Yıldırım düşmesinden sonra yerde oluşanlar. Yıldırımın doğası hakkında

Herkes, bir Çin vatandaşının yıldırım çarpmasının ardından yere düştüğü, hızla ayağa fırladığı, kendini silkelediği ve yoluna devam etmek istediği, ancak ikinci bir yıldırımın ölümcül bir sonuç olmadan onu tekrar tekrar yere düşürdüğünün doğru olup olmadığını bilmek istiyordu. Benzer birçok hikaye var. Popüler kitaplar ve dergiler size stadyumdaki futbolcuların, otobüs durağındaki yolcuların ve meradaki neredeyse bütün bir inek sürüsünün büyük yenilgisini anlatacak. Hikayeler tüyler ürpertici. Bir düzine kişi hastanede. Ama hastanede, mezarlıkta değil. Bir kişi yıldırımın doğrudan etkisine dayanabiliyorsa, yıldırım tehlikesi fazlasıyla abartılabilir mi? Peki etkinin doğrudan olduğunu kim söyledi? Çoğu zaman durum böyle değildir.

Yıldırım deşarjına güçlü bir elektrik akımı eşlik eder. Ortalama bir yıldırım çarpmasında bile bu değer 30.000 A'ya yakındır ve en güçlüleri için bu değer neredeyse bir kat daha fazladır. Sonuçta bu akım toprakta Dünya'nın tüm hacmine yayılır. Herhangi bir paratoner topraklanmalıdır. Bunu yapmak için paratoner üzerine bir topraklama iletkeni monte edilir. Dikey veya yatay olarak bir veya daha fazla yeraltı topraklama elektrodundan oluşur. Akım metal elektrotlardan toprağa akar ve burada herhangi bir iletkende olduğu gibi Ohm kanunu uygulanır. Akım ve direncin çarpımı voltajı verir, bu durumda toprak elektrotu üzerindeki voltaj:

İfade tanıdık geliyor ama yine de tam değil çünkü sıfır olarak kabul edilen topraktaki voltajdan bahsediyoruz. Sonuçta gerilim altında kalmamak için topraklanmış olmalarının nedeni de budur. Ve burada mecazi anlamda değil, tam anlamıyla baş aşağı çıkıyor. Gerilim, normalde ve sağlam bir şekilde yere basan ayakları aracılığıyla kişiye etki eder. Bu açıklama gerektirir. Ve en basitinden başlamalıyız. Toprak ne kadar iyi bir iletkendir? Cevap açık görünüyor; eğer elektrikçiler ve güvenlik uzmanları her zaman topraklama hakkında konuşuyorsa kesinlikle iyi bir cevap. Bilim ve teknoloji belirli değerlendirmelere alışıktır. Çok, az, iyi, kötü kelimeleri konunun özünü açıklamamaktadır. İletkenlerin kalitesi dirençlerine göre değerlendirilir. İyi toprak için bu değer 100 Ohm*m'ye yakındır; siyah çelikten milyarlarca kat daha fazladır! Karşılaştırma ikna edici olmaktan çok daha fazlasıdır. Yıldırım akımının zeminde yayıldığı çok büyük bir hacim yardımcı olur.

Okuyucunun beni nitel bir açıklama yaparken yakalamasını istemediğim için hemen niceliksel değerlendirmelere geçeceğim. Bunu yapmak için normal voltaj yerine okul fiziğinden başka bir parametre kullanmakta fayda var. Elektrik alan gücünden bahsedeceğiz. Bu, bazı ortamlarda birim uzunluk başına düşen gerilim düşümünün büyüklüğüne verilen addır, örneğin 1 m uzunluk boyunca topraktaki gerilim düşümü, bu arada 1 m'lik bir uzunluk yaklaşık adım uzunluğudur. bir yetişkin. Gerilimin metre başına volt cinsinden ölçüldüğünü unutmayın. Eğer topraktaki elektrik alanı E gr 1 V/m ise, kişinin bacakları arasında l = 1 m uzunluğunda bir gerilim etki edecektir.

Yıldırım akımının topraktaki elektrik alanını değerlendirme zamanı. Topraklama çubuğu d = 0,5 m çapında yarım küre şeklinde yapılmış (orta büyüklükte bir tencere veya pilav kazanı) bir paratonere çarptığını ve şekildeki gibi yere gömüldüğünü düşünelim. İncir. 1. Yıldırım akımı I M, yoğunluğunun olacağı metal yarım kürenin yüzeyinden simetrik olarak akacaktır.

30.000 A akıma sahip ortalama bir yıldırım düşmesi için bizim durumumuzda j M ≈ 7,6 × 10 4 A/m 2 elde edilir. Aşağıda Ohm yasasıyla tam bir benzetme yer almaktadır. Zemin gerilimini E gr elde etmek için akım yoğunluğunu toprak direnci ρ ile çarpmak gerekir.

Yüksek iletkenliğe sahip toprağa odaklansak bile (ρ ≈ 100 Ohm*m), 7.600.000 V/m gibi oldukça etkileyici bir değer elde ederiz. Buradaki 1 m adım uzunluğundaki voltaj neredeyse sekiz milyon volt olacaktır. Çinli bir televizyoncunun sağlığına zarar vermeden buna dayanabileceğini hayal etmek zor. Büyük olasılıkla ikinci bir fermuara gerek kalmayacaktır.

Burada elde edilen değer uzmanlar tarafından adlandırılmaktadır. adım gerilimi (ayrıca adım gerginliği diyorlar). Yıldırım çarpması civarında bunun nasıl değiştiğini anlamak önemlidir. Toprak her yerde aynı ise her şey yıldırım akımı yoğunluğuna göre belirlenir. Yarım küre şeklindeki toprak elektrodundan uzaklaştıkça simetri nedeniyle akımın aktığı yüzey yarım küre şeklinde kalacaktır. ve yarıçapı r sürekli olarak artacaktır. Bununla birlikte, yarım küre yüzeyin akımla "dolu" alanı artacak ve buna bağlı olarak yoğunluğu azalacaktır.

Elektrik alan kuvveti de hızla azalmaya başlayacak

Örneğimizdeki ilk milyonlardan r = 10 m uzaklıkta, 5.000 V/m'den biraz daha az kalacaktır. Bu da hassastır, ancak kural olarak ölümcül değildir, çünkü yüksek voltajın süresi, yıldırım akımının süresi gibi neredeyse 0,1 milisaniyeden fazla değildir. Yüksek voltajlı bir adım sizi kolayca ayaklarınızı yerden kesebilir, ancak bir kişinin büyük olasılıkla ayağa kalkacak kadar gücü vardır.

Okuyucu rakamlardan bıkmadıysa ve bu çizgiye ulaştıysa, büyük ağaçların altındaki fırtınadan saklanmama konusundaki eski tavsiyenin nereden geldiğini anlaması onun için kolay olacaktır. Önemli yükseklik nedeniyle, bunlara yıldırım çarpması olasılığı yüksektir. Vurulduğunda akım, bir toprak elektrodundan geçer gibi ağacın kök sisteminden akacaktır. Köklere yakın elektrik alanı özellikle güçlüdür. Burada ayakta durmanın, oturmanın ve özellikle uzanmanın da tavsiye edilmediği açıktır, çünkü bir kişinin uzunluğu adım uzunluğunun iki katıdır.

Tekrar rakamlara dönecek olursak, bunların hiç de abartılı olmadığını kabul etmemiz gerekir. 100.000 A'lık bir yıldırım akımı bile çok nadir değildir ve toprağın direnci, tahminlerde kullanılandan onlarca kat daha fazla olabilir. Bu nedenle yaşamı tehdit eden adım gerilimi, yıldırımın düştüğü noktadan yeterince uzak bir mesafede tutulabilir. Son olarak toprak elektrodunun şekli dikkate alınmalıdır. Yukarıdaki tüm tahminler yarı küresel toprak elektrodu için yapılmıştır. Yukarıdaki formüllerden de görülebileceği gibi elektrik alanı, mesafenin karesiyle ters orantılı olarak çok hızlı bir şekilde azalır. Daha sıklıkla, topraklama iletkenleri uzun baralardan veya yarım küreye çok az benzeyen çubuklardan monte edilir. Elektrik alanları çok daha yavaş azalır. Sonuç olarak, yıldırıma tehlikeli maruz kalma yarıçapı çok belirgin bir şekilde, bazen onlarca metreye kadar artar. Bu, sahildeki veya futbol sahasındaki kitlesel insan kayıplarını açıklıyor.

Yerel yıldırımdan korunma standartlarının önerdiği tipik bir topraklama cihazı için adım voltajının hesaplanmasının sonuçları aşağıda verilmiştir. 10 m uzunluğunda yatay bir otobüs ve her biri 5 m'lik üç dikey çubuktan oluşur; ikisi otobüsün kenarlarında ve biri ortada. Toprak direnci 1000 Ohm*m (nemlendirilmemiş kum), yıldırım akımı 100 kA. Bu güçlü bir yıldırımdır; yıldırım deşarjlarının %98'i daha az akıma sahiptir. Grafikteki rakamlar etkileyicidir - doğrudan toprak elektrodunda yüzlerce kilovolt, 15 m mesafede 70 kV'un üzerinde ve 40 m mesafede en az 10 kV.

Kurtarıcı İsa Katedrali Moskova'da restore edilirken, tasarımcılar, kayda değer yüksekliği göz önüne alındığında, neredeyse her yıl bir yıldırım çarpmasının beklenmesi gerektiğini hesaba kattılar. Bu darbenin verandada büyük bir insan kalabalığının olduğu bir tatilde meydana gelmesi mümkündür. Cemaatçilerin güvenliğini garanti altına almak için, yıldırım akımının çok kapsamlı bir yer altı bara sistemi üzerinden yayılmasını sağlamak ve böylece adım gerilimlerini en aza indirmek gerekiyordu.

Yerdeki güçlü elektrik alanı başka bir sıkıntıyı da beraberinde getiriyor. Alan şiddeti 1 MV/m'ye çıktığında toprakta iyonlaşma başlar. Belirli koşullar altında bu, toprağın yüzeyi boyunca kayan ve hafifçe içine giren bir plazma kanalının büyümesine yol açar. Kanallar (laboratuvarda çekilen bu fotoğrafta olduğu gibi birkaç tane olabilir) yıldırım akımının verildiği noktadan hareket edebilir.

onlarca metre. Aslında bunları sadece havada değil, dünya yüzeyi boyunca yıldırımın devamı olarak değerlendirmek gerekir. Bunun onları daha az tehlikeli kılmadığını söylemek gerekir, çünkü kanaldaki akım yıldırım akımının yüzde onlarcasıdır ve sıcaklık açıkça 6000 0'dan yüksektir. Umarım okuyucunun, böyle bir kanalın, yağ yükleme rafındaki yakıt sızıntısı alanıyla veya örneğin bir telefon kablosu veya mikroelektronik sistemi kontrol eden bir yer altı kablosuyla temas etmesinin sonuçlarını hayal etmek için fazla hayal gücüne ihtiyacı yoktur.

Kurak geçen 2010 yılında, merkezi televizyon, Omsk bölgesindeki bir fırtınada tamamen yanan bir köyden bir haber yayınladı. Bir Moskova muhabiri köyün büyükannelerine şunu sordu: "Neden söndürmediler?" Hep bir ağızdan cevap verdiler; "Korkunçtu; ateşli oklar yerde sürünüyordu." Fotoğrafa bir kez daha bakın. Gerçekten öyle mi görünüyor? Büyükannelerin korkması boşuna değildi. Kıvılcım kanallarındaki elektrik alanı, metal baralardaki elektrik alanından pek farklı değildir. Onlara yaklaşmak kolaylıkla ölümle sonuçlanabilir.

Sunulanlar, kişinin yıldırımın yaratıcılığına ikna olması için yeterlidir. Paratonerlerin yardımıyla yukarıdan güvenilir bir koruma kurdunuz ve bu, dolambaçlı bir manevra ile size doğru geçerek dünya yüzeyinde yol alıyor. Bu nedenle neredeyse tüm popüler makaleler, profesyonelleri unutmama çağrısıyla bitiyor. Tehditkar doğa olaylarıyla şaka yapmak risklidir ve bunları hafife almak kabul edilemez.

E. M. Bazelyan, Teknik Bilimler Doktoru, Profesör
Enerji Enstitüsü G.M. Krzhizhanovski, Moskova

Kuşların neden yüksek gerilim kablolarının üzerinde durduğunu ve bir kişinin neden kablolara dokunduğunda öldüğünü hiç merak ettiniz mi? Her şey çok basit - bir telin üzerinde oturuyorlar, ancak kuştan hiçbir akım geçmiyor, ancak kuş aynı anda iki faza dokunarak kanadını çırparsa ölecektir. Genellikle leylek, kartal ve şahin gibi büyük kuşlar bu şekilde ölürler.

Aynı şekilde, bir insan bir faza dokunabilir ve içinden akım geçmediği takdirde ona hiçbir şey olmaz, bunun için lastik çizme giymeniz gerekir ve Allah, duvara veya metale dokunmanızı yasaklar.

Elektrik akımı bir insanı bir anda öldürebilir; hiçbir uyarı vermeden vurur. Yıldırım dünyaya saniyede yüz kez, günde ise sekiz milyonun üzerinde kez çarpmaktadır. Doğanın bu gücü güneşin yüzeyinden beş kat daha sıcaktır. Elektrik deşarjı saniyede 300.000 amperlik bir kuvvet ve bir milyon voltluk bir kuvvetle çarpıyor. Günlük yaşamımızda evlerimize, dış mekan ışıklarımıza ve şimdi de arabalarımıza güç veren elektriği kontrol edebildiğimizi düşünüyoruz. Ancak orijinal haliyle elektrik kontrol edilemez. Ve yıldırım büyük ölçekte elektriktir. Ancak yıldırım hala büyük bir gizem olmaya devam ediyor. Beklenmedik bir şekilde saldırabilir ve yolu tahmin edilemez olabilir.

Gökyüzündeki yıldırımların hiçbir zararı yoktur ama on yıldırımdan biri yeryüzüne düşer. Yıldırım, her biri merkez üssünde bulunan bir kişiye çarpma kapasitesine sahip birçok dala bölünmüştür. Bir kişiye yıldırım çarptığında, temas halinde akım bir kişiden diğerine geçebilir.

Otuz ve otuz kuralı vardır: Otuz saniyeden daha kısa bir süre sonra şimşek görür ve gök gürültüsünü duyarsanız, sığınacak bir yer aramalısınız ve sonra dışarı çıkmadan önce son gök gürültüsünden itibaren otuz dakika beklemelisiniz. Ancak yıldırım her zaman katı bir düzeni takip etmez.

Açık bir gökyüzünden gelen gök gürültüsü gibi atmosferik bir fenomen var. Çoğunlukla yıldırım, bir bulut bırakarak yere çarpmadan önce on altı kilometreye kadar yol alır. Başka bir deyişle, yıldırım birdenbire ortaya çıkabilir. Yıldırımın rüzgâra ve suya ihtiyacı vardır. Güçlü rüzgarlar nemli havayı kaldırdığında, yıkıcı fırtınaların oluşması için koşullar yaratılır.

Saniyenin milyonda birine sığan bir şeyi bileşenlerine ayırmak imkansızdır. Yanlış inanışlardan biri, yıldırımın yere doğru ilerlediğini görmemizdir, ancak aslında gördüğümüz şey, yıldırımın gökyüzüne dönüş yolu olmasıdır. Yıldırım yere tek yönlü olarak düşmez, aslında bir halkadır, iki yönde ilerleyen bir yoldur. Gördüğümüz şimşek çakması, döngünün son aşaması olan geri dönüş darbesidir. Ve yıldırımın geri dönüşü havayı ısıttığında, arama kartı belirir - gök gürültüsü. Şimşeğin dönüş yolu, yıldırımın şimşek olarak gördüğümüz ve gök gürültüsü olarak duyduğumuz kısmıdır. Binlerce amper ve milyonlarca voltluk ters bir akım yerden buluta doğru akıyor.

Yıldırım düzenli olarak kapalı mekanlarda insanlara elektrik çarpmasına neden olur. Bir yapıya drenaj boruları ve su boruları aracılığıyla farklı yollardan girebilir. Yıldırım, sıradan bir evde mevcut gücü iki yüz ampere ulaşmayan elektrik kablolarına nüfuz edebilir ve elektrik kablolarını yirmi bin ila iki yüz bin amper arasında aşırı yükleyebilir. Belki de evinizdeki en tehlikeli yol telefon aracılığıyla doğrudan elinize çıkıyor. Bina içi elektrik çarpmalarının neredeyse üçte ikisi, yıldırım çarpması sırasında insanların sabit hatlı telefonları açmasıyla meydana geliyor. Telsiz telefonlar fırtınalı havalarda daha güvenlidir ancak yıldırım, telefonun tabanının yakınında duran birine elektrik çarpmasına neden olabilir. Paratoner bile gökyüzündeki yıldırımları yakalayamadığı için sizi her türlü yıldırımdan koruyamaz.

Yıldırımın doğası hakkında

Yıldırımın kökenini açıklayan birkaç farklı teori vardır.

Tipik olarak, bulutun alt kısmı negatif yük taşır ve üst kısmı pozitif yük taşır; bu da bulut-yer sistemini dev bir kapasitör gibi yapar.

Elektriksel potansiyel farkı yeterince büyük olduğunda, yer ile bulut arasında veya bulutun iki kısmı arasında yıldırım olarak bilinen bir boşalma meydana gelir.

Yıldırım sırasında arabada olmak tehlikeli midir?

Bu deneylerden birinde, bir kişinin oturduğu bir arabanın çelik tavanına bir metre uzunluğunda yapay öldürücü yıldırım hedeflendi. Yıldırım kimseye zarar vermeden kasanın içinden geçti. Bu nasıl oldu? Yüklü bir nesnenin yükleri birbirini ittiğinden mümkün olduğu kadar uzaklaşma eğilimi gösterirler.

İçi boş bir mekanik bilyeli pi silindiri durumunda, yükler nesnenin dış yüzeyine dağıtılır. Benzer şekilde, eğer yıldırım bir arabanın metal tavanına çarparsa, o zaman itici elektronlar arabanın yüzeyine son derece hızlı bir şekilde yayılacak ve vücudundan geçerek yere iner. Bu nedenle metal bir arabanın yüzeyi boyunca yıldırım yere iner ve arabanın içine girmez. Aynı sebepten dolayı metal kafes yıldırıma karşı mükemmel bir korumadır. 3 milyon volt voltajı olan bir arabaya yapay yıldırım çarpması sonucu arabanın ve içindeki kişinin vücudunun potansiyeli neredeyse 200 bin volta çıkıyor. Aynı zamanda kişi vücudunun hiçbir noktası arasında potansiyel fark olmadığından elektrik çarpmasına dair en ufak bir belirti yaşamaz.

Bu, modern şehirlerde çok sayıda bulunan, metal çerçeveli, sağlam temellere sahip bir binada kalmanın, yıldırıma karşı neredeyse tamamen koruma sağladığı anlamına gelir.

Kuşların tamamen sakin ve cezasız bir şekilde tellerin üzerinde oturmasını nasıl açıklayabiliriz?

Oturan kuşun gövdesi bir zincirin dalı (paralel bağlantı) gibidir. Bu dalın kuşla olan direnci, kuşun bacakları arasındaki telin direncinden çok daha fazladır. Bu nedenle kuşun vücudundaki mevcut kuvvet ihmal edilebilir düzeydedir. Bir telin üzerinde oturan bir kuş, kanadıyla veya kuyruğuyla direğe dokunursa veya başka bir şekilde yere bağlanırsa, içinden geçerek yere doğru akan akım tarafından anında öldürülürdü.

Yıldırım hakkında ilginç gerçekler

Yıldırımın ortalama uzunluğu 2,5 km'dir. Bazı deşarjlar atmosferde 20 km'ye kadar uzanır.

Yıldırım faydalıdır: Havadan milyonlarca ton nitrojeni alıp bağlayıp toprağa göndererek toprağı gübrelemeyi başarırlar.

Satürn'ün yıldırımı Dünya'nınkinden milyon kat daha güçlüdür.

Bir yıldırım deşarjı genellikle üç veya daha fazla tekrarlanan deşarjdan oluşur; darbeler aynı yolu takip eder. Ardışık darbeler arasındaki aralıklar 1/100 ile 1/10 saniye arasında çok kısadır (yıldırımın titremesine neden olan da budur).

Dünya üzerinde her saniyede yaklaşık 700 şimşek çakıyor. Dünyadaki fırtına merkezleri: Java adası - 220, ekvator Afrika - 150, güney Meksika - 142, Panama - 132, orta Brezilya - yılda 106 fırtınalı gün. Rusya: Murmansk - 5, Arkhangelsk - 10, St. Petersburg - 15, Moskova - yılda 20 fırtınalı gün.

Yıldırım kanalı bölgesindeki hava neredeyse anında 30.000-33.000 ° C sıcaklığa kadar ısınır. Dünyada her yıl ortalama 3.000 kişi yıldırım çarpmasından ölmektedir.

İstatistikler, her 5.000-10.000 uçuş saatinde bir uçağa bir yıldırım düştüğünü gösteriyor; neyse ki, hasar gören uçakların neredeyse tamamı uçmaya devam ediyor.

Yıldırımın ezici gücüne rağmen kendinizi ondan korumak oldukça basittir. Fırtına sırasında açık alanları derhal terk etmeli, hiçbir durumda izole ağaçların altına saklanmamalı, yüksek direklerin ve elektrik hatlarının yakınında bulunmamalısınız. Çelik nesneleri elinizde tutmamalısınız. Ayrıca fırtına sırasında radyo iletişimini veya cep telefonunu kullanamazsınız. İç mekanlarda televizyon, radyo ve elektrikli aletler kapatılmalıdır.

Biyoloji Bilimleri Doktoru, Fiziksel ve Matematik Bilimleri Adayı K. BOGDANOV.

Herhangi bir zamanda, Dünya'nın farklı yerlerinde 2.000'den fazla fırtınada şimşek çakıyor. Dünya yüzeyine her saniye yaklaşık 50 adet yıldırım düşmekte ve ortalama olarak her kilometre kareye yılda altı kez yıldırım düşmektedir. B. Franklin ayrıca gök gürültüsü bulutlarından yere çarpan yıldırımın, kendisine birkaç on kulombluk negatif yük aktaran elektrik deşarjları olduğunu ve bir yıldırım çarpması sırasında akımın genliğinin 20 ila 100 kA arasında değiştiğini gösterdi. Yüksek hızlı fotoğraf, yıldırım deşarjının saniyenin onda biri kadar sürdüğünü ve çok daha kısa deşarjlardan oluştuğunu gösterdi. Yıldırım uzun zamandır bilim adamlarının ilgisini çekmektedir, ancak bugün bile onların doğası hakkında 250 yıl öncesine göre sadece biraz daha fazlasını biliyoruz, ancak onları diğer gezegenlerde bile tespit edebildik.

Bilim ve yaşam // İllüstrasyonlar

Çeşitli malzemelerin sürtünmesiyle elektriklenme yeteneği. Tabloda daha yüksekte bulunan sürtünme çiftinden gelen malzeme pozitif, daha düşük ise negatif olarak yüklenir.

Bulutun negatif yüklü tabanı, altındaki Dünya yüzeyini pozitif yüklenecek şekilde polarize eder ve elektriksel bozulma koşulları ortaya çıktığında bir yıldırım deşarjı meydana gelir.

Fırtına sıklığının kara ve okyanus yüzeylerine dağılımı. Haritadaki en karanlık yerler, kilometrekare başına yılda 0,1'den fazla olmayan fırtına frekanslarına ve en hafif - 50'den fazla fırtınaya karşılık gelir.

Paratonerli şemsiye. Model 19. yüzyılda satıldı ve talep gördü.

Stadyumun üzerinde asılı duran bir fırtına bulutuna sıvı veya lazer fırlatmak, şimşek işaretinin yana sapmasına neden olur.

Fırtına bulutuna bir roket fırlatılmasının neden olduğu birkaç yıldırım çarpması. Soldaki dikey çizgi roketin izidir.

Yazar tarafından Moskova'nın eteklerinde bulunan 7,3 kg ağırlığında büyük bir "dallı" fulgurit.

Erimiş kumdan oluşan içi boş silindirik fulgurit parçaları.

Teksas'tan beyaz fulgurit.

Yıldırım, Dünya'nın elektrik alanını yeniden şarj eden sonsuz bir kaynaktır. 20. yüzyılın başında Dünya'nın elektrik alanı atmosferik sondalar kullanılarak ölçülüyordu. Yüzeydeki yoğunluğunun yaklaşık 100 V/m olduğu ortaya çıktı; bu da gezegenin yaklaşık 400.000 C'lik toplam yüküne karşılık geliyor. Dünya atmosferindeki yüklerin taşıyıcısı, konsantrasyonu rakımla artan ve kozmik radyasyonun etkisi altında elektriksel olarak iletken bir tabaka olan iyonosferin oluştuğu 50 km yükseklikte maksimuma ulaşan iyonlardır. Bu nedenle, Dünyanın elektrik alanı, uygulanan voltajın yaklaşık 400 kV olduğu küresel bir kapasitörün alanıdır. Bu voltajın etkisi altında yoğunluğu 1-2 olan 2-4 kA'lık bir akım sürekli olarak üst katmanlardan alt katmanlara doğru akar. 10 -12 A/m 2 ve 1,5 GW'a kadar enerji açığa çıkar. Ve eğer yıldırım olmasaydı bu elektrik alanı kaybolurdu! Bu nedenle, iyi havalarda elektrik kondansatörü - Dünya - boşalır ve fırtına sırasında şarj edilir.

Kişi, vücudu iyi bir iletken olduğundan Dünya'nın elektrik alanını hissetmez. Bu nedenle, Dünya'nın yükü de insan vücudunun yüzeyindedir ve elektrik alanını yerel olarak bozar. Fırtınalı bir bulut altında, zeminde indüklenen pozitif yüklerin yoğunluğu önemli ölçüde artabilir ve elektrik alan kuvveti, iyi havadaki değerinin 1000 katı olan 100 kV/m'yi aşabilir. Sonuç olarak, fırtına bulutunun altında duran bir kişinin kafasındaki her saçın pozitif yükü aynı miktarda artar ve birbirlerinden uzaklaşarak dik dururlar.

Elektrifikasyon - “yüklü” tozun giderilmesi. Bir bulutun elektrik yüklerini nasıl ayırdığını anlamak için elektrifikasyonun ne olduğunu hatırlayalım. Bir bedeni şarj etmenin en kolay yolu onu bir başkasına sürtmektir. Sürtünme yoluyla elektriklenme, elektrik yükü üretmenin en eski yöntemidir. Yunancadan Rusçaya çevrilen "elektron" kelimesinin kendisi kehribar anlamına gelir, çünkü kehribar yün veya ipeğe sürtüldüğünde her zaman negatif yüklüdür. Yükün büyüklüğü ve işareti sürtünme cisimlerinin malzemelerine bağlıdır.

Bir cismin diğerine sürtünmeye başlamadan önce elektriksel olarak nötr olduğuna inanılıyor. Gerçekten de, yüklü bir cismi havada bırakırsanız, zıt yüklü toz parçacıkları ve iyonlar ona yapışmaya başlayacaktır. Böylece, herhangi bir cismin yüzeyinde, vücudun yükünü nötralize eden "yüklü" bir toz tabakası bulunur. Bu nedenle sürtünme yoluyla elektrifikasyon, "yüklü" tozun her iki gövdeden kısmen uzaklaştırılması işlemidir. Bu durumda sonuç, "yüklü" tozun sürtünme gövdelerinden ne kadar iyi veya kötü çıkarıldığına bağlı olacaktır.

Bulut, elektrik yüklerinin üretimi için bir fabrikadır. Tabloda listelenen malzemelerden birkaçının bulutta olduğunu hayal etmek zor. Bununla birlikte, aynı malzemeden yapılmış olsalar bile gövdelerde farklı "yüklü" tozlar görünebilir - yüzey mikro yapısının farklı olması yeterlidir. Örneğin pürüzsüz bir cisim kaba bir cisme sürtündüğünde her ikisi de elektriklenir.

Fırtına bulutu, bir kısmı küçük damlacıklar veya buz kütleleri halinde yoğunlaşan büyük miktarda buhardır. Fırtına bulutunun tepesi 6-7 km yükseklikte olabilir ve alt kısmı 0,5-1 km yükseklikte yerden sarkabilir. 3-4 km'nin üzerinde sıcaklık her zaman sıfırın altında olduğundan bulutlar farklı boyutlarda buz kütlelerinden oluşur. Bu buz parçaları, dünyanın ısıtılmış yüzeyinden yükselen sıcak hava akımlarının neden olduğu sürekli hareket halindedir. Küçük buz parçaları, yükselen hava akımları tarafından büyük buz parçalarına göre daha kolay taşınır. Bu nedenle, bulutun tepesine doğru hareket eden "çevik" küçük buz parçaları sürekli olarak büyük buz parçalarıyla çarpışır. Bu tür her çarpışmada, büyük buz parçalarının negatif olarak ve küçük buz parçalarının pozitif olarak yüklendiği elektrifikasyon meydana gelir. Zamanla, pozitif yüklü küçük buz parçaları bulutun tepesine, negatif yüklü büyük buz parçaları ise alt kısmına ulaşır. Başka bir deyişle fırtınanın üst kısmı pozitif, alt kısmı ise negatif yüklüdür. Havanın parçalandığı ve gök gürültüsü bulutunun dibinden gelen negatif yükün Dünya'ya aktığı yıldırım deşarjı için her şey hazır.

Yıldırım uzaydan gelen bir selamdır ve X-ışını radyasyonunun kaynağıdır. Ancak bulutun kendisi, alt kısmı ile yer arasında bir deşarj oluşturacak kadar kendisini elektriklendiremez. Fırtına bulutundaki elektrik alan kuvveti hiçbir zaman 400 kV/m'yi aşmaz ve havadaki elektriksel bozulma 2500 kV/m'nin üzerinde bir voltajda meydana gelir. Bu nedenle yıldırımın oluşması için elektrik alanından başka bir şeye ihtiyaç vardır. 1992 yılında Fizik Enstitüsü'nden Rus bilim adamı A. Gurevich adını aldı. P. N. Lebedev RAS (FIAN), kozmik ışınların (uzaydan ışık hızına yakın hızlarda Dünya'ya düşen yüksek enerjili parçacıklar) bir tür yıldırım kıvılcımı olabileceğini öne sürdü. Bu tür parçacıklardan binlercesi her saniye dünya atmosferinin her metrekaresini bombalıyor.

Gurevich'in teorisine göre, bir hava molekülüyle çarpışan bir kozmik radyasyon parçacığı onu iyonize ederek çok sayıda yüksek enerjili elektronun oluşmasına neden olur. Bulut ile yer arasındaki elektrik alanına giren elektronlar ışık hızına yakın hızlara çıkar, yollarını iyonlaştırır ve böylece elektronların onlarla birlikte yere doğru hareket etmesine neden olur. Bu elektron çığının oluşturduğu iyonize kanal, yıldırım tarafından deşarj için kullanılır (bkz. "Bilim ve Yaşam" No. 7, 1993).

Şimşeği gören herkes bunun bulut ile yeri birbirine bağlayan parlak bir düz çizgi değil, kesikli bir çizgi olduğunu fark etmiştir. Bu nedenle yıldırım deşarjı için iletken bir kanal oluşturma sürecine "adım lideri" adı verilir. Bu "adımların" her biri, ışık hızına yakın hızlara çıkan elektronların, hava molekülleriyle çarpışması nedeniyle durduğu ve hareket yönünü değiştirdiği yerdir. Yıldırımın kademeli doğasının bu şekilde yorumlanmasının kanıtı, yıldırımın sanki tökezliyormuş gibi yörüngesini değiştirdiği anlara denk gelen X-ışını radyasyonunun parlamalarıdır. Son araştırmalar, yıldırımın oldukça güçlü bir X-ışını radyasyonu kaynağı olduğunu, yoğunluğunun 250.000 elektron volta kadar çıkabildiğini göstermiştir; bu, göğüs röntgeninde kullanılanın yaklaşık iki katıdır.

Yıldırım çarpması nasıl tetiklenir? Bilinmeyen bir yerde ne zaman ne olacağını incelemek çok zordur. Ve yıldırımın doğasını inceleyen bilim adamları uzun yıllar boyunca tam da bu şekilde çalıştılar. Gökyüzündeki fırtınanın İlyas peygamber tarafından yönetildiğine inanılıyor ve onun planlarını bize bildirmiyor. Ancak bilim adamları uzun süredir gök gürültüsü ile dünya arasında iletken bir kanal oluşturarak İlyas peygamberin yerini almaya çalışıyorlar. Bunu yapmak için B. Franklin fırtına sırasında bir tel ve bir grup metal anahtarla biten bir uçurtma uçurdu. Bunu yaparak telden aşağı doğru akan zayıf deşarjlara neden oldu ve yıldırımın bulutlardan yere doğru akan negatif bir elektrik deşarjı olduğunu kanıtlayan ilk kişi oldu. Franklin'in deneyleri son derece tehlikeliydi ve bunları tekrarlamaya çalışanlardan biri olan Rus akademisyen G.V. Richman, 1753'te yıldırım düşmesi sonucu öldü.

1990'lı yıllarda araştırmacılar, hayatlarını tehlikeye atmadan yıldırım yaratmayı öğrendiler. Yıldırımı tetiklemenin bir yolu, yerden küçük bir roketi doğrudan fırtına bulutuna fırlatmaktır. Roket, tüm yörüngesi boyunca havayı iyonize eder ve böylece bulut ile yer arasında iletken bir kanal oluşturur. Ve eğer bulutun altındaki negatif yük yeterince büyükse, oluşturulan kanal boyunca, tüm parametreleri roket fırlatma rampasının yanında bulunan aletler tarafından kaydedilen bir yıldırım deşarjı meydana gelir. Yıldırım çarpması için daha iyi koşullar yaratmak amacıyla rokete, onu yere bağlayan metal bir tel bağlanıyor.

Yıldırım: Hayat veren ve evrimin motoru. 1953 yılında biyokimyacılar S. Miller (Stanley Miller) ve G. Urey (Harold Urey), yaşamın "yapı taşlarından" biri olan amino asitlerin, içindeki gazların bulunduğu sudan elektrik deşarjı geçirilerek elde edilebileceğini gösterdiler. Dünyanın "ilkel" atmosferi çözülür (metan, amonyak ve hidrojen). 50 yıl sonra başka araştırmacılar da bu deneyleri tekrarladılar ve aynı sonuçlara ulaştılar. Bu nedenle, Dünya'daki yaşamın kökenine ilişkin bilimsel teori, yıldırım çarpmalarına temel bir rol vermektedir.

Bakterilerden kısa akım darbeleri geçtiğinde, kabuklarında (zarlarında) gözenekler belirir ve bu gözeneklerden diğer bakterilerin DNA parçaları geçebilir ve evrim mekanizmalarından birini tetikler.

Kışın fırtınalar neden çok nadir görülür? F.I. Tyutchev, "Baharın ilk gök gürültüsünün olduğu Mayıs ayı başlarındaki gök gürültülü fırtınaları seviyorum ...", kışın neredeyse hiç fırtına olmadığını biliyordu. Fırtına bulutunun oluşması için yükselen nemli hava akımları gereklidir. Doymuş buharların konsantrasyonu sıcaklık arttıkça artar ve yaz aylarında maksimuma ulaşır. Yükselen hava akımlarının bağlı olduğu sıcaklık farkı daha büyüktür, dünya yüzeyindeki sıcaklığı ne kadar yüksek olursa, birkaç kilometre yükseklikte sıcaklığı yılın zamanına bağlı değildir. Bu, yükselen akıntıların yoğunluğunun da yaz aylarında maksimum olduğu anlamına gelir. Bu nedenle yazın en sık gök gürültülü sağanak yağışlar görüyoruz, ancak yazın bile soğuk olduğu kuzeyde gök gürültülü fırtınalar oldukça nadirdir.

Fırtınalar neden karada denizden daha sık görülür? Bir bulutun boşalması için altındaki havada yeterli sayıda iyon bulunması gerekir. Yalnızca nitrojen ve oksijen moleküllerinden oluşan hava iyon içermez ve elektrik alanında bile iyonlaşması çok zordur. Ancak havada çok fazla yabancı parçacık varsa, örneğin toz varsa, o zaman çok fazla iyon da vardır. İyonlar, çeşitli malzemelerin birbirlerine sürtünmeyle elektriklenmesi gibi, havadaki parçacıkların hareketi ile oluşur. Açıkçası, karadaki havada okyanuslara göre çok daha fazla toz var. Bu nedenle gök gürültülü fırtınalar karada daha sık görülür. Ayrıca, her şeyden önce, havadaki aerosol konsantrasyonunun özellikle yüksek olduğu, duman ve petrol rafineri endüstrisi işletmelerinden kaynaklanan emisyonların olduğu yerlere yıldırım çarptığı da fark edildi.

Franklin yıldırımı nasıl saptırdı? Neyse ki, çoğu yıldırım çarpması bulutların arasında meydana gelir ve bu nedenle herhangi bir tehdit oluşturmaz. Ancak yıldırımın dünya çapında her yıl binden fazla insanı öldürdüğüne inanılıyor. En azından bu tür istatistiklerin tutulduğu Amerika Birleşik Devletleri'nde her yıl yaklaşık 1000 kişi yıldırım düşmesine maruz kalıyor ve yüzden fazlası ölüyor. Bilim insanları uzun zamandır insanları bu “Allah’ın cezasından” korumaya çalışıyorlar. Örneğin, ilk elektrik kondansatörünün (Leyden kavanozu) mucidi Pieter van Muschenbrouck (1692-1761), ünlü Fransız Ansiklopedisi için yazdığı elektrik konulu makalesinde, yıldırım çalmasını ve zillerin ateşlenmesini engellemenin geleneksel yöntemlerini savundu. oldukça etkili olduğuna inanıyordu.

Maryland eyaletinin başkentinin başkentini korumaya çalışan Benjamin Franklin, 1775 yılında kubbeden birkaç metre yüksekte yükselen ve yere bağlanan binaya kalın bir demir çubuk taktı. Bilim adamı, buluşunun mümkün olan en kısa sürede insanlara hizmet etmeye başlamasını isteyerek patent almayı reddetti.

Franklin'in paratonerinin haberi hızla Avrupa'ya yayıldı ve kendisi, Rusya dahil tüm akademilere seçildi. Ancak bazı ülkelerde dindar nüfus bu buluşu öfkeyle karşıladı. Bir kişinin "Tanrı'nın gazabının" ana silahını bu kadar kolay ve basit bir şekilde evcilleştirebileceği fikri küfür gibi görünüyordu. Bu nedenle farklı yerlerde insanlar dini nedenlerle paratonerleri kırdılar. 1780 yılında Fransa'nın kuzeyindeki küçük Saint-Omer kasabasında kasaba halkının demir paratoner direğinin yıkılmasını talep ettiği ilginç bir olay meydana geldi ve konu yargıya taşındı. Paratoneri gericilerin saldırılarına karşı savunan genç avukat, savunmasını hem insan aklının hem de onun doğa güçlerini fethetme yeteneğinin ilahi kökenli olduğu gerçeğine dayandırdı. Genç avukat, hayat kurtarmaya yardımcı olan her şeyin iyilik için olduğunu savundu. Davayı kazandı ve büyük bir üne kavuştu. Avukatın adı Maximilian Robespierre'di. Artık paratoner mucidinin portresi dünyadaki en çok arzu edilen röprodüksiyondur çünkü o, meşhur yüz dolarlık banknotu süslüyor.

Su jeti ve lazer kullanarak kendinizi yıldırımdan nasıl korursunuz?. Son zamanlarda, yıldırımla mücadelede temelde yeni bir yöntem önerildi. Yerden doğrudan fırtına bulutlarına fırlatılacak bir sıvı jetinden bir paratoner oluşturulacak. Yıldırım sıvısı, sıvı polimerlerin eklendiği bir tuzlu su çözeltisidir: tuzun elektrik iletkenliğini artırması amaçlanır ve polimer, jetin bireysel damlacıklara "parçalanmasını" önler. Jetin çapı yaklaşık bir santimetre, maksimum yüksekliği ise 300 metre olacak. Sıvı paratoner son halini aldığında spor ve çocuk oyun alanları ile donatılacak, burada elektrik alan şiddeti yeterli seviyeye ulaştığında ve yıldırım düşme ihtimali maksimuma ulaştığında çeşme otomatik olarak açılacaktır. Bir fırtına bulutundan bir sıvı akışı boyunca bir yük akacak ve bu da yıldırımı başkaları için güvenli hale getirecek. Yıldırım deşarjına karşı benzer bir koruma, ışını havayı iyonize ederek insan kalabalığından uzakta bir elektrik deşarjı için bir kanal oluşturacak bir lazer kullanılarak yapılabilir.

Yıldırım bizi yanlış yola sürükleyebilir mi? Evet, eğer pusula kullanırsan. G. Melville'in "Moby Dick" adlı ünlü romanında, güçlü bir manyetik alan yaratan bir yıldırım deşarjının pusula iğnesini yeniden mıknatıslaması durumunda tam olarak böyle bir durum anlatılmaktadır. Ancak geminin kaptanı bir dikiş iğnesi aldı, onu mıknatıslamak için vurdu ve yerine hasarlı pusula iğnesini koydu.

Bir evin veya uçağın içinde yıldırım çarpabilir mi? Maalesef evet! Yıldırım akımı, yakındaki bir direkten gelen telefon kablosu aracılığıyla bir eve girebilir. Bu nedenle fırtına sırasında normal bir telefon kullanmamaya çalışın. Telsiz telefon veya cep telefonuyla konuşmanın daha güvenli olduğuna inanılıyor. Fırtına sırasında evi yere bağlayan kalorifer tesisatına ve su borularına dokunmamalısınız. Aynı nedenlerden dolayı uzmanlar, fırtına sırasında bilgisayarlar ve televizyonlar da dahil olmak üzere tüm elektrikli cihazların kapatılmasını tavsiye ediyor.

Uçaklara gelince, genel olarak gök gürültülü fırtınaların olduğu bölgelerde uçmaya çalışıyorlar. Yine de ortalama olarak yılda bir kez uçaklardan birine yıldırım çarpıyor. Akımı yolcuları etkilemez; uçağın dış yüzeyinden aşağı doğru akar, ancak radyo iletişimine, navigasyon ekipmanına ve elektronik aksamlara zarar verebilir.

Fulgurit fosilleşmiş yıldırımdır. Yıldırım deşarjı sırasında 10 9 -10 10 joule enerji açığa çıkar. Büyük bir kısmı şok dalgası (gök gürültüsü) oluşturmak, havayı ısıtmak, yanıp sönen ışık ve diğer elektromanyetik dalgaları oluşturmak için harcanır ve sadece küçük bir kısmı yıldırımın yere girdiği yerde serbest bırakılır. Ancak bu “küçük” kısım bile yangın çıkarmak, bir insanı öldürmek ve bir binayı yıkmak için yeterlidir. Yıldırım içinden geçtiği kanalı 30.000'e kadar ısıtabilir ° C, Güneş yüzeyindeki sıcaklıktan beş kat daha yüksek. Yıldırımın içindeki sıcaklık, kumun erime noktasından (1600-2000°C) çok daha yüksektir, ancak kumun eriyip erimemesi aynı zamanda yıldırımın onlarca mikrosaniyeden saniyenin onda birine kadar değişebilen süresine de bağlıdır. . Bir yıldırım akımı darbesinin genliği genellikle birkaç on kiloampere eşittir, ancak bazen 100 kA'yı aşabilir. En güçlü yıldırım çarpmaları, içi boş erimiş kum silindirleri olan fulguritlerin doğuşuna neden olur.

Fulgurit kelimesi Latince şimşek anlamına gelen fulgur kelimesinden gelir. Kazılan en uzun fulguritler yeraltına beş metreden fazla derinliğe indi. Fulguritler, yıldırım çarpması sonucu oluşan katı kayaların eriyikleri olarak da adlandırılır; bazen kayalık dağ tepelerinde çok sayıda bulunurlar. Erimiş silikadan oluşan fulguritler genellikle kalem veya parmak kalınlığında koni şeklinde tüpler halinde görünür. İç yüzeyleri pürüzsüz ve erimiş olup, dış yüzeyleri erimiş kütleye yapışan kum tanelerinden oluşur. Fulguritlerin rengi kumlu topraktaki mineral safsızlıklarına bağlıdır. Çoğunun rengi ten rengi, gri veya siyahtır, ancak yeşilimsi, beyaz ve hatta yarı saydam fulguritler de bulunur.

Görünüşe göre fulguritlerin ve bunların yıldırım çarpmasıyla olan bağlantısının ilk tanımı 1706 yılında Papaz David Hermann tarafından yapılmıştır. Daha sonra birçok kişi yıldırım çarpan insanların yakınında fulgurit buldu. Charles Darwin, Beagle ile dünya turu sırasında, Maldonado (Uruguay) yakınlarındaki kumlu kıyıda, kumun içine dikey olarak bir metreden fazla inen birkaç cam tüp keşfetti. Boyutlarını tanımladı ve oluşumlarını yıldırım deşarjlarıyla ilişkilendirdi. Ünlü Amerikalı fizikçi Robert Wood, kendisini neredeyse öldüren yıldırımın “imzasını” aldı:

"Şiddetli bir fırtına geçmişti ve üzerimizdeki gökyüzü çoktan açılmıştı. Evimizi görümcemin evinden ayıran tarlada yürüdüm. Yol boyunca yaklaşık on metre yürüdüm ve aniden kızım Margaret beni aradı. Yaklaşık on saniye kadar durdum ve zar zor ilerledim, aniden parlak mavi bir çizgi gökyüzünü kesti, on iki inçlik bir silahın kükremesi yirmi adım önümdeki yola çarparak büyük bir buhar sütunu yükselterek daha da ileri gittim. Yıldırımın nasıl bir iz bıraktığını görmek için. Yıldırımın çarptığı yerde yaklaşık beş inç çapında bir yonca yandı ve ortasında yarım inçlik bir delik vardı... Laboratuvara döndüm, sekiz pound erittim. teneke ve deliğe döktüm... Kalay sertleştiğinde kazdığım şey, devasa, hafif kavisli bir köpek kuyruğuna benziyordu, beklendiği gibi sapta ağırdı ve yavaş yavaş uca doğru yaklaşıyordu. üç fitten daha uzun" (V. Seabrook'tan alıntı. Robert Wood. - M.: Nauka, 1985, s. 285).

Yıldırım deşarjı sırasında kum içinde cam boru görünümü, kum taneleri arasında daima hava ve nem bulunmasından kaynaklanmaktadır. Yıldırımın elektrik akımı saniyenin çok küçük bir bölümünde havayı ve su buharını muazzam sıcaklıklara ısıtarak kum taneleri arasındaki hava basıncında patlayıcı bir artışa ve Wood'un duyduğu ve gördüğü genişlemeye neden olur ve mucizevi bir şekilde yıldırımın kurbanı olmaz. Genişleyen hava, erimiş kumun içinde silindirik bir boşluk oluşturur. Daha sonra hızlı soğutma, kumdaki bir cam tüp olan fulguriti sabitler.

Genellikle kumdan dikkatlice kazılan fulgurit, çok sayıda sürgün içeren bir ağaç kökü veya dalı şeklindedir. Bu tür dallı fulguritler, bilindiği gibi elektrik iletkenliği kuru kuma göre daha yüksek olan ıslak kuma yıldırım düştüğünde oluşur. Bu durumlarda toprağa giren yıldırım akımı hemen yanlara doğru yayılmaya başlar ve bir yapı oluşturur. Bir ağacın köküne benzer ve ortaya çıkan fulgurit yalnızca bu şekli tekrarlar. Fulgurit çok kırılgandır ve yapışan kumu temizleme girişimleri, özellikle ıslak kumda oluşan dallı fulguritler için sıklıkla tahrip olmasına yol açar.

Bu “Haber” programından sonra pop yıldızları bile yüksek gerilim işçilerinin popülaritesiyle yarışamadı. Herkes, bir Çin vatandaşının yıldırım çarpmasının ardından yere düştüğü, hızla ayağa fırladığı, kendini silkelediği ve yoluna devam etmek istediği, ancak ikinci bir yıldırımın ölümcül bir sonuç olmadan onu tekrar tekrar yere düşürdüğünün doğru olup olmadığını bilmek istiyordu. Benzer birçok hikaye var. Popüler kitaplar ve dergiler size stadyumdaki futbolcuların, otobüs durağındaki yolcuların ve meradaki neredeyse bütün bir inek sürüsünün büyük yenilgisini anlatacak. Hikayeler tüyler ürpertici. Bir düzine kişi hastanede. Ama hastanede, mezarlıkta değil. Bir kişi yıldırımın doğrudan etkisine dayanabiliyorsa, yıldırım tehlikesi fazlasıyla abartılabilir mi? Peki etkinin doğrudan olduğunu kim söyledi? Çoğu zaman durum böyle değildir.

Yıldırım deşarjına güçlü bir elektrik akımı eşlik eder. Ortalama bir yıldırım çarpmasında bile bu değer 30.000 A'ya yakındır ve en güçlüleri için bu değer neredeyse bir kat daha fazladır. Sonuçta bu akım toprakta Dünya'nın tüm hacmine yayılır. Herhangi bir paratoner topraklanmalıdır. Bunu yapmak için paratoner üzerine bir topraklama iletkeni monte edilir. Dikey veya yatay olarak bir veya daha fazla yeraltı topraklama elektrodundan oluşur. Akım metal elektrotlardan toprağa akar ve burada herhangi bir iletkende olduğu gibi Ohm kanunu uygulanır. Akım ve direncin çarpımı voltajı verir, bu durumda toprak elektrotu üzerindeki voltaj:

İfade tanıdık geliyor ama yine de tam değil çünkü sıfır olarak kabul edilen topraktaki voltajdan bahsediyoruz. Sonuçta gerilim altında kalmamak için topraklanmış olmalarının nedeni de budur. Ve burada mecazi anlamda değil, tam anlamıyla baş aşağı çıkıyor. Gerilim, normalde ve sağlam bir şekilde yere basan ayakları aracılığıyla kişiye etki eder. Bu açıklama gerektirir. Ve en basitinden başlamalıyız. Toprak ne kadar iyi bir iletkendir? Cevap açık görünüyor; eğer elektrikçiler ve güvenlik uzmanları her zaman topraklama hakkında konuşuyorsa kesinlikle iyi bir cevap. Bilim ve teknoloji belirli değerlendirmelere alışıktır. Çok, az, iyi, kötü kelimeleri konunun özünü açıklamamaktadır. İletkenlerin kalitesi dirençlerine göre değerlendirilir. İyi toprak için bu değer 100 Ohm*m'ye yakındır; siyah çelikten milyarlarca kat daha fazladır! Karşılaştırma ikna edici olmaktan çok daha fazlasıdır. Yıldırım akımının zeminde yayıldığı çok büyük bir hacim yardımcı olur.

Okuyucunun beni nitel bir açıklama yaparken yakalamasını istemediğim için hemen niceliksel değerlendirmelere geçeceğim. Bunu yapmak için normal voltaj yerine okul fiziğinden başka bir parametre kullanmakta fayda var. Elektrik alan gücünden bahsedeceğiz. Bu, bazı ortamlarda birim uzunluk başına düşen gerilim düşümünün büyüklüğüne verilen addır, örneğin 1 m uzunluk boyunca topraktaki gerilim düşümü, bu arada 1 m'lik bir uzunluk yaklaşık adım uzunluğudur. bir yetişkin. Gerilimin metre başına volt cinsinden ölçüldüğünü unutmayın. Eğer topraktaki elektrik alanı E gr 1 V/m ise, kişinin bacakları arasında l = 1 m uzunluğunda bir gerilim etki edecektir.

Yıldırım akımının topraktaki elektrik alanını değerlendirme zamanı. Topraklama çubuğu d = 0,5 m çapında yarım küre şeklinde yapılmış (orta büyüklükte bir tencere veya pilav kazanı) bir paratonere çarptığını ve şekildeki gibi yere gömüldüğünü düşünelim. İncir. 1. Yıldırım akımı I M, yoğunluğunun olacağı metal yarım kürenin yüzeyinden simetrik olarak akacaktır.

30.000 A akıma sahip ortalama bir yıldırım düşmesi için bizim durumumuzda j M ≈ 7,6 × 10 4 A/m 2 elde edilir. Aşağıda Ohm yasasıyla tam bir benzetme yer almaktadır. Zemin gerilimini E gr elde etmek için akım yoğunluğunu toprak direnci ρ ile çarpmak gerekir.

Yüksek iletkenliğe sahip toprağa odaklansak bile (ρ ≈ 100 Ohm*m), 7.600.000 V/m gibi oldukça etkileyici bir değer elde ederiz. Buradaki 1 m adım uzunluğundaki voltaj neredeyse sekiz milyon volt olacaktır. Çinli bir televizyoncunun sağlığına zarar vermeden buna dayanabileceğini hayal etmek zor. Büyük olasılıkla ikinci bir fermuara gerek kalmayacaktır.

Burada elde edilen değer uzmanlar tarafından adlandırılmaktadır. adım gerilimi (ayrıca adım gerginliği diyorlar). Yıldırım çarpması civarında bunun nasıl değiştiğini anlamak önemlidir. Toprak her yerde aynı ise her şey yıldırım akımı yoğunluğuna göre belirlenir. Yarım küre şeklindeki toprak elektrodundan uzaklaştıkça simetri nedeniyle akımın aktığı yüzey yarım küre şeklinde kalacaktır. ve yarıçapı r sürekli olarak artacaktır. Bununla birlikte, yarım küre yüzeyin akımla "dolu" alanı artacak ve buna bağlı olarak yoğunluğu azalacaktır.

Elektrik alan kuvveti de hızla azalmaya başlayacak

Örneğimizdeki ilk milyonlardan r = 10 m uzaklıkta, 5.000 V/m'den biraz daha az kalacaktır. Bu da hassastır, ancak kural olarak ölümcül değildir, çünkü yüksek voltajın süresi, yıldırım akımının süresi gibi neredeyse 0,1 milisaniyeden fazla değildir. Yüksek voltajlı bir adım sizi kolayca ayaklarınızı yerden kesebilir, ancak bir kişinin büyük olasılıkla ayağa kalkacak kadar gücü vardır.

Okuyucu rakamlardan bıkmadıysa ve bu çizgiye ulaştıysa, büyük ağaçların altındaki fırtınadan saklanmama konusundaki eski tavsiyenin nereden geldiğini anlaması onun için kolay olacaktır. Önemli yükseklik nedeniyle, bunlara yıldırım çarpması olasılığı yüksektir. Vurulduğunda akım, bir toprak elektrodundan geçer gibi ağacın kök sisteminden akacaktır. Köklere yakın elektrik alanı özellikle güçlüdür. Burada ayakta durmanın, oturmanın ve özellikle uzanmanın da tavsiye edilmediği açıktır, çünkü bir kişinin uzunluğu adım uzunluğunun iki katıdır.

Tekrar rakamlara dönecek olursak, bunların hiç de abartılı olmadığını kabul etmemiz gerekir. 100.000 A'lık bir yıldırım akımı bile çok nadir değildir ve toprağın direnci, tahminlerde kullanılandan onlarca kat daha fazla olabilir. Bu nedenle yaşamı tehdit eden adım gerilimi, yıldırımın düştüğü noktadan yeterince uzak bir mesafede tutulabilir. Son olarak toprak elektrodunun şekli dikkate alınmalıdır. Yukarıdaki tüm tahminler yarı küresel toprak elektrodu için yapılmıştır. Yukarıdaki formüllerden de görülebileceği gibi elektrik alanı, mesafenin karesiyle ters orantılı olarak çok hızlı bir şekilde azalır. Daha sıklıkla, topraklama iletkenleri uzun baralardan veya yarım küreye çok az benzeyen çubuklardan monte edilir. Elektrik alanları çok daha yavaş azalır. Sonuç olarak, yıldırıma tehlikeli maruz kalma yarıçapı çok belirgin bir şekilde, bazen onlarca metreye kadar artar. Bu, sahildeki veya futbol sahasındaki kitlesel insan kayıplarını açıklıyor.

Yerel yıldırımdan korunma standartlarının önerdiği tipik bir topraklama cihazı için adım voltajının hesaplanmasının sonuçları aşağıda verilmiştir. 10 m uzunluğunda yatay bir otobüs ve her biri 5 m'lik üç dikey çubuktan oluşur; ikisi otobüsün kenarlarında ve biri ortada. Toprak direnci 1000 Ohm*m (nemlendirilmemiş kum), yıldırım akımı 100 kA. Bu güçlü bir yıldırımdır; yıldırım deşarjlarının %98'i daha az akıma sahiptir. Grafikteki rakamlar etkileyicidir - doğrudan toprak elektrodunda yüzlerce kilovolt, 15 m mesafede 70 kV'un üzerinde ve 40 m mesafede en az 10 kV.

Kurtarıcı İsa Katedrali Moskova'da restore edilirken, tasarımcılar, kayda değer yüksekliği göz önüne alındığında, neredeyse her yıl bir yıldırım çarpmasının beklenmesi gerektiğini hesaba kattılar. Bu darbenin verandada büyük bir insan kalabalığının olduğu bir tatilde meydana gelmesi mümkündür. Cemaatçilerin güvenliğini garanti altına almak için, yıldırım akımının çok kapsamlı bir yer altı bara sistemi üzerinden yayılmasını sağlamak ve böylece adım gerilimlerini en aza indirmek gerekiyordu.

Yerdeki güçlü elektrik alanı başka bir sıkıntıyı da beraberinde getiriyor. Alan şiddeti 1 MV/m'ye çıktığında toprakta iyonlaşma başlar. Belirli koşullar altında bu, toprağın yüzeyi boyunca kayan ve hafifçe içine giren bir plazma kanalının büyümesine yol açar. Kanallar (laboratuvarda çekilen bu fotoğrafta olduğu gibi birkaç tane olabilir) yıldırım akımının verildiği noktadan hareket edebilir.

onlarca metre. Aslında bunları sadece havada değil, dünya yüzeyi boyunca yıldırımın devamı olarak değerlendirmek gerekir. Bunun onları daha az tehlikeli kılmadığını söylemek gerekir, çünkü kanaldaki akım yıldırım akımının yüzde onlarcasıdır ve sıcaklık açıkça 6000 0'dan yüksektir. Umarım okuyucunun, böyle bir kanalın, yağ yükleme rafındaki yakıt sızıntısı alanıyla veya örneğin bir telefon kablosu veya mikroelektronik sistemi kontrol eden bir yer altı kablosuyla temas etmesinin sonuçlarını hayal etmek için fazla hayal gücüne ihtiyacı yoktur.

Kurak geçen 2010 yılında, merkezi televizyon, Omsk bölgesindeki bir fırtınada tamamen yanan bir köyden bir haber yayınladı. Bir Moskova muhabiri köyün büyükannelerine şunu sordu: "Neden söndürmediler?" Hep bir ağızdan cevap verdiler; "Korkunçtu; ateşli oklar yerde sürünüyordu." Fotoğrafa bir kez daha bakın. Gerçekten öyle mi görünüyor? Büyükannelerin korkması boşuna değildi. Kıvılcım kanallarındaki elektrik alanı, metal baralardaki elektrik alanından pek farklı değildir. Onlara yaklaşmak kolaylıkla ölümle sonuçlanabilir.

Sunulanlar, kişinin yıldırımın yaratıcılığına ikna olması için yeterlidir. Paratonerlerin yardımıyla yukarıdan güvenilir bir koruma kurdunuz ve bu, dolambaçlı bir manevra ile size doğru geçerek dünya yüzeyinde yol alıyor. Bu nedenle neredeyse tüm popüler makaleler, profesyonelleri unutmama çağrısıyla bitiyor. Tehditkar doğa olaylarıyla şaka yapmak risklidir ve bunları hafife almak kabul edilemez.

E. M. Bazelyan, Teknik Bilimler Doktoru, Profesör
Enerji Enstitüsü G.M. Krzhizhanovski, Moskova

Gelecekte bu sitenin yıldırımdan korunma konusunda temel bir ders kitabı olarak hizmet edeceğini umuyoruz. Burada sürekli olarak yıldırım elektriğinin gerçek tehlikeleri ve modern yıldırımdan korunma yöntemleri hakkında makaleler yayınlamayı planlıyoruz. Sorunun özünü anlamanıza ve sorunu çözmek için kullanabileceğiniz yolları değerlendirmenize yardımcı olmak için tasarlanmıştır.

Eğer anlaşılması güç fiziksel terimler olmadan açıklarsak, yıldırım her zaman en yüksek cisme çarpar. Çünkü yıldırım bir elektrik boşalmasıdır ve en az dirençli yol boyunca ilerler. Bu yüzden ilk önce tarladaki en yüksek ağaca, şehirdeki en yüksek binaya çarpacaktır. Örneğin Ostankino televizyon kulesine yılda yaklaşık 50 kez yıldırım düşüyor!

Yıldırımın uzunluğu 20 km'ye kadar, çapı ise 10 ila 45 cm arasında olabilir. Yıldırım saniyenin onda biri kadar "yaşar" ve ortalama hızı 150 km/s'dir. Bu durumda yıldırımdaki akım şiddeti 200.000 A'e ulaşır.

Açık alanda yıldırım sizi yakalarsa ne yapmalısınız?

• Uzun ağaçların, özellikle de tek ağaçların altına saklanmayın. Bu durumda en tehlikeli ağaçlar meşe ve kavak gibi yaprak döken ağaçlardır. Ancak iğne yapraklı ağaçlara yıldırım çarpması çok daha az görülür çünkü bunlar elektriksel dirence sahip esansiyel yağlar içerirler (bu arada ıhlamur, ceviz ve kayın da güvenlik bölgesindedir, ayrıca yağlar içerirler). Bu durumda çalılıklara veya alçak çalılıklara girmek son derece olası değildir.
• Açık alanda bir deliğe veya hendeğe saklanmak en iyisidir. Bu durumda, hiçbir durumda yere yatmayın: Oturmak daha iyidir, başınızı çevredeki nesnelerden daha yüksek olmayacak şekilde hafifçe bükün. Olası hasar alanını azaltmak için bacaklarınızı bir arada tutun.
• Kaçma. Koşarken oluşturduğunuz hava akımı top yıldırımlarını çekebilir.
• Şemsiyenizi katlayın ve cep telefonunuzu kapatın, ayrıca diğer metal nesnelerden de kurtulun: bunları güvenli bir mesafeye (en az 15 m) yerleştirin.
• İki veya üç kişiyseniz, vücudumuz deşarj için mükemmel bir iletken olduğundan herkes kendine ayrı bir sığınak bulmalıdır.
• Fırtına sırasında su kütlelerinde yüzmeyin. Kötü hava koşulları sizi şaşırtırsa sudan kaçmayın veya kollarınızı sallamayın. Sakince ve yavaşça göletten çıkın.
• Dağlardaysanız keskin çıkıntılardan ve yüksekliklerden kaçının.

Yıldırımın Düşmek üzere Olduğunu Nasıl Anlarsınız?

Açık bir alandaysanız ve bir anda saçlarınızın diken diken olduğunu, cildinizin hafif karıncalandığını hissediyorsanız ya da nesnelerden bir titreşim geldiğini hissediyorsanız bu patlama yapmak üzere olduğunuz anlamına gelir.

Bu tür duyumlar yıldırım çarpmasından 3-4 saniye önce ortaya çıkar. Hemen öne doğru eğilin, ellerinizi dizlerinizin üzerine koyun (asla yere koymayın!), topuklarınız birbirine yakın olacak şekilde şokun vücudunuzdan geçmesini önleyin.

Fırtına sırasında içerideyseniz ne yapmalısınız?

• Havalandırma deliklerini, pencereleri ve kapıları kapatın.
• Elektrikli aletlerin fişini çekin.
• Pencerelerden ve metal nesnelerden uzaklaşın.
• Acil bir arama yapmanız gerekiyorsa, bunu yıldırım düşmesinden hemen sonra ve hızlı bir şekilde yapın.

Bir insana yıldırım çarparsa ne olur?

Bir kişiye yıldırım çarptığında deşarj genel rahatsızlıklara neden olur. Yıldırımın girip çıktığı yerde yanıklar veya ahşap benzeri kırmızı çizgiler oluşabilir. Lezyon zayıfsa kulak çınlaması ve genel halsizlik ortaya çıkar.

Ancak ciddi hasarla kişi bayılabilir, vücut ısısı keskin bir şekilde düşer, kalp atışı yavaşlar ve nefes alması durabilir. Ancak kurban yine de zamanında kurtarılabilir.

Yıldırım çarptığında hayatta kalmak mümkün mü?

Evet. Öncelikle deşarj sırasındaki yüksek sıcaklığa rağmen darbe uzun sürmez ve her zaman ciddi yanıklara bile yol açmaz.

İkincisi, ana akım genellikle vücudun yüzeyinden geçer, bu nedenle çoğu durumda yıldırım çarpması ölümcül değildir. Çeşitli tahminlere göre vakaların %5-10'unda ölüm meydana gelir.

Yakınlarda suni teneffüs ve kalp masajı yapmayı bilen bir kişi varsa hayatta kalma olasılığı artar. Kişi ölmüş gibi görünse bile mutlaka ona yardım etmeye çalışın. Çünkü her zaman hayatta kalma şansı vardır!

Yıldırım çarpması durumunda ilk yardım nasıl sağlanır?

1. Kurban sert bir yüzeye yerleştirilmelidir.
2. Eğer kişi şanslıysa ve şok geçiriyorsa (konuşma kaybı, bayılma), onu bu durumdan çıkarmaya çalışın. Yanınızda amonyak varsa kullanın. Ambulans çağırın.
3. Kişinin bilinci kapalıysa ve nefes almıyorsa en kısa sürede ağızdan ağza suni teneffüs ve göğüs kompresyonları yapılmalıdır.
4. Kesintisiz canlandırmayı deneyin. Maksimum 15 dakikanız var, bundan sonra ciddi hasar durumunda kurtuluş şansınız son derece düşük.