Каждую секунду в атмосфере Земли возникает примерно 700 молний, и каждый год около 3000 человек погибают из-за удара молнии. Физическая природа молнии не объяснена окончательно, а большинство людей имеют лишь приблизительное представление о том, что это такое. Какие-то разряды сталкиваются в облаках, или что-то в этом роде. Сегодня мы обратились к нашим авторам по физике, чтобы узнать о природе молнии больше. Как появляется молния, куда бьет молния, и почему гремит гром. Прочитав статью, вы будете знать ответ на эти и многие другие вопросы.
Что такое молния
Молния – искровой электрический разряд в атмосфере.
Электрический разряд – это процесс протекания тока в среде, связанный с существенным увеличением ее электропроводности относительно нормального состояния. Существуют разные виды электрических разрядов в газе: искровой , дуговой , тлеющий .
Искровой разряд происходит при атмосферном давлении и сопровождается характерным треском искры. Искровой разряд представляет собой совокупность исчезающих и сменяющих друг друга нитевидных искровых каналов. Искровые каналы также называют стримерами . Искровые каналы заполнены ионизированным газом, то есть плазмой. Молния – гигантская искра, а гром – очень громкий треск. Но не все так просто.
Физическая природа молнии
Как объясняют происхождение молнии? Система туча-земля или туча-туча представляет собой своеобразный конденсатор. Воздух играет роль диэлектрика между облаками. Нижняя часть облака имеет отрицательный заряд. При достаточной разности потенциалов между тучей и землей возникают условия, в которых происходит образование молнии в природе.
Ступенчатый лидер
Перед основной вспышкой молнии можно наблюдать небольшое пятно, движущееся от тучи к земле. Это так называемый ступенчатый лидер. Электроны под действием разности потенциалов, начинают двигаться к земле. Двигаясь, они сталкиваются с молекулами воздуха, ионизируя их. От тучи к земле прокладывается как бы ионизированный канал. Из-за ионизации воздуха свободными электронами электропроводность в зоне траектории лидера существенно возрастает. Лидер как бы прокладывает путь для основного разряда, двигаясь от одного электрода (тучи) к другому (земле). Ионизация происходит неравномерно, поэтому лидер может разветвляться.
Обратная вспышка
В момент, когда лидер приближается к земле, напряженность на его конце растет. Из земли или из предметов, выступающих над поверхностью (деревья, крыши зданий) навстречу лидеру выбрасывается ответный стример (канал). Это свойство молний используется для защиты от них путем установки громоотвода. Почему молния бьет в человека или в дерево? На самом деле ей все равно, куда бить. Ведь молния ищет наиболее короткий путь между землей и небом. Именно поэтому во время грозы опасно находиться на равнине или на поверхности воды.
Когда лидер достигает земли, по проложенному каналу начинает течь ток. Именно в этот момент и наблюдается основная вспышка молнии, сопровождаемая резким ростом силы тока и выделением энергии. Здесь уместен вопрос, откуда идет молния? Интересно, что лидер распространяется от тучи к земле, а вот обратная яркая вспышка, которую мы и привыкли наблюдать, распространяется от земли к туче. Правильнее говорить, что молния идет не от неба к земле, а происходит между ними.
Почему молния гремит?
Гром возникает в результате ударной волны, порождаемой быстрым расширением ионизированных каналов. Почему сначала мы видим молнию а потом слышим гром? Все дело в разности скоростей звука (340,29 м/с) и света (299 792 458 м/с). Посчитав секунды между громом и молнией и умножив их на скорость звука, можно узнать, на каком расстоянии от Вас ударила молния.
Нужна работа по физике атмосферы? Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы
Виды молний и факты о молниях
Молния между небом и землей – не самая распространенная молния. Чаще всего молнии возникают между облаками и не несут угрозы. Помимо наземных и внутриоблачных молний, существуют молнии, образующиеся в верхних слоях атмосферы. Какие есть разновидности молний в природе?
- Внутриоблачные молнии;
- Шаровые молнии;
- «Эльфы»;
- Джеты;
- Спрайты.
Последние три вида молний невозможно наблюдать без специальных приборов, так как они образуются на высоте от 40 километров и выше.
Приведем факты о молниях:
- Протяженность самой длинной зафиксированной молнии на Земле составила 321 км. Эта молния была замечена в штате Оклахома, 2007 г .
- Самая долгая молния длилась 7,74 секунды и была зафиксирована в Альпах.
- Молнии образуются не только на Земле . Точно известно о молниях на Венере , Юпитере , Сатурне и Уране . Молнии Сатурна в миллионы раз мощнее земных.
- Сила тока в молнии может достигать сотен тысяч Ампер, а напряжение – миллиарда Вольт.
- Температура канала молнии может достигать 30000 градусов Цельсия – это в 6 раз больше температуры поверхности Солнца.
