Какой ток в молнии. Расчёт энергии молнии. Почему молния гремит
Грозой называются разряды атмосферного электричества в форме молний, сопровождаемые громом.
Гроза - одно из наиболее величественных явлений в атмосфере. Особенно сильное впечатление производит она, когда проходит, как говорят, «прямо над головой». Удар грома следует за ударом одновременно со вспышками молнии при ураганном ветре и сильном ливне.
Гром - это своеобразный взрыв воздуха, когда он под влиянием высокой температуры молнии (около 20 000°) мгновенно расширяется и затем сжимается от охлаждения.
Линейная молния - огромная электрическая искра длиной в несколько километров. Ее появление сопровождается оглушительным треском (громом).
Ученые уже давно внимательно наблюдали и пытались изучить молнию. Ее электрическая природа была раскрыта американским физиком В. Франклином и русским естествоиспытателем М. В. Ломоносовым.
Когда образуется мощное облако с крупными дождевыми каплями, сильные и неровные восходящие потоки воздуха начинают дробить дождевые капли в его нижней части. Отделившиеся наружные частички капель несут в себе отрицательный заряд, а оставшееся ядро оказывается заряженным положительно. Мелкие капли легко уносятся потоком воздуха вверх и заряжают верхние слои облака отрицательным электричеством; крупные капли собираются внизу облака и заряжаются положительно. Сила разряда молний зависит от силы потока воздуха. Такова схема электризации облака. В действи-тельности этот процесс гораздо сложнее.
Удары молнии нередко вызывают пожары, разрушают здания, портят линии электропередачи, нарушают движение электропоездов. Для борьбы с вредным действием молнии необходимо «поймать» ее и тщательно изучить в лаборатории. Сделать это нелегко: ведь молнии пробивают сильнейшую изоляцию и опыты с ней опасны. И тем не менее ученые блестяще справляются с этой задачей. Чтобы поймать молнию, в горных грозовых лабораториях устанавливают антенну длиной до 1 км между выступами гор или между горой и мачтами лаборатории. Молнии и ударяют в такие антенны.
Ударив в токоприемник, молния по тросу попадает в лабораторию, проходит через записывающие приборы-автоматы и немедленно уходит в землю. Автоматы заставляют молнию как бы «расписаться» на бумаге. Так удается измерить напряжение и силу тока молнии, продолжительность электрического разряда и многое другое.
Оказалось, что молния имеет напряжение в 100 и более миллионов вольт, а сила тока доходит до 200 тыс. ампер. Для сравнения укажем, что в линиях передач электрической энергии используются напряжения в десятки и сотни тысяч вольт, а сила тока выражается сотнями и тысячами ампер. Но в одной молнии количество электричества невелико, так как ее продолжительность обычно исчисляется малыми долями секунды. Одной молнии хватило бы на питание только одной 100-Ваттной лампочки в течение суток.
Однако применение «улавливателей» заставляет ученых ждать ударов молнии, а они ведь не так уж часты. Для исследований гораздо удобнее создавать искусственные молнии в лабораториях. При помощи специальной аппаратуры ученым удалось получить на короткое время напряжение электричества до 5 млн. вольт. Разряд электричества давал искры до 15 метров длиной и сопровождался оглушительным треском.
Изучать молнии помогает фотография. Для этого в темную ночь направляют объектив фотоаппарата на грозовое облако и оставляют на некоторое время камеру открытой. После вспышки молнии объектив фотоаппарата закрывают, и снимок готов. Но такая фотография не дает картинки развития отдельных частей молнии, поэтому применяют особые вращающиеся фотокамеры. Необходимо, чтобы механизм аппарата при съемке вращался достаточно быстро (1000-1500 оборотов в минуту), тогда на снимке проявятся отдельные части молнии. Они покажут, в каком направлении и с какой скоростью развивался разряд.
Различают несколько типов молнии
Плоская молния имеет вид электрической вспышки на поверхности облаков.
Линейная молния - гигантская электрическая искра, очень извилистая и с многочисленными отростками. Длина такой молнии 2-3 км, но бывает до 10 км и больше. Линейная молния обладает большой силой. Она расщепляет высокие деревья, иногда поражает людей, а при ударе в деревянные строения часто вызывает пожары.
Неточная молния - светящаяся пунктирная молния, пробегающая на фоне облаков. Это очень редкая форма молнии.
Ракетообразная молния развивается очень медленно, разряд ее продолжается 1 -1,5 секунды.
Наиболее редкая форма молнии - шаровая. Это круглая светящаяся масса. В закрытом помещении наблюдали шаровую молнию величиной с кулак и даже с голову, а в свободной атмосфере диаметром до 20 м. Обычно шаровая молния исчезает бесследно, но иногда она взрывается со страшным треском. При появлении шаровой молнии слышен свистящий или жужжащий звук, она как бы кипит, разбрасывая искры; после ее исчезновения в воздухе часто остается дымка. Продолжительность шаровой молнии от секунды до нескольких минут. Движение ее связано с воздушными течениями, но в некоторых случаях она перемещается самостоятельно. Шаровые молнии возникают в сильные грозы.
Шаровая молния возникает под воздействием разряда линейной молнии, когда в воздухе происходят ионизация и диссоциация объема обыкновенного воздуха. Оба эти процесса сопровождаются поглощением огромного количества энергии. Шаровая молния, в сущности не имеет права называться молнией: ведь это просто раскаленный и заряженный электрической энергией воздух. Сгусток заряженного воздуха постепенно отдает свою энергию свободным электронам окружающих слоев воздуха. Если шар свою энергию отдает на свечение, то он просто исчезает: превращается снова в обыкновенный воздух. Когда же на своем пути шар встречает какие-либо вещества, действующие как возбудители, он взрывается. Такими возбудителями могут быть окиси азота и углерода в виде испарений, пыли, сажи и т. д.
Температура шаровой молнии около 5000°. Подсчитано также, что энергия взрыва вещества шаровой молнии в 50-60 раз превышает энергию взрыва бездымного пороха.
При сильных грозах бывает очень много молний. Так, во время одной грозы наблюдатель за 15 минут насчитал 1 тыс. молний. Во время одной грозы в Африке за час отметили 7 тыс. молний.
Чтобы предохранить здания и другие сооружения от молнии, применяется громоотвод, или, как теперь правильно называют, молниеотвод. Это - металлический стержень, соединенный с надежно заземленным проводом.
Для защиты от молнии не становитесь под высокими деревьями, особенно одиноко стоящими, так как молния часто ударяет в них. Очень опасен в этом отношении дуб, потому что его корни глубоко уходят в грунт. Никогда, не надо укрываться в стогах сена и снопах. В открытом поле, особенно на возвышенных местах, при сильной грозе идущий человек подвергается большой опасности поражения молнией. В таких случаях рекомендуется сесть на землю и переждать грозу.
Перед началом грозы необходимо уничтожить сквозняки в помещении и закрыть все дымоходы. В сельских местностях не следует вести разговоры по телефону, особенно при сильных грозах. Обычно у нас сельские телефонные станции в это время прекращают соединение. Радиоантенны при грозе нужно всегда заземлять.
Если случится несчастье - кто-либо будет контужен молнией, необходимо немедленно оказать пострадавшему первую помощь (искусственное дыхание, специальные вливания и т. д.). Кое-где существует вредный предрассудок, будто пораженному молнией можно помочь, закопав его тело в землю. Этого ни в коем случае нельзя делать: человек, пострадавший от молнии, особенно нуждается в усиленном притоке воздуха к телу.
Просто о сложном – Источники энергии – Грозы (Молнии)
- Галерея изображений, картинки, фотографии.
- Грозы и молнии как источники энергии – основы, возможности, перспективы, развитие.
- Интересные факты, полезная информация.
- Зеленые новости – Грозы и молнии как источники энергии.
- Ссылки на материалы и источники – Источники энергии – Грозы (Молнии).
Для грозы характерны заряды молний силой 100000 и даже более. Искры нагревают воздух выше 30000 градусов, что в несколько раз больше, чем в электрической дуге сварочного аппарата. А расширение воздуха при разрядах вызывает гром. Типы молний:
- Сплошная – разряд между заряженными областями облака.
- Зигзагообразная – возникает при разряде между облаком и землей.
В среднем на каждый квадратный километр территории России ежегодно приходится около трех ударов молний. Их эл. ток бывает до 30 000 ампер, а у самых мощных разрядов может превышать 200 000 ампер. Теплообмен шаровой молний с окружающей средой происходит через испускание значительного количества инфракрасного излучения. Если шаровой молнии приписать температуру 500- 600 К, то мощность равновесного теплового излучения, испускаемого молнией среднего диаметра, порядка 0,5-1кВт и максимум излучения лежит в области волн 5-10 мкм.
Полезная информация
Молния
- гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, обычно происходит во время грозы, проявляющийся яркой вспышкой света и сопровождающим её громом. Молнии также были зафиксированы на Венере, Юпитере, Сатурне и Уране. Ток в разряде молнии достигает 10-100 тысяч ампер, напряжение – 1 000 000 вольт, тем не менее, погибает после удара молнией лишь 10% людей.
Вольт – в системе СИ единица измерения электрического потенциала, разности потенциалов, электрического напряжения и электродвижущей силы.Разность потенциалов между двумя точками равна 1 вольту, если для перемещения заряда величиной 1 кулон из одной точки в другую над ним надо совершить работу величиной 1 джоуль. Вольт также равен электрическому напряжению, