Блискавка

Ми часто думаємо, що електрика - це щось таке, що виробляється тільки на електростанціях, а аж ніяк не в волокнистих масах водяних хмар, які настільки розріджені, що в них можна спокійно просунути руку. Тим не менш, у хмарах є електрика, як є навіть у людському тілі.

Природа електрики

Усі тіла складаються з атомів – від хмар та дерев до людського організму. Кожен атом має ядро, що несе позитивно заряджені протони і нейтральні нейтрони. Винятком є ​​найпростіший атом водню, в ядрі якого немає нейтрону, а є лише один протон.

Навколо ядра звертаються негативно заряджені електрони. Позитивні та негативні заряди взаємно притягуються, тому електрони обертаються навколо ядра атома, як бджоли біля солодкого пирога. Притягання між протонами та електронами обумовлено електромагнітними силами. Тому електрика є скрізь, куди б ми не подивилися. Як бачимо, воно міститься й у атомах.

У нормальних умовах позитивні та негативні заряди кожного атома врівноважують один одного, тому тіла, що складаються з атомів, зазвичай не несуть жодного сумарного заряду – ні позитивного, ні негативного. В результаті зіткнення з іншими предметами не викликає електричного розряду. Але іноді рівновага електричних зарядів у тілах може порушитись. Можливо, ви це відчуваєте на собі, перебуваючи вдома холодного зимового дня. У будинку дуже сухо та спекотно. Ви, човгаючи босими ногами, ходите по паласу. Непомітно вам частина електронів з підошв перейшла до атомів килима.

Матеріали на тему:

Чому блискавки різного кольору?

Ось тепер ви несете електричний заряд, оскільки кількість протонів та електронів у ваших атомах вже не збалансована. Спробуйте тепер взятися за металеву ручку дверей. Між вами та нею проскочить іскра, і ви відчуєте електричний удар. Сталося ось що – ваше тіло, якому не вистачає електронів для досягнення електричної рівноваги, прагне за рахунок сил електромагнітного тяжіння відновити рівновагу. І вона відновлюється. Між рукою і ручкою дверей виникає потік електронів, спрямований до руки. Якби в кімнаті було темно, ви побачили б іскри. Світло видно тому, що електрони при перескакуванні випромінюють кванти світла. Якщо у кімнаті тихо, ви почуєте легке потріскування.

Електрика оточує нас усюди і міститься у всіх тілах. Хмари у цьому сенсі – не виняток. На тлі синього неба вони виглядають дуже невинними. Але як і в кімнаті, вони можуть нести електричний заряд. Якщо це так – бережіться! Коли хмара відновлює електричну рівновагу в собі - спалахує цілий феєрверк.

Як з'являється блискавка?

Ось що при цьому відбувається: у темній величезній грозовій хмарі постійно циркулюють потужні повітряні потоки, які стикають між собою різноманітні частинки - крупинки океанічної солі, пил і так далі. Так само, як ваші підошви при терті об килим звільняються від електронів, і частинки в хмарі при зіткненні звільняються від електронів, які перескакують на інші частинки. Так виникає перерозподіл зарядів. На одних частках, які втратили свої електрони, є позитивний заряд, на інших, які взяли на себе зайві електрони, тепер негативний заряд.

Матеріали на тему:

Дощі на інших планетах

З причин, які не зрозумілі, більш важкі частинки заряджаються негативно, а легші - позитивно. Таким чином, важча нижня частина хмари заряджається негативно. Негативно заряджена нижня частина хмари відштовхує у бік землі електрони, оскільки однойменні заряди відштовхуються. Таким чином, під хмарою формується позитивно заряджена частина поверхні земної. Потім точно за таким же принципом, за яким між вами та дверною ручкою проскакує іскра, між хмарою та землею проскочить така сама іскра, тільки дуже велика і потужна це і є блискавка. Електрони гігантським зигзагом летять до землі, знаходячи свої протони. Замість ледь чутного потріскування лунає сильний удар грому.

Блискавка- це іскровий розряд статичної електрики, акумульованої в грозових хмарах. На відміну від розрядів, що утворюються на виробництві та побуті, електричні заряди, що накопичуються в хмарах, незрівнянно більше. Тому енергія іскрового розряду - блискавка і струмів, що виникають при цьому, дуже велика і становить велику небезпеку для людини, тварин, будов. Блискавка супроводжується звуковим імпульсом – громом. Поєднання блискавки та грому називають грозою.

Гроза- це винятково гарне природне явище. Як правило, після грози покращується погода, повітря стає прозорим, свіжим і чистим, насичене іонами, що утворюються при розрядах блискавки. Незважаючи на це, треба пам'ятати, що гроза в певних умовах може становити велику небезпеку для людини. Кожна людина має знати природу грозового явища, правила поведінки під час грози та методи захисту від блискавки. Гроза - складний атмосферний процес та її виникнення обумовлено утворенням купово-дощових хмар. Сильна хмарність є наслідком значної нестійкості атмосфери. Для грози характерний сильний вітер, часто інтенсивний дощ «сніг», іноді з градом. Перед грозою за годину, дві атмосферний тиск починає швидко падати, аж до раптового посилення вітру, а потім починає підвищуватися.

Грози можна поділити на місцеві, передні, нічні, в горах. Найчастіше людина стикається з місцевими чи тепловими грозами. Водяна пара у висхідному потоці теплого повітря на висоті конденсується, при цьому виділяється багато тепла, і висхідні потоки повітря нагріваються. У великих за розміром грозових хмарах є кристалики льоду і крапельки води. В результаті їх дроблення і тертя між собою і повітря утворюються позитивні і негативні заряди, під дією яких виникає сильне електростатичне поле «напруженість електростатичного поля може досягати 100 ТОВ В/м». І різниця потенціалів між окремими частинами хмари, хмарами чи хмарою та землею досягає величезних величин. При досягненні критичної електричної напруженості повітря виникає лавиноподібна іонізація повітря - іскровий розряд блискавки.

Фронтальна гроза виникає, коли маси холодного повітря проникають у район, де переважає тепла погода. Холодне повітря витісняє тепле, при цьому останній піднімається на висоту 5-7 км. Теплі шари повітря вторгаються всередину вихорів різного спрямування, утворюється шквал, сильне тертя між шарами повітря, що сприяє накопиченню електричних зарядів. Довжина фронтальної грози може сягати 100 км. На відміну від місцевих гроз після передніх зазвичай холодає. Нічна гроза пов'язана з охолодженням землі вночі та утворенням вихрових струмів низхідного повітря.

Гроза в горах пояснюється різницею в сонячній радіації, яку зазнають південні та північні схили гір. Нічні та гірські грози носії та короткочасні. Грозова активність у різних районах нашої планети різна. Світові осередки гроз: острів Ява – 220 грозових іній на рік; Екваторіальна Африка – 150; Південна Мексика – 142; Панама 132; Центральна Бразилія – 106. Росія: Мурманськ – 5; Архангельськ – 10; Санкт-Петербург – 15; Москва - 20. Як правило, чим південніше для північної півкулі Землі і північніше для південної півкулі Землі, тим вище грозова активність. Грози в Арктиці та Антарктиці дуже рідкісні. Пі Землі на рік відбувається 16 мільйонів гроз. На кожен м2 поверхні землі припадає 2-3 удари блискавки на рік. У землю найчастіше вдаряють блискавки із негативно заряджених хмар.

На вигляд блискавки розрізняються на: лінійні, перлинні та кульові. Перлинні та кульові блискавки досить рідкісне явище. Їх характеристики: поширена лінійна блискавка, з якою багаторазово зустрічається будь-яка людина, має вигляд лінії, що розгалужується. Величина сили струму в каналі лінійної блискавки становить середньому 60 - 170 кА, зареєстрована блискавка зі струмом 290 кА. Середня блискавка має енергію Л0 кВт/годину "900 МДж". Розряд розвивається за кілька тисячних часток секунди; при таких високих струмах повітря в зоні каналу блискавки практично миттєво розігрівається до температури 30000 - 33000°С. В результаті різко спробує тиск, повітря розширюється і виникає ударна хвиля, що супроводжується звуковим імпульсом – громом. *Перлинна блискавка - дуже рідкісне та гарне явище. З'являється відразу після лінійної блискавки і поступово зникає. Найчастіше розряд перлинної блискавки слідує шляхом чиненої. Блискавка має вигляд 12 м один від одного і нагадує перли, нанизані на нитку. Перлинна блискавка може супроводжуватись винятковими звуковими ефектами.

Кульова блискавка також досить рідкісна. На тисячі звичайних лінійних блискавок доводиться 2-3 кульові. Кульова блискавка, як правило, з'являється частіше до кінця грози, рідше – після грози. Може мати форму кулі, еліпсоїда, груші, диска та навіть ланцюги куль. Колір Блискавки – червоний, жовтий, оранжево-червоний. Іноді блискавка сліпучо-біла з дуже різкими обрисами. Колір визначається вмістом різних речовин у повітрі. Форма та колір блискавки можуть змінюватись під час розряду. Виміряти параметри кульової блискавки та змоделювати її в лабораторних умовах не вдалося. Очевидно, багато спостерігаються непізнані літаючі об'єкти «НЛО» за своєю природою аналогічні чи близькі кульової блискавки.

Небезпечні чинники блискавки: Лінійна блискавка. У зв'язку з тим, що блискавка характеризується великими величинами струмів, напруг і температр розряду, вплив її на людину зазвичай призводить до їх смерті. Від удару блискавки у світі в середньому щороку гине близько 3000 осіб, причому відомі випадки одночасної поразки кількох людей. Розряд блискавки проходить шляхом найменшого електричного опору: якщо розташувати поруч дві щогли - металеву і більш високу дерев'яну, то блискавка, швидше за все, вдарить у металеву щоглу, хоча вона нижче, тому що електропровідність металу вище; блискавка також значно частіше вдаряє в глинисті та вологі ділянки, ніж у сухі та піщані, оскільки перші мають більшу електропровідність; у лісі блискавка діє теж вибірково, потрапляючи, передусім, у такі листяні дерева як дуб, тополя, верба, ясен, оскільки у них міститься багато крохмалю. Хвойні дерева - ялина, ялиця, модрина і такі листяні дерева як липа, волоський горіх, бук містять багато масел, тому надають великий електричний опір, і в них блискавка вдаряє рідше.

Зі 100 дерев блискавкою уражається: 27 відсотків тополь; 20 відсотків груш; 12 відсотків лип; 8 відсотків ялин і лише 0,5 відсотка кедрових. Крім ураження людей і тварин лінійна блискавка досить часто є причиною виникнення лісових пожеж, а також житлових та виробничих будівель, особливо у сільській місцевості. У зв'язку з цим необхідно приймати спеціальні захисти від ураження лінійною блискавкою. Кульова блискавка. Якщо природа лінійної блискавки ясна, а, отже, і її поведінка передбачувана, то природа блискавки кульової досі не зрозуміла. Небезпека ураження людини кульовою блискавкою, перш за все, пов'язана саме з відсутністю методів та правил захисту людини від неї.

В 1753 російський фізик Георг Вільгельм Ріхман, колега М.В. Ломоносова, був убитий кульовою блискавкою під час грози щодо іскрових розрядів у атмосфері. Відомі багато випадків загибелі людей під час зустрічі з кульовою блискавкою. Драматичний випадок стався із групою із п'яти радянських альпіністів 17 серпня 1978 року на Кавказі на висоті близько 4000м, де вони зупинилися в ясну, холодну ніч на нічліг. У намет до альпіністів залетіла світло-жовта куля завбільшки з тенісний м'яч. Куля ширяла над спальними мішками, в яких знаходилися альпіністи, і методично, за якимось власним планом, проникла в спальні мішки. Кожен такий «візит» викликав відчайдушний нелюдський крик, люди відчували сильний біль, ніби їх палили автогеном, і непритомніли. Вони не могли рухати ні руками, ні ногами. Після того, як куля «відвідав» спальні мішки кожного альпініста по кілька разів, вона зникла. Усі альпіністи отримали безліч важких ран. Це були не опіки, саме рвані рани: м'язи були вирвані цілими шматками, до кісток. Одного з альпіністів – Олега Коровіна – кулю вбив. При цьому кульова блискавка не торкнулася жодного предмета у наметі, а лише покалічила людей.

Поведінка кульової блискавки непередбачувана. Вона несподівано з'являється будь-де, у тому числі в закритих приміщеннях. Помічені випадки появи кульової блискавки з трубки, електричної бритви, вимикача, розетки, репродуктора. Вона досить часто проникає в будинки через труби, відкриті вікна та двері. Розміри кульової блискавки бувають від кількох сантиметрів до кількох метрів. Зазвичай вона легко ширяє або котиться над землею, іноді підскакує. Вона реагує на вітер, протяг, висхідні та щи ходять потоки повітря. Однак відзначено випадок, коли кульова блискавка не реагувала на потік повітря.

Кульова блискавка може з'явитися, не завдавши шкоди людині або приміщенню, залетіти у вікно і зникнути з приміщення через відкриті двері або димар, пролетівши повз людину. Будь-який контакт із нею призводить до тяжких травм, опіків, а здебільшого до смертельного результату. Широка блискавка може вибухнути. Повітряна хвиля, що при цьому виникає, здатна травмувати людину або призвести до руйнувань в будівлі. Відомі випадки вибухів блискавок у грубках, димарях, що призводило до руйнування останніх. Зібрані свідоцтва про поведінку кульової міопії кажуть, що у більшості випадків вибухи були небезпечні, важкі наслідки виникали у 10 випадках зі 100. Вважається, що кульова блискавка має температуру близько 5000°З може викликати пожежу.

`Правила поведінки під час грози:

Спалах блискавки ми бачимо практично миттєво, оскільки світло поширюється зі швидкістю 300 000 км/с. Швидкість поширення звуку повітря становить приблизно 344 м/с, тобто приблизно за 3 секунди звук проходить 1 км. Блискавка небезпечна тоді, коли за спалахом тут же йде гуркіт грому, значить, хмара знаходиться над Вами, і небезпека удару блискавки найбільш вірогідна. Ваші дії перед грозою та під час неї мають бути зимуючими: виходити з дому, закрити вікна, двері та димарі, подбати, щоб не було протягу, який може залучити кульову блискавку. Під час грози не топити пічку, так як дим, що виходить з труби має високу електропровідність, і ймовірність удару блискавки у трубу, що височить над дахом, зростає; під час грози подалі триматися від електропроводки, антен, вікон, дверей та всього іншого, пов'язаного із зовнішнім середовищем. Не розташовуватись біля стіни, поряд з якою росте високе дерево; радіо та телевізори відключати від мережі, не користуватися електроприладами та телефоном «особливо це важливо для сільської місцевості»; «І час прогулянки сховатися до найближчої будівлі. Особливо небезпечна гроза у полі. При пошуку укриття віддайте перевагу металевій конструкції великих розмірів або конструкції з металевою рамою, житловому будинку або фугою будівлі, захищеною блискавковідводом; якщо немає можливості сховатися в будівлі, не треба ховатися в невеликих сараях, під самотніми деревами; не залишатися на височинах та відкритих незахищених місцях, поблизу металевих або сітчастих огорож, великих металевих об'єктів, вологих стін, заземлення блискавковідводу; за відсутності укриття лягти на землю, при цьому перевагу слід віддати сухому піщаному ґрунту, віддаленому від водойми; Якщо гроза застала Вас у лісі, потрібно ритися на ділянці з низькорослими деревами. Не можна ховатися під високими деревами, особливо соснами, дубами, тополями. Краще перебувати на відстані 30 м від окремо високого дерева. Зверніть увагу - чи немає поряд дерев, раніше уражених грозою, розщеплених. Краще триматися подалі від цього місця. Велика кількість уражених блискавкою дерев свідчить, що ґрунт на даній ділянці має високу електропровідність, і удар блискавки в тин ділянку місцевості дуже ймовірний під час грози не можна перебувати на воді і у води - купатися, ловити рибу. Необхідно подалі відійти від бере, і горах відійдіть від гірських гребенів гострих скип і вершин. При наближенні в горах грози слід спуститися якнайнижче. Металеві предмети – альпіністські» гаки, льодоруби, каструлі зібрати в рюкзак і спустити на мотузці на 20-30 м нижче по схилу; під час грози не займайтеся спортом на відкритому повітрі, не біжіть, оскільки вважається, що піт та швидкий рух «притягує» блискавку; якщо ви застигнуті грозою на велосипеді або мотоциклі, припиніть рух, залиште їх та перечекайте грозу на відстані приблизно 30 м від них; якщо гроза застала вас в автомобілі, не потрібно залишати його. Необхідно закрити вікна та опустити автомобільну антену. Рухатися під час грози на автомобілі не рекомендується, оскільки гроза, як правило, супроводжується зливою, що погіршує видимість на дорозі, а спалах блискавки може засліпити та викликати переляк та, як наслідок, аварії; при зустрічі з кульовою блискавкою не проявляйте по відношенню до неї жодної активності, по можливості зберігайте спокій і не рухайтеся. Не треба наближатися до неї, торкатися її чимось, т.к. може статися вибух. Не слід тікати від кульової блискавки, тому що це може спричинити її ш собою потоком повітря, що виник.

Блискавкозахист:

Ефективним засобом захисту від блискавки є блискавковідводи, Пріоритет винаходу блискавковідводу належить американцю Бенджаміну Франкліну «1749». Дещо пізніше в 1758 рік, незалежно від нього, блискавковідведення винайшов М.В. Ломоносів. Захист блискавки шляхом встановлення блискавковідводів заснований на властивості блискавки, вражати найвищі і добре заземлені металеві споруди. Блискавковідвід складається з трьох основних частин: блискавкоприймача, що сприймає удар блискавки; токовода, що з'єднує блискавкоприймач із заземлювачем, через який струм блискавки стікає в землю. За типом монієприймачів найбільш поширені стрижневі та тросові. Блискавковідводи поділяються на: одиночні, подвійні та багаторазові.

Окрест блискавковідводу утворюється зона захисту, тобто простір, і в межах якого забезпечується захист будови або іншого об'єкта від прямого удару блискавки. Ступені захисту у зазначених зонах становлять понад 95 відсотків. Це означає, що зі 100 ударів блискавки н захищений об'єкт можливо менше 5 випадків влучення, решта ударів буде сприйнята блискавкоприймачем. Зона захисту обмежується утворюючими двох конусів, один з яких має висоту h, рівну висоті блискавковідводу, і радіус основи R = 0,75 h, а інший - висоту 0.8 h і радіус основи 1,5 h «при радіусі основи другого конуса R = h ефективність захисту забезпечується на 99 відсотків.

Блискавки стрижневих блискавковідводів виготовляють із сталі будь-якого профілю, як правило, круглого, перетином не менше 100мм2 і довжиною не менше 200мм. Для захисту від корозії ох забарвлюють. Блискавки тросових блискавковідводів виготовляють з металевих тросів діаметром близько 7мм. Тоководи повинні витримувати нагрівання при протіканні дуже великих струмів розряду блискавки протягом короткого проміжку часу, тому їх роблять із металів з невеликим опором. Перетин тоководів на повітрі має бути менше 48 мм2, а землі - 160мм 2. заземлювачі є найважливішим елементом блискавкозахисту. Їх призначення забезпечуватиме досить малий опір розтіканню струму блискавки в ґрунті. Як заземлювач можна використовувати закопані в землю на глибину 2 - 2,5 м металеві труби, плити, мотки дроту та сітки, шматки (хижацької арматури. Блискавковідводи бажано встановлювати на височинах, щоб скоротити шлях блискавки і збільшити розміри зони захисту. Димові труби, фронтони , виступи на даху, телевізійні антени необхідно заземлити за допомогою тоководів.

Додати сайт до закладок

Блискавка з погляду електрики

Електрична природа блискавки була розкрита в дослідженнях американського фізика Б. Франкліна, з ініціативи якого було проведено досвід із вилучення електрики з грозової хмари. Широко відомий досвід Франкліна щодо з'ясування електричної природи блискавки. У 1750 р. їм було опубліковано роботу, в якій було описано експеримент із використанням повітряного змія, запущеного в грозу. Досвід Франкліна був описаний у роботі Джозефа Прістлі.

Середня довжина блискавки 2,5 км, деякі розряди тягнуться в атмосфері на відстань до 20 км.

Як відбувається формування блискавки? Найчастіше блискавка виникає у купово-дощових хмарах, тоді вони називаються грозовими. Іноді блискавка утворюється в шарувато-дощових хмарах, а також при вулканічних виверженнях, торнадо та пилових бурях.

Схема виникнення блискавки: а – формування; б – розряд.

Для виникнення блискавки необхідно, щоб у відносно малому (але не менше деякого критичного) обсягу хмари утворилося електричне поле з напруженістю, достатньою для початку електричного розряду (~ 1 МВ/м), а в значній частині хмари існувало б поле із середньою напруженістю, достатньою підтримки початку розряду (~ 0,1-0,2 МВ/м). У блискавці електрична енергія хмари перетворюється на теплову та світлову.

Зазвичай спостерігаються лінійні блискавки, які відносяться до так званих безелектродних розрядів, оскільки вони починаються (і закінчуються) у скупченнях заряджених частинок. Це визначає їх деякі досі непояснені властивості, що відрізняють блискавки від розрядів між електродами.

Так, блискавки не бувають коротшими за кілька сотень метрів; вони виникають в електричних полях значно слабших, ніж поля при міжелектродних розрядах; збирання зарядів, що переносяться блискавкою, відбувається за тисячні частки секунди з мільярдів дрібних, добре ізольованих один від одного частинок, розташованих в об'ємі кілька кв.км.

Найбільш вивчений процес розвитку блискавки в грозових хмарах, при цьому блискавки можуть проходити у самих хмарах (внутрішньохмарні блискавки), а можуть вдаряти в землю (наземні блискавки).

Наземні блискавки

Схема розвитку наземної блискавки: а, б - два щаблі лідера; 1 – хмара; 2 - стримери; 3 - канал ступінчастого лідера; 4 – корона каналу; 5 – імпульсна корона на головці каналу; в – освіта головного каналу блискавки (К).

Процес розвитку наземної блискавки складається із кількох стадій. На першій стадії, в зоні, де електричне поле досягає критичного значення, починається ударна іонізація, що створюється спочатку вільними електронами, що завжди є в невеликій кількості в повітрі, які під дією електричного поля набувають значних швидкостей у напрямку до землі і, стикаючись з молекулами, складовими повітря, іонізують їх.

За більш сучасними уявленнями, розряд ініціюють високоенергетичні космічні промені, які запускають процес, що отримав назву пробою на електронах, що тікають. Таким чином, виникають електронні лавини, що переходять у нитки електричних розрядів - стримери, що є добре провідними каналами, які, зливаючись, дають початок яскравому термоіонізованому каналу з високою провідністю - ступінчастому лідеру блискавки.

Рух лідера до земної поверхні відбувається ступенями кілька десятків метрів зі швидкістю ~ 50 000 кілометрів на секунду, після чого його рух припиняється на кілька десятків мікросекунд, а світіння сильно слабшає; потім у наступній стадії лідер знову просувається на кілька десятків метрів.

Яскраве світіння охоплює при цьому всі пройдені щаблі, потім знову зупинка і ослаблення світіння. Ці процеси повторюються під час руху лідера до землі із середньою швидкістю 200 000 метрів на секунду. У міру просування лідера до землі напруженість поля на його кінці посилюється, і під його дією з виступаючих на поверхні Землі предметів викидається стример у відповідь, що з'єднується з лідером. Ця особливість блискавки використовується для створення блискавковідводу.

У заключній стадії по іонізованому лідером каналу слід зворотний (знизу вгору), або головний, розряд блискавки, що характеризується струмами від десятків до сотень тисяч ампер, яскравістю, що помітно перевищує яскравість лідера, і великою швидкістю просування, що спочатку доходить до ~ 100 000 , а в кінці зменшується до ~ 10 000 кілометрів на секунду.

Температура каналу при головному розряді може перевищувати 25000 °C.Довжина каналу блискавки може бути від 1 до 10 км, діаметр – кілька сантиметрів. Після проходження імпульсу струму іонізація каналу та його світіння слабшають. У фінальній стадії струм блискавки може тривати соті і навіть десяті частки секунди, досягаючи сотень і тисяч ампер. Такі блискавки називають затяжними, вони найчастіше викликають пожежі.

Головний розряд розряджає нерідко лише частину хмари. Заряди, розташовані на великих висотах, можуть дати початок новому (стрілоподібному) лідеру, що безперервно рухається зі швидкістю в тисячі кілометрів в секунду. Яскравість його світіння близька до яскравості східчастого лідера. Коли стрілоподібний лідер доходить до поверхні землі, слідує другий головний удар, подібний до першого.

Зазвичай блискавка включає кілька повторних розрядів, але їх кількість може сягати кількох десятків. Тривалість багаторазової блискавки може перевищувати 1 сек. Зміщення каналу багаторазової блискавки вітром створює так звану стрічкову блискавку - смугу, що світиться.

Внутрішньохмарні блискавки

Внутрішньохмарні блискавки включають зазвичай лише лідерні стадії, їх довжина коливається від 1 до 150 км. Частка внутрішньохмарних блискавок зростає зі зсувом до екватора, змінюючись від 0,5 в помірних широтах до 0,9 в екваторіальній смузі. Проходження блискавки супроводжується змінами електричних та магнітних полів та радіовипромінюванням, так званими атмосфериками.

Імовірність ураження блискавкою наземного об'єкта зростає в міру збільшення його висоти та зі збільшенням електропровідності ґрунту на поверхні або на деякій глибині (на цих факторах заснована дія громовідводу). Якщо в хмарі існує електричне поле, достатнє для підтримки розряду, але недостатнє для його виникнення, роль ініціатора блискавки може виконати довгий металевий трос або літак, особливо якщо він сильно заряджений електрично. Таким чином іноді «провокуються» блискавки в шарувато-дощових та потужних купових хмарах.

Кожної секунди близько 50 блискавок вдаряються в поверхню землі, і в середньому кожен її квадратний кілометр блискавки вражає шість разів на рік.

Люди та блискавка

Блискавки – серйозна загроза для життя людей. Поразка людини чи тварини блискавкою часто відбувається у відкритих просторах, т.к. електричний струм йде найкоротшим шляхом "грозова хмара-земля". Часто блискавка потрапляє у дерева та трансформаторні установки на залізниці, викликаючи їх загоряння.

Поразка звичайною лінійною блискавкою всередині будівлі неможлива, проте існує думка, що так звана кульова блискавка може проникати через щілини та відкриті вікна. Звичайний грозовий розряд небезпечний для телевізійних та радіоантен, розташованих на дахах висотних будівель, а також для мережного обладнання.

В організмі постраждалих від блискавки спостерігаються такі ж патологічні зміни, як при ураженні електрострумом. Жертва втрачає свідомість, падає, у нього можуть початися судоми, часто зупиняється дихання та серцебиття. На тілі зазвичай можна виявити "мітки струму" - місця входу та виходу електрики.

Це деревоподібні світло-рожеві або червоні смуги, що зникають при натисканні пальцями (зберігаються протягом 1-2 діб після смерті). Вони – результат розширення капілярів у зоні контакту блискавки з тілом. У разі смертельного результату причиною припинення основних життєвих функцій є раптова зупинка дихання та серцебиття від прямої дії блискавки на дихальний та судинно-руховий центри довгастого мозку.

При ураженні блискавкою перша медична допомога має бути невідкладною. У важких випадках (зупинка дихання та серцебиття) необхідна реанімація, її має надати, не чекаючи на медичних працівників, будь-який свідок нещастя. Реанімація ефективна лише у перші хвилини після поразки блискавкою, через 10-15 хвилин вона, зазвичай, вже неефективна. Екстрена госпіталізація необхідна у всіх випадках.

Жертви блискавок

У міфології та літературі:

• Асклепій (Ескулап), син Аполлона - бог лікарів та лікарського мистецтва, не тільки зцілював, а й пожвавлював мертвих. Щоб відновити порушений світовий лад, Зевс вразив його своєю блискавкою;
• Фаетон, син бога сонця Геліоса - одного разу взявся керувати сонячною колісницею свого батька, але не стримав вогнедишних коней і ледь не занапастив у страшному полум'ї Землю. Розгніваний Зевс пронизав Фаетона блискавками.

Історичні особистості:

• російський академік Г. В. Ріхман - в 1753 загинув від удару блискавки;
• народний депутат України, екс-губернатор Рівненської області В. Червоній 4 липня 2009 року загинув від удару блискавки.

• Рой Саллі Ван залишився живим після семи ударів блискавкою;
• американський майор Саммерфорд помер після тривалої хвороби (результат удару третьою блискавкою). Четверта блискавка повністю зруйнувала його пам'ятник на цвинтарі;
• в індіанців Анд удар блискавкою вважається за необхідне досягнення вищих рівнів шаманської ініціації.

Дерева та блискавка

Високі дерева - найчастіша мета для блискавок. На реліктових деревах-довгожителя легко можна знайти множинні шрами від блискавок. Вважається, що дерево, що самотньо стоїть, частіше уражається блискавкою, хоча в деяких лісових районах шрами від блискавок можна побачити майже на кожному дереві. Сухі дерева від удару блискавки спалахують. Найчастіше удари блискавки бувають спрямовані в дуб, найрідше в бук, що, мабуть, залежить від різної кількості жирних олій у них, що становлять великий опір електриці.

Блискавка проходить у стовбурі дерева шляхом найменшого електричного опору, з виділенням великої кількості тепла, перетворюючи воду на пару, яка розколює стовбур дерева або частіше відриває від нього ділянки кори, показуючи шлях блискавки.

У наступні сезони дерева зазвичай відновлюють пошкоджені тканини і можуть закривати рану цілком, залишивши лише вертикальний шрам. Якщо збитки надто серйозні, вітер і шкідники в кінцевому підсумку вбивають дерево. Дерева є природними громовідведеннями і, як відомо, забезпечують захист від удару блискавки для довколишніх будівель. Висаджені біля будівлі високі дерева вловлюють блискавки, а висока біомаса кореневої системи допомагає заземлювати розряд блискавки.

З дерев, уражених блискавкою, виготовляють музичні інструменти, приписуючи їм унікальні властивості.

Ще 250 років тому знаменитий американський вчений та громадський діяч Бенджамін Франклін встановив, що блискавка – це електричний розряд. Але досі розкрити до кінця всі таємниці, які блискавка зберігає, не вдається: вивчати це природне явище складно і небезпечно.

(20 фото блискавок + відео Блискавка у повільній зйомці)

Всередині хмари

Грозову хмару не сплутаєш із звичайною хмарою. Її похмурий, свинцевий колір пояснюється великою товщиною: нижній край такої хмари висить на відстані не більше кілометра над землею, верхній може досягати висоти 6-7 кілометрів.

Що відбувається всередині цієї хмари? Водяна пара, з якої складаються хмари, замерзає і існує у вигляді крижаних кристалів. Висхідні потоки повітря, що йдуть від нагрітої землі, захоплюють дрібні крижинки вгору, змушуючи їх постійно стикатися з великими, що осідають вниз.

До речі, взимку земля нагрівається менше, і в цю пору року практично не утворюється потужних висхідних потоків. Тому зимові грози – вкрай рідкісне явище.

У процесі зіткнень крижинки електризуються, так само, як це відбувається при терті різних предметів один про інший, - наприклад, гребінці про волосся. Причому, дрібні крижинки набувають позитивного заряду, а великі — негативного. З цієї причини верхня частина блискавкоутворюючої хмари набуває позитивного заряду, а нижня — негативного. Виникає різниця потенціалів у сотні тисяч вольт на кожному метрі відстані – як між хмарою та землею, так і між частинами хмари.

Розвиток блискавки

Розвиток блискавки починається з того, що в деякому місці хмари виникає вогнище з підвищеною концентрацією іонів - молекул води і складових повітря, газів, від яких відібрали або до яких додали електрони.

За одними гіпотезами, таке вогнище іонізації виходить через розгін в електричному полі вільних електронів, що завжди є в повітрі в невеликих кількостях, і зіткненням їх з нейтральними молекулами, які відразу ж іонізуються.

За іншою гіпотезою, початковий поштовх викликається космічними променями, які постійно пронизують нашу атмосферу, іонізуючи молекули повітря.

Іонізований газ служить непоганим провідником електрики, тому через іонізовані області починає текти струм. Далі - більше: струм, що проходить, нагріває область іонізації, викликаючи все нові високоенергетичні частинки, які іонізують прилеглі області, - канал блискавки дуже швидко поширюється.

Слідом за лідером

Насправді процес розвитку блискавки відбувається у кілька стадій. Спочатку передній край провідного каналу, званий «лідером», просувається стрибками по кілька десятків метрів, щоразу, трохи змінюючи напрямок (від цього блискавка виходить звивистою). Причому швидкість просування «лідера» може, в окремі моменти, досягати 50 тисяч кілометрів за одну секунду.

Зрештою, "лідер" досягає землі або іншої частини хмари, але це ще не головна стадія подальшого розвитку блискавки. Після того, як іонізований канал, товщина якого може досягати кількох сантиметрів, виявляється «пробитий», по ньому з величезною швидкістю — до 100 тисяч кілометрів всього за одну секунду — прямують заряджені частинки, це і є блискавка.

Струм у каналі становить сотні і тисячі ампер, а температура всередині каналу, при цьому, сягає 25 тисяч градусів — тому блискавка і дає такий яскравий спалах, видимий за десятки кілометрів. А миттєві перепади температур у тисячі градусів створюють сильні перепади тиску повітря, що поширюються у вигляді звукової хвилі — грому. Цей етап триває дуже недовго — тисячні частки секунди, але енергія, яка виділяється при цьому, величезна.

Кінцева стадія

На кінцевій стадії швидкість і інтенсивність руху зарядів у каналі знижується, але все одно залишаються досить великими. Саме цей момент найбільш небезпечний: кінцева стадія може тривати лише десяті (і навіть менше) частки секунди. Такий, досить тривалий вплив на предмети на землі (наприклад, на сухі дерева) часто призводить до пожеж і руйнувань.

Причому, як правило, одним розрядом справа не обмежується — второваним шляхом можуть рушити нові «лідери», викликаючи в тому ж самому місці повторні розряди, що за кількістю доходять до кількох десятків.

Незважаючи на те, що людству відома блискавка з моменту появи самої людини на Землі, до цього часу вона до кінця ще не вивчена.

Блискавка як природне явище

Блискавка - це гігантський електричний іскровий розряд між хмарами або між хмарами та земною поверхнею довжиною кілька кілометрів, діаметром десятки сантиметрів та тривалістю десяті частки секунди. Блискавка супроводжується громом. Крім лінійної блискавки, зрідка спостерігається кульова блискавка.

Природа та причини виникнення блискавки

Гроза - складний атмосферний процес, і її виникнення обумовлено утворенням дощових хмар. Сильна хмарність є наслідком значної нестійкості атмосфери. Для грози характерний сильний вітер, часто інтенсивний дощ, іноді з градом. Перед грозою (за годину, дві до грози) атмосферний тиск починає швидко падати до раптового посилення вітру, а потім починає підвищуватися.

Грози можна поділити на місцеві, передні, нічні, в горах. Найчастіше людина стикається з місцевими чи тепловими грозами. Ці грози виникають лише у спекотний час за великої вологості атмосферного повітря. Як правило, виникають влітку в полуденний або післяполудневий час (12-16 годин). Водяна пара у висхідному потоці теплого повітря на висоті конденсується, при цьому виділяється багато тепла і висхідні потоки повітря підігріваються. У порівнянні з оточуючим висхідне повітря тепліше, воно збільшується в обсязі, поки не перетвориться на грозову хмару. У великих грозових хмарах постійно витають кристалики льоду і крапельки води. В результаті їх дроблення і тертя між собою і повітря утворюються позитивні і негативні заряди, під дією яких виникає сильне електростатичне поле (напруженість електростатичного поля може досягати 100 000 В/м). І різниця потенціалів між окремими частинами хмари, хмарами чи хмарою та землею досягає величезних величин. При досягненні критичної напруженості електричного повітря виникає лавиноподібна іонізація повітря – іскровий розряд блискавки.

Фронтальна гроза виникає, коли маси холодного повітря проникають у район, де переважає тепла погода. Холодне повітря витісняє тепле, при цьому останнє піднімається на висоту 5-7 км. Теплі шари повітря вторгаються всередину вихорів різного спрямування, утворюється шквал, сильне тертя між шарами повітря, що сприяє накопиченню електричних зарядів. Довжина фронтальної грози може сягати 100 км. На відміну від місцевих гроз після передніх зазвичай холодає. Нічна гроза пов'язана з охолодженням землі вночі та утворенням вихрових струмів висхідного повітря. Гроза в горах пояснюється різницею в сонячній радіації, яку зазнають південні та північні схили гір. Нічні та гірські грози несильні та нетривалі.

Грозова активність у різних районах нашої планети різна. Світові осередки гроз: острів Ява – 220, Екваторіальна Африка – 150, Південна Мексика – 142, Панама – 132, Центральна Бразилія – 106 грозових днів на рік. Росія: Мурманськ – 5, Архангельськ – 10, Санкт-Петербург – 15, Москва – 20 грозових днів на рік.

На вигляд блискавки діляться на лінійні, перлинні та кульові. Перлинні та кульові блискавки досить рідкісне явище.

Розряд блискавки розвивається за кілька тисячних часток секунди; при таких високих струмах повітря в зоні каналу блискавки практично миттєво розігрівається до температури 30 000-33 000 ° С. В результаті різко підвищується тиск, повітря розширюється - виникає ударна хвиля, що супроводжується звуковим імпульсом - громом. Через те, що на високих загострених предметах напруженість електричного поля, що створюється статичним електричним зарядом хмари, особливо висока, виникає свічення; в результаті починається іонізація повітря, виникає тліючий розряд і з'являються червоні язики світіння, що часом коротшають і знову подовжуються. Не слід намагатися гасити ці вогні, т.к. горіння немає. При високій напруженості електричного поля може з'явитися пучок ниток, що світяться - коронний розряд, який супроводжується шипінням. Лінійна блискавка також зрідка може виникнути за відсутності грозових хмар. Невипадково виникла приказка - «грім серед ясного неба».