l'activité orageuse varie considérablement selon les régions climatiques. En règle générale, le nombre d'orages tout au long de l'année est minime dans les régions du nord et augmente progressivement vers le sud, où l'augmentation de l'humidité de l'air et les températures élevées contribuent à la formation de nuages ​​​​d'orage. Cependant, cette tendance n’est pas toujours suivie. Il existe des centres d'activité orageuse aux latitudes moyennes (par exemple, dans la région de Kiev), où des conditions favorables sont créées pour la formation d'orages locaux.

L'intensité de l'activité orageuse est généralement caractérisée par le nombre de jours d'orage par an ou par la durée annuelle totale des orages en heures. Cette dernière caractéristique est plus correcte, puisque le nombre de coups de foudre dans le sol ne dépend pas du nombre d'orages, mais de leur durée totale. Le nombre de jours ou d'heures d'orage par an est déterminé sur la base d'observations à long terme de stations météorologiques, dont la généralisation permet de dresser des cartes d'activité orageuse, sur lesquelles sont tracées des lignes d'égale durée d'orages - lignes isokéraniques . La durée moyenne des orages par jour d'orage sur le territoire de la partie européenne de la Russie et de l'Ukraine est de 1,5 à 2 heures.

Tout récemment, le ciel clair et dégagé était couvert de nuages. Les premières gouttes de pluie tombèrent. Et bientôt les éléments démontrèrent leur pouvoir sur la terre. Le tonnerre et les éclairs transpercèrent le ciel orageux. D’où viennent de tels phénomènes ? Depuis de nombreux siècles, l’humanité y voit une manifestation de la puissance divine. Aujourd'hui, nous connaissons l'apparition de tels phénomènes.

Origine des nuages ​​d'orage

Les nuages ​​apparaissent dans le ciel à cause de la condensation qui s'élève au-dessus du sol et flottent dans le ciel. Les nuages ​​sont plus lourds et plus gros. Ils apportent avec eux tous les « effets spéciaux » liés au mauvais temps.

Les nuages ​​d'orage diffèrent des nuages ​​​​ordinaires en ce sens qu'ils sont chargés d'électricité. De plus, il existe des nuages ​​​​avec une charge positive et des nuages ​​​​avec une charge négative.

Pour comprendre d'où viennent le tonnerre et les éclairs, vous devez vous élever plus haut au-dessus du sol. Dans le ciel, où il n’y a aucun obstacle au vol libre, les vents soufflent plus fort qu’au sol. Ce sont eux qui provoquent la charge dans les nuages.

L’origine du tonnerre et des éclairs peut s’expliquer par une seule goutte d’eau. Il a une charge électrique positive au centre et une charge négative à l’extérieur. Le vent le brise en morceaux. L’un d’eux reste avec une charge négative et a moins de poids. Des gouttes plus lourdes chargées positivement forment les mêmes nuages.

Pluie et électricité

Avant que le tonnerre et les éclairs n’apparaissent dans un ciel orageux, le vent sépare les nuages ​​en nuages ​​chargés positivement et négativement. La pluie qui tombe sur le sol emporte avec elle une partie de cette électricité. Une attraction se forme entre le nuage et la surface de la terre.

La charge négative du nuage va attirer la charge positive au sol. Cette attraction sera répartie uniformément sur toutes les surfaces surélevées et conductrices de courant.

Et maintenant, la pluie crée toutes les conditions pour l'apparition du tonnerre et des éclairs. Plus l’objet est haut par rapport au nuage, plus il est facile pour la foudre de le traverser.

Origine de la foudre

La météo a préparé toutes les conditions qui permettront à tous ses effets de se manifester. Elle a créé les nuages ​​d’où proviennent le tonnerre et les éclairs.

Un toit chargé d’électricité négative attire la charge positive de l’objet le plus exalté. Son électricité négative ira dans le sol.

Ces deux opposés ont tendance à s’attirer. Plus il y a d’électricité dans un nuage, plus il y en a dans l’objet le plus élevé.

En s'accumulant dans un nuage, l'électricité peut traverser la couche d'air située entre elle et l'objet, et des éclairs étincelants apparaîtront et le tonnerre tonnera.

Comment se développe la foudre

Lorsqu’un orage fait rage, les éclairs et le tonnerre l’accompagnent sans cesse. Le plus souvent, l’étincelle provient d’un nuage chargé négativement. Il se développe progressivement.

Tout d’abord, un petit flux d’électrons s’écoule du nuage via un canal dirigé vers le sol. A cet endroit du nuage, les électrons se déplaçant à grande vitesse s'accumulent. Pour cette raison, les électrons entrent en collision avec les atomes d’air et les brisent. Des noyaux individuels sont obtenus, ainsi que des électrons. Ces derniers se précipitent également au sol. Pendant qu'ils se déplacent le long du canal, tous les électrons primaires et secondaires divisent à nouveau les atomes d'air qui se dressent sur leur chemin en noyaux et en électrons.

L'ensemble du processus ressemble à une avalanche. Il évolue vers le haut. L'air se réchauffe et sa conductivité augmente.

De plus en plus d’électricité provenant des nuages ​​s’écoule vers le sol à une vitesse de 100 km/s. A ce moment, la foudre se dirige vers le sol. Le long de cette route tracée par le leader, l'électricité commence à circuler encore plus vite. Une décharge d’une force énorme se produit. Atteignant son apogée, le débit diminue. Le canal, chauffé par un courant si puissant, brille. Et les éclairs deviennent visibles dans le ciel. Une telle décharge ne dure pas longtemps.

Après la première décharge, une seconde suit souvent le long d'un canal aménagé.

Comment apparaît le tonnerre ?

Le tonnerre, les éclairs et la pluie sont indissociables lors d’un orage.

Le tonnerre se produit pour la raison suivante. Le courant dans le canal de foudre est généré très rapidement. L'air devient très chaud. Cela le fait s'étendre.

Cela arrive si vite que cela ressemble à une explosion. Un tel choc secoue violemment l’air. Ces vibrations entraînent l’apparition d’un son fort. C'est de là que viennent les éclairs et le tonnerre.

Dès que l’électricité du nuage atteint le sol et disparaît du canal, elle se refroidit très rapidement. La compression de l'air produit également du tonnerre.

Plus il y a d'éclairs qui traversent le canal (il peut y en avoir jusqu'à 50), plus les tremblements d'air sont longs. Ce son est réfléchi par les objets et les nuages, et un écho se produit.

Pourquoi y a-t-il un intervalle entre les éclairs et le tonnerre ?

Lors d’un orage, les éclairs sont suivis du tonnerre. Son retard dû à la foudre est dû aux différentes vitesses de leur mouvement. Le son se déplace à une vitesse relativement faible (330 m/s). C'est seulement 1,5 fois plus rapide que le mouvement d'un Boeing moderne. La vitesse de la lumière est bien supérieure à la vitesse du son.

Grâce à cet intervalle, il est possible de déterminer à quelle distance se trouvent les éclairs et le tonnerre de l'observateur.

Par exemple, si 5 s s'écoulent entre l'éclair et le tonnerre, cela signifie que le son a parcouru 330 m 5 fois. En multipliant, il est facile de calculer que l'éclair de l'observateur était à une distance de 1650 m. Si un orage passe à moins de 3 km d'une personne, il est considéré comme proche. Si la distance, conformément à l'apparition des éclairs et du tonnerre, est plus grande, alors l'orage est éloigné.

L'éclair en chiffres

Le tonnerre et les éclairs ont été modifiés par les scientifiques et les résultats de leurs recherches sont présentés au public.

Il a été constaté que la différence de potentiel précédant la foudre atteint des milliards de volts. L'intensité du courant au moment de la décharge atteint 100 000 A.