Шаровая молния
Шаровая молния – отдельный вид молнии, природа которого остается загадкой. Такая молния представляет собой движущийся в воздухе светящийся объект в форме шара. По немногочисленным свидетельствам шаровая молния может двигаться по непредсказуемой траектории, разделяться на более мелкие молнии, может взорваться, а может просто неожиданно исчезнуть. Существует множество гипотез о происхождении шаровой молнии, но ни одна не может быть признана достоверной. Факт - никто не знает, как появляется шаровая молния. Часть гипотез сводят наблюдение этого явления к галлюцинациям. Шаровую молнию ни разу не удалось наблюдать в лабораторных условиях. Все, чем могут довольствоваться ученые – это свидетельства очевидцев.
Напоследок предлагаем Вам посмотреть видео и напоминаем: если курсовая или контрольная свалилась на голову как молния в солнечный день, не нужно отчаиваться. Специалиста студенческого сервиса выручают студентов с 2000 года. Обращайтесь за квалифицированной помощью в любое время. 24 часа в сутки, 7 дней в неделю мы готовы помочь вам.
В 1992 году российский физик Александр Гуревич из Физического института им. П. Н. Лебедева РАН предположил, что молнии вызываются космическими лучами, которые попадают в атмосферу Земли.
Нет, конечно, все мы слышали о гипотезе Бенджамина Франклина, согласно которой молния — это разряд, возникающий между облаками и поверхностью Земли просто из-за разницы в их зарядах. В этой концепции, однако, есть довольно уязвимое место. Для возникновения разряда необходимо, чтобы между облаками и поверхностью (или соседними облаками) была слишком уж большая разница по зарядам. Как выяснилось из информации, полученной метеозондами в 1990-х, на практике наблюдается не более одной десятой такой разницы. Тем не менее молнии, похоже, всё же случаются. Так за счёт чего?
Александр Гуревич и Ко полагают, что высокоэнергетические частицы в атмосфере запускают процесс, названный пробой на убегающих электронах (ПУЭ). А «спусковым крючком» ПУЭ служат космические лучи. Эти потоки заряженных частиц, в основном протонов, порождаемые далёкими вспышками сверхновых (и другими процессами), попадая в атмосферу и сталкиваясь с ядрами атомов воздуха, вызывают лавинообразный процесс образования свободных электронов со значительной энергией (широкие атмосферные ливни).
Электрические поля в грозовых облаках разгоняют электроны до околосветовых скоростей. Дальнейшие столкновения электронов с атомами воздуха рождают дополнительные свободные электроны, а также рентгеновское и гамма-излучение («тёмные молнии», о которых «КЛ» не устаёт писать), переходящие в нити электрических разрядов — стримеры, хорошо проводящие каналы, при слиянии которых возникает термоионизованный канал с высокой проводимостью (он же ступенчатый лидер молнии).
В теории всё выглядит очень стройно: ПУЭ появляется в атмосфере в постоянном электрическом поле, на порядок меньшем поля обычного пробоя, то есть при наличии космических лучей наблюдаемых атмосферных электрических полей наконец-то достаточно, чтобы объяснить феномен как тёмной молнии, так и её видимого аналога.
Но вплоть до самого последнего времени всё это оставалось лишь теорией: не было конкретных свидетельств того, что именно космические лучи ответственны за начало пробоя на убегающих электронах.
Увы, воспроизвести такие процессы в лаборатории оказалось довольно трудно, и дело не только в том, что для этого нужно напряжение в 10 млн вольт. Давно известно, что космические лучи, входя в земную атмосферу, генерируют радиоимпульсы, и во время гроз радиоимпульсов со сходными параметрами больше, чем когда гроз нет.
Чтобы сверить гипотезу с наблюдениями, Александр Гуревич и Анатолий Караштин из Научно-исследовательского радиофизического института (Нижний Новгород) проанализировали данные от радиоинтерферометров, снятые при 3 800 ударах молний над Россией и Казахстаном. Поскольку радиоинтерферометры позволяют привязать зарегистрированные ими радиоволны к конкретным направлениям, учёным удалось недвусмысленно соотнести сотни и даже тысячи коротких и сильных радиоимпульсов с моментами, прямо предшествовавшими ударам молний. Более того, оказалось, что конкретные параметры радиоимпульсов совпадают с теоретически предсказанными особенностями их генерации космическими лучами.
Так что же, выходит, наблюдения всё объяснили? На самом деле, хотя и подтвердилось, что космические лучи играют роль «затравки» для тёмных и сопровождающих их обычных молний, осталась важная неясность. Над Россией и Казахстаном просто нет такого количества космических лучей необходимых энергий, чтобы породить наблюдаемый «обвал» молний.
Чтобы объяснить это «несоответствие», физики проанализировали характер возможного взаимодействия зафиксированных радиоинтерферометрами волн с каплями воды и градинами (гидрометеорами). Выяснилось, что, когда электроны низких энергий, сопутствующие свободным электронам высоких энергий, проходят мимо капель и градин в атмосфере, запускается ряд микроразрядов, радикально усиливающих как электрическое поле в районе возникновения будущей молнии, так и радиоимпульс, позднее регистрировавшийся приборами.
Вверху: частота попаданий космических лучей в атмосферу Земли. Внизу: частота ударов молний на единицу площади. Хорошо видно, что одних космических лучей мало для генерации молний: им нужно взаимодействие с каплями воды.
Гигантские электрические разряды в атмосфере - молнии - возникают под влиянием потоков заряженных частиц из космоса, так называемых космических лучей, а сами разряды сопровождаются вспышками гамма-излучения, установила группа ученых из Физического института имени Лебедева РАН (ФИАН) под руководством академика Александра Гуревича.
Природа молний была разгадана еще в 1749 году американским естествоиспытателем Бенджаменом Франклином, который установил, что молнии - это электрические разряды между грозовым облаком и землей. До сих пор ученые полагали, что при накоплении отрицательных зарядов в облаке между ним и поверхностью возникает электрическое поле, и когда оно достигает определенной пороговой энергии, возникает "пробой" и происходит электрический разряд - молния.
"Все бы замечательно, но расчетное значение порогового поля в десять раз превосходит реально наблюдаемое значение электрического поля, при котором возникают молнии", - сказал в беседе с РИА Новости один из участников исследовательской группы Гуревича - член-корреспондент РАН Кирилл Зыбин.
"Нужна какая-то затравка для молнии, по-видимому, требуются затравочные частицы достаточно больших энергий. В природных условиях такими естественными частицами являются космические лучи", - сообщил собеседник агентства.
Он и его коллеги выяснили, что с возникновением молний связано явление, названное "пробоем на убегающих электронах" - лавинообразное размножение в веществе быстрых электронов с энергией 0,1-10 мегаэлектронвольт, причиной чего, в свою очередь, является действие космических излучений. Потоки частиц высоких энергий, проникающие в атмосферу, поставляют "затравочные электроны", которые и провоцируют пробой при полях в десять раз меньших, чем требовала прежняя теория.
"Конечно, сказать, что молния - это пробой на убегающих электронах, нельзя. Но они связаны. В обычных разрядах не могли появляться такие большие энергии в гамма-квантах", - сообщил Зыбин.
По его словам, экспериментальная проверка теории вызывает большие сложности: при нормальных атмосферных условиях длина "лавины", возникающей при пробое, достигает 50 метров.
"В этом случае вам надо строить огромные машины, прикладывать очень большие поля. Но такие условия естественно реализуются в грозовой атмосфере", - сказал он.
Еще один эффект, связанный с молниями, - гамма-вспышки. Молнии двигаются не равномерно, а скачками - "степами". Ученые обнаружили, что при каждом "степе" излучаются гамма-кванты энергией в десятки мегаэлектронвольт.
По словам Зыбина, на высокогорной станции ФИАНа на Тянь-Шане проводятся эксперименты по изучению молний в "естественной среде".
"Там расставлены счетчики и измеряется гамма-излучение, причем отсчеты идут через очень короткие промежутки времени. Можно сказать однозначно, в отсутствие грозы никаких сигналов нет, когда же начинается гроза, начинаются сильные вспышки, гамма-всплески, они коррелируют с радиоимпульсами, которые вызваны грозовыми процессами", - сказал ученый.
Он отметил, что изучение механизмов образования молний позволит понять обнаруженные в последнее время явления, в частности, гигантские высотные разряды между грозовыми облаками и ионосферой ("спрайт").
По мнению ученых ФИАНа, эти исследования дают новые возможности и в анализе климатических изменений, и в механизмах воздействия на атмосферу.
Узнать: Что такое гром? Что такое молния?
Может ли быть гром без молнии и наоборот, молния без грома?
Может ли быть гроза в другое время года, например, зимой?
Как влияют гром и молния на психику человека?
Как соответствуют действительности народные приметы о грозе?
Цель статьи:
Выяснить происхождение грома и молнии и узнать, что страшнее и опаснее – гром или молния?
Проверить соответствие народных примет о грозе
Найти научную информацию о происхождении молнии и грома;
Найти народные приметы об этих явлениях природы;
Пронаблюдать: почему бывает гроза, как она проходит; ее влияние на состояние человека и животных; состояние природы после грозы;
Сделать свои выводы.
Гипотезы:
1. Если несколько дней стоит жаркая погода, то непременно будет гроза.
2. Приближение грозы чувствуют животные и птицы.
3. Молния – это очень большой электрический заряд, поэтому она опасна для жизни человека.
Продукт исследовательской деятельности:
Составить сборник народных примет и загадок о грозе.
Методы исследования:
Анализ литературы, наблюдения
Многим природным явлениям мы не придаем особого значения, воспринимая их как что-то само собой разумеющееся. А вот гроза, видимо, не оставляет равнодушным ни одного человека на земле.
