Įdomūs faktai apie žaibą. Actekai tikėjo, kad žaibas, kertantis orą ir eidamas į žemę, lydi mirusiųjų sielas į požemį. Žemiau pateikiame keletą moksliškai įrodytų faktų apie žaibus.
Kai skaitote šiuos žodžius, Žemėje vyksta apie 1800 perkūnijų.
Kiekvienais metais Žemė patiria 25 000 000 žaibų, tai yra daugiau nei 100 žaibų per sekundę.
Vidutinis žaibas trunka tris ketvirtadalius sekundės, jo temperatūra yra maždaug 28 tūkstančiai laipsnių Celsijaus, o tai yra 5 kartus karštesnė už Saulės paviršių ir tęsiasi 8 kilometrus ar daugiau.
Vidutinio žaibo energijos pakako 100 W lemputei maitinti 90 dienų.
„Žaibas niekada netrenkia du kartus į tą pačią vietą“, deja, tai yra mitas. Žaibas gali trenkti į tą pačią vietą daug kartų.
Kartais, trenkus žaibui, medžiai gali neapdegti ar sužaloti. Elektra praeina per šlapią žievę ir patenka į žemę.
Dėl aukštos temperatūros į smėlį trenkęs žaibas išlydo jį į stiklą. Jei po perkūnijos eisite smėlėtomis vietovėmis, galite rasti stiklo gabalėlių.
Jei dėvite šlapius drabužius, žaibas padarys mažiau žalos.
Žaibas taip pat egzistuoja kitose planetose, tokiose kaip Venera, Saturnas, Jupiteris ir Uranas.
Perkūnijos griaustinis po žaibo smūgio girdimas 12 kilometrų atstumu nuo smūgio vietos.
Žemėje vienu metu gali egzistuoti nuo 100 iki 1000 kamuolinių žaibų, tačiau tikimybė, kad bent kartą gyvenime tai pamatysite, yra 0,01% (Taigi man pasisekė, nes kartą vienas iš tokių įskrido į mūsų butą).
Tikimybė mirti nuo žaibo smūgio yra 1 iš 2 000 000 Jūs turite tokią pat galimybę mirti iškritus iš lovos.
Pataikięs į žmogų, žaibas palieka jam būdingus nudegimus, turinčius žaibo kontūrą. Pasitaiko atvejų, kai žaibas nutrenkia žmogaus kūną šalia esančių objektų – medžių, pastatų ir kt. Kaip žaibas gali numatyti šiuos dalykus, dar neišspręsta.
Apie 71% žaibo nutrenktų žmonių išgyveno.
Floridos valstija JAV vadinama „Mirtina valstija“. Šioje valstybėje nuo žaibo smūgio miršta dvigubai daugiau nei bet kurioje kitoje Žemės valstybėje.
Kasmet vien Jungtinėse Valstijose nuo žaibo smūgio miršta 200 žmonių. Palyginimui, nuo ryklių atakų visame pasaulyje per metus žūva ne daugiau kaip 90 žmonių.
Žaibas vaidina lemiamą vaidmenį formuojant ozoną. Kai elektra praeina per atmosferą ir dėl aukštos temperatūros, susidaro ozonas.
Žaibas yra vienas iš tų gamtos reiškinių, kurie jau seniai kelia baimę žmonijai. Didžiausi protai, tokie kaip Aristotelis ar Lukrecijus, siekė suprasti jo esmę. Jie tikėjo, kad tai rutulys, susidedantis iš ugnies ir įspraustas į debesų vandens garus, ir, didėjant dydžiui, prasiskverbia pro juos ir greita kibirkštimi nukrenta ant žemės.
Žaibo samprata ir jo kilmė
Dažniausiai žaibai susidaro gana didelių dydžių vietose. Viršutinė dalis gali būti 7 kilometrų aukštyje, o apatinė – tik 500 metrų virš žemės paviršiaus. Atsižvelgdami į atmosferos temperatūrą, galime daryti išvadą, kad 3-4 km aukštyje vanduo užšąla ir virsta ledu, kuris, susidūręs vienas su kitu, įsielektrina. Tie, kurių dydis yra didžiausias, gauna neigiamą krūvį, o mažiausi – teigiamą. Pagal svorį jie tolygiai pasiskirsto debesyje sluoksniais. Artėdami vienas prie kito jie sudaro plazminį kanalą, iš kurio susidaro elektros kibirkštis, vadinama žaibu. Savo sulaužytą formą jis gavo dėl to, kad pakeliui į žemę dažnai atsiranda įvairių oro dalelių, kurios sudaro kliūtis. O norint juos apeiti, reikia pakeisti trajektoriją.
Fizinis žaibo aprašymas
Žaibo išlydis išskiria nuo 109 iki 1010 džaulių energijos. Toks milžiniškas elektros kiekis daugiausia išleidžiamas kuriant šviesos blyksnį, kuris kitaip vadinamas griaustiniu. Tačiau net ir nedidelės žaibo dalelės pakanka padaryti neįsivaizduojamus dalykus, pavyzdžiui, jo iškrova gali nužudyti žmogų ar sugriauti pastatą. Kitas įdomus faktas rodo, kad šis gamtos reiškinys gali ištirpdyti smėlį, sudarydamas tuščiavidurius cilindrus. Šis efektas pasiekiamas dėl aukštos temperatūros žaibo viduje, ji gali siekti 2000 laipsnių. Laikas, kurio reikia atsitrenkti į žemę, taip pat gali būti skirtingas. Kalbant apie galią, impulso amplitudė gali siekti šimtus kilovatų. Sujungus visus šiuos veiksnius, gaunamas stipriausias natūralus srovės iškrovimas, dėl kurio miršta viskas, ką paliečia. Visi esami žaibo tipai yra labai pavojingi, o susidurti su jais žmonėms yra labai nepageidautina.
Perkūno susidarymas
Visų tipų žaibai neįsivaizduojami be griaustinio trenksmo, kuris nekelia tokio pavojaus, tačiau kai kuriais atvejais gali sukelti tinklo gedimą ir kitas technines problemas. Ji atsiranda, kai šilta oro banga, žaibo įkaitinta iki aukštesnės už saulę temperatūros, susiduria su šalta banga. Gautas garsas yra ne kas kita, kaip oro virpesių sukelta banga. Daugeliu atvejų tūris didėja ritinio pabaigoje. Taip atsitinka dėl garso atspindžio iš debesų.
Kokie yra žaibo tipai?
Pasirodo, jie visi skirtingi.
1. Linijinis žaibas yra labiausiai paplitęs tipas. Elektros strėlė atrodo kaip aukštyn kojom apaugęs medis. Iš pagrindinio kanalo išsiskleidžia keli plonesni ir trumpesni „ūgliai“. Tokios iškrovos ilgis gali siekti 20 kilometrų, o srovės stiprumas – 20 000 amperų. Judėjimo greitis yra 150 kilometrų per sekundę. Žaibo kanalą užpildančios plazmos temperatūra siekia 10 000 laipsnių.
2. Intracloud žaibas – šio tipo atsiradimą lydi elektrinių ir magnetinių laukų pokyčiai, taip pat skleidžiamos radijo bangos. Tokį bumą greičiausiai galima rasti arčiau pusiaujo. Vidutinio klimato platumose jis pasirodo itin retai. Jei debesyje žaibuoja, tai pašalinis objektas, pažeidžiantis apvalkalo vientisumą, pavyzdžiui, elektrifikuotas orlaivis ar metalinis kabelis, gali paskatinti jį išeiti. Ilgis gali svyruoti nuo 1 iki 150 kilometrų.
3. Žemės žaibas – šis tipas pereina kelis etapus. Pirmuoju iš jų prasideda smūginė jonizacija, kurią pradžioje sukuria laisvieji elektronai, jų visada yra ore. Veikiamos elektrinio lauko, elementarios dalelės įgauna didelį greitį ir yra nukreiptos į žemę, susidurdamos su orą sudarančiomis molekulėmis. Taip kyla elektroninės lavinos, kitaip vadinamos streameriais. Tai kanalai, kurie, susiliedami vienas su kitu, sukelia ryškius, termiškai izoliuotus žaibus. Žemę jis pasiekia nedidelių laiptų pavidalu, nes jo kelyje yra kliūčių, o norėdamas jas apvažiuoti keičia kryptį. Judėjimo greitis yra maždaug 50 000 kilometrų per sekundę.
Baigęs savo kelią žaibas nustoja judėti keliasdešimt mikrosekundžių, o šviesa susilpnėja. Po to prasideda kitas etapas: pravažiuoto kelio kartojimas. Naujausia iškrova viršija visus ankstesnius ryškumu, srovė gali siekti šimtus tūkstančių amperų. Temperatūra kanalo viduje svyruoja apie 25 000 laipsnių. Šio tipo žaibas trunka ilgiausiai, todėl pasekmės gali būti pražūtingos.
Perlinis žaibas
Atsakant į klausimą, kokių rūšių žaibai yra, negalima pamiršti tokio reto gamtos reiškinio. Dažniausiai iškrova praeina po linijinės ir visiškai pakartoja savo trajektoriją. Tik išvaizda tai atrodo kaip rutuliai, esantys per atstumą vienas nuo kito ir primenantys karoliukus iš brangios medžiagos. Tokį žaibą palydi patys garsiausi ir labiausiai klesti garsai.
Kamuolinis žaibas
Natūralus reiškinys, kai žaibas įgauna rutulio formą. Tokiu atveju jo skrydžio trajektorija tampa nenuspėjama, todėl ji tampa dar pavojingesnė žmonėms. Dažniausiai toks elektrinis gumulas pasitaiko kartu su kitomis rūšimis, tačiau užfiksuotas jo atsiradimo net ir saulėtu oru faktas.
Kaip jis susidaro Tokį klausimą dažniausiai užduoda žmonės, susidūrę su šiuo reiškiniu. Kaip visi žino, kai kurie daiktai yra puikūs elektros laidininkai, ir būtent juose, kaupdamas savo krūvį, pradeda kilti kamuoliukas. Jis gali pasirodyti ir iš pagrindinio žaibo. Liudininkai teigia, kad tai tiesiog atsiranda iš niekur.
Žaibo skersmuo svyruoja nuo kelių centimetrų iki metro. Kalbant apie spalvą, yra keletas variantų: nuo baltos ir geltonos iki ryškiai žalios, juodą elektrinį rutulį rasti itin retai. Po greito nusileidimo jis juda horizontaliai, maždaug per metrą nuo žemės paviršiaus. Toks žaibas gali netikėtai pakeisti savo trajektoriją ir taip pat staigiai išnykti, išskirdamas milžinišką energiją, dėl kurios tirpsta ar net sunaikinami įvairūs objektai. Ji gyvena nuo dešimties sekundžių iki kelių valandų.
Sprite žaibas
Visai neseniai, 1989 m., mokslininkai atrado kitą žaibo tipą, kuris buvo vadinamas sprite. Atradimas įvyko visiškai atsitiktinai, nes reiškinys stebimas itin retai ir trunka tik dešimtąsias sekundės dalis. Iš kitų jie išsiskiria aukščiu, kuriame pasirodo – maždaug 50–130 kilometrų, o kiti porūšiai 15 kilometrų ribos neperžengia. Sprite žaibas taip pat išsiskiria didžiuliu skersmeniu, kuris siekia 100 km. Jie atrodo vertikaliai ir mirksi grupėmis. Jų spalva skiriasi priklausomai nuo oro sudėties: arčiau žemės, kur daugiau deguonies, yra žalios, geltonos arba baltos spalvos, tačiau veikiamos azoto, daugiau nei 70 km aukštyje įgauna ryškią spalvą. raudonas atspalvis.
Elgesys perkūnijos metu
Visų tipų žaibai kelia nepaprastą pavojų žmonių sveikatai ir net gyvybei. Norint išvengti elektros smūgio, atvirose vietose reikia laikytis šių taisyklių:
- Esant tokiai situacijai, kyla pavojus aukščiausiems objektams, todėl reikėtų vengti atvirų vietų. Norint tapti žemesniu, pralaimėjimo atveju geriausia pritūpti ir padėti galvą bei krūtinę, tokia padėtis apsaugos visus gyvybiškai svarbius organus. Jokiu būdu negalima gulėti, kad nepadidintumėte galimo smūgio ploto.
- Taip pat nereikėtų slėptis po aukštais medžiais ir neapsaugotos konstrukcijos ar metaliniai daiktai (pavyzdžiui, pastogė iškylai) taip pat bus nepageidaujama pastogė.
- Perkūnijos metu reikia nedelsiant išlipti iš vandens, nes tai geras laidininkas. Nutrenkęs žaibas gali lengvai persimesti į žmogų.
- Jokiu būdu neturėtumėte naudotis mobiliuoju telefonu.
- Norint suteikti pirmąją pagalbą nukentėjusiajam, geriausia atlikti širdies ir plaučių gaivinimą ir nedelsiant kviesti gelbėjimo tarnybą.
Elgesio namuose taisyklės
Taip pat yra pavojus susižeisti patalpose.
- Jei lauke perkūnija, pirmiausia reikia uždaryti visus langus ir duris.
- Visi elektros prietaisai turi būti išjungti.
- Laikykitės atokiau nuo laidinių telefonų ir kitų kabelių, jie yra puikūs elektros laidininkai. Metaliniai vamzdžiai turi tą patį poveikį, todėl neturėtumėte būti šalia santechnikos.
- Žinodami, kaip formuojasi kamuolinis žaibas ir kokia nenuspėjama jo trajektorija, jei jis patenka į kambarį, turite nedelsdami iš jo išeiti ir uždaryti visus langus bei duris. Jei šie veiksmai neįmanomi, geriau stovėti vietoje.
Gamta vis dar yra nepavaldi žmogaus kontrolei ir kelia daug pavojų. Visų tipų žaibai iš esmės yra galingiausios elektros iškrovos, kurių galia yra kelis kartus didesnė nei visų žmogaus sukurtų srovės šaltinių.
Žaibas yra žavus ir žavus gamtos reiškinys. Kartu tai vienas pavojingiausių ir nenuspėjamiausių gamtos reiškinių. Bet ką mes iš tikrųjų žinome apie žaibus? Visame pasaulyje mokslininkai renka faktai apie žaibus, bando juos atgaminti savo laboratorijose, išmatuoti jų galią ir temperatūrą, tačiau vis tiek negali nustatyti žaibo prigimties ir numatyti jo elgesio. Bet vis tiek pažvelkime į įdomius faktus apie žaibus, kurie jau žinomi.
Šiuo metu pasaulyje yra apie 1800 perkūnijų.
Kasmet Žemė vidutiniškai patiria 25 milijonus žaibų arba daugiau nei šimtą tūkstančių perkūnijų. Tai daugiau nei 100 žaibo smūgių per sekundę.
Vidutinis žaibo smūgis trunka ketvirtį sekundės.
Per 20 kilometrų nuo žaibo girdite griaustinį.
Žaibo išlydis sklinda maždaug 190 000 km/s greičiu.
Vidutinis žaibo smūgio ilgis yra 3-4 kilometrai.
Kai kurie žaibai skrieja ore vingiuotu taku, kurio skersmuo negali viršyti piršto storio, o žaibo kelio ilgis sieks 10-15 kilometrų.
Įprasto žaibo temperatūra gali viršyti 30 000 laipsnių Celsijaus – tai maždaug 5 kartus viršija saulės paviršiaus temperatūrą.
„Žaibas niekada netrenkia į tą pačią vietą du kartus“. Deja, tai yra mitas. Žaibas dažnai trenkia į tą pačią vietą kelis kartus.
Senovės graikai tikėjo, kad žaibui trenkus į jūrą atsiranda naujas perlas.
Medžiai kartais gali žaibuoti ir neužsidegti. Taip yra todėl, kad elektra per šlapią paviršių patenka tiesiai į žemę.
Kai žaibas trenkia, smėlis virsta stiklu. Po perkūnijos smėlyje galima rasti stiklo dryžių.
Jei jūsų drabužiai yra šlapi, užtrauktukas jums padarys mažiau žalos.
Per 6 valandas trukusią perkūniją visoje JAV danguje blykstelėjo 15 000 žaibų. Atrodė, kad žaibas nuolat dega.
Į aukščiausią pasaulyje pastatą CN bokštą žaibas trenkia maždaug 78 kartus per metus.
Žaibo blyksnius taip pat galima pamatyti Veneroje, Jupiteryje, Saturne ir Urane.
Viduramžiais buvo tikima, kad griaustinis ir žaibas – velnio kūrinys, o bažnyčios varpai atbaido piktąsias dvasias. Todėl per perkūniją vienuoliai nuolat bandė skambinti varpais ir atitinkamai dažniausiai tapdavo žaibo aukomis.
Neracionali žaibo baimė vadinama keraunofobija. Griaustinio baimė yra brontofobija.
Vienu metu Žemėje yra nuo 100 iki 1000 kamuolinio žaibo atvejų, tačiau tikimybė, kad pamatysite bent vieną iš jų, yra 0,01%.
Rusijoje nuo žaibo smūgių vidutiniškai miršta apie 550 žmonių.
Maždaug ketvirtadalis visų žaibo aukomis tapusių žmonių miršta.
Vyrai nuo žaibo žūsta maždaug 6 kartus dažniau nei moterys.
Telefonas yra viena dažniausių žaibo trenkimo į žmogų priežasčių. Venkite kalbėti telefonu per perkūniją, net patalpoje. Po žaibo smūgio ant žmogaus kūno lieka šakotos juostelės – žaibo ženklai. Paspaudus pirštu išnyksta.
Straipsnių ir nuotraukų atkūrimas leidžiamas tik su nuoroda į svetainę:Žaibas
Dažnai galvojame, kad elektra yra tai, kas gaminama tik elektrinėse, o tikrai ne pluoštinėse vandens debesų masėse, kurių taip išretėja, kad galima nesunkiai įkišti ranką. Tačiau elektros debesyse yra, kaip ir žmogaus kūne.
Elektros prigimtis
Visi kūnai sudaryti iš atomų – nuo debesų ir medžių iki žmogaus kūno. Kiekvienas atomas turi branduolį, kuriame yra teigiamai įkrautų protonų ir neutralių neutronų. Išimtis yra paprasčiausias vandenilio atomas, kurio branduolyje nėra neutrono, o tik vienas protonas.
Aplink branduolį cirkuliuoja neigiamo krūvio elektronai. Teigiami ir neigiami krūviai traukia vienas kitą, todėl elektronai sukasi aplink atomo branduolį, kaip bitės aplink saldų pyragą. Protonų ir elektronų trauką lemia elektromagnetinės jėgos. Todėl elektra yra visur, kur tik žiūrime. Kaip matome, jis taip pat yra atomuose.
Normaliomis sąlygomis kiekvieno atomo teigiami ir neigiami krūviai subalansuoja vienas kitą, todėl iš atomų susidedantys kūnai paprastai neturi jokio grynojo krūvio – nei teigiamo, nei neigiamo. Dėl to kontaktas su kitais objektais nesukelia elektros iškrovos. Tačiau kartais gali sutrikti kūnų elektros krūvių pusiausvyra. Galite tai patirti patys būdami namuose šaltą žiemos dieną. Namas labai sausas ir karštas. Tu, basomis kojomis besimaišydamas, vaikštai po rūmus. Jums to nežinant, dalis elektronų iš jūsų padų persikėlė į kilimo atomus.
Susijusios medžiagos:
Kaip susidaro kruša?
Dabar jūs nešiojate elektros krūvį, nes protonų ir elektronų skaičius jūsų atomuose nebėra subalansuotas. Dabar pabandykite patraukti metalinę durų rankeną. Tarp jūsų ir jos peršoks kibirkštis ir pajusite elektros smūgį. Atsitiko tai, kad jūsų kūnas, neturintis pakankamai elektronų elektrinei pusiausvyrai pasiekti, siekia atkurti pusiausvyrą per elektromagnetinės traukos jėgas. Ir atstatoma. Tarp rankos ir durų rankenos yra elektronų srautas, nukreiptas į ranką. Jei kambarys būtų tamsus, pamatytumėte kibirkštis. Šviesa matoma, nes elektronai šokinėdami skleidžia šviesos kvantus. Jei kambaryje tylu, girdėsite nedidelį traškėjimą.
Elektra mus supa visur ir yra visuose kūnuose. Debesys šia prasme nėra išimtis. Mėlyno dangaus fone jie atrodo labai nekenksmingi. Bet kaip ir jūs kambaryje, jie gali turėti elektros krūvį. Jei taip, saugokitės! Kai debesis atkuria elektros pusiausvyrą savyje, iškyla visas fejerverkas.
Kaip atsiranda žaibas?
Štai kas atsitinka: tamsiame didžiuliame perkūnijos debesyje nuolat cirkuliuoja galingos oro srovės, sustumdamos įvairias daleles – vandenyno druskos grūdelius, dulkes ir pan. Lygiai taip pat, kaip jūsų padai, kai trynami į kilimą, išlaisvinami nuo elektronų, debesyje esančios dalelės, kai jos susiduria, išsilaisvina nuo elektronų, kurie peršoka į kitas daleles. Taip vyksta krūvio perskirstymas. Kai kurios dalelės, netekusios elektronų, turi teigiamą krūvį, kitos, pasiėmusios papildomų elektronų, dabar turi neigiamą krūvį.
Susijusios medžiagos:
Kaip atsiranda kamuolinis žaibas?
Dėl ne visai aiškių priežasčių sunkesnės dalelės įkraunamos neigiamai, o lengvesnės – teigiamai. Taigi sunkesnė apatinė debesies dalis įkraunama neigiamai. Neigiamai įkrauta apatinė debesies dalis stumia elektronus link žemės, nes panašūs krūviai atstumia vienas kitą. Taigi po debesimi susidaro teigiamai įkrauta žemės paviršiaus dalis. Tada lygiai tuo pačiu principu, kad tarp jūsų ir durų rankenos šokinėja kibirkštis, ta pati kibirkštis šokins tarp debesies ir žemės, tik labai didelė ir galinga, tai yra žaibas. Elektronai milžinišku zigzagu skrenda link žemės ir ten suranda savo protonus. Vietoj vos girdimo traškesio pasigirsta stiprus griaustinis.
Biologijos mokslų daktaras, fizinių ir matematikos mokslų kandidatas K. BOGDANOVAS.
Bet kuriuo metu įvairiose Žemės vietose žaibuoja daugiau nei 2000 perkūnijų. Kas sekundę į žemės paviršių trenkia apie 50 žaibų, o per metus vidutiniškai į kiekvieną kvadratinį jo kilometrą žaibas trenkia šešis kartus. B. Franklinas taip pat parodė, kad iš griaustinio debesų į žemę trenkęs žaibas yra elektros iškrovos, pernešančios į jį kelių dešimčių kulonų neigiamą krūvį, o srovės amplitudė žaibo metu svyruoja nuo 20 iki 100 kA. Didelės spartos fotografija parodė, kad žaibo išlydis trunka kelias dešimtąsias sekundės ir susideda iš kelių dar trumpesnių išlydžių. Žaibai jau seniai domino mokslininkus, tačiau ir šiandien apie jų prigimtį žinome tik šiek tiek daugiau nei prieš 250 metų, nors sugebėjome juos aptikti net kitose planetose.
Mokslas ir gyvenimas // Iliustracijos
Gebėjimas elektrifikuotis dėl įvairių medžiagų trinties. Medžiaga iš trinties poros, esančios aukščiau lentelėje, įkraunama teigiamai, o žemesnė - neigiamai.
Neigiamai įkrautas debesies dugnas poliarizuoja po juo esantį Žemės paviršių taip, kad jis įkraunamas teigiamai, o atsiradus sąlygoms elektros gedimui, įvyksta žaibo iškrova.
Perkūnijos pasiskirstymas per sausumos ir vandenynų paviršius. Tamsiausios žemėlapio vietos atitinka ne didesnį kaip 0,1 perkūnijos per metus viename kvadratiniame kilometre dažnį, o šviesiausios – daugiau nei 50.
Skėtis su žaibolaidžiu. Modelis buvo parduotas XIX amžiuje ir buvo paklausus.
Skysčiu ar lazeriu šaudymas į perkūnijos debesį, kabantį virš stadiono, nukreipia žaibą į šoną.
Keletas žaibo smūgių, kuriuos sukėlė raketos paleidimas į griaustinio debesį. Kairioji vertikali linija yra raketos takas.
Didelis „šakotas“ 7,3 kg sveriantis fulguritas, autoriaus rastas Maskvos pakraštyje.
Tuščiaviduriai cilindriniai fulgurito fragmentai, susidarę iš ištirpusio smėlio.
Baltasis fulguritas iš Teksaso.
Žaibas yra amžinas Žemės elektrinio lauko įkrovimo šaltinis. XX amžiaus pradžioje Žemės elektrinis laukas buvo matuojamas naudojant atmosferinius zondus. Paaiškėjo, kad jo intensyvumas paviršiuje buvo maždaug 100 V/m, o tai atitinka bendrą maždaug 400 000 C planetos krūvį. Krūvių nešėjai Žemės atmosferoje yra jonai, kurių koncentracija didėja didėjant aukščiui ir pasiekia maksimumą 50 km aukštyje, kur veikiant kosminei spinduliuotei susiformavo elektrai laidus sluoksnis – jonosfera. Todėl Žemės elektrinis laukas yra sferinio kondensatoriaus, kurio įtampa yra apie 400 kV, laukas. Veikiant šiai įtampai, iš viršutinių sluoksnių į apatinius nuolat teka 2-4 kA srovė, kurios tankis yra 1-2. 10 -12 A/m 2, o energija išsiskiria iki 1,5 GW. Ir šis elektrinis laukas išnyktų, jei nebūtų žaibo! Todėl esant geram orui elektros kondensatorius – Žemė – išsikrauna, o per perkūniją – įkraunamas.
Žmogus nejaučia Žemės elektrinio lauko, nes jo kūnas yra geras laidininkas. Todėl Žemės krūvis yra ir žmogaus kūno paviršiuje, lokaliai iškraipydamas elektrinį lauką. Esant perkūnijos debesiui, ant žemės sukeltų teigiamų krūvių tankis gali gerokai padidėti, o elektrinio lauko stipris geru oru gali viršyti 100 kV/m, 1000 kartų viršijantį jo vertę. Dėl to po perkūnijos debesimi stovinčiam žmogui kiekvieno galvos plauko teigiamas krūvis padidėja tiek pat, ir jie, stumdamiesi vienas nuo kito, atsistoja.
Elektrifikavimas - „įkrautų“ dulkių pašalinimas. Norėdami suprasti, kaip debesis atskiria elektros krūvius, prisiminkime, kas yra elektrifikacija. Lengviausias būdas įkrauti kūną yra trinti jį į kitą. Elektrifikavimas trinties būdu yra seniausias elektros krūvių gamybos būdas. Pats žodis „elektronas“, išvertus iš graikų kalbos į rusų kalbą, reiškia gintarą, nes gintaras visada buvo neigiamai įkraunamas, kai trinamas į vilną ar šilką. Krūvio dydis ir jo ženklas priklauso nuo besitrinančių kūnų medžiagų.
Manoma, kad kūnas, prieš jį pradėdamas trinti į kitą, yra elektriškai neutralus. Iš tiesų, jei paliksite įkrautą kūną ore, tada prie jo pradės prilipti priešingai įkrautos dulkių dalelės ir jonai. Taigi bet kurio kūno paviršiuje yra „įkrautų“ dulkių sluoksnis, kuris neutralizuoja kūno krūvį. Todėl elektrifikavimas trinties būdu yra dalinis „įkrautų“ dulkių pašalinimas iš abiejų kūnų. Tokiu atveju rezultatas priklausys nuo to, kiek geriau ar blogiau bus pašalintos „įkrautos“ dulkės nuo besitrinančių kūnų.
Debesis yra elektros krūvių gamybos gamykla. Sunku įsivaizduoti, kad pora iš lentelėje išvardytų medžiagų yra debesyje. Tačiau ant kūnų, net jei jie pagaminti iš tos pačios medžiagos, gali atsirasti skirtingų „įkrautų“ dulkių – pakanka, kad paviršiaus mikrostruktūra skirtųsi. Pavyzdžiui, kai lygus kūnas trinasi į šiurkštų, abu įsielektrins.
Perkūnijos debesis yra didžiulis garų kiekis, kai kurie iš jų kondensavosi į mažus lašelius arba ledo stulpelius. Perkūnijos debesies viršus gali būti 6-7 km aukštyje, o dugnas gali kabėti virš žemės 0,5-1 km aukštyje. Virš 3-4 km debesys susideda iš įvairaus dydžio ledo lyčių, nes temperatūra ten visada žemiau nulio. Šie ledo gabalai nuolat juda, sukelia kylančios šilto oro srovės nuo įkaitusio žemės paviršiaus. Mažus ledo gabalėlius lengviau nuneša kylančios oro srovės nei didelius. Todėl „vikrūs“ maži ledo gabalėliai, judantys į debesies viršūnę, nuolat susiduria su dideliais. Su kiekvienu tokiu susidūrimu įvyksta elektrifikacija, kurios metu dideli ledo gabalai įkraunami neigiamai, o maži – teigiamai. Laikui bėgant teigiamai įkrauti maži ledo gabalėliai atsiduria debesies viršuje, o neigiamo krūvio dideli ledo gabalai – apačioje. Kitaip tariant, perkūnijos viršus yra teigiamai įkrautas, o apačia – neigiamai. Viskas paruošta žaibo iškrovai, kurios metu įvyksta oro skilimas ir neigiamas krūvis iš griaustinio debesies dugno nuteka į Žemę.
Žaibas – tai sveikinimas iš kosmoso ir rentgeno spinduliuotės šaltinis. Tačiau pats debesis nepajėgia tiek elektrifikuotis, kad tarp jo apatinės dalies ir žemės susidarytų iškrova. Elektrinio lauko stipris perkūnijos debesyje niekada neviršija 400 kV/m, o elektros gedimas ore įvyksta esant didesnei nei 2500 kV/m įtampai. Todėl, kad įvyktų žaibas, reikia ne elektrinio lauko. 1992 m. rusų mokslininkas A. Gurevičius iš vardo Fizikos instituto. P. N. Lebedevas RAS (FIAN) pasiūlė, kad kosminiai spinduliai – didelės energijos dalelės, beveik šviesos greičiu krentančios į Žemę iš kosmoso – galėtų būti savotiškas žaibo uždegimas. Tūkstančiai tokių dalelių kas sekundę bombarduoja kiekvieną žemės atmosferos kvadratinį metrą.
Pagal Gurevičiaus teoriją, kosminės spinduliuotės dalelė, susidūrusi su oro molekule, ją jonizuoja, todėl susidaro didžiulis kiekis didelės energijos elektronų. Atsidūrę elektriniame lauke tarp debesies ir žemės, elektronai įsibėgėja iki beveik šviesos greičio, jonizuoja savo kelią ir taip sukelia elektronų laviną, judančių su jais link žemės. Šios elektronų lavinos sukurtą jonizuotą kanalą žaibas panaudoja iškrovai (žr. „Mokslas ir gyvenimas“ Nr. 7, 1993).
Kiekvienas, matęs žaibą, pastebėjo, kad tai ne ryškiai švytinti tiesi linija, jungianti debesį ir žemę, o nutrūkusi linija. Todėl žaibo išlydžio laidžio kanalo formavimo procesas vadinamas jo „žingsnio lyderiu“. Kiekvienas iš šių „žingsnių“ yra vieta, kur elektronai, įsibėgėję iki beveik šviesos greičio, sustojo dėl susidūrimų su oro molekulėmis ir pakeitė judėjimo kryptį. Tokio laipsniško žaibo prigimties aiškinimo įrodymas yra rentgeno spinduliuotės blyksniai, sutampantys su momentais, kai žaibas, tarsi suklupęs, keičia savo trajektoriją. Naujausi tyrimai parodė, kad žaibas yra gana galingas rentgeno spinduliuotės šaltinis, kurio intensyvumas gali siekti iki 250 000 elektronų voltų, o tai yra maždaug dvigubai daugiau nei naudojama krūtinės ląstos rentgeno spinduliuose.
Kaip sukelti žaibo smūgį? Labai sunku ištirti, kas ir kada bus nežinomoje vietoje. Ir būtent taip daugelį metų dirbo mokslininkai, tyrinėjantys žaibo prigimtį. Manoma, kad perkūniją danguje veda pranašas Elijas ir mums nėra duota žinoti jo planus. Tačiau mokslininkai jau seniai bandė pakeisti pranašą Eliją, sukurdami laidų kanalą tarp griaustinio debesies ir žemės. Norėdami tai padaryti, B. Franklinas per perkūniją skraidino aitvarą, pasibaigusį viela ir metalinių raktų krūva. Tai darydamas jis sukėlė silpnas iškrovas, tekėjusias laidu, ir pirmasis įrodė, kad žaibas yra neigiama elektros iškrova, tekanti iš debesų į žemę. Franklino eksperimentai buvo itin pavojingi, o vienas iš tų, kurie bandė juos pakartoti, rusų akademikas G. V. Richmanas mirė nuo žaibo smūgio 1753 m.
Dešimtajame dešimtmetyje mokslininkai išmoko sukurti žaibą nesukeliant pavojaus savo gyvybei. Vienas iš būdų suaktyvinti žaibą – paleisti mažą raketą iš žemės tiesiai į griaustinio debesį. Visa savo trajektorija raketa jonizuoja orą ir taip sukuria laidų kanalą tarp debesies ir žemės. O jei neigiamas krūvis debesies apačioje yra pakankamai didelis, tai palei sukurtą kanalą įvyksta žaibo iškrova, kurios visus parametrus fiksuoja instrumentai, esantys šalia raketos paleidimo aikštelės. Kad būtų sudarytos dar geresnės sąlygos žaibuoti, prie raketos pritvirtinama metalinė viela, jungianti ją su žeme.
Žaibas: gyvybės davėjas ir evoliucijos variklis. 1953 metais biochemikai S. Milleris (Stanley Milleris) ir G. Urey (Haroldas Urey) įrodė, kad vieną iš gyvybės „statybinių blokų“ – aminorūgštis – galima gauti leidžiant elektros iškrovą per vandenį, kuriame dujos „pirminė“ Žemės atmosfera yra ištirpusi (metanas, amoniakas ir vandenilis). Po 50 metų kiti tyrinėtojai pakartojo šiuos eksperimentus ir gavo tuos pačius rezultatus. Taigi mokslinė gyvybės atsiradimo Žemėje teorija žaibo smūgiams skiria esminį vaidmenį.
Kai per bakterijas praeina trumpi srovės impulsai, jų apvalkale (membranoje) atsiranda poros, pro kurias gali prasiskverbti kitų bakterijų DNR fragmentai, suaktyvindami vieną iš evoliucijos mechanizmų.
Kodėl perkūnija žiemą būna labai reta? F. I. Tyutchev, rašydamas „Aš myliu perkūniją gegužės pradžioje, kai pirmas pavasario griaustinis...“, žinojo, kad žiemą perkūnijos beveik nebūna. Kad susidarytų perkūnijos debesis, būtinos kylančios drėgno oro srovės. Sočiųjų garų koncentracija didėja didėjant temperatūrai ir yra didžiausia vasarą. Temperatūros skirtumas, nuo kurio priklauso kylančios oro srovės, yra didesnis, tuo aukštesnė jo temperatūra žemės paviršiuje, nes kelių kilometrų aukštyje jo temperatūra nepriklauso nuo metų laiko. Tai reiškia, kad vasarą kylančių srovių intensyvumas taip pat yra didžiausias. Štai kodėl perkūnija pas mus dažniausiai būna vasarą, tačiau šiaurėje, kur net vasarą šalta, perkūnija gana retai.
Kodėl perkūnija dažniau pasitaiko sausumoje nei jūroje? Kad debesis išsikrautų, po juo esančiame ore turi būti pakankamai jonų. Oras, susidedantis tik iš azoto ir deguonies molekulių, neturi jonų ir yra labai sunkiai jonizuojamas net elektriniame lauke. Bet jei ore yra daug pašalinių dalelių, pavyzdžiui, dulkių, tada taip pat yra daug jonų. Jonai susidaro judant dalelėms ore taip pat, kaip įvairios medžiagos elektrifikuojasi dėl trinties viena į kitą. Akivaizdu, kad ore virš žemės yra daug daugiau dulkių nei virš vandenynų. Štai kodėl perkūnija dažniau griaudėja žemėje. Taip pat pastebėta, kad pirmiausia žaibas trenkia į tas vietas, kur ypač didelė aerozolių koncentracija ore - dūmai ir išmetami naftos perdirbimo pramonės įmonių išmetimai.
Kaip Franklinas nukreipė žaibą. Laimei, dauguma žaibo smūgių įvyksta tarp debesų ir todėl nekelia jokios grėsmės. Tačiau manoma, kad žaibas kasmet pražudo daugiau nei tūkstantį žmonių visame pasaulyje. Bent jau JAV, kur vedama tokia statistika, kasmet nuo žaibo smūgių nukenčia apie 1000 žmonių ir daugiau nei šimtas jų miršta. Mokslininkai jau seniai bandė apsaugoti žmones nuo šios „Dievo bausmės“. Pavyzdžiui, pirmojo elektrinio kondensatoriaus (Leyden jar) išradėjas Pieteris van Muschenbrouckas (1692-1761) garsiajai prancūzų enciklopedijai parašytame straipsnyje apie elektrą gynė tradicinius žaibo prevencijos būdus – skambinti varpais ir šaudyti patrankas, jo manymu, buvo gana veiksmingi.
Benjaminas Franklinas, bandydamas apsaugoti Merilendo valstijos sostinės Kapitoliju, 1775 metais prie pastato pritvirtino storą geležinį strypą, kuris pakilo kelis metrus virš kupolo ir buvo sujungtas su žeme. Mokslininkas atsisakė patentuoti savo išradimą, norėdamas, kad jis kuo greičiau pradėtų tarnauti žmonėms.
Žinia apie Franklino žaibolaidį greitai pasklido po visą Europą, jis buvo išrinktas į visas akademijas, taip pat ir į Rusijos. Tačiau kai kuriose šalyse pamaldūs gyventojai šį išradimą sutiko su pasipiktinimu. Pati mintis, kad žmogus gali taip lengvai ir paprastai prisijaukinti pagrindinį „Dievo rūstybės“ ginklą, atrodė šventvagiška. Todėl skirtingose vietose žmonės dėl pamaldžių priežasčių sulaužė žaibolaidžius. Keistas incidentas įvyko 1780 metais mažame Sen Omer miestelyje šiaurės Prancūzijoje, kur miestiečiai pareikalavo nugriauti geležinį žaibolaidžio stiebą, ir šis reikalas atsidūrė teisme. Žaibolaidį nuo obskurantų atakų gynęs jaunasis teisininkas savo gynybą grindė tuo, kad tiek žmogaus protas, tiek jo sugebėjimas nugalėti gamtos jėgas yra dieviškos kilmės. Viskas, kas padeda išgelbėti gyvybę, yra į gera, – argumentavo jaunasis teisininkas. Jis laimėjo bylą ir įgijo didelę šlovę. Advokato vardas buvo Maksimilianas Robespjeras. Na, o dabar žaibolaidžio išradėjo portretas yra geidžiamiausia reprodukcija pasaulyje, nes puošia visiems žinomą šimto dolerių banknotą.
Kaip apsisaugoti nuo žaibo naudojant vandens srovę ir lazerį. Neseniai buvo pasiūlytas iš esmės naujas būdas kovoti su žaibais. Žaibolaidis bus sukurtas iš... skysčio srovės, kuri bus šaudoma iš žemės tiesiai į perkūnijos debesis. Žaibo skystis – tai druskos tirpalas, į kurį dedama skystų polimerų: druska skirta elektros laidumui padidinti, o polimeras neleidžia srovei „suskilti“ į atskirus lašelius. Purkštuko skersmuo sieks apie centimetrą, o maksimalus aukštis – 300 metrų. Kai skystas žaibolaidis bus galutinai sutvarkytas, jame bus įrengtos sporto ir vaikų žaidimų aikštelės, kuriose fontanas įsijungs automatiškai, kai elektrinio lauko stiprumas taps pakankamai didelis ir žaibo smūgio tikimybė maksimali. Skysčio srove iš perkūnijos debesies tekės užtaisas, todėl žaibas bus saugus kitiems. Panaši apsauga nuo žaibo iškrovos gali būti atliekama naudojant lazerį, kurio spindulys, jonizuodamas orą, sukurs kanalą elektros iškrovai toliau nuo žmonių minios.
Ar gali žaibas mus suklaidinti? Taip, jei naudojate kompasą. Garsiajame G. Melvilio romane „Mobis Dikas“ aprašomas būtent toks atvejis, kai žaibo išlydis, sukūręs stiprų magnetinį lauką, permagnetino kompaso adatą. Tačiau laivo kapitonas paėmė siuvimo adatą, pataikė, kad įmagnetintų, ir pakeitė pažeista kompaso adata.
Ar į jus gali trenkti žaibas namo ar lėktuvo viduje? Deja, taip! Žaibo srovė į namą gali patekti per telefono laidą iš šalia esančio stulpo. Todėl per perkūniją stenkitės nesinaudoti įprastu telefonu. Manoma, kad kalbėti radijo ar mobiliuoju telefonu yra saugiau. Perkūnijos metu negalima liesti centrinio šildymo ir vandens vamzdžių, jungiančių namą su žeme. Dėl tų pačių priežasčių ekspertai pataria perkūnijos metu išjungti visus elektros prietaisus, įskaitant kompiuterius ir televizorius.
Kalbant apie lėktuvus, paprastai jie bando skristi po vietoves, kuriose vyksta perkūnija. Ir vis dėlto vidutiniškai kartą per metus į vieną iš lėktuvų žaibas nutrenkia. Jo srovė negali paveikti keleivių, ji teka išoriniu orlaivio paviršiumi, tačiau gali pažeisti radijo ryšį, navigacijos įrangą ir elektroniką.
Fulguritas yra suakmenėjęs žaibas.Žaibo išlydžio metu išsiskiria 10 9 -10 10 džaulių energijos. Didžioji jo dalis išleidžiama sukuriant smūginę bangą (griaustinį), kaitinant orą, mirksinčią šviesą ir kitas elektromagnetines bangas, o tik nedidelė dalis išsiskiria toje vietoje, kur žaibas patenka į žemę. Tačiau net ir šios „mažos“ dalies pakanka, kad kiltų gaisras, žūtų žmogus ir sunaikintų pastatą. Žaibas gali įkaitinti kanalą, kuriuo juda iki 30 tūkst ° C, penkis kartus aukštesnė už temperatūrą Saulės paviršiuje. Temperatūra žaibo viduje yra daug aukštesnė nei smėlio lydymosi temperatūra (1600-2000°C), tačiau ar smėlis ištirps, ar ne, priklauso ir nuo žaibo trukmės, kuri gali svyruoti nuo dešimčių mikrosekundžių iki dešimtųjų sekundės dalių. . Žaibo srovės impulso amplitudė dažniausiai lygi kelioms dešimčiai kiloamperų, tačiau kartais gali viršyti 100 kA. Dėl galingiausių žaibo smūgių gimsta fulguritai – tuščiaviduriai išsilydusio smėlio cilindrai.
Žodis fulguritas kilęs iš lotyniško žodžio fulgur, reiškiančio žaibą. Ilgiausiai iškasti fulguritai pateko po žeme į daugiau nei penkių metrų gylį. Fulguritai taip pat vadinami kietų uolienų lydalomis, susidariusiomis žaibo smūgio metu; kartais jų daug randama uolėtų kalnų viršūnėse. Fulguritai, sudaryti iš ištirpusio silicio dioksido, paprastai atrodo kaip pieštuko ar piršto storio kūgio formos vamzdeliai. Jų vidinis paviršius yra lygus ir išsilydęs, o išorinį sudaro smėlio grūdeliai, prilipę prie ištirpusios masės. Fulguritų spalva priklauso nuo mineralinių priemaišų smėlingame dirvožemyje. Dauguma jų yra gelsvos, pilkos arba juodos spalvos, tačiau randama žalsvų, baltų ar net peršviečiamų fulguritų.
Matyt, pirmą kartą fulguritus ir jų ryšį su žaibo smūgiais aprašė pastorius Davidas Hermannas 1706 m. Vėliau daugelis rado fulguritų šalia žmonių, kuriuos nutrenkė žaibas. Charlesas Darwinas, per savo kelionę aplink pasaulį Bigliu, smėlėtame krante netoli Maldonado (Urugvajus) aptiko keletą stiklinių vamzdžių, kurie vertikaliai nukrito daugiau nei metrą į smėlį. Jis apibūdino jų dydžius ir susiejo jų susidarymą su žaibo išlydžiais. Garsus amerikiečių fizikas Robertas Woodas gavo žaibo, kuris vos nepražudė, „autografą“.
"Praėjo smarki perkūnija, o dangus virš mūsų jau pragiedrėjo. Ėjau per lauką, skiriantį mūsų namą nuo svainės. Taku nuėjau apie dešimt jardų, kai staiga man paskambino dukra Margaret. sustojo maždaug dešimčiai sekundžių ir vos pajudėjo toliau, kai staiga ryškiai mėlyna linija perrėžė dangų, dvylikos colių pistoleto riaumojimas pataikė į kelią prieš mane dvidešimt žingsnių ir pakėliau didžiulę garų koloną pažiūrėti, kokius pėdsakus paliko žaibas. Buvo ta vieta, kur žaibas trenkė maždaug penkių colių skersmens, su skylute viduryje... Grįžau į laboratoriją, ištirpau aštuonis svarus. skardos ir supyliau į duobutę... Tai, ką išrausiau, skardai sukietėjus atrodė kaip didžiulis, šiek tiek lenktas šuns abrazyvas, sunkus, kaip ir tikėtasi, rankenoje ir palaipsniui siaurėjantis iki galo nei trys pėdos“ (cit. iš V. Seabrook. Robert Wood. – M.: Nauka, 1985, p. 285).
Stiklinio vamzdžio atsiradimas smėlyje žaibo išlydžio metu atsiranda dėl to, kad tarp smėlio grūdelių visada yra oro ir drėgmės. Žaibo elektros srovė per sekundės dalį įkaitina orą ir vandens garus iki milžiniškų temperatūrų, sukeldama sprogstamą oro slėgio padidėjimą tarp smėlio grūdelių ir jo išsiplėtimą, kurį Wood girdėjo ir pamatė, stebuklingai netapdamas žaibo auka. Besiplečiantis oras išlydyto smėlio viduje sudaro cilindrinę ertmę. Vėlesnis greitas aušinimas fiksuoja fulguritą – stiklinį vamzdelį smėlyje.
Dažnai kruopščiai iškastas iš smėlio fulguritas yra medžio šaknies ar šakos formos su daugybe ūglių. Tokie šakoti fulguritai susidaro žaibo iškrovai pataikius į šlapią smėlį, kuris, kaip žinoma, turi didesnį elektros laidumą nei sausas smėlis Tokiais atvejais žaibo srovė, patekusi į dirvą, iš karto pradeda sklisti į šonus, suformuodama struktūrą panašus į medžio šaknį, o susidaręs fulguritas tik pakartoja šią formą, o bandymai pašalinti prilipusį smėlį dažnai priveda prie jo sunaikinimo.