La température dans le canal atteint 30 000 degrés et dépasse la température à la surface du Soleil. Des nuages ​​au sol, la foudre se propage à une vitesse de 1 000 km/s (en 0,002 s).

Le canal interne par lequel circule le courant ne dépasse pas 1 cm, bien que celui visible atteint 1 m.

Il y a environ 1 800 orages qui se produisent continuellement dans le monde. La probabilité d'être tué par la foudre est de 1 : 2 000 000 (la même chose que de mourir en tombant du lit). La chance de voir des éclairs en boule est de 1 sur 10 000.

Foudre en boule

Sur le chemin de l'étude de l'origine du tonnerre et des éclairs dans la nature, le phénomène le plus mystérieux est la foudre en boule. Ces décharges ardentes rondes n’ont pas encore été entièrement étudiées.

Le plus souvent, la forme d'un tel éclair ressemble à une poire ou à une pastèque. Cela dure jusqu'à plusieurs minutes. Apparaît à la fin d'un orage sous forme de touffes rouges de 10 à 20 cm de diamètre. Le plus gros éclair en boule jamais photographié mesurait environ 10 m de diamètre. Il émet un bourdonnement et un sifflement.

Il peut disparaître doucement ou avec un léger fracas, laissant une odeur de brûlé et de la fumée.

Le mouvement de la foudre ne dépend pas du vent. Ils sont attirés dans les espaces clos par les fenêtres, les portes et même les fissures. S'ils entrent en contact avec une personne, ils provoquent de graves brûlures et peuvent être mortels.

Jusqu’à présent, les raisons de l’apparition de la foudre en boule étaient inconnues. Cependant, cela ne prouve pas son origine mystique. Des recherches sont en cours dans ce domaine pour expliquer l'essence de ce phénomène.

En vous familiarisant avec des phénomènes tels que le tonnerre et la foudre, vous pourrez comprendre le mécanisme de leur apparition. Il s’agit d’un processus physique et chimique cohérent et plutôt complexe. C’est l’un des phénomènes naturels les plus intéressants qui se produisent partout et qui touche donc presque toutes les personnes sur la planète. Les scientifiques ont résolu les mystères de presque tous les types d’éclairs et les ont même mesurés. La foudre en boule est aujourd'hui le seul mystère non résolu de la nature dans le domaine de la formation de tels phénomènes naturels.

Origine des nuages ​​d'orage

Le brouillard qui s'élève au-dessus du sol est constitué de particules d'eau et forme des nuages. Les nuages ​​plus gros et plus lourds sont appelés nuages. Certains nuages ​​​​sont simples : ils ne provoquent ni éclairs ni tonnerre. D'autres sont appelés orages, car ce sont eux qui créent un orage, forment des éclairs et du tonnerre. Les nuages ​​d'orage diffèrent des simples nuages ​​de pluie en ce sens qu'ils sont chargés d'électricité : certains sont positifs, d'autres sont négatifs.

Comment se forment les nuages ​​d’orage ? Tout le monde sait à quel point le vent peut être fort lors d’un orage. Mais des tourbillons d’air encore plus puissants se forment plus haut au-dessus du sol, là où les forêts et les montagnes n’interfèrent pas avec le mouvement de l’air. Ce vent crée principalement de l’électricité positive et négative dans les nuages.

Au centre de chaque goutte se trouve de l’électricité positive et une électricité négative égale se trouve à la surface de la goutte. Les gouttes de pluie qui tombent sont ramassées par le vent et tombent dans les courants d'air. Le vent frappant la goutte avec force la brise en morceaux. Dans ce cas, les particules externes séparables de la goutte se chargent d’électricité négative.

La partie restante, plus grosse et plus lourde, de la goutte est chargée d’électricité positive. La partie du nuage dans laquelle s’accumulent les particules lourdes est chargée d’électricité positive. La pluie tombant d'un nuage transporte une partie de l'électricité du nuage vers le sol et crée ainsi une attraction électrique entre le nuage et le sol.

En figue. La figure 1 montre la répartition de l'électricité dans un nuage et à la surface de la terre. Si un nuage est chargé d'électricité négative, alors, en essayant d'y être attiré, l'électricité positive de la terre sera distribuée à la surface de tous les objets élevés qui conduisent le courant électrique. Plus l'objet posé sur le sol est haut, plus la distance entre son sommet et le bas du nuage est petite et plus la couche d'air restant ici qui sépare l'électricité opposée est petite. Évidemment, dans de tels endroits, la foudre atteint plus facilement le sol. Nous en reparlerons plus en détail plus tard.

Riz. 1. Distribution d'électricité dans un nuage d'orage et des objets au sol

Pourquoi la foudre se produit-elle ?

À l'approche d'un grand arbre ou d'une maison, un nuage d'orage chargé d'électricité l'affecte. En figue. 1 nuage chargé d’électricité négative attirera l’électricité positive vers le toit, et l’électricité négative de la maison ira dans le sol.

Les deux électricités – dans les nuages ​​et sur le toit de la maison – ont tendance à s’attirer. S'il y a beaucoup d'électricité dans le nuage, une grande quantité d'électricité est générée dans la maison par son influence.

Tout comme la montée des eaux peut emporter un barrage et se précipiter dans un ruisseau orageux, inondant une vallée dans son mouvement incontrôlable, de même l'électricité, s'accumulant en quantités croissantes dans un nuage, peut finir par percer la couche d'air qui le sépare de la surface du nuage. terre et fonce vers la terre, vers l'électricité opposée. Une forte décharge se produira - une étincelle électrique sautera entre le nuage et la maison.

C'est la foudre qui frappe la maison. Les décharges de foudre peuvent se produire non seulement entre un nuage et le sol, mais également entre deux nuages ​​chargés d’électricité différente.

Plus le vent est fort, plus vite le nuage se charge en électricité. Le vent dépense une certaine quantité de travail pour séparer l’électricité positive et négative.

Comment se développe la foudre ?

Le plus souvent, les éclairs frappant le sol proviennent de nuages ​​chargés d’électricité négative. La foudre provenant d’un tel nuage se développe ainsi.

Premièrement, les électrons commencent à circuler du nuage vers le sol en petites quantités, dans un canal étroit, formant quelque chose comme un courant dans l'air.

En figue. La figure 2 montre ce début de formation de foudre. Dans la partie du nuage où commence la formation du canal, les électrons se sont accumulés et ont une vitesse de déplacement élevée, grâce à laquelle, lorsqu'ils entrent en collision avec des atomes d'air, ils les divisent en noyaux et en électrons.

Riz. 2. Des éclairs commencent à se former dans le cloud

Les électrons libérés dans ce cas se précipitent également vers le sol et, entrant à nouveau en collision avec des atomes d'air, les divisent. Ceci est semblable à la chute de neige dans les montagnes, lorsqu'au début une petite motte, roulant vers le bas, est envahie par des flocons de neige qui s'y collent et, accélérant sa course, se transforme en une formidable avalanche.

Et ici, l'avalanche d'électrons capture de plus en plus de volumes d'air, divisant ses atomes en morceaux. Dans le même temps, l'air se réchauffe et, à mesure que la température augmente, sa conductivité augmente. Il passe d’un isolant à un conducteur. À travers le canal d’air conducteur qui en résulte, l’électricité commence à s’écouler du nuage en quantités croissantes. L'électricité s'approche de la Terre à des vitesses énormes, atteignant 100 kilomètres par seconde.

Au bout de quelques centièmes de seconde, l’avalanche d’électrons atteint le sol. Ceci ne termine que la première partie, pour ainsi dire, « préparatoire » de la foudre : la foudre a atteint le sol. La deuxième partie principale du développement de la foudre est encore à venir. La partie considérée de la formation de foudre est appelée le leader. Ce mot étranger signifie « diriger » en russe. Le chef a ouvert la voie à la deuxième partie de l’éclair, plus puissante ; cette partie est appelée la partie principale. Une fois que le canal a atteint le sol, l’électricité commence à y circuler de manière beaucoup plus violente et rapide.

Il existe maintenant un lien entre l'électricité négative accumulée dans le canal et l'électricité positive qui est entrée dans le sol avec les gouttes de pluie et sous l'influence électrique - une décharge d'électricité se produit entre le nuage et le sol. Une telle décharge représente un courant électrique d’une force énorme – cette force est bien supérieure au courant dans un réseau électrique conventionnel.

Le courant circulant dans le canal augmente très rapidement et, ayant atteint sa plus grande force, il commence à diminuer progressivement. Le canal de foudre à travers lequel circule un courant aussi fort devient très chaud et brille donc vivement. Mais le temps de circulation du courant dans une décharge de foudre est très court. La décharge dure de très petites fractions de seconde et, par conséquent, l’énergie électrique obtenue pendant la décharge est relativement faible.

En figue. La figure 3 montre le mouvement progressif du chef de foudre vers le sol (les trois premières figures à gauche).

Riz. 3. Développement progressif du chef de la foudre (les trois premières images) et de sa partie principale (les trois dernières images).

Les trois dernières images montrent des moments individuels de la formation de la deuxième partie (principale) de l'éclair. Bien entendu, une personne qui regarde l'éclair ne pourra pas distinguer son chef de la partie principale, car ils se suivent extrêmement rapidement, sur le même chemin.

Après avoir connecté deux types d’électricité différents, le courant est interrompu. Cependant, les éclairs ne s’arrêtent généralement pas là. Souvent, un nouveau leader se précipite immédiatement sur le chemin tracé par la première décharge, et derrière lui, le long du même chemin, suit à nouveau la partie oculaire de la décharge. Ceci complète la deuxième catégorie.

Le temps entre la formation des décharges individuelles est très court. Elle ne dépasse pas les centièmes de seconde. Si le nombre de décharges est très important, la durée de la foudre peut atteindre une seconde entière, voire plusieurs secondes.

Nous n’avons examiné qu’un seul type d’éclair, le plus courant. Cet éclair est appelé éclair linéaire car à l’œil nu, il apparaît comme une ligne – une étroite bande lumineuse de couleur blanche, bleu clair ou rose vif.

La foudre linéaire a une longueur allant de centaines de mètres à plusieurs kilomètres. Le chemin de la foudre est généralement en zigzag. La foudre comporte souvent de nombreuses branches. Comme déjà mentionné, des décharges de foudre linéaires peuvent se produire non seulement entre un nuage et le sol, mais également entre des nuages.

Foudre en boule

En plus des éclairs linéaires, il existe, bien que beaucoup moins fréquemment, des éclairs d'autres types. Parmi ceux-ci, nous considérerons l’un des plus intéressants : la foudre en boule.

On observe parfois des décharges de foudre, qui sont des boules de feu. La manière dont se forme la foudre en boule n'a pas encore été étudiée, mais les observations existantes de ce type intéressant de décharge de foudre nous permettent de tirer quelques conclusions.

Le plus souvent, la foudre en boule a la forme d’une pastèque ou d’une poire. Cela dure relativement longtemps - d'une petite fraction de seconde à plusieurs minutes.

La durée la plus courante d’un éclair en boule est de 3 à 5 secondes. La foudre en boule apparaît le plus souvent à la fin d'un orage sous la forme de boules lumineuses rouges d'un diamètre de 10 à 20 centimètres. Dans des cas plus rares, il présente également des tailles plus grandes. Par exemple, un éclair d'un diamètre d'environ 10 mètres a été photographié.

La boule peut parfois être d’un blanc éclatant et avoir un contour très net. En règle générale, la foudre en boule émet un sifflement, un bourdonnement ou un sifflement.

La foudre en boule peut disparaître doucement, mais peut également produire un léger crépitement ou même une explosion assourdissante. Lorsqu’il disparaît, il laisse souvent une brume odorante. Près du sol ou dans des espaces clos, la foudre en boule se déplace à la vitesse d'une personne qui court - environ deux mètres par seconde. Elle peut rester au repos pendant un certain temps, et une telle balle « réglée » siffle et jette des étincelles jusqu'à ce qu'elle disparaisse. Parfois, il semble que la foudre en boule soit entraînée par le vent, mais généralement son mouvement ne dépend pas du vent.

La foudre en boule est attirée par les espaces clos, dans lesquels elle pénètre par les fenêtres ou les portes ouvertes, et parfois même par de petites fissures. Les tuyaux représentent pour eux un bon chemin ; Par conséquent, des éclairs en boule apparaissent souvent depuis les fours des cuisines. Après avoir fait le tour de la pièce, la foudre en boule quitte la pièce, souvent par le chemin même par lequel elle est entrée.

Parfois, la foudre monte et descend deux ou trois fois sur des distances allant de plusieurs centimètres à plusieurs mètres. Simultanément à ces montées et descentes, la boule de feu se déplace parfois dans une direction horizontale, et il semble alors que la foudre en boule fasse des bonds.

Souvent, la foudre en boule « s'installe » sur les conducteurs, préférant les points les plus élevés, ou roule le long des conducteurs, par exemple le long des canalisations. Se déplaçant sur le corps des gens, parfois sous les vêtements, la foudre en boule provoque de graves brûlures, voire la mort. Il existe de nombreuses descriptions de cas de dommages mortels causés à des personnes et à des animaux par la foudre en boule. La foudre en boule peut causer des dégâts très importants aux bâtiments.

Où frappe la foudre ?

Étant donné que la foudre est une décharge électrique traversant l'épaisseur d'un isolant - l'air, elle se produit le plus souvent là où la couche d'air entre le nuage et tout objet à la surface de la terre est plus petite. Les observations directes le montrent : la foudre a tendance à frapper les hauts clochers, les mâts, les arbres et autres objets de grande taille.

Cependant, la foudre ne se précipite pas uniquement vers des objets de grande taille. De deux mâts adjacents de même hauteur, l'un en bois et l'autre en métal, et situés non loin l'un de l'autre, la foudre se précipitera sur celui en métal. Cela se produira pour deux raisons. Premièrement, le métal conduit bien mieux l’électricité que le bois, même s’il est humide. Deuxièmement, le mât métallique est bien connecté au sol et l'électricité du sol peut circuler plus librement vers le mât lors du développement du leader.

Cette dernière circonstance est largement utilisée pour protéger divers bâtiments des coups de foudre. Plus la surface métallique du mât en contact avec le sol est grande, plus il est facile pour l'électricité de passer du nuage au sol.

Cela peut être comparé à la façon dont un flux de liquide se déverse à travers un entonnoir dans une bouteille. Si le trou de l'entonnoir est suffisamment grand, le jet entrera immédiatement dans la bouteille. Si le trou dans l'entonnoir est petit, le liquide commencera à déborder du bord de l'entonnoir et à se répandre sur le sol.

La foudre peut également frapper une surface plane de la terre, mais en même temps elle se précipite là où la conductivité électrique du sol est la plus élevée. Par exemple, un sol argileux humide ou un sol marécageux est plus susceptible d'être frappé par la foudre que le sable sec ou un sol rocheux et sec. Pour la même raison, la foudre frappe les berges des rivières et des ruisseaux, les préférant aux arbres hauts mais secs qui se dressent à proximité.

Cette caractéristique de la foudre - se précipiter vers des corps bien reliés au sol et bien conducteurs - est largement utilisée pour mettre en œuvre divers dispositifs de protection.