Многие боятся грозы, особенно когда она проходит прямо над головой, когда все небо в молниях и грохочет гром.
Мне всегда бывает очень страшно, когда идет гроза.
Однажды, возвращаясь с юга на машине, мы попали под сильную грозу. Стоял жаркий июльский день. Было очень душно. Вдруг стали собираться тучи, послышался гром. Хлынул дождь. Было очень страшно. Мы продолжали ехать под проливным дождем. Я очень боялась грома. Как гром ударит – кажется земля раскололась. А почему он гремит? Отчего получается гром? Мне стало интересно узнать об этом.
О грозе в древней мифологии
Самый главный бог у древних греков – Зевс – был также богом молнии и грома. Его называли громовержцем, тучегонителем. Зевс хмурит брови – и сгущаются тучи. В гневе он поражает молнией, устрашает громом.
У римлян богом-громовержцем был Юпитер. Как у древних греков Зевс, так у римлян Юпитер считался главным богом. У индусов богом-громовержцем был бог Индра, у скандинавов – бог Тор, у славян – бог Перун.
Перун – бог грозовых туч, грома и молнии. Очень выразительный портрет Громовержца дал поэт Константин Бальмонт:
У Перуна мысли быстры,
Что захочет – так сейчас.
Сыплет искры, мечет искры
Из зрачков сверкнувших глаз.
Перун был вооружен палицей, луком со стрелами (молнии это стрелы, которые метал бог), и топором. Топор считался одним из главных символов бога.
Перун часто оказывается тесно связан помимо огня с культом воды, дерева и камня. Он считается родоначальником небесного огня, который нисходя на землю, дает жизнь. С наступлением весеннего тепла он оплодотворяет землю дождями и выводит из-за туч ясное солнце. Его усилиями мир всякий раз как бы рождается заново.
Славяне представляли Перуна в образе всадника, скачущего по небесам на коне или едущего на колеснице. Грохот от колесницы люди принимали за раскаты грома. А так же Перуна представляли себе в виде немолодого разгневаного мужчины с рыжей клубящейся бородой. Отмечают, что рыжая борода - непременная черта Бога грозы у самых разных народов. В частности, рыжебородым считали Громовержца Тора в скандинавском пантеоне. У Перуна точно известно что волосы были как грозовая туча - черно -серебряные. Колесница Перуна была запряжена крылатыми жеребцами, белыми и воронами.
Само имя Перуна очень древнее. В переводе на современный язык оно означает "Тот кто сильнее бьет", "разящий". Перуна считали учредителем нравственого закона и самым первым защитником Правды.
Люди верили что Перун, гуляя по белому свету охотно принимает облик лесного быка Тура, поэтому бык считался священным животным Перуна.
Святилища Перуна устраивались под открытым небом. Они имели форму цветка; в тех святилищах, что раскопаны археологами, "лепестков" обычно восемь, но в древнейшие времена, по мнению ученых, их было шесть. "Лепестки" представляли собой ямы, в которых горел неугасимые священные костры. Посередине ставилось скульптурное изображение Перуна. Перед изображением Бога помещался алтарь, обычно в виде каменного кольца. Туда складывались приношения и проливали жертвенную кровь: чаще всего животную.
Научное объяснение происхождения грома и молнии
Гром получается от молний. Это из-за них весь шум и треск. А молнии получаются из-за столкновения туч. Влажный воздух поднимается вверх, получаются дождевые облака. Так как вверху холодно, то капельки превращаются в кристаллы льда. Кристаллы в облаках трутся друг о друга, образуется электричество, и получается вспышка – это молния. Небо освещается молнией, воздух на ее пути нагревается и быстро расширяется. Возникает взрывная волна, и мы слышим гром. Об этом даже есть стихотворение:
Говорила туча туче:
Прочь с дороги, пар летучий!
Ты не видишь – я спешу.
Налечу и сокрушу!
Отвечала туча туче:
Ты сама сверни-ка лучше.
Не уйдешь с дороги прочь –я
Разнесу тебя на клочья.
Раскатился смех в ответ:
Уступить дорогу? Нет!
Гряну саблей громовой –
И простишься с головой!
Не пугай, на этот случай
У меня заряд гремучий.
Буду биться я с тобой
Электрической стрелой.
Почернели обе тучи,
Лбы - что каменные кручи.
И, как в поле два быка,
Сшиблись в небе облака.
Вмиг вокруг все потемнело,
В страхе мир закрыл глаза.
Обе тучи то и дело
Мечут огненные стрелы,
Насмерть саблями разя.
Покатил по небу гром,
Сотрясая все кругом,
Тут сверкает, блещет там –
Трах! – и небо пополам!
И дрожат леса, поля:
Вдруг расколется земля?!
Бывает ли гром без молний? При грозе гром и молния возникают одновременно, но мы видим сначала молнию, а потом слышим гром. Гром – это всего лишь звук грозового разряда, который вызывает молнию.
Что правильно: громоотводы или молниеотводы?
Что страшнее: гром или молния?
От настоящего грома нет никакого вреда. Опасаться надо молнии, которая его породила. Молния – это огромная электрическая искра. В считанные доли секунды она пролетает несколько километров. Воздух на ее пути мгновенно раскаляется. Происходит взрыв. Звук от него – гром. С молнией шутки плохи.
Ударит в копну сена – подожжет, пожар устроит. Поэтому жилые дома, заводские трубы защищают молниеотводами. Это такой металлический стержень. Один его конец возвышается над постройками, другой закопан в землю. Молния сразу находит короткую дорожку и, не причинив никому и ничему вреда, уходит в землю. По привычке люди говорят - громоотводы. Но это неправильно. Правильно – молниеотводы.
Мои наблюдения и выводы
Летом я вела наблюдения, по каким признакам можно ожидать наступление грозы, постаралась соотнести их с народными приметами.
Я проанализировала результаты и сделала выводы:
1. Гроза чаще всего ожидается после продолжительной жары.
2. Перед грозой: С утра жарко и душно. «Парит! Будет гроза», - говорят люди.
К вечеру надвигается на небосвод огромная черная туча. Она ширится, растет на глазах и вот уже зловеще нависает над головой. Порывы сильного ветра поднимают с земли столбы пыли, обломанные ветки, срывают листья. Сгущаются сумерки. Ярко вспыхивает молния, ослепляя мгновенным светом. Оглушительно гремит гром. И вот сверху обрушиваются потоки воды.
3. Во время грозы. Проливной дождь идет. Кругом ничего не видно. На земле образуются лужи, заполняются водой все ямки и углубления. Они переполняются водой и потекли ручьи. Постепенно светлеет. Дождь стихает. Появляется ласковое солнышко.
4. После грозы.
Свежесть в воздухе. Чувство облегчения. Радость в душе. Щебет птиц. Хочется сказать грозе: «Спасибо! Как стало свежо! Уже совсем не страшно!». Она, как-будто, услышав благодарные слова, посылает нам чудесную радугу.
Я проверила некоторые народные приметы. Действительно:
1. Комары кусаются сильнее перед дождем.
2. Ласточки низко летают – к дождю.
3. Лягушки прыгают на суше – перед дождем.
4. Птицы приумолкли – перед грозой, ждут грома.
Гром и молнию можно сравнить с работой электросварщика. При сварке тоже вспыхивает искра – молния. А треск от нее – это как бы гром. От удара такой молнии сварщика защищают брезентовые рукавицы, от ослепительного света – черные очки. Я тоже видела летом как работают сварщики.
Однажды у мамы перегорел утюг – засверкало и затрещало.
В неисправленной розетке при включении электроприбора тоже засверкало и послышался треск. Папа сказал, что это тоже молния и гром, только маленькие, но точно также опасны как и настоящие.
Правила безопасного поведения во время грозы
Как вести себя во время грозы?
Я читала рассказ Льва Николаевича Толстого «Как меня в лесу застала гроза» В этом рассказе автор рассказывает случай из своего детства. Как он ходил в лес за грибами и попал под грозу. Он спрятался под большой дуб, а в него попала молния и разбила дуб в щепки. Мальчик упал и лежал до тех пор, пока не закончилась гроза. А потом он взял грибы и побежал домой.
Вывод: нельзя прятаться во время грозы под деревьями!
Я составила правила безопасного поведения во время грозы:
1. Если гроза застала тебя в открытом месте, ложись на землю, спрячься в яму или ложбинку, беги в укрытие – машину или здание. Ведь молния всегда ударяет в возвышенные места.
2. Если гроза застала тебя в воде, незамедлительно выходи на берег.
При попадании молнии в водоем, можно сильно пострадать.
3. Во время грозы нельзя прятаться под отдельно стоящими деревьями. Не стоит прятаться под высокими деревьями. В них чаще всего попадает молния.
4. Лучше всего переждать грозу в кустарнике. Туда молния не попадет.
Еще мне очень понравилось стихотворение по правилам безопасности во время грозы:
Люблю грозу в начале мая,
Когда весенний первый гром,
Как будто ласково играя,
Как бахнет издали ведром.
Но знает вся моя деревня,
И знают все мои друзья,
Что под высокие деревья
От молний прятаться нельзя.
Пусть далеко идти до дома,
Но нам, друзья, не ведом страх,
И я бегу из водоема
И прячусь от грозы в кустах.
Люблю грозу в начале мая.
Пусть гром гремит и дождь идет,
И ярко молния сверкает
В меня она не попадет!
Сборник загадок, народных примет о грозе
1. Подходила – грохотала, стрелы на поле метала.
Нам казалось - шла бедой, оказалось шла с водой.
Подошла и пролилась. Вдоволь пашня напилась. (Туча).
2. Сперва – блеск, за блеском – треск, за треском – плеск. (Гроза).
3. Громко стучит,
Звонко кричит,
А что говорит,
Никому не понять
И мудрецам не узнать. (Гром).
4. Раскаленная стрела
Дуб свалила у села. (Молния).
5. Сверкнет, громыхнет,
Мигнет, всех напугает. (Гром и молния).
7. Конь бежит, земля дрожит. (Гром).
8. На небе стукнет, на земле слышно. (Гром).
9. От небесного стука земля дрожит. (Гром).
10. Летит орлица по синему небу,
Крылья распластала,
Солнышко застлала. (Туча).
11. Ног нет, а идет,
Глаз нет, а плачет. (Туча).
12. Огнем сыплет, водой брызжет. (Грозовая туча).
13. Меня никто не видит, но всякий слышит, а верную спутницу мою всякий может видеть, но никто не слышит. (Гром и молния).
14. Летит птица орел, несет в зубах огонь, посередине его – человечья смерть. (Молния).
15. Заревел медведь на все горы, на все моря. (Гром).
16. Конь бежит, земля дрожит. (Гром).
17. Каркнул ворон
На сто городов,
На тысячу озер. (Гром).
18. Трах – тарарах! – едет баба на горах, батогом стучит, на весь свет ворчит. (Туча грозовая).
19. Без огня горит, без крыл летит, без ног бежит. (Туча грозовая).
20. Летит птица без крыла,
Бьет охотник без ружья,
Повар жарит без огня,
Баран ест безо рта. (Туча, гром, солнце и земля).
Народные приметы:
1. Птицы приумолкли – жди грома.
2. Утки надрывно кричат, хлопают крыльями, ныряют – грозу кличут.
3. Ласточки низко летают – к дождю, к грозе.
4. Жаворонки нахохлились – быть грозе.
5. Комары кусаются сильнее обычного обычно к грозе.
6. Муравьи прячутся в свои домики – к грозе.
7. Если ночью звезды сильно мерцают, а с утра небо покрыто тучами, то в полдень будет гроза.
8. Лягушки расквакались перед дождем.
9. Лягушки на суше прыгают – к дождю.
10. Утром слышен гром – вечером дождь.
11. Молния на западе – дождь следом.
12. Гром гремит долго и не резко – к ненастью; если же отрывисто и непродолжительно – будет ясно.
13. Если же гром гремит беспрерывно – будет град.
14. Если летом при холодной дождливой погоде гремит гром, следует ожидать длительной прохладной погоды, часто с дальнейшим понижением температуры.
15. Вода темнеет в реках перед грозой.
16. Лучи солнца темнеют – к сильной грозе.
17. Гром ранней весной – перед холодом.
18. Первый гром при северном ветре – холодная весна, при восточном – сухая и теплая, при южном – теплая, при западном – мокрая.
19. Гром в сентябре – теплая осень.
Бояться грозы не надо, но соблюдать осторожность во время грозы необходимо. Разряды атмосферного электричества могут нанести большой ущерб народному хозяйству и оказаться опасным для жизни, если своевременно не принять мер предосторожности. Опасаться надо молнии, а не грома. Известный американский специалист по грозам доктор К. В. Макихрон сказал, что, если вы услышите гром, молния вас уже не ударит; если вы увидели молнию, она уже не попадет в вас, а если она в вас ударит, вы об этом не узнаете.
Так я узнала, как получается гром и молния и что из них страшнее?
Теперь я не боюсь грома, а чтобы защититься от молнии, буду соблюдать правила. Я сделала вывод: бояться грома не надо, опасна молния.
Мои гипотезы подтвердились
Грозовые разряды (молнии ) - это наиболее распространенный источник мощных электромагнитных полей естественного происхождения. Молния представляет собой разновидность газового разряда при очень большой длине искры. Общая длина канала молнии достигает нескольких километров, причем значительная часть этого канала находится внутри грозового облака. молнии Причиной возникновения молний является образование большого объемного электрического заряда.
Обычным источником молний являются грозовые кучево-дождевые облака, несущие в себе скопление положительных и отрицательных электрических зарядов в верхней и нижней частях облака и образующие вокруг этого облака электрические поля возрастающей напряженности. Образование таких объемных зарядов различной полярности в облаке (поляризация облака) связано с конденсацией вследствие охлаждения водяных паров восходящих потоков теплого воздуха на положительных и отрицательных ионах (центрах конденсации) и разделением заряженных капелек влаги в облаке под действием интенсивных восходящих тепловых воздушных потоков. Из-за того, что в облаке образуется несколько изолированных друг от друга скоплений зарядов (в нижней части облака скапливаются преимущественно заряды отрицательной полярности).
Грозовые разряды по внешним признакам могут быть разделены на несколько типов. Обычный тип - линейная молния , с разновидностями: ленточная, ракетообразная, зигзагообразная и разветвленная. Наиболее редкий тип разрядов - шаровая молния. Известны разряды, носящие названия "Огни святого Эльма" и "Свечение Анд". Молния обычно бывает многократной, т.е. состоит из нескольких единичных разрядов, развивающихся по одному и тому же пути, причем каждый разряд, так же как и разряд, получаемый в лабораторных условиях, начинается лидерным и завершается обратным (главным) разрядом. Скорость опускания лидера первого единичного разряда примерно равна 1500 км/с, скорости лидеров последующих разрядов достигают 2000 км/с, а скорость обратного разряда изменяется в пределах 15000 -150000 км/с, т. е. от 0,05 до 0,5 скорости света. Канал лидера, как и канал всякого стримера, заполнен плазмой, следовательно, обладает определенной проводимостью.
Верхним концом лидерный канал соединен с одним из заряженных центров в облаке, поэтому часть зарядов этого центра стекает в канал лидера. Распределение заряда в канале должно быть неравномерным, возрастая к его концу. Однако некоторые косвенные измерения позволяют предположить, что абсолютная величина заряда на головке лидера невелика и в первом приближении канал можно считать равномерно заряженным с линейной плотностью зарядов S. Общий заряд в канале лидера в этом случае равен Q = S*l, где l - длина канала, причем обычно значение его составляет около 10% значения заряда, стекающего в землю во время единичного разряда молнии. В 70-80% всех случаев этот заряд имеет отрицательную полярность. По мере продвижения канала лидера под действием создаваемого им электрического поля в земле происходит смещение зарядов, причем заряды, противоположные по знаку зарядам лидера (обычно это положительные заряды), стремятся расположиться как можно ближе к головке лидерного канала. В случае однородного грунта эти заряды скапливаются непосредственно под лидерным каналом.
Если грунт неоднородный и основная его часть обладает большим удельным сопротивлением, заряды сосредоточиваются в участках с повышенной проводимостью (реки, грунтовые воды). При наличии заземленных возвышающихся объектов (молниеотводы, дымовые трубы, высокие здания, смоченные дождем деревья) заряды стягиваются к вершине объекта, создавая там значительную напряженность поля. На первых стадиях развития лидерного канала напряженность электрического поля на его головке определяется собственными зарядами лидера и находящимися под облаком скоплениями объемных зарядов. Траектория движения лидера не связана с земными объектами. По мере опускания лидера все большее влияние начинают оказывать скопления зарядов на земле и возвышающихся объектах. Начиная с определенной высоты головки лидера (высота ориентировки), напряженность поля по одному из направлений оказывается наибольшей, и происходит ориентирование лидера на один из наземных объектов. Естественно, что при этом преимущественно поражаются возвышающиеся объекты и участки земли с повышенной проводимостью (избирательная поражаемость). С очень высоких объектов навстречу лидеру развиваются встречные лидеры, наличие которых способствует ориентированию молнии на данный объект.
После того, как канал лидера достигнет земли или встречного лидера, начинается обратный разряд, во время которого канал лидера приобретает потенциал, практически равный потенциалу земли. На головке развивающегося вверх обратного разряда имеется область повышенной напряженности электрического поля, под действием которой происходит перестройка канала, сопровождающаяся увеличением плотности зарядов плазмы от 10^13 - 10^14 до 10^16 - 10^19 1/м3, благодаря чему проводимость канала увеличивается по крайней мере в 100 раз. Во время развития обратного разряда через место удара проходит ток iM = v, где v - скорость обратного разряда. Процесс, происходящий при переходе лидерного разряда в обратный разряд, во многом аналогичен процессу замыкания на землю вертикального заряженного провода.
Если заряженный провод замыкается на землю через сопротивление r, то ток в месте заземления равен: где z = волновое сопротивление провода. Таким образом, и при разряде молнии ток в месте удара будет равен v только при сопротивлении заземления, равном нулю. При сопротивлениях заземления, отличных от нуля, ток в месте удара уменьшается. Количественно определить это уменьшение довольно трудно, так как волновое сопротивление канала молнии можно оценить лишь грубо приближенно. Имеются основания предполагать, что волновое сопротивление канала молнии уменьшается при увеличении тока, причем среднее значение примерно равно 200 - 300 Ом. В таком случае при изменении сопротивления заземления объекта от 0 до 30 Ом ток в объекте изменяется всего на 10%. Такие объекты в дальнейшем мы будем называть хорошо заземленными и считать, что через них проходит полный ток молнии iM = v. Основные параметры молнии и интенсивность грозовой деятельности Молнии с большими токами возникают крайне редко. Так, молнии с токами 200 кА возникают в 0,7...1,0% случаев от общего числа наблюдавшихся разрядов.
Число случаев ударов молний с величиной тока 20 кА составляет порядка 50%. Поэтому принято значения амплитуд токов молний представлять в виде кривых вероятностей (функций распределения), для которых по оси ординат откладывается вероятность появления токов молнии с максимальным значением. Основной количественной характеристикой молнии является ток, протекающий через пораженный объект, который характеризуется максимальным значением iM, средней крутизной фронта и длительностью импульса tи, которая равна времени уменьшения тока до половины максимального значения. В настоящее время наибольшее количество данных имеется по максимальным значениям тока молнии, измерение которой осуществляется простейшими измерительными приборами - магниторегистраторами, которые представляют собой цилиндрические стерженьки, изготовленные из стальных опилок или проволочек, запрессованных в пластмассу. Магниторегистраторы укрепляются вблизи возвышающихся объектов (молниеотводы, опоры линий передач) и располагаются вдоль силовых линий магнитного поля, которое возникает при прохождении тока молнии через объект. Так как для изготовления регистраторов применяются материалы, обладающие большой коэрцитивной силой, они сохраняют большую остаточную намагниченность.
Измеряя эту намагниченность, можно с помощью градуировочных кривых определить максимальное значение на магничивающего тока. Измерения магниторегистраторами не обеспечивают большой точности, однако этот недостаток частично компенсируется огромным количеством измерений, которые к настоящему времени исчисляются десятками тысяч. Располагая вблизи от поражаемого объекта рамку, замкнутую на индуктивную катушку, можно измерить крутизну тока молнии с помощью магниторегистратора, помещенного внутри катушки. Измерения показали, что токи молнии изменяются в широких пределах от нескольких килоампер до сотен килоампер, поэтому результаты измерения представляются в виде кривых вероятностей (функций распределения) токов молнии, на которых по оси абсцисс откладывается вероятность появления токов молнии с максимальным значением, превышающим значение, указываемое ординатой.
В Украине при расчетах грозозащиты используется кривая Для горных местностей ординаты кривой уменьшаются в 2 раза, так как при малых расстояниях от земли до облаков молния возникает при меньшей плотности зарядов в скоплениях, т. е. вероятность больших токов уменьшается. Значительно большие трудности представляет экспериментальное определение крутизны и длительности импульса тока молнии, поэтому количество экспериментальных данных по этим параметрам относительно невелико. Длительность импульса тока молнии в основном определяется временем распространения обратного разряда от земли до облака и в связи с этим изменяется в относительно узких пределах от 20 до 80-100 мкс. Средняя длительность импульса тока молнии близка к 50 мкс, что и определило выбор стандартного импульса.
Наиболее важными с точки зрения оценок грозовой стойкости РЭС являются: величина переносимого молнией заряда, ток в канале молнии, число повторных ударов по одному каналу и интенсивность грозовой деятельности. Все эти параметры определяются не однозначно и носят вероятностный характер. Заряд, переносимый молнией, колеблется в процессе разряда в пределах от долей кулона до нескольких десятков кулон. Средний заряд, опускаемый в землю многократной молнией, равен 15 - 25 Кл. Учитывая, что в среднем разряд молнии содержит три компоненты, следовательно, во время одной компоненты в землю переносится около 5 - 8 Кл. Из них в канал лидера стекает около 60% всего данного скопления зарядов, что составляет 3 - 5 Кл. Удар молнии в равнинные участки поверхности земли несет заряд 10 - 50 Кл (в среднем 25 Кл), при ударах молнии в горах - заряд 30 - 100 Кл (в среднем 60 Кл), при разрядах в телевизионные башни заряд достигает 160 Кл.
При разрядах молнии в землю в подавляющем большинстве (85 - 90%) в землю переносится отрицательный заряд. Заряд, стекающий в землю во время многократной молнии, изменяется в пределах от долей кулона до 100 Кл и более. Среднее значение этого заряда близко к 20 Кл. Заряд, спускаемый в землю во время гроз, по-видимому, играет существенную роль в поддержании отрицательного заряда земли. Интенсивность грозовой деятельности в различных климатических районах различается очень сильно. Как правило, количество гроз в течение года минимально в северных районах и постепенно увеличивается к югу, где повышенная влажность воздуха и высокая температура способствуют образованию грозовых облаков. Однако эта тенденция соблюдается не всегда. Существуют очаги грозовой деятельности и в средних широтах (например, в районе Киева), где создаются благоприятные условия для формирования местных гроз.
Интенсивность грозовой деятельности принято характеризовать числом грозовых дней в году или общей годовой продолжительностью гроз в часах. Последняя характеристика более правильна, так как число ударов молнии в землю зависит не от числа гроз, а от их общей продолжительности. Число грозовых дней или часов в году определяется на основании многолетних наблюдений метеорологических станций, обобщение которых позволяет составить карты грозовой деятельности, на которые наносятся линии равной продолжительности гроз - изокеранические линии. Средняя продолжительность гроз за один грозовой день для территории европейской части России и Украины 1,5-2 ч.
