Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Блискавка



План:


Введення

Блискавки

Блискавка - гігантський електричний іскровий розряд в атмосфері, зазвичай відбувається під час грози, що виявляється яскравим спалахом світла і супроводжуючим її громом. Блискавки також були зафіксовані на Венері, Юпітері, Сатурні і Урані. Струм в розряді блискавки досягає 10-100 тисяч ампер, напруга - 1000000 вольт (іноді досягає 50000000 вольт), тим не менше, гине після удару блискавкою лише 10,2% людей.


1. Історія

Lightning 1882
(C) Photographer: William N. Jennings, c. 1882

Електрична природа блискавки була розкрита в дослідженнях американського фізика Б. Франкліна, за ідеєю якого було проведено досвід по витяганню електрики з грозової хмари. Широко відомий досвід Франкліна щодо з'ясування електричної природи блискавки. У 1750 році їм опублікована робота, в якій описаний експеримент з використанням повітряного змія, запущеного в грозу. Досвід Франкліна був описаний в роботі Джозефа Прістлі.


2. Фізичні властивості блискавки

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

2.1. Формування блискавки

Блискавка вдаряє в Ейфелеву вежу, малюнок 1902 р.

Найбільш часто блискавка виникає в купчасто-дощових хмарах, тоді вони називаються грозовими; іноді блискавка утворюється в шарувато-дощових хмарах, а також при вулканічних виверженнях, торнадо і пилових бурях.

Існує дві заряджених області в хмарах, позитивна і негативна, це дві половини електричного кола, негативний розряд прагне до позитивного, і цей заряд називається Лідером, практично не видимий оком людини через величезній швидкості протікання і слабкою яскравості. Інший позитивний заряд, Стример, прагне до негативного лідера, і цей заряд дуже яскравий і довгий за часом удару блискавки. Електричний заряд Лідер виходить в основному з хмари, а Стример виходить з поверхні землі або іншого хмари з позитивно зарядженою областю. Блискавка це не один розряд, а більш кілька десятків пульсуючих розрядів, чому і видиме мерехтіння блискавки вважається одним розрядом помилково.

Зазвичай спостерігаються лінійні блискавки, які відносяться до так званих безелектродні розрядами, так як вони починаються (і закінчуються) в скупченнях заряджених частинок. Це визначає їх деякі до цих пір не пояснені властивості, що відрізняють блискавки від розрядів між електродами. Так, блискавки не бувають коротше декількох сотень метрів, вони виникають в електричних полях значно слабкіших, ніж поля при міжелектродних розрядах; збір зарядів, які переносяться блискавкою, відбувається за тисячні частки секунди з мільярдів дрібних, добре ізольованих один від одного часток, розташованих в обсязі кілька км . Найбільш вивчений процес розвитку блискавки в грозових хмарах, при цьому блискавки можуть проходити в самих хмарах - внутріоблачние блискавки, а можуть ударяти в землю - наземні блискавки. Для виникнення блискавки необхідно, щоб у відносно малому (але не менше деякого критичного) обсязі хмари утворилося електричне поле (див. атмосферну електрику) з напруженістю, достатньою для початку електричного розряду (~ 1 МВ / м), а в значній частині хмари існувало б поле з середньою напруженістю, достатньою для підтримки розпочатого розряду (~ 0,1-0,2 МВ / м). В блискавки електрична енергія хмари перетворюється на теплову, світлову і звукову, і найнебезпечнішими продуктами блискавки є рентгенівське і гамма випромінювання.


2.2. Наземні блискавки

Блискавки в Бостоні.

Процес розвитку наземної блискавки складається з декількох стадій. На першій стадії, в зоні, де електричне поле досягає критичного значення, починається ударна іонізація, що створюється спочатку вільними зарядами, завжди наявними в невеликій кількості в повітрі, які під дією електричного поля набувають значні швидкості у напрямку до землі і, зіштовхуючись із молекулами, складовими повітря, іонізують їх. За більш сучасними уявленнями, розряд ініціюють високоенергетичні космічні промені, які запускають процес, який отримав назву пробою на втікаючих електронах [1]. Таким чином виникають електронні лавини, що переходять в нитки електричних розрядів - стримери, що представляють собою добре провідні канали, які, зливаючись, дають початок яскравому термоіонізованному каналу з високою провідністю - ступінчастому лідерові блискавки.

Движение лидера к земной поверхности происходит ступенями в несколько десятков метров со скоростью ~ 50 000 километров в секунду, после чего его движение приостанавливается на несколько десятков микросекунд, а свечение сильно ослабевает; затем в последующей стадии лидер снова продвигается на несколько десятков метров. Яркое свечение охватывает при этом все пройденные ступени; затем следуют снова остановка и ослабление свечения. Эти процессы повторяются при движении лидера до поверхности земли со средней скоростью 200 000 метров в секунду.

Молнии в г. Ессентуки

По мере продвижения лидера к земле напряжённость поля на его конце усиливается, и под его действием из выступающих на поверхности Земли предметов выбрасывается ответный стример, соединяющийся с лидером. Эта особенность молнии используется для создания молниеотвода.

В заключительной стадии по ионизованному лидером каналу следует обратный (снизу вверх), или главный, разряд молнии, характеризующийся токами от десятков до сотен тысяч ампер, яркостью, заметно превышающей яркость лидера, и большой скоростью продвижения, вначале доходящей до ~ 100 000 километров в секунду, а в конце уменьшающейся до ~ 10 000 километров в секунду. Температура канала при главном разряде может превышать 25 000 C. Длина канала молнии может быть от 1 до 10 км, диаметр - несколько сантиметров. После прохождения импульса тока ионизация канала и его свечение ослабевают. В финальной стадии ток молнии может длиться сотые и даже десятые доли секунды, достигая сотен и тысяч ампер. Такие молнии называют затяжными, они наиболее часто вызывают пожары. Но земля не является заряженной, поэтому принято считать, что разряд молнии происходит от облака по направлению к земле (сверху вниз).

Главный разряд разряжает нередко только часть облака. Заряды, расположенные на больших высотах, могут дать начало новому (стреловидному) лидеру, движущемуся непрерывно со скоростью в тысячи километров в секунду. Яркость его свечения близка к яркости ступенчатого лидера. Когда стреловидный лидер доходит до поверхности земли, следует второй главный удар, подобный первому. Обычно молния включает несколько повторных разрядов, но их число может доходить и до нескольких десятков. Длительность многократной молнии может превышать 1 сек. Смещение канала многократной молнии ветром создаёт так называемую ленточную молнию - светящуюся полосу.


2.3. Внутриоблачные молнии

Внутриоблачные молнии над Тулузой, Франция. 2006

Внутриоблачные молнии включают в себя обычно только лидерные стадии; их длина колеблется от 1 до 150 км. Доля внутриоблачных молний растет по мере смещения к экватору, меняясь от 0,5 в умеренных широтах до 0,9 в экваториальной полосе. Прохождение молнии сопровождается изменениями электрических и магнитных полей и радиоизлучением, так называемыми атмосфериками.

Полёт из Калькутты в Мумбаи.

Вероятность поражения молнией наземного объекта растет по мере увеличения его высоты и с увеличением электропроводности почвы на поверхности или на некоторой глубине (на этих факторах основано действие громоотвода). Если в облаке существует электрическое поле, достаточное для поддержания разряда, но недостаточное для его возникновения, роль инициатора молнии может выполнить длинный металлический трос или самолёт - особенно, если он сильно электрически заряжен. Таким образом иногда "провоцируются" молнии в слоисто-дождевых и мощных кучевых облаках.


2.4. Молнии в верхней атмосфере

В 1989 году был обнаружен особый вид молний - эльфы, молнии в верхней атмосфере [2]. В 1995 году был открыт другой вид молний в верхней атмосфере - джеты [2].

2.4.1. Ельфи

Эльфы (англ. Elves; E missions of L ight and V ery Low Frequency Perturbations from E lectromagnetic Pulse S ources ) представляют собой огромные, но слабосветящиеся вспышки-конусы диаметром около 400 км, которые появляются непосредственно из верхней части грозового облака [2]. Высота эльфов может достигать 100 км, длительность вспышек - до 5 мс (в среднем 3 мс) [2] [3].

2.4.2. Джеты

Джети представляють собою трубки-конуси синього кольору. Висота джетів може досягати 40-70 км (нижня межа іоносфери), живуть джети щодо довше ельфів [4] [5].

2.4.3. Спрайт

Спрайт важко помітні, але вони з'являються майже в будь-яку грозу на висоті від 55 до 130 кілометрів (висота освіти "звичайних" блискавок - не більше 16 кілометрів). Це щось на кшталт блискавки, що б'є з хмари вгору. Вперше це явище було зафіксовано в 1989 випадково. Зараз про фізичну природу спрайтів відомо вкрай мало [6].

3. Взаємодія блискавки з поверхнею землі і розташованими на ній об'єктами

Глобальна частота ударів блискавок (шкала показує число ударів в рік на квадратний кілометр)

Згідно раннім оцінками, частота ударів блискавок на Землі становить 100 раз в секунду. За сучасними даними, отриманим за допомогою супутників, які можуть виявляти блискавки в місцях, де не ведеться наземне спостереження, ця частота становить у середньому 44 5 разів на секунду, що відповідає приблизно 1,4 мільярда блискавок на рік. [7] [8 ] 75% цих блискавок вдаряє між хмарами або всередині хмар, а 25% - в землю. [9]

Найпотужніші блискавки викликають народження фульгуритів. [10]


3.1. Люди і блискавка

Блискавки - серйозна загроза для життя людей. Але в основному збільшення числа блискавок, справа самих рук людських, а саме, забруднення навколишнього середовища в основному повітря, площі автомобільних доріг мегаполісів сприяють нагріванню повітря і освіти висхідних потоків, і поставка пара-конденсату в атмосферу мегазаводамі, все це збільшує інтенсивність електричних зарядів в хмарної зоні. Поразка людини або тварини блискавкою часто відбувається на відкритих просторах, так як електричний струм йде по найкоротшому шляху "грозова хмара-земля", і в основному електричний заряд проходить по поверхні тіла тварини або людини, чому сприяє зовнішній потового шар шкіри, з найменшим опором і кращої провідністю. Часто блискавка потрапляє в дерева і трансформаторні установки на залізниці, викликаючи їх загоряння. Поразка звичайної лінійної блискавкою усередині будівлі неможливо, проте існує думка, що так звана кульова блискавка може проникати через щілини і відкриті вікна. Звичайний грозовий розряд небезпечний для телевізійних і радіоантен, розташованих на дахах висотних будівель, а також для мережевого обладнання.

В організмі потерпілих відзначаються такі ж патологічні зміни, як при ураженні електрострумом. Жертва втрачає свідомість, падає, можуть відзначатися судоми, часто зупиняється дихання і серцебиття. На тілі зазвичай можна виявити "мітки струму", місця входу і виходу електрики. У разі смертельного результату причиною припинення основних життєвих функцій є раптова зупинка дихання і серцебиття, від прямої дії блискавки на дихальний і судиноруховий центри довгастого мозку. На шкірі часто залишаються так звані знаки блискавки, деревовидні світло-рожеві або червоні смуги, зникаючі при натисканні пальцями (зберігаються протягом 1 - 2 доби після смерті). Вони - результат розширення капілярів в зоні контакту блискавки з тілом.

При ураженні блискавкою перша медична допомога повинна бути нагальною. У важких випадках (зупинка дихання і серцебиття) необхідна реанімація, її повинен надати, не чекаючи медичних працівників, будь свідок нещастя. Реанімація ефективна тільки в перші хвилини після поразки блискавкою, розпочата через 10 - 15 хвилин вона, як правило, вже не ефективна. Екстрена госпіталізація необхідна в усіх випадках.


3.2. Жертви блискавок

  1. У міфології і літературі:
    1. Асклепій, Ескулап - син Аполлона - бог лікарів і лікарського мистецтва, не тільки зціляв, але і оживляв мертвих. Щоб відновити порушений світовий порядок Зевс уразив його своєю блискавкою [11].
    2. Фаетон - син бога Сонця Геліоса - одного разу взявся керувати сонячною колісницею свого батька, але не дотримав вогнедишних коней і ледве не погубив в страшному полум'ї Землю. Розгніваний Зевс пронизав Фаетона блискавками. Загальний список см. Блискавка Зевса.
  2. Історичні особистості:
    1. Казанський губернатор Сергій Голіцин - 1 (12) липня 1738 загинув під час полювання від удару блискавки.
    2. Російський академік Г. В. Ріхман - в 1753 загинув від удару блискавки під час проведення наукового експерименту.
    3. Народний депутат Україна, екс- губернатор Рівненської області В. Червоний 4 липня 2009 загинув від удару блискавкою.

3.3. Цікаві факти

  • Рой Салліван залишився живим після семи ударів блискавкою.
  • Американський майор Саммерфорд помер після тривалої хвороби (результат удару третій блискавкою). Четверта блискавка повністю зруйнувала його пам'ятник на кладовищі.
  • У індіанців Анд удар блискавкою вважається необхідним для досягнення вищих рівнів шаманської ініціації [12].

3.4. Дерева і блискавка

Тополь, вражений блискавкою під час літньої грози. Макіївка, Україна, малюнок 2008 р.
Ствол ураженого блискавкою тополі

.

Високі дерева - часта мішень для блискавок. На реліктових деревах-довгожителів легко можна знайти множинні шрами від блискавок. Вважається, що поодиноко стоїть дерево частіше вражається 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 масел в них, що представляють великий опір електрики. [13]

Блискавка проходить в стовбурі дерева по шляху найменшого електричного опору, з виділенням великої кількості тепла, перетворюючи воду на пару, яка розколює ствол 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 тільки вертикальний шрам. Якщо збиток є занадто серйозним, вітер і шкідники в кінцевому підсумку вбивають дерево. Дерева є природними громовідводами, і, як відомо, забезпечують захист від удару блискавки для довколишніх будівель. Посаджені біля будівлі, високі дерева уловлюють блискавки, а висока біомаса кореневої системи допомагає заземлювати розряд блискавки.

З цієї причини не можна ховатися від дощу під деревами під час грози, особливо під високими або поодинокими на відкритій місцевості. [14] [15]

З дерев, уражених блискавкою, роблять музичні інструменти, приписуючи їм унікальні властивості. [16] [17]


3.5. Блискавка і електроустановки

Розряди блискавок представляють велику небезпеку для електричного та електронного устаткування. При прямому попаданні блискавки в дроти в лінії виникає перенапруження, що викликає руйнування ізоляції електрообладнання, а великі струми обумовлюють термічні пошкодження провідників. Для захисту від грозових перенапруг електричні підстанції й розподільні мережі обладнуються різними видами захисного обладнання, таким як розрядниками, нелінійними обмежувачами перенапруги, длинно розрядниками. Для захисту від прямого попадання блискавки використовуються громовідводи і грозозахисні троси. Для електронних пристроїв представляє небезпеку також і електромагнітний імпульс, який створюється блискавкою.


3.6. Блискавка і авіація

Атмосферний електрику взагалі і блискавки зокрема представляють значну загрозу для авіації. Попадання блискавки в літальний апарат викликає розтікання струму великої величини по його конструкційним елементам, що може викликати їх руйнування, пожежа в паливних баках, відмови обладнання, загибель людей. Для зниження ризику металеві елементи зовнішньої обшивки літальних апаратів ретельно електрично з'єднуються один з одним, а неметалічні елементи металлизируются. Таким чином, забезпечується низький електричний опір корпусу. Для стікання струму блискавки та іншого атмосферного електрики з корпусу, літальні апарати обладналися розрядниками.

З огляду на те, що електрична ємність літака, що знаходиться в повітрі невелика, розряд "хмара-літак" має істотно меншою енергією в порівнянні з розрядом "хмара-земля". Найбільш небезпечна блискавка для низько літака або вертольота, так як в цьому випадку літальний апарат може зіграти роль провідника струму блискавки з хмари в землю. Відомо, що літаки на великих висотах порівняно часто вражаються блискавкою, і тим не менш, випадки катастроф з цієї причини поодинокі. У той же час відомо дуже багато випадків ураження літаків блискавкою на злеті та посадці, а також на стоянці, які закінчилися катастрофами або знищенням літального апарату.


3.7. Блискавка і надводні кораблі

Блискавка також представляє дуже велику загрозу для надводних кораблів з причини того, що останні підняті над поверхнею моря і мають багато гострих елементів (щогли, антени), що є концентраторами напруженості електричного поля. За часів дерев'яних вітрильників, що володіють високим питомим опором корпусу, удар блискавки практично завжди закінчувався для корабля трагічно: корабель згорав або руйнувався, від ураження електричним струмом гинули люди. Клепані сталеві суду також були уразливі для блискавки. Висока питомий опір заклепочних швів викликало значне локальне тепловиділення, що призводило до виникнення електричної дуги, пожеж, руйнування заклепок і появі водостічному корпусу.

Зварний корпус сучасних судів має низький питомим опором і забезпечує безпечне розтікання струму блискавки. Виступаючі елементи надбудови сучасних судів надійно електрично з'єднуються з корпусом і також забезпечують безпечне розтікання струму блискавки.



Примітки

  1. У виникненні блискавок звинуватили космічні промені - www.lenta.ru/news/2009/02/09/lightnings/ Lenta.Ru, 09.02.2009
  2. 1 2 3 4 Червоні Ельфи і Сині Джети - meteoweb.ru/phen049.php
  3. ELVES, a primer: Ionospheric Heating By the Electromagnetic Pulses from Lightning - alum.mit.edu / www / cpbl / elves
  4. Fractal Models of Blue Jets, Blue Starters Show Similarity, Differences to Red Sprites - www.psu.edu/ur/2001/bluejets.html
  5. VP Pasko, MA Stanley, JD Matthews, US Inan, and TG Wood (March 14, 2002) - www.nature.com/nature/journal/v416/n6877/abs/416152a.html "Electrical discharge from a thundercloud top to the lower ionosphere, "Nature, vol. 416, pages 152-154.
  6. Поява НЛО пояснили спрайтами - lenta.ru/news/2009/02/24/noufo /. lenta.ru (24.02.2009). Статичний - www.webcitation.org/619j7xnfG з першоджерела 23 серпня 2011.
  7. John E. Oliver Encyclopedia Of World Climatology - books.google.com /? id =-mwbAsxpRr0C & pg = PA452 & lpg = PA452 & dq = 1.4 billion lightning year - National Oceanic and Atmospheric Administration, 2005. - ISBN 978-1-4020-3264-6.
  8. Annual Lightning Flash Rate - sos.noaa.gov / datasets / Atmosphere / lightning.html. National Oceanic and Atmospheric Administration. Статичний - www.webcitation.org/619j8wJ1x з першоджерела 23 серпня 2011.
  9. Where LightningStrikes - science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2001/ast05dec_1 /. NASA Science. Science News. (December 5, 2001). Статичний - www.webcitation.org/619j9eIZZ з першоджерела 23 серпня 2011.
  10. К. БОГДАНОВ "БЛИСКАВКА: БІЛЬШЕ ЗАПИТАНЬ, АНІЖ ВІДПОВІДЕЙ". "Наука і життя" № 2, 2007 - nkj.ru/archive/articles/9014 /
  11. Н. А. Кун "Легенди і міфи Стародавньої Греції" ТОВ "Видавництво АСТ" 2005-538, [6] с. ISBN 5-17-005305-3 стор.35-36.
  12. Editors: Mariko Namba Walter, Eva Jane Neumann Fridman Shamanism: an encyclopedia of world beliefs, practices, and culture - ABC-CLIO, 2004. - Т. 2. - С. 442. - ISBN 1-57607-645-8.
  13. Блискавка. Великий енциклопедичний словник Брокгауза Ф. А., Ефрона І. А - vehi.net/brokgauz/all/068/68084.shtml
  14. Правила поведінки під час грози - vlboat.ru / articles / raznoe / pravila-povedeniya-vo-vremya-grozi.htm. VLBoat.ru. Статичний - www.webcitation.org/619jACJqc з першоджерела 23 серпня 2011.
  15. Залиште Як поводитися під час грози? - shkolazhizni.ru/archive/0/n-14740 /. Щоденний пізнавальний журнал "ШколаЖизни.ру". Статичний - www.webcitation.org/619jBh52x з першоджерела 23 серпня 2011.
  16. Михайло Михайлович Нечай - www.gv.org.ua / index.php / plain / mastera / nechaj
  17. Р. Г. Рахімов. Башкирська кубиз. Маультроммель. Минуле, сьогодення, майбутнє. Фольклорне дослідження [1] - www.vargan.ru/vargan/vse/story_015.shtml

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Блискавка-1 (КА)
Застібка-блискавка
Блискавка (ракета-носій)
Кульова блискавка (фільм)
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru