Профессор Знаев - «Люблю грозу в начале мая…»

ОСНОВНОЕ МЕНЮ

НАЧАЛЬНАЯ ШКОЛА

РУССКИЙ ЯЗЫК

ЛИТЕРАТУРА

АНГЛИЙСКИЙ ЯЗЫК

ИСТОРИЯ

БИОЛОГИЯ

ГЕОГРАФИЯ

МАТЕМАТИКА

ИНФОРМАТИКА

«Люблю грозу в начале мая…»

Линейная молния

В природе электричество наиболее ярко проявляется в электрических разрядах, которые называют молниями. Существуют различные виды таких разрядов. Молнию относят к искровому разряду.

Люди издавна наблюдали молнии и наделяли их особыми свойствами. Главного бога древних греков Зевса называли еще богом молнии и грома («громовержец»). У римлян богом-громовержцем был Юпитер. Главную роль отводили своим богам-громовержцам и древние индусы (бог Индра), скандинавы (бог Тор), славяне (бог Перун).


i 186

Электрический разряд в атмосфере – молния



Молния и гром сначала воспринимались людьми как выражение воли богов, причем как проявление божьего гнева. Но те люди, которые стремились познать мир, пытались постичь и природу молнии, понять ее естественные причины. В древности над этим размышлял Аристотель. Писал о молнии и Лукреций. Пусть его представления были наивными и не вполне физическими (он, например, считал, что гром возникает там, где «облака сбиваются под напором ветров»), однако это были первые шаги в осмыслении причин этого явления.


i 187

Большой интерес к изучению молнии проявлял американский исследователь Бенджамин Франклин. Именно он в 1752 г. показал, что молния – это сильный электрический разряд. Франклин выполнил знаменитый опыт с воздушным змеем, запуская его во время грозы и исследуя эффекты, возникающие при этом.

Теория сама по себе ничего не стоит, она нужна, поскольку заставляет нас верить в связь явлений.

И. Гете

Одновременно с Франклином молнии исследовали в России М. Ломоносов и Г. Рихман (для Рихмана, как мы уже говорили, к сожалению, это закончилось трагически). Благодаря исследованиям именно этих трех ученых в середине ХVШ в. была доказана электрическая природа молнии.

Что мы сейчас можем сказать о молнии?

Существуют два основных вида молнии: линейные и шаровые. Рассмотрим кратко, каким образом происходит образование обычной линейной молнии и какие процессы сопровождают это явление.

Как известно, молния возникает тогда, когда образовались грозовые облака. Чаще всего говорят о четырех этапах образования такого облака: зарождение облака, начальное развитие, этап зрелого облака и этап его разрушения.

Основными физическими причинами зарождения и развития облака является конвекция (движение теплого воздуха вверх, а холодного – вниз) и конденсация (образование капелек воды из влажного воздуха при его охлаждении на большой высоте от поверхности земли).

Капли воды, образовавшиеся при конденсации, начинают падать вниз. Вследствие трения воды, падающих капель о воздух, происходит их электризация.

Чаще всего распределение электрических зарядов внутри грозового облака таково: верхняя часть облака (на высоте примерно 7—10 км) заряжена положительно, а нижняя (на высоте 3–4 км) – отрицательно. Важно также и то, что поверхность земли и прилегающий к ней слой воздуха под облаком тоже оказываются заряженными – этот заряд положительный. Именно благодаря наличию этих зарядов и возникает молния – электрический разряд в атмосфере.

Линейная молния представляет собой последовательность нескольких импульсов – пробоин в воздушном промежутке между облаком и землей. Происходит это чаще всего так: сначала образуется канал разряда между облаком и землей, а потом по этому каналу быстро проходит кратковременный ток (говорят – импульс тока).


i 188

Ленточная молния



Импульс тока длится примерно 0,1 миллисекунды, а сила этого тока достигает 100 000 А! Температура газа в канале молнии может достигать 10 000 К. В это время и рождается чрезвычайно яркий свет, который мы наблюдаем во время разряда молнии. Тогда же возникает гром, вызванный резким расширением внезапно нагретого газа.

Если рассматривать не отдельный импульс тока, а средние значения для всей молнии, то можно сказать, что один разряд длится примерно 0,1 с, а средняя сила тока равна 1000 А. Видимый канал молнии имеет диаметр около 1 м, при этом основной ток протекает по еще более узкому каналу диаметром всего лишь 1 см.

Продолжительность каждого из последовательных импульсов одной молнии составляет 10-3 с, промежутки времени между импульсами – приблизительно 10-2 с.

Иногда возникает не одиночная молния, а так называемая ленточная. При этом наблюдается такая картина, будто возникло несколько практически одинаковых молний, смещенных одна относительно другой.

Шаровая молния

Шаровая молния была известна еще в далеком прошлом, однако ученые до сих пор не могут объяснить это природное явление. В конце своей жизни академик Петр Леонидович Капица сетовал: «Плазмовый орешек оказался мне не по зубам».


i 189

Георг Рихман



В свое время Г. Рихман погиб именно от шаровой молнии. Это произошло 26 июля 1752 г., когда ученый во время грозы проводил запланированные исследования. Свидетели видели, что из стержня, который был соединен с молниеотводом, вдруг будто вылетел голубой шар размером с кулак. Шар ударил Рихмана прямо в лоб, он упал и мгновенно умер.

Сохранилось описание этого события, составленное другом Г. Рихмана М. В. Ломоносовым, который сразу посетил лабораторию и исследовал последствия этого трагического случая.


i 190

Загадочность этого явления, связанного с неожиданным появлением шаровой молнии, приводит к самым неожиданным выводам. Некоторые люди заявляют, что шаровая молния руководствуется высшим разумом, является живым существом или связана с пришельцами из космоса. Другие объясняют природу шаровой молнии на основе космического излучения, антивещества и других экзотических элементов.

В свое время популярный журнал «Наука и жизнь» обратился к своим читателям с просьбой описать собственные наблюдения шаровой молнии. Сбор наблюдений – важный элемент в изучении этого загадочного явления. Далее переходят к систематизации и анализу собранного материала, а затем – к обобщениям и выводам.

Что же можно сказать (конечно, кратко и без использования сложных физических законов и математических записей) об этой молнии?

Шаровая молния представляет собой светящийся сфероид (шар) диаметром 10–30 см и более, массой примерно 5–7 г. Чаще всего шаровые молнии действительно имеют форму шара. В такой форме им, как говорят физики, энергетически выгоднее существовать. Но встречаются шаровые молнии грушевидной и каплевидной формы, а также очень редко и другой необычной формы, так что некоторые из них легко принять за НЛО. Цвет молнии чаще белый, желтый, красный или оранжевый. Световое излучение такое же, как от лампочки 100 Вт. Существует такая молния от одной секунды до нескольких минут. Движется она со скоростью не более 10 м/с, иногда при этом вращаясь. Обычно шаровая молния движется бесшумно, но может и шипеть или жужжать, особенно когда она искрит.

Шаровая молния может также двигаться вдоль электрических проводов. Это получило название «гидирования».

Сейчас существует несколько научных гипотез относительно природы шаровой молнии. Согласно гипотезе Б. Смирнова, шаровая молния имеет химическую природу и ее свечение связано с определенными химическими реакциями.

Согласно другой гипотезе, шаровая молния состоит из положительно и отрицательно заряженных частиц – ионов. Однако подробные расчеты, проведенные для этих моделей молнии, не дают ответов на многие вопросы, поэтому эта проблема до сих пор остается не решенной.

Закончим рассказ о шаровой молнии несколькими правилами поведения при встрече с ней. Говорят, что следует среагировать на нее, как… на незнакомую собаку – стоять или сидеть неподвижно, наблюдая за ее поведением. Если дверь рядом, лучше медленно покинуть помещение самому, а не ждать, когда она вылетит, и тем более не выгонять ее веником, метлой или другими предметами, потому что поведение шаровой молнии в этом случае будет непредсказуемым, а энергию она несет достаточную, чтобы быть опасной для вашего здоровья!..

«Огни святого Эльма»

Среди электрических разрядов, которые можно увидеть в природе, есть и так называемый коронный разряд.

При атмосферном давлении вблизи заостренных участков проводника, несущих большой электрический заряд, наблюдается газовый разряд, светящаяся область которого напоминает корону. Этот разряд, который называют коронным, вызывается электрическим полем у заряженного острия. При большой напряженности электрического поля происходит ионизация воздуха. Ионизация и связанное с ней свечение газа наблюдаются в ограниченной области пространства – именно у острия.

В природе такой разряд может возникнуть при приближении заряженной грозовой тучи, которая наводит на поверхность Земли электрические заряды противоположного знака. Особенно большой заряд скапливается на остриях тел. Поэтому перед грозой или во время ее на остриях и острых углах могут вспыхивать похожие на кисточки конусы света. С давних времен это свечение называли огнями святого Эльма, потому что в средние века его довольно часто наблюдали на верхушках католического храма Св. Эразма (Эльма).



Огни святого Эльма



Особенно часто свидетелями этого явления становятся альпинисты. Иногда не только металлические предметы, но даже кончики волос на голове украшают маленькие светящиеся кисточки – «огни святого Эльма».

 

Поиск

ФИЗИКА

ХИМИЯ

Поделиться

Яндекс.Метрика

Рейтинг@Mail.ru