Как происходит молния: Как возникает молния?

Молния: что это такое, виды, как и почему возникает, фото и видео

Содержание:

Молния – зрелищное и известное каждому явление, сопровождающееся раскатами грома. Несмотря на невероятный научно-технический прогресс и человеческие возможности, природа молнии до сих пор мало изучена. Рассмотрим причины и процесс возникновения молнии, ее виды в сопровождении фото и видео.

Молния – что это?

Молния – это мощный электрический искровой разряд, который возникает в газовой оболочке нашей планеты, атмосфере. Как правило, молния возникает во время грозы. Она принимает облик ярких световых вспышек, сопровождающихся громом.

Молния

Интересный факт: молнии бывают не только на Земле, но и на других планетах – Уране, Венере, Сатурне, Юпитере и других.

Как и почему возникает молния

Молнии в большинстве случаев образуются в облаках кучево-дождевого типа, а иногда и в слоисто-дождевых тучах большого размера. Грозовые тучи отчетливо выделяются на фоне остальных за счет насыщенного темного цвета.

Темно-синий оттенок появляется из-за толщины облака. При этом нижний его край располагается на высоте около 1 км над поверхностью земли, а верхний достигает 6-7 км в высоту.

Как известно, облако состоит из водяного пара. На высоте капельки замерзают и превращаются в кристаллы льда. Из-за неравномерного распределения температуры нагретый воздух поднимается вверх и влечет за собой мелкие частицы льда. При этом вниз опускаются более крупные замерзшие льдины – частицы постоянно сталкиваются.

Образование молнии

При столкновении происходит электризация льдинок (такое же явление, как и во время трения разных предметов). Более мелкие частицы получают положительный заряд, а те, что крупнее – отрицательный. Соответственно заряжаются и разные части облака. Вверху грозовая туча со знаком «плюс», а внизу – со знаком минус.

В результате возникает разница потенциалов. Причем она образуется как между разными частями облака, так и между тучей и землей. Эта разность измеряется в сотнях тысяч вольт.

Молния не возникает мгновенно из ничего, хоть и движется она достаточно быстро. Формирование молнии можно условно разделить на начальную, среднюю и финальную стадию.

Начальная стадия

Разряд появляется в определенной части облака, где присутствует большое количество ионов. Ион – это частица с электрическим зарядом. Она возникает, когда атом или молекула получают либо теряют электроны.

Так же происходит и с грозовым облаком. Ионы образуются за счет молекул воды и газов, из которых, собственно, и состоит туча. На этом этапе мнения ученых расходятся, поскольку досконально изучить природу молнии еще не удалось.

Схема развития наземной молнии

Одни специалисты считают, что высокая концентрация ионов получается по причине разгона свободных электронов. Они всегда присутствуют в воздухе, хоть и в небольшом объеме. Затем эти электроны сталкиваются с нейтрально заряженными молекулами, в результате чего происходит их ионизация.

Согласно другой гипотезе, все дело в космическом излучении. Оно тоже воздействует на атмосферу Земли постоянно. Именно таким образом ионизируется воздух. Ионизированный газ хорошо проводит электричество, поэтому через него в облаке проходит ток.

Средняя стадия

Далее запускается цепная реакция. Ток, проходящий под высоким напряжением, нагревает воздух в определенной области. Образуется все больше и больше энергетических частиц, которые превращают в ионы соседние области. Поэтому молния распространяется чрезвычайно быстро.

Этапы нисходящего удара молнии

В составе молнии есть главенствующая часть – наиболее мощный канал, от которого распространяются ответвления в разные стороны. Этим объясняется извилистая форма разрядов: с каждой новой вспышкой молния как будто скачками продвигается все дальше и дальше примерно на несколько десятков метров.

Интересный факт: иногда скорость «главной» молнии достигает 50 000 км в секунду.

В определенный момент наиболее мощный разряд достигает земной поверхности либо другой части тучи. Но и это еще не конец. Как только электрическим разрядом пробивается ионизированный канал толщиной несколько сантиметров, заряженные частицы на высокой скорости проходят по нему. Фактически это и есть молния, которую мы можем наблюдать.

Из-за высокого напряжения температура внутри данного канала измеряется в тысячах градусов. Поэтому мы видим молнию в виде очень яркой вспышки. Гром же является следствием резкого перепада температур и давления. Во время электрического разряда выделяется огромное количество энергии, несмотря на кратковременность явления.

Финальная стадия

Скорость перемещения зарядов по каналу быстро снижается. Однако напряжение и сила тока все равно остаются очень высокими. Как раз на конечной стадии молния обычно достигает земли, различных объектов.

Финальная стадия молнии

В случае нахождения поблизости людей молния становится очень опасной. Финальная стадия занимает даже не секунду, а ее десятые доли. Но и этого достаточно для нанесения ущерба, образования пожаров и т. д. Молния зачастую ударяет в одно и то же место несколько раз, если именно этот путь самый короткий и «удобный» для разряда.

Интересно:  Фотосинтез – что это, определение, как происходит, фазы, значение, фото и видео

Виды молнии

Молнии делятся на множество видов. Основным критерием является характер образования разряда, ведь молнии могут возникать на разной высоте. Также они могут иметь разную форму, длину и прочие параметры.

Виды молнии в слоях атмосферы

Линейная (туча-земля)

Часто встречающийся вид, возникающий из-за разных зарядов верхней и нижней частей облака. Появляется и развивается линейная молния по принципу, описанному ранее – в результате активной ионизации воздуха. От основного канала-лидера ступенчато расходятся вспышки в разные стороны, на финальной стадии достигающие земли.

Линейная молния

Земля-облако

Объекты, расположенные на большой высоте, часто приманивают молнию, накапливая электростатический заряд. Разряды «земля-облако» возникают как следствие пробивания слоя атмосферы между нижней частью грозовой тучи и заряженной верхушкой.

Молния “земля-облако”

Облако-облако

Большинство молний возникают именно среди облаков. Вспышки образуются в результате того, что разные части туч имеют разные заряды. Поэтому облака, расположенные поблизости, пробивают друг друга электрическими разрядами.

Молния “облако-облако”

Интересный факт: в Венесуэле есть уникальное место, где река Кататумбо впадает в Озеро Маракайбо. Здесь круглый год появляется множество молний (обычно ночью), которые вспыхивают непрерывно длительное время. Частота разрядов – 250 на квадратный километр за год. Наибольший пик – май и октябрь.

Горизонтальная

Похожа на «облако-земля», но не достигает земной поверхности. Вспышки распространяются в разные стороны. Такая молния считается чрезвычайно мощной. Для ее образования достаточно одной грозовой тучи на чистом небе.

Горизонтальная молния

Ленточная

Интересную форму приобретает молния, в которой несколько одинаковых каналов устремляются вниз параллельно друг другу на небольшом расстоянии. Вероятно, причина кроется в сильном ветре, расширяющем данные каналы.

Ленточная молния

Четочная (пунктирная)

Редкий вид молнии, природа которого мало изучена. Разряд идет не сплошной линией, а с частыми мелкими промежутками – пунктирами. Возможно, некоторые участки молнии быстро остывают, придавая ей такую форму. Вспышка длится пару секунд, а сама молния бьет волной и только одним следом.

Четочная молния

Шторовая

Возникает над облаками, а не внутри или под ними, как предыдущие виды. Как именно образуется, неизвестно. Внешне это широкая светящаяся полоса, состоящая из большого количества разрядов. При этом можно услышать негромкий гул. Впервые такую молнию удалось запечатлеть лишь в 1994 году.

Шторовая молния

Спрайт

Если обычная молния возникает на высоте около 16 км, то спрайты появляются гораздо выше – 50-130 км. Они представляют собой электрические разряды холодной плазмы, бьющие из облаков вверх.

Спрайты

Рассмотреть их проблематично, но образуются спрайты группами при каждой сильной грозе через несколько секунд после мощной молнии. Средняя длина вспышек – 60 км, диаметр – до 100 км, длительность – до 100 миллисекунд.

Эльф

Масштабные конусообразные вспышки со слабым красным светом (диаметр примерно 400 км). Образуются в верхних слоях грозовых туч. В высоту достигают 100 км, а длятся около 3 миллисекунд.

Эльф

Джет

Молнии трубчато-конусной формы с синим свечением. В высоту достигают нижних слоев ионосферы (от 40 до 70 км). По продолжительности немного обгоняют эльфов.

Джеты

Вулканическая

Возникает при извержении вулкана. Вероятно, из-за того, что пепел и магма при выбросе несут электрический заряд. Кроме того, эти частицы постоянно сталкиваются, чем и вызывают разряды.

Вулканическая молния

Огни Святого Эльма

Фактически это не молния, а разряды, которые возникают на заостренных концах возвышающихся объектов. Сюда относятся вершины скал, деревья, мачты судов, башни и т.п. Образуются они из-за высокой напряженности электрического поля. Чаще всего это происходит во время грозы или метели зимой.

Огни Святого Эльма

Шаровая

Молния в виде сгустка плазмы шарообразной формы, плавающего прямо в воздухе. Как и почему образуется такой разряд, учеными до сих пор не установлено. Можно наверняка утверждать лишь то, что такая молния ведет себе непредсказуемо. Многие до сих пор сомневаются в ее существовании.

Шаровая молния, гравюра XIX века

Какие виды молнии опасны для человека?

Для человека угрозу представляют все виды молнии, которые могут достигнуть земной поверхности. Неопасны разряды, которые возникают и бьют только среди облаков или над ними. Также безопасны огни Святого Эльма.

Цвет молнии

Молния может иметь разные оттенки: голубоватый, белый, желтый, оранжевый, красный. Цвет зависит от состава атмосферы. Канал молнии разогревается в 5 раз сильнее Солнца. При такой температуре воздуху свойственны голубые, фиолетовые тона. Поэтому разряды, видимые неподалеку в чистой атмосфере, приобретают синеватое свечение.

Голубоватое свечение молнии – наиболее распространенное

На более значительном расстоянии вспышки становятся белыми, еще дальше – желтеют. Так происходит из-за того, что голубые тона рассеиваются в воздухе. Если в атмосфере много пыли, вспышки приобретают оранжевый цвет.

Капли воды «окрашивают» молнию в красные оттенки. Наиболее редкое явление – создание сложных оптических эффектов за счет высокой концентрации мелких частиц льда в воздухе.

Скорость и длина молнии

В среднем молнии перемещаются на скорости около 56 тысяч км/сек. При этом грозовое атмосферное явление движется со скоростью 40 км/час. Средняя длина электрического разряда – 9,5 км.

Старое фото молнии в Бостоне

Интересный факт: самая длинная молния в мире зафиксирована в американском штате Оклахома – 321 км. А наиболее длительный разряд по времени наблюдали в Альпах – на протяжении 7,74 сек.

Сила тока и напряжение молнии

Так как молния напрямую связана с электричеством, для нее существует две физических величины – сила тока и напряжение. В разряде молнии на нашей планете зафиксирована сила тока в пределах от 10 000 до 500 000 ампер. Напряжение также чрезвычайно высокое и измеряется в десятках миллионов и миллиардах вольт.

Мощная молния

Бывают ли молнии зимой?

Грозы и молнии зимой – очень редкое явление. В холодное время года поверхность земли прогревается меньше. Поэтому не возникают сильные восходящие потоки воздуха. Однако в последнее время, на фоне глобального потепления, зимы бывают достаточно теплыми, так что молнии вполне возможны.

Молния ударила зимой в Статую Свободы

Частота молнии

Ранние исследования показывали, что молния ударяет примерно 100 раз в секунду на территории нашей планеты. Но спутники позволяют наблюдать за самыми удаленными или труднодоступными местами на Земле.

Частота молнии (на квадратный километр за год)

Новые данные указывают на 44 плюс-минус 5 ударов молнии в секунду. Это значит, что за год случается около 1,4 миллиарда электрических разрядов. Из них примерно 25% ударяют в землю, а остальные 75% вспыхивают среди облаков.

Как определить расстояние до молнии по грому?

Установить расстояние до грозы по грому можно приблизительно. Для этого засекается, сколько секунд проходит между звуком грома и вспышкой молнии. Необходимо учитывать скорость звука – около 300 метров в секунду. Так, 3 секунды – это примерно 1 км до грозы.

Расстояние до молнии

Выполнение нескольких замеров позволяет узнать, приближается или удаляется гроза по отношению к наблюдателю. Важно помнить о том, что молния растягивается на несколько километров. Если при отсутствии грома видны разряды молнии, значит, гроза находится на расстоянии более 20 км.

Последствия молнии

Молния оставляет за собой большое количество разных следов, в зависимости от места, куда ударяет разряд, а также его мощности. Рассмотрим следующие проявления молнии:

• образование фульгуритов;
• попадание в землю;
• попадание в деревья, дома и прочие объекты;
• попадание в автомобили;
• попадание в человека.

Фульгурит – это вещество, которое образуется при попадании электрического разряда в песок или любую горную породу. По сути, определенное количество песка просто плавится и застывает под кратковременным воздействием высокой температуры.

Фульгурит

Обнаружить фульгуриты непросто. Обычно они встречаются на горных вершинах или в областях, где грозы считаются частым явлением. Попадая в залежи песка, молния образует из него трубочки произвольных форм, полые внутри. Фактически они получаются стеклянными.

Между песчаными частицами всегда есть влага и воздух. Мощный удар их быстро нагревает до высоких температур, расширяет, в результате чего и появляются эти трубочки всевозможных размеров и форм. Затем они моментально охлаждаются.

Очень редко разряды молнии попадают именно в землю, поскольку для них предпочтительнее максимально короткий и доступный путь. Но в случае попадания на поверхности остается углубление, от которого в разные стороны уходят витиеватые линии, напоминающие молнию по форме.

След от молнии на земле

Возвышаясь над другими объектами, деревья чаще всего привлекают к себе молнию. В большинстве случаев они сгорают, причем моментально. Если же в дерево попадает шаровая молния, она поджигает его изнутри. При попадании в здание молния зачастую повреждает кровельную часть и тоже может вызвать возгорание.

Молния ударила в дерево

Если разряд угодит в закрытое транспортное средство, например, автомобиль, то быстро распространится по металлическому корпусу и уйдет в земную поверхность. Считается, что авто – безопасное место, в котором можно переждать непогоду, так как молния не попадает внутрь салона. Однако последствия прямого попадания все равно серьезные.

Молния ударила в авто

Попадание разряда молнии в человека непредсказуемо. Оно сравнимо удару электрическим током, но напряжение при этом в разы выше. Чаще всего молния поражает грудную клетку или голову.

Фигуры Лихтенберга

На теле остаются особенные следы, которые напоминают молнию по форме – их называют фигурами Лихтенберга. Такой след остается в результате повреждения кровеносных сосудов. Удар молнией крайне опасен, поэтому в случае грозы следует принять все необходимые меры безопасности.

Есть ли польза от молнии?

Электрические разряды очищают воздух от мелких частиц пыли, различных загрязнений. Это ощущается даже физически, так как после грозы воздух более свежий. Молния преобразует тяжелые вещества в полезные. Способствует накоплению больших объемов азота, которые попадают в почву и благотворно влияют на рост и развитие растений.

Образование озона

Можно ли использовать энергию молнии?

Существует специальный термин – грозовая энергетика. Это способ, при помощи которого энергия молнии «собирается» и направляется в электрические сети. Эта энергия принадлежит к числу альтернативных возобновляемых источников.

Электросети

Потенциал использования энергии молнии огромен. Ее запас бесконечный – он решит проблему дорогостоящего электричества и снизит ущерб, который сейчас наносится экологии планеты. В настоящее время ведутся разработки экспериментальных установок для захвата молнии, изучается грозовая активность.

Интересно:  Шаровая молния — что это, описание, когда появляется, опасности, виды, фото и видео

Но есть у данного способа энергопотребления и свои минусы. Сложно предсказать, где и когда будет гроза. Кроме того, вспышка длится доли секунды, поэтому требуется мощное дорогое оборудование.

Что делать во время грозы?

Если гроза застала на улице необходимо следовать таким правилам:

1. Нельзя прятаться под деревьями и другими высокими объектами, стоять рядом со столбами, дорожными знаками, в которые чаще всего бьет молния. Следует отойти от них подальше, так как от центра удара напряжение расходится в разные стороны.
2. На открытой местности нужно присесть и прижать голову к коленям, занять максимально низкорасположенное место.
3. Убрать подальше от себя зонт, все металлические и длинные предметы – они притягивают молнию.
4. Выключить телефон, прочие устройства.
5. При возможности укрыться в машине.
6. Не подходить к водоему, тем более не купаться.

Что делать во время грозы

Находясь в помещении, следует также выключить телефон, электроприборы, подачу газа. Рекомендуется закрыть все окна. Существует версия, что даже луч лазерной указки, направленный в небо, может привлечь разряд.

Интересный факт: существует понятие шагового напряжения. Оно возникает между двумя точками поверхности, и чем больше расстояние между этими точками, тем выше сила тока. Например, в большей опасности находится крупный рогатый скот, лошади, потому что передние и задние ноги у них расположены далеко.

Как защищают самолеты от молнии?

Весь корпус самолета защищен специальной оболочкой, внутри которой содержится экранирующая сетка из металла. Таким образом, при ударе молнией оболочка проводит ток, но предотвращает проникновение электрического разряда внутрь самолета. Находящиеся внутри люди и оборудование остаются в безопасности.

Разрядники на крыле самолета

Также все техническое оснащение самолета оборудовано дополнительной защитой от электрических разрядов. Попадание молнии приходится на нос самолета, разряд продвигается к крыльям и хвосту. Пассажиры и экипаж могут во время удара услышать громкий звук, но так происходит не всегда.

Интересный факт: перед тем, как самолет сдается в эксплуатацию, он проходит тщательную проверку. Один из ее этапов – симуляция попадания молнии.

Как защищают оборудование от молнии?

Нужно понимать, что защиты от прямого попадания молнии в оборудование не существует. Речь идет о грозозащите – это специальное оснащение, которое позволяет обезопасить технику от повреждений, возникающих из-за грозы. Также оборудуют громоотводы и защищают оборудование от перенапряжения.

Грозозащита

Главная цель грозозащиты – защитить оборудование от статического электричества. У него имеется определенный показатель защиты, обозначаемый как ESD Protection. Этот показатель измеряется в киловольтах и указывается в виде числовой величины.

Стандарт грозозащиты – 15-20 кВ. Она представляет собой диодный мостик. При обнаружении в проводах разницы напряжения в 6 В и более, срабатывает защитный диод, который заземляет провода.

История изучения

Наблюдать молнию люди могли еще с древних времен, но длительное время этому явлению не было объяснения. Изначально считалось, что вспышки в небе – результат деятельности богов. Еще древнегреческие философы подметили, что молния поражает высокие объекты.

Значимый вклад в изучение молнии сделали мореплаватели. В открытом море электрические разряды оказались еще мощнее. Связь между молнией и электричеством была выдвинута в 17-18 веках, в период развития физики.

Молния в море

Наиболее подробно такую гипотезу описал в своих исследованиях Бенджамин Франклин. В 1750 он представил научный труд, в котором был описан известный нынче эксперимент по определению электрической природы молнии.

Суть опыта состояла в запуске воздушного змея во время грозы. При этом к змею крепился стержень из меди, а к тросу – металлический ключ. Цель эксперимента – доказать электрическую природу молнии.

Опыт Бенджамина Франклина, иллюстрация

Для подтверждения гипотезы молния должна ударить в змея, пройти по тросу и оставить след на ключе. Опыт Франклин провел в июне, позаботившись о громоотводе. Стоит сказать, что он прошел успешно и подтвердил все догадки физика.

В 20-м веке ученые открыли необычные виды молнии (спрайты, джеты, эльфы), которые возникают в верхних слоях атмосферы. В настоящее время исследования молнии проводятся при помощи спутников.

Молния, интересное видео

Линейная молния в Самаре

Горизонтальная молния над лесами Сибири

Ночная гроза в Томске

Разные виды молнии на ночном небе Томска

Молнии “туча-земля” на ночном небе Томска

Древовидная восходящая молния над вулканом Ауга в Гватемале

Молнии “облако-облако”

Горизонтальная молния

Молнии “облако-облако” и “облако-земля”

Молния, пронизывающая радугу

Линейные молнии на фоне городского пейзажа

Сильный канал линейной молнии

Мощный канал молнии крупным планом

Мощный разряд крупным планом

Мощнейшая молния достигает земли

Грузоподъемные краны привлекают электрические разряды

Мощнейшие линейные молнии

Горизонтальная молния в городе Несебр

Мощные линейные молнии в городе Пловдив

Мощные линейные молнии в городе Пловдив

Ночная гроза над Псковом

Большое грозовое облако с линейными и внутриоблачными молниями

Линейные молнии освещают ночное небо

Многочисленные молнии линейного типа с желтым свечением

Молнии и радуга ранним утром

Многочисленные линейные разряды высокой мощности

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

3. Как развивается молния?. Молния и гром

3. Как развивается молния?

Чаще всего молнии, ударяющие в землю, происходят от туч, заряженных отрицательным электричеством. Молния, ударяющая из такой тучи, развивается так.

Сначала из тучи по направлению к земле начинают течь электроны в небольшом количестве, в узком канале, образуя в воздухе нечто подобное ручейку. На рис. 10 показано это начало образования молнии. В той части тучи, где начинается образование канала, скопились электроны, обладающие большой скоростью движения, благодаря которой они, сталкиваясь с атомами воздуха, разбивают их на ядра и электроны. Освобождающиеся при этом электроны устремляются также по направлению к земле и, снова сталкиваясь с атомами воздуха, расщепляют их. Это похоже на падение снега в горах, когда сначала небольшой ком, катясь вниз, обрастает прилипающими к нему снежинками, и, всё ускоряя свой бег, превращается в грозную лавину. И здесь электронная лавина захватывает всё новые объёмы воздуха, расщепляя его атомы на части.

При этом воздух разогревается, а при повышении температуры его проводимость усиливается; он из изолятора превращается в проводник. Через полученный проводящий канал воздуха из тучи начинает стекать электричество всё в большем количестве. Электричество приближается к земле с огромной скоростью, достигающей 100 километров в секунду. Для сравнения напомним, что скорость полёта снаряда из современных орудий не превышает двух километров в секунду.

Рис. 10. В туче начинается образование молнии.

Через сотые доли секунды электронная лавина достигает земли. Этим заканчивается только первая, так сказать, «подготовительная» часть молнии: молния пробила себе дорогу к земле. Вторая, главная часть развития молнии ещё впереди.

Рассмотренную часть образования молнии называют лидером. Это иностранное слово означает по-русски «ведущий». Лидер проложил дорожку второй, более мощной части молнии; эту часть называют главной.

Как только канал дошёл до земли, электричество начинает протекать через него гораздо более бурно и быстро. Теперь происходит соединение отрицательного электричества, скопившегося в канале, и положительного электричества, которое попало в землю с каплями дождя и путём электрического влияния — происходит разряд электричества между тучей и землёй. Такой разряд представляет собою электрический ток огромной силы — эта сила гораздо больше, чем сила тока в обычной электрической сети. Ток, протекающий в канале, очень быстро нарастает, а достигнув наибольшей силы, начинает постепенно спадать. Канал молнии, через который протекает такой сильный ток, очень разогревается и поэтому ярко светится. Но время протекания тока в грозовом разряде очень мало. Разряд длится очень малые доли секунды, и поэтому электрическая энергия, которая получается при разряде, сравнительно невелика.

На рис. 11 показано постепенное продвижение лидера молнии по направлению к земле (первые три рисунка слева). На трёх последних рисунках видны отдельные моменты образования второй (главной) части молнии.

Рис.  11. Постепенное развитие лидера молнии (первые три рисунка) и её главной части (последние три рисунка).

Человек, смотрящий на молнию, конечно, не сможет различить её лидера от главной части, так как они следуют друг за другом чрезвычайно быстро, по одному и тому же пути. Но с помощью фотографического аппарата можно отчётливо видеть оба процесса. Фотографический аппарат применяется в этих случаях особенный. Главное его отличие от обычных фотоаппаратов заключается в том, что его пластинка имеет круглую форму и во время съёмки вращается — совершенно так же, как граммофонная пластинка. Поэтому снимок, сделанный таким аппаратом, растягивается, «размазывается».

После соединения двух электричеств разного рода ток обрывается. Однако, молния обычно на этом не заканчивается. Часто по пути, проложенному первым разрядом, сразу же устремляется новый лидер, а за ним, по тому же пути, идёт снова главная часть разряда. Так завершается второй разряд.

Таких отдельных разрядов, состоящих каждый из своего лидера и главной части, может образовываться до 50 штук. Чаще же всего их бывает 2–3 штуки. Появление отдельных разрядов делает молнию прерывистой, и часто человек, смотрящий на молнию, видит её мерцание.

Вот какова причина мерцания молнии.

Так как молния состоит из нескольких быстро чередующихся вспышек света, то на вращающейся фотографической пластинке появляются отдельные изображения, находящиеся на определённом расстоянии одно от другого. Расстояние между изображениями будет тем большим, чем быстрее вращается пластинка.

Время между образованием отдельных разрядов очень мало; оно не превышает сотых долей секунды. Если число разрядов очень велико, то длительность молнии может достигать целой секунды и даже нескольких секунд. Уж не так «быстра» молния, как это представляли себе раньше!

Мы рассмотрели лишь один вид молнии, который наиболее часто встречается. Эта молния называется линейной молнией, потому что невооружённому глазу она представляется в виде линии — узкой яркой полосы белого, светло-голубого или ярко-розового цвета.

Линейная молния имеет длину от сотен метров до многих километров. Путь молнии обычно зигзагообразный. Часто молния имеет много разветвлений. Как было уже сказано, разряды линейной молнии могут происходить не только между тучей и землёй, но и между тучами.

На рис. 12 изображена линейная молния.

Рис. 12. Линейная молния.

1. Молния и электрическая искра

1. Молния и электрическая искра Две с половиной тысячи лет тому назад греческий учёный Фалес из города Милета заметил, что если янтарь (жёлтую смолу, употреблявшуюся для украшения) натереть мехом, то он может притягивать лёгкие предметы — например, волокна или соломинки.

2. Отчего происходит молния?

2. Отчего происходит молния? Подходя близко к высокому дереву или дому, грозовая туча, заряженная электричеством, действует на него совершенно так же, как в рассмотренном нами последнем опыте заряженная палочка действовала на электроскоп.

На верхней части дерева или на

5. Шаровая молния

5. Шаровая молния Кроме линейной, бывают, правда гораздо реже, молнии других видов. Из них мы рассмотрим одну, наиболее интересную — шаровую молнию.Иногда наблюдаются грозовые разряды, представляющие собой огненные шары. Как образуются шаровые молнии — пока ещё не

1. Как часто возникает молния?

1. Как часто возникает молния? Не везде на земле грозы бывают одинаково часто.В некоторых жарких, тропических местах грозы происходят круглый год — почти каждый день. В других же местах, расположенных в северных районах, грозы бывают сравнительно редко. В нашем Союзе с его

2. Куда ударяет молния?

2. Куда ударяет молния? Так как молния представляет собою электрический разряд через толщу изолятора — воздуха, то он происходит чаще всего там, где слой воздуха между тучей и каким-либо предметом на поверхности земли будет меньше. Непосредственные наблюдения это и

51 Прирученная молния прямо в комнате – и безопасно!

51 Прирученная молния прямо в комнате – и безопасно! Для опыта нам потребуются: два воздушных шарика. Все видели молнию.Страшный электрический разряд бьет прямо из тучи, сжигая все, во что попадает. Зрелище это и страшно, и притягивает. Молния опасна, она убивает все живое.

Рубиновая молния

Рубиновая молния Какое огромное практическое применение находят себе «невидимые» кванты и какие грандиозные перспективы они открывают перед человечеством, можно показать на примере одного из самых больших достижений современной науки и техники — квантовых

Маленькая молния

Маленькая молния В следующий вечер брат начал опыты с очень странных приготовлений. Взял три стакана, погрел их возле печки, затем поставил на стол и накрыл сверху самоварным подносом, который тоже сначала погрел немного у печки.– Что это будет? – любопытствовал я. –

ударов молнии | EarthDate

Удар молнии.
Предоставлено: Марк Колдрен (общественное достояние), Wikimedia Commons

Молния известна тем, что вызывает лесные пожары, издает гром, который пугает семейную собаку, и редко поражает игрока в гольф, застрявшего во время шторма.

Не совсем хорошая репутация, поэтому вы можете удивиться, узнав, что молния необходима для жизни на Земле.

Молния образуется, когда капли замерзающей воды падают сквозь облако, неся с собой небольшой заряд. Миллионы падающих капель в конце концов накапливают отрицательный заряд в нижней части облака.

Когда заряд становится достаточно мощным, он прорезает воздух разрядом тока, соединяясь с положительно заряженной областью, чтобы нейтрализовать его. Это может быть земля под или, что чаще, верхушка облака.

Болт шириной всего 1 дюйм и длится одну пятую секунды. Он движется со скоростью 200 000 миль в час и нагревает воздух вокруг себя сильнее, чем поверхность солнца. Этот воздух очень быстро расширяется, и ударная волна слышна как гром.

Когда молния пронзает атмосферу, она разрушает молекулы азота. Это позволяет им соединяться с кислородом воздуха с образованием оксидов азота. Дождь растворяет их в нитраты, а затем переносит на Землю и в почву.

Нитраты являются наиболее легко усваиваемой формой азота для растений, которым необходим азот для роста.

И процветающие растения являются основой пищевой сети, от которой зависят все другие существа.

Еще одно напоминание о том, что на нашей удивительной планете все взаимосвязано, и иногда эти связи могут шокировать.

Описание: От Зевса до Тора и Будды молния считалась сверхъестественным оружием богов, вызывая у людей благоговейный трепет и по сей день. Как работает молния?

• Молния, одно из старейших наблюдаемых природных явлений на Земле, также является одним из наименее изученных.
• Молнии обычно возникают во время гроз, но они также могут возникать во время извержений вулканов, чрезвычайно интенсивных лесных пожаров, поверхностных ядерных взрывов и сильных снежных бурь — все это может создавать свою собственную погоду.

• Молния – это внезапный электростатический разряд, вызванный дисбалансом положительных и отрицательных зарядов между грозовыми облаками и землей или внутри самих облаков.
  • Восходящие и нисходящие потоки в непосредственной близости в грозовых облаках вызывают разделение положительных и отрицательных зарядов по мере того, как электроны отрываются и собираются на опускающихся полузамороженных частицах воды, создавая отрицательный заряд у основания облака и положительный заряд на его вершине.
  • Замерзающие частицы необходимы для возникновения молнии.
  • Объекты на земле под отрицательно заряженными основаниями грозовых облаков становятся положительно заряженными.
  • Обычно воздух изолирует различные заряды, но когда они накапливаются в достаточной степени, молния ударяет, когда между зарядами проходит ток, чтобы устранить дисбаланс.
• Ежедневно по всему миру одновременно происходит более 2000 гроз — это более 14,5 миллионов гроз в год!
  • Спутники НАСА показывают, что эти штормы производят не менее 40 ударов молнии в секунду по всему миру, что означает более 1,4 миллиарда ударов молнии в год на нашей электрифицированной планете.
• Молнии чаще всего случаются в экваториальных районах и чаще над сушей; земная поверхность днем ​​нагревается больше, вызывая более интенсивную атмосферную конвекцию, которая, в свою очередь, приводит к молнии.
  • Больше всего молний на Земле происходит в гористой восточной части Демократической Республики Конго недалеко от небольшой деревни Кифука к югу от экватора.
  • Влажный воздух, который прошел более 1000 миль от Атлантики, поднимается вдоль горного фронта возле Кифуки, создавая невероятно сильные штормы.
  • В этом районе в среднем более 400 ударов молнии на квадратную милю в год.
• Кучево-дождевые облака, высота основания которых составляет менее 1 мили, а вершина — почти 10 миль, обычно производят молнии.

• Только около 25% ударов молнии исходят из облаков в землю; остальные происходят внутри облаков и называются вспышками молнии .
  • Молния длится всего 0,2 секунды и представляет собой комбинацию множества гораздо более коротких вспышек (ударов) длительностью около 30 микросекунд.
  • Молнии имеют ширину всего дюйм и распространяются со скоростью более 200 000 миль в час.
  • Молния вызывает свет в виде плазмы и звук в виде грома.
  • Воздух на пути молнии нагревается до более чем 18 000 градусов по Фаренгейту, что намного горячее, чем поверхность Солнца. Этот нагрев заставляет воздух быстро расширяться, создавая ударную волну, известную как гром .
  • Молнию можно увидеть на расстоянии 100 миль, а гром можно услышать только на расстоянии около 15 миль.

• Вы когда-нибудь замечали, как растения оживляются после грозы? Молния улучшает химический состав дождевой воды для растений.
  • Дождевая вода была перегнана в чистую воду при испарении с поверхности Земли.
  • Молния расщепляет молекулы азота (N2), чтобы они могли соединиться с кислородом с образованием оксидов азота, которые растворяются в дожде с образованием нитратов, слегка подкисляя дождевую воду.
  • Нитраты являются наиболее биологически доступной формой азота и, наряду с фосфором и калием, одним из трех основных макроэлементов, необходимых для роста растений.
  • Молния является неотъемлемой частью круговорота азота на Земле.

Погода: молния | Эксплораториум

Погода: молния | Эксплораториум

Драматическая молния перед запуском STS-8
Фото НАСА — Центр космических полетов им. Маршалла

---

Боковые панели:

• Яркая личность
• Просветительные моменты в истории
• Дополнительные показания
• Похожие экспонаты
• Интернет-ресурсы

Рон Хипшман

Почему и почему природный фейерверк

---

Гром хорош, гром впечатляет; но молния делает свое дело.

—Марк Твен

Те немногие грозы, которые были у нас в Сан-Франциско, когда я был ребенком, были пугающим зрелищем, которое заставляло меня нырять под одеяло в постели. Когда я стал старше, страх уступил место (частично) любопытству. Как работала молния? Я слышал, что вспышка молнии случается, когда два облака сталкиваются друг с другом. Но даже в нежном и впечатлительном возрасте такое объяснение казалось довольно глупым. Во время большинства гроз небо было полностью покрыто облаками, и я никогда не видел молний, ​​когда на небе были только отдельные облака. Здесь работало что-то еще.

Чтобы понять молнию, мне пришлось узнать о природе электричества: что это такое и как оно движется. Я обнаружил, что все в мире состоит из электричества и что электрические силы ответственны за то, чтобы удерживать вещи вместе, а иногда и за то, что они раздвигаются.

Все состоит из атомов, которые, в свою очередь, состоят из заряженных частиц. Все заряженные частицы бывают одного из двух типов: положительные и отрицательные (или плюс и минус). Минус-частицы — это электроны, а плюс-частицы — гораздо более тяжелые протоны, которые находятся глубоко в ядре. (В ядре также есть тяжелые нейтральные частицы, называемые нейтронами, но они в действительности не участвуют в нашей истории.)

Когда вы приближаете два заряженных объекта друг к другу, что-то происходит. Если два заряда имеют одинаковый знак (плюс и плюс или минус и минус), они будут отталкиваться друг от друга. Два заряда противоположных знаков будут притягиваться. Размер электрической силы зависит от двух вещей; насколько сильно заряжены объекты и расстояние между ними. Чем больше заряд, тем большую силу ощущает каждый заряд. По мере увеличения расстояния между зарядами сила быстро уменьшается. Сила гравитации, другой вид силы притяжения, в миллиарды миллиардов раз слабее, чем электрическая сила.

---

Привет! ни! я! Вот человек из кремня, это я! Четыре молнии зигзагом отходят от меня, ударяют и возвращаются.

— Боевой напев навахо

---

Одним из проявлений действия электрических сил в природе является гроза. Удар молнии — это короткий, но сильный поток отрицательного заряда, который распространяется от облака к земле по «проводу» молекул воздуха, которые были ионизированы или разорваны на части.

Внутри грозовой тучи электрические заряды разделяются. Теплые восходящие потоки уносят вверх положительные заряды, оставляя нижнюю часть облака заряженной отрицательно. Притяжение между землей и отрицательными зарядами в нижней части облака создает удар молнии, краткий поток отрицательного заряда, который распространяется от облака к земле.

Устрашающая сила удара молнии рождается в грозовом облаке, где заряды каким-то образом разделяются. Существует несколько сложных теорий, пытающихся объяснить настоящий механизм разделения зарядов, но никто на самом деле не знает, что разделяет заряды в грозовом облаке. Считается, что капли воды в облаке каким-то образом заряжаются отрицательно и, будучи тяжелее окружающего воздуха, падают на дно облака. Между тем, положительные ионы, оставленные позади, уносятся вверх к вершине облака теплыми восходящими потоками внутри грозовой тучи. По мере того, как все больше и больше зарядов отделяются друг от друга, части облака становятся настолько высоко заряженными, что электрические силы разрывают близлежащие молекулы воздуха на части, образуя все больше заряженных фрагментов.

Поскольку земля под облаком имеет гораздо меньше отрицательных зарядов, чем нижняя часть облака, между землей и нижней частью облака существует притяжение. Поэтому любые электроны, освобождающиеся вблизи облака, притягиваются к земле. Когда эти электроны движутся, они врезаются в молекулы воздуха, которые стоят у них на пути, разбивая молекулы и создавая более заряженные фрагменты. Все новые отрицательные фрагменты тянутся вниз вместе с первоначальными электронами, и мы имеем задатки электрической лавины.

Лавина продолжала бы неумолкать, если бы не более тяжелые и более медленные положительные заряды, которые остались позади. Они имеют тенденцию притягивать ускоряющуюся армию электронов обратно к облаку. Но в облаке постоянно высвобождается все больше электронов, и они устремляются на помощь замедляющимся электронам внизу, усиливая их гонку вниз. Этот процесс замедления электронов, а затем их спасения с помощью подкрепления повторяется снова и снова. Первоначальная группа электронов движется рывками в 150 футов по извилистой траектории к земле.

Эта первоначальная исследовательская миссия формирует так называемый «ступенчатый лидер», названный в честь его движения «старт-стоп». Ступенчатому лидеру требуется около 5/1000 секунды, двигаясь со скоростью около 240 миль в секунду, чтобы добраться от облака до земли. Когда лидер приближается к земле, он может привлечь поток положительных зарядов (называемый стримером) вверх от земли, чтобы встретить его. Когда либо ступенчатый лидер достигает земли, либо стример подбегает, чтобы присоединиться к ступенчатому лидеру, между облаком и землей устанавливается электрическое соединение. Молекулы ионизированного воздуха лидера довольно хорошо проводят электричество, а путь заряженных частиц действует как провод, соединяющий сильно отрицательное облако и положительную землю. Этот ионизированный воздух становится путем основного разряда молнии.

Первыми заряды, которые почувствуют связь, находятся у земли. Легкие и подвижные отрицательные заряды быстро разгоняются по проводу ионизированного воздуха. В своем безумном стремлении к земле отрицательные заряды сталкиваются с воздухом, заставляя его светиться, как неоновая вывеска, только в тысячи раз ярче и голубовато-белым цветом. Первым начинает светиться воздух у земли, но по мере того, как электроны все выше и выше чувствуют связь и начинают ускоряться, воздух все выше и выше тоже начинает светиться. Несмотря на то, что все отрицательные заряды перемещаются от облака к земле, яркая вспышка молнии перемещается от земли к облаку за 1/10 000 секунды, перемещаясь со скоростью 61 000 миль в секунду! Перегретый воздух взрывообразно расширяется наружу, создавая ударную волну, которую мы слышим как гром. Яркая вспышка раскаленного воздуха называется обратным ударом, так как он движется от земли к облаку, навстречу движущимся зарядам.

Обратный удар разряжает область облака, но облако может быстро реорганизоваться, и было замечено, что до 40 ударов используют один и тот же заряженный канал. Если вам сказали, что молния никогда не бьет дважды в одно и то же место, не верьте! Молния обычно бьет не один раз!

В ударе молнии довольно много энергии, около 250 киловатт-часов. При текущей стоимости энергии это будет стоить около 16,75 долларов. Звучит немного, но с таким количеством энергии вы могли бы поднять автомобиль весом 2000 фунтов на высоту 62 мили!

Молния не всегда распространяется от облака к земле. Если две части облака сильно заряжены (и противоположно), то внутри облака действительно может произойти удар молнии. Молнии также могут переходить из одного облака в другое.

Типичный тип молнии называется полосовой молнией или разветвленной молнией. (Фото справа из НАСА — Центр космических полетов им. Маршалла.) Если канал молнии продувается ветром во время многократного разряда, каждый последующий удар смещается на небольшое расстояние, что делает ее похожей на ленточную молнию. В редких случаях молния, кажется, распадается на бусины, которые сохраняются в течение одной секунды, необъяснимая форма, называемая четочной или цепной молнией. Иногда вспышка молнии закрывается облаками, которые затем ярко освещаются. Во время этой листовой молнии кажется, что вспышка исходит отовсюду. Наиболее спорным видом молнии является шаровая молния. Шаровая молния никогда не наблюдалась с научной точки зрения, и многие вообще сомневаются в ее существовании. Сообщается, что это происходит во время или сразу после удара молнии поблизости и описывается как светящийся шар света, который плывет вдоль заборов, крыш или на открытом воздухе. Жюри все еще отсутствует на шаровой молнии.

---

Молния ударяет в вершину горы.

—Гораций (65 г. до н.э.-8 г. до н.э.)

---

Кажется, что молния бьет в одни объекты больше, чем в другие. В Нью-Йорке Эмпайр Стейт Билдинг — излюбленная цель. Высокие деревья также предпочтительны. Как правило, высокие объекты имеют более высокую вероятность попадания. Почему это? Проще говоря, высокий объект приближает землю к облаку. Лидер, ищущий самый легкий путь, естественно, направится на любой участок возвышенности. Наблюдая за этой тенденцией в своих знаменитых экспериментах с запуском воздушного змея, Бенджамин Франклин решил установить металлический стержень на самой высокой части своей крыши. От стержня на крыше он протянул толстую проволоку к другому металлическому стержню, который вбил глубоко в землю. Он прикинул, что если молния ударит в его дом, она, скорее всего, ударит в самую высокую точку, в металлический стержень, и провод безопасно отведет электричество в землю через металлический столб. Он был прав. Его изобретение громоотвода с тех пор спасло миллионы долларов и тысячи жизней. (Фото слева от НАСА — Центр космических полетов им. Маршалла.)

Во время грозы безопаснее всего находиться внутри большого здания, оборудованного молниеотводами. Транспортное средство, такое как автомобиль, обеспечивает полную защиту, окружая вас металлом, который безопасно отводит заряд молнии на землю. Но если вас поймают снаружи, не стой под деревом. Дерево действует точно так же, как громоотвод, и если вы станете частью проводящего пути к земле, вы прощаетесь. Даже если ток от удара молнии не причинит вам вреда и не убьет вас, это может сделать дерево. Когда ток молнии проходит через дерево, сочная внутренность может нагреться до точки кипения, и дерево может взорваться! Когда молния ударяет в землю, заряды растекаются по земле. Если вы стоите рядом, расставив ноги, ток потечет вверх по одной ноге и опустится по другой, возможно, убивая вас. Много крупного рогатого скота погибает от удара молнии, потому что не может держать ноги вместе. Если бы они это сделали, они бы потеряли равновесие.

Итак, теперь я знаю кое-что о молнии. Но мысль о всех этих мечущихся туда-сюда зарядах хоть и интересна, но не делает зрелище менее впечатляющим или менее пугающим. Теперь я сижу и смотрю световое шоу, но все еще чувствую желание нырнуть за обложки.

---

Электризующая личность

Не верьте старой поговорке, что молния никогда не бьет в одно и то же место дважды. Бывший смотритель парка Рой «Думс» Салливан никогда этого не делал. Согласно Книге рекордов Гиннеса, Салливан получил сомнительную награду как самый пораженный молнией человек из когда-либо зарегистрированных. Между 19В возрасте 42 лет и до своей смерти в 1983 году Рой Салливан семь раз был поражен молнией. Первый удар молнии пронзил ногу Салливана и сбил его большой ноготь на пальце ноги. В 1969 году второй удар сжег ему брови и лишил его сознания. Еще один удар всего год спустя оставил его плечо в ожогах. В 1972 году его волосы загорелись, и Рою пришлось вылить на голову ведро воды, чтобы остыть. В 1973 году еще одна стрела прорвала его шляпу и попала ему в голову, снова подожгла его волосы, выбросила его из грузовика и сбила левый ботинок. Шестой удар в 1976 оставил его с травмой лодыжки. Последний разряд молнии, поразивший Роя Салливана, отправил его в больницу с ожогами груди и желудка в 1977 году. Салливан так и не смог предложить никакого объяснения этому странному и нежелательному электрическому притяжению.

---

В Древнем Риме члены Коллегии авгуров угадывали волю богов, наблюдая за южным небом в поисках молний, ​​птиц и падающих звезд. Молния, проходящая слева направо, была благоприятным предзнаменованием; молния, проходящая справа налево, была признаком того, что Юпитер не одобряет текущие политические события. Кроме того, всякий раз, когда авгуры сообщали о любых признаках молнии, магистраты Рима должны были отменить все публичные собрания на следующий день. Отчеты авгуров стали политически полезными для отсрочки нежелательных собраний, задержки принятия законов или предотвращения избрания определенных магистратов народными собраниями.

В средневековой Европе и Англии звон в церковный колокол мог быть опасным занятием. Во время гроз было обычной практикой сильно звонить в церковные колокола, чтобы молния не ударила в высокий церковный шпиль. Некоторые чувствовали, что звон колоколов разгонял злых духов, стремившихся сжечь храм огнем; другие утверждали, что удары молнии прерывал звон колоколов. (Вторая причина объясняет распространенную на средневековых колоколах надпись: Fulgura Frango. что означает «Разбиваю молнии». ). В период с 1753 по 1786 год молнии поразили 386 французских церковных башен. Молния, сбежавшая по канатам колокола, убила 103 французских звонаря. В 1786 году французское правительство окончательно запретило этот обычай.

В восемнадцатом веке церковные своды часто использовались для хранения большого количества пороха. Сочетание высокого шпиля и взрывоопасного содержимого часто оказывалось опасным. В 1769 году молния ударила в башню Сен-Назер в Брешии, где хранилось 100 тонн пороха. В результате взрыва была разрушена одна шестая часть города и погибли 3000 человек. Вызванные молнией взрывы складированного пороха продолжались до 1800-х годов. Еще в 1856 г. молния ударила в церковь Св. Иоанна на острове Родос, порох, хранившийся в хранилищах, взорвался, и 4000 человек погибли.

В 1753 году Бенджамин Франклин опубликовал описание первого громоотвода в «Альманахе Бедного Ричарда». Начиная с этой публикации. многие так называемые стержни Франклина были установлены на зданиях в американских колониях. В 1760 году стержень Франклина спас дом в Филадельфии от повреждения прямым ударом молнии. К 1764 году прутья стали обычным явлением в домах и церквях. Громоотвод был впервые использован в Англии в 1760 году на маяке Эддистоун, деревянном сооружении, которое ранее было разрушено молнией.

Несмотря на успех устройства Франклина, некоторые считали его опасным, утверждая, что заостренные стержни, которые любил Франклин, на самом деле привлекали удары молнии к зданию. Эти ученые выступали за громоотводы с тупыми концами. который. они чувствовали, что отведут любую молнию, которая ударит, но не привлечет молнию к зданию.

Дебаты о заостренных и тупых стержнях стали вопросом политики, а не науки. Король Георг III предпочитал стержни с тупыми концами. отождествление остроконечных стержней с мятежными американскими колониями. Это политическое соображение побудило Ост-Индскую компанию удалить заостренные стержни из своих пороховых погребов на Суматре, один из которых впоследствии был уничтожен ударом молнии.

---

Фейнман Р., Р. Лейтон и М. Сэндс. «Глава 9: Электричество в атмосфере». В «Фейнмановских лекциях по физике». Том 2. Рединг, Массачусетс: Addison-Wesley Publishing Company, Inc., 1966.

Харрис, Джек. «Огонь Господень». New Scientist, 20/27 декабря 1984 г.

Лэнсфорд, Генри. «Глобальная цепь». Мозаика. Май/июнь 1983 г.

Вимейстер, Питер Э. «Книга молнии». Кембридж, Массачусетс: MIT Press, 1972.

---

В Эксплораториуме экспонаты сгруппированы в секции, обозначенные надземными знаками. Чтобы помочь вам найти экспонаты, связанные со статьями в этом выпуске, мы указали в скобках название раздела или, если экспонат не связан с разделом, местонахождение экспоната.

Гигантский Электроскоп (Электричество)

Одинаковые электрические заряды отталкиваются друг от друга, раздвигая две петли нити.

Электростатические гаджеты (электричество)

Эти устройства разделяют положительные и отрицательные заряды в обычном веществе, генерируя полезную электроэнергию.