Yıldırım türleri

a) Şimşeklerin çoğu bulut ile dünya yüzeyi arasında meydana gelir, ancak bulutların arasında da yıldırım meydana gelir. Tüm bu yıldırımlara genellikle doğrusal denir. Tek bir doğrusal yıldırım cıvatasının uzunluğu kilometre cinsinden ölçülebilir.

• b) Bir diğer yıldırım türü ise şerit yıldırımdır. Bu durumda, aşağıdaki resim, sanki birbirine göre kaydırılmış, neredeyse aynı birkaç doğrusal yıldırım ortaya çıkmış gibi görünür.
• c) Bazı durumlarda bir şimşek çakmasının onlarca metre uzunluğunda ayrı ışıklı alanlara dağıldığı fark edildi. Bu olaya boncuk yıldırımı denir. Malan'a (1961) göre, bu tür yıldırımlar, uzun süreli bir boşalma temelinde açıklanmaktadır; bundan sonra, kanalın, ucu kendisine dönük olarak onu izleyen gözlemcinin yönünde büküldüğü yerde parıltı daha parlak görünür. Yuman (1962) ise bu olgunun “ping etkisi”nin bir örneği olarak değerlendirilmesi gerektiğine inanmaktadır. periyodik değişim birkaç mikrosaniyelik bir periyotla boşaltma kolonunun yarıçapı.
• d) En gizemli doğa olayı olan yıldırım topu.

Doğrusal yıldırımın fiziği

Doğrusal yıldırım birbirini hızla takip eden birkaç darbeden oluşur. Her darbe, bulut ile yer arasındaki hava boşluğunun bir kıvılcım deşarjı şeklinde meydana gelen bir dökümüdür. Önce ilk dürtüye bakalım. Gelişiminde iki aşama vardır: İlk önce bulut ile yer arasında bir deşarj kanalı oluşturulur ve ardından ana akım darbesi hızlı bir şekilde oluşturulan kanaldan geçer.

İlk aşama bir deşarj kanalının oluşmasıdır. Her şey bulutun dibinde 105...106 V/m gibi çok yüksek yoğunlukta bir elektrik alanının oluşmasıyla başlar.

Serbest elektronlar böyle bir alanda çok büyük ivmeler alırlar. Bulutun alt kısmı negatif yüklü olduğundan ve dünyanın yüzeyi pozitif yüklü olduğundan bu ivmeler aşağıya doğru yönlendirilir. İlk çarpışmadan diğerine giderken elektronlar önemli miktarda kinetik enerji. Bu nedenle atom veya moleküllerle çarpıştıklarında onları iyonlaştırırlar. Sonuç olarak, yeni (ikincil) elektronlar doğar, bunlar da bulut alanında hızlanır ve ardından çarpışmalarda yeni atomları ve molekülleri iyonize eder. Hızlı elektronlardan oluşan bütün çığlar ortaya çıkıyor, en altta bulutlar, plazma "iplikleri" - bir şerit oluşturuyor.

Birbirleriyle birleşen flamalar, daha sonra ana akım darbesinin geçeceği bir plazma kanalına yol açar.

Bulutun “tabanı”ndan dünyanın yüzeyine doğru gelişen bu plazma kanalı doludur serbest elektronlar ve iyonlar ve bu nedenle iyi iletilebilir elektrik akımı. Ona lider veya daha doğrusu kademeli lider denir. Gerçek şu ki, kanal düzgün bir şekilde değil, atlamalar halinde - "adımlarla" oluşuyor.

Liderin hareketinde neden duraklamalar olduğu ve nispeten düzenli duraklamaların olduğu kesin olarak bilinmiyor. Kademeli liderlerin çeşitli teorileri vardır.

1938'de Schonland, liderin adım benzeri doğasına neden olan gecikme için iki olası açıklama öne sürdü. Bunlardan birine göre, elektronlar öncü flama (pilot) kanalından aşağıya doğru hareket etmelidir. Bununla birlikte, bazı elektronlar atomlar ve pozitif yüklü iyonlar tarafından yakalanır, böylece akımın devam etmesi için yeterli bir potansiyel gradyan oluşmadan önce ilerleyen yeni elektronların varması biraz zaman alır. Başka bir bakış açısına göre, pozitif yüklü iyonların lider kanalın başlığı altında birikerek kanal boyunca yeterli bir potansiyel gradyanı oluşturması için zamana ihtiyaç vardır. Ancak fiziksel süreçler Liderin başının yakınında meydana gelen olaylar oldukça anlaşılırdır. Bulutun altındaki alan gücü oldukça yüksektir - B/m'dir; liderin kafasının hemen önündeki alan alanında daha da büyüktür. Lider başın yakınındaki güçlü bir elektrik alanında, atomların ve hava moleküllerinin yoğun iyonlaşması meydana gelir. Birincisi, liderden kaçan hızlı elektronların atom ve molekülleri bombardıman etmesi (darbe iyonizasyonu olarak adlandırılır) ve ikinci olarak fotonların atom ve moleküller tarafından emilmesi nedeniyle oluşur. ultraviyole radyasyon lider tarafından yayılır (fotoiyonizasyon). Liderin yolunda karşılaşılan atomların ve hava moleküllerinin yoğun iyonlaşması nedeniyle plazma kanalı büyür ve lider dünya yüzeyine doğru hareket eder.

Yol boyunca duraklar dikkate alındığında liderin bulut ile dünya yüzeyi arasında 1 km mesafede yere ulaşması 10...20 ms sürdü. Artık bulut, akımı mükemmel şekilde ileten bir plazma kanalıyla yere bağlanıyor. İyonize gaz kanalı, bulutla dünya arasında kısa devre yapıyormuş gibi görünüyordu. Bu, ilk dürtünün gelişiminin ilk aşamasını tamamlar.

İkinci aşama hızlı ve güçlü bir şekilde ilerliyor. Ana akım, liderin belirlediği yol boyunca akar. Akım darbesi yaklaşık 0,1 ms sürer. Mevcut güç A mertebesindeki değerlere ulaşıyor. önemli miktar enerji (J'ye kadar). Kanaldaki gaz sıcaklığına ulaşır. İşte tam bu sırada olağanüstü bir durum parlak ışık Aniden ısınan gazın aniden genleşmesi nedeniyle yıldırım düştüğünde ve gök gürültüsü oluştuğunda gözlemlediğimiz olay.

Plazma kanalının hem parıltısının hem de ısınmasının yerden buluta doğru gelişmesi önemlidir; aşağıdan yukarıya. Bu fenomeni açıklamak için kanalın tamamını şartlı olarak birkaç parçaya bölelim. Kanal oluştuğu anda (liderin başı yere ulaştığında), öncelikle en alt kısmındaki elektronlar aşağı atlar; bu nedenle öncelikle kanalın alt kısmı parlamaya ve ısınmaya başlar. Daha sonra bir sonraki (kanalın daha yüksek kısmı) elektronlar yere hücum eder; bu kısmın parlaması ve ısınması başlar. Ve böylece yavaş yavaş - aşağıdan yukarıya doğru - giderek daha fazla elektron yere doğru harekete dahil oluyor; Sonuç olarak kanalın parlaması ve ısınması aşağıdan yukarıya doğru yayılır. Ana akım darbesi geçtikten sonra 10 ile 50 ms arası süren bir duraklama olur. Bu süre zarfında kanal pratik olarak söner, sıcaklığı yaklaşık olarak düşer ve kanalın iyonizasyon derecesi önemli ölçüde azalır.

Eğer birbirini takip eden yıldırım darbeleri arasında normalden daha fazla zaman geçerse, iyonizasyon derecesi, özellikle kanalın alt kısmında, havayı yeniden iyonize etmek için yeni bir pilotun gerekli olacağı kadar düşük olabilir. Bu açıklıyor bireysel vakalar Liderlerin alt uçlarında, ilk değil, sonraki ana yıldırım çarpmalarından önce adımların oluşması

Yıldırım - dev elektrik kıvılcım deşarjı Atmosferde genellikle fırtına sırasında ortaya çıkabilir ve parlak bir ışık parlaması ve buna eşlik eden gök gürültüsü ile kendini gösterir. Venüs, Jüpiter, Satürn ve Uranüs'te de yıldırım kaydedilmiştir. Yıldırım deşarjındaki akım 10-100 bin ampere ulaşır, voltaj on milyonlarca ila milyarlarca volt arasında değişir, ancak yıldırım çarpmasından sonra yalnızca% 47,3'ü ölür. bir kişi.

Hikaye:
Yıldırımın elektriksel doğası araştırmayla ortaya çıktı Amerikalı fizikçi B. Franklin, kimin fikrine dayanarak fırtına bulutundan elektrik elde etmek için bir deney yapıldı. Franklin'in bunu bulma konusundaki deneyimi elektriksel doğa yıldırım. 1750'de, kullanarak bir deneyi anlatan bir çalışma yayınladı. uçurtma fırtınaya dönüştü. Franklin'in deneyimi Joseph Priestley'in çalışmasında anlatılmıştı.

Yıldırımın fiziksel özellikleri:

Yıldırımın ortalama uzunluğu 2,5 km olup, bazı deşarjlar atmosferde 20 km'ye kadar uzanmaktadır.

Yıldırım Oluşumu:
Çoğu zaman, kümülonimbus bulutlarında yıldırım meydana gelir, daha sonra bunlara gök gürültülü fırtına denir; Bazen nimbostratus bulutlarında şimşek oluşur, ayrıca volkanik patlamalar, kasırgalar ve toz fırtınaları.

Tipik olarak gözlemlenen doğrusal yıldırımlar, yüklü parçacıkların birikmesiyle başlayıp (ve sona erdiğinden) elektrotsuz deşarj olarak adlandırılanlara aittir. Bu, yıldırımları elektrotlar arasındaki deşarjlardan ayıran, hala açıklanamayan bazı özelliklerini belirler. Böylece yıldırım birkaç yüz metreden daha kısa sürede oluşmaz; elektrotlar arası deşarjlar sırasındaki alanlardan çok daha zayıf elektrik alanlarında ortaya çıkarlar; Yıldırım tarafından taşınan yüklerin toplanması, birkaç kilometrelik bir hacimde yer alan, birbirinden iyi izole edilmiş milyarlarca küçük parçacıktan saniyenin binde biri kadar bir sürede gerçekleşir. Yıldırım bulutlarında en çok incelenen yıldırım gelişimi süreci, yıldırım bulutların içinden geçebilir - bulut içi yıldırım veya yere çarpabilir - yer yıldırımı. Yıldırımın oluşması için, bulutun nispeten küçük (ancak belirli bir kritik değerden daha az olmayan) hacminde, bir elektrik boşalmasını başlatacak güçte (~ 1 MV/m) bir elektrik alanının (bkz. atmosferik elektrik) olması gerekir. oluşturulmalı ve bulutun önemli bir kısmında başlatılan deşarjı sürdürmeye yetecek ortalama kuvvette (~ 0,1-0,2 MV/m) alan bulunmalıdır. Yıldırımda elektrik enerjisi bulutlar ısıya, ışığa ve sese dönüşür.

Yer yıldırımı:
Yer yıldırımının gelişim süreci birkaç aşamadan oluşur. İlk aşamada elektrik alanının ulaştığı bölgede kritik değer, darbe iyonizasyonu başlar, başlangıçta oluşturulur ücretsiz masraflar, her zaman mevcut küçük miktar etkisi altında olan havada elektrik alanı yere doğru önemli hızlar kazanır ve havayı oluşturan moleküllerle çarpışarak onları iyonlaştırır.

Daha fazlası için modern fikirler deşarjın geçişi için atmosferin iyonlaşması, yüksek enerjinin etkisi altında gerçekleşir kozmik radyasyon- 1012-1015 eV enerjili parçacıklar, havanın arıza geriliminde normal koşullar altında olduğundan büyüklük sırasına göre bir azalma ile geniş bir hava duşu (EAS) oluşturur.

Bir hipoteze göre parçacıklar, kaçak elektron parçalanması adı verilen bir süreci tetikler (bu sürecin “tetikleyicisi” kozmik ışınlar). Bu şekilde, elektron çığları ortaya çıkar ve elektrik deşarjı ipliklerine dönüşür - iyi iletken kanallar olan şeritler, birleşerek parlak termal olarak iyonize bir kanala yol açar. yüksek iletkenlik- adımlı yıldırım lideri.

Liderin ona doğru hareketi dünyanın yüzeyi saniyede ~ 50.000 kilometre hızla birkaç on metrelik adımlarla meydana gelir, ardından hareketi birkaç on mikrosaniye boyunca durur ve parıltı büyük ölçüde zayıflar; daha sonra bir sonraki aşamada lider tekrar birkaç on metre ilerler. Atılan tüm adımları parlak bir parıltı kaplıyor; ardından parıltı yeniden duruyor ve zayıflıyor. Lider yerden yeryüzüne çıktığında bu işlemler tekrarlanır. ortalama hız Saniyede 200.000 metre.

Lider yere doğru hareket ettikçe ucundaki alan yoğunluğu artar ve onun etkisi altında, Dünya yüzeyinde çıkıntı yapan nesnelerden lidere bağlanan bir yanıt aktarıcısı fırlatılır. Yıldırımın bu özelliği paratoner oluşturmak için kullanılır.

Son aşamada, ters (aşağıdan yukarıya) veya ana yıldırım deşarjı, lider tarafından iyonize edilen, on ila yüz binlerce amperlik akımlarla karakterize edilen, liderin parlaklığını gözle görülür şekilde aşan bir parlaklıkla karakterize edilen kanal boyunca takip eder. Ve yüksek hız Başlangıçta saniyede ~100.000 kilometreye ulaşan ilerleme, sonunda saniyede ~10.000 kilometreye düşüyor. Ana deşarj sırasında kanal sıcaklığı 20000-30000 °C'yi aşabilir. Yıldırım kanalının uzunluğu 1 ila 10 km, çapı ise birkaç santimetre olabilir. Akım darbesinin geçişinden sonra kanalın iyonizasyonu ve parlaklığı zayıflar. İÇİNDE son aşama Yıldırım akımı saniyenin yüzde biri hatta onda biri kadar sürebilir ve yüzlerce ve binlerce ampere ulaşabilir. Bu tür yıldırımlara uzun süreli yıldırım denir ve çoğu zaman yangınlara neden olur. Ancak zemin şarj edilmediğinden, buluttan yere doğru (yukarıdan aşağıya) bir yıldırım deşarjının meydana geldiği genel olarak kabul edilir.

Ana deşarj genellikle bulutun yalnızca bir kısmını deşarj eder. Üzerinde yer alan ücretler yüksek rakımlar saniyede binlerce kilometre hızla sürekli hareket eden yeni (ok şeklinde) bir liderin ortaya çıkmasına neden olabilir. Parıltısının parlaklığı basamaklı liderin parlaklığına yakındır. Ok şeklindeki lider dünyanın yüzeyine ulaştığında ikincisi onu takip eder ana darbe, ilkine benzer. Tipik olarak, yıldırım birkaç tekrarlanan deşarjı içerir, ancak sayıları birkaç düzineye ulaşabilir. Çoklu yıldırımın süresi 1 saniyeyi geçebilir. Çoklu yıldırım kanalının rüzgar tarafından yer değiştirmesi, şerit yıldırım adı verilen parlak bir şerit oluşturur.

Bulut içi yıldırım:
Bulut içi yıldırım genellikle yalnızca lider aşamaları içerir; uzunlukları 1 ile 150 km arasında değişmektedir. Bulut içi yıldırımın oranı ekvatora doğru ilerledikçe artar ve ılıman enlemlerde 0,5'ten ekvator bölgesinde 0,9'a değişir. Yıldırımın geçişine, atmosferik olarak adlandırılan elektrik ve manyetik alanlardaki ve radyo emisyonlarındaki değişiklikler eşlik eder.
Kalküta'dan Mumbai'ye uçuş.

Yerdeki bir cismin yıldırım çarpması olasılığı, yüksekliği arttıkça ve yüzeydeki veya belirli bir derinlikteki toprağın elektrik iletkenliği arttıkça artar (paratonerin hareketi bu faktörlere bağlıdır). Bulutta bir deşarjı sürdürmek için yeterli ancak bunun oluşmasına neden olacak kadar yeterli olmayan bir elektrik alanı varsa, uzun bir metal kablo veya bir uçak, özellikle de yüksek düzeyde elektrik yüklüyse, yıldırım başlatıcısı olarak hareket edebilir. Bu şekilde, yıldırım bazen nimbostratus ve güçlü kümülüs bulutlarında “kışkırtılır”.

Yıldırım üst atmosfer:
1989'da keşfedildi özel tür yıldırım - elfler, üst atmosferdeki yıldırım. 1995 yılında üst atmosferde başka bir tür yıldırım keşfedildi: jetler.

Elfler:
Elfler (İngiliz Elfleri; Işık Emisyonları ve Çok Elektromanyetik Darbe Kaynaklarından Gelen Düşük Frekanslı Pertürbasyonlar, doğrudan bir fırtına bulutunun tepesinden görünen, yaklaşık 400 km çapında, devasa fakat hafif parlak koni işaret fişekleridir. Elflerin boyu 100 km'ye ulaşabilir, yanıp sönme süresi 5 ms'ye (ortalama 3 ms) kadardır.

Jetler:
Jetler tüp konileridir mavi. Jetlerin yüksekliği 40-70 km'ye ulaşabilir (iyonosferin alt sınırı jetler elflerden nispeten daha uzun yaşar);

Spritelar:
Spriteları ayırt etmek zordur, ancak hemen hemen her fırtınada 55 ila 130 kilometre yükseklikte görünürler ("sıradan" yıldırımın yüksekliği 16 kilometreden fazla değildir). Bu, buluttan yukarıya doğru çarpan bir çeşit yıldırımdır. Bu fenomen ilk kez 1989'da tesadüfen kaydedildi. Şimdi hakkında fiziksel doğaçok az sayıda sprite bilinmektedir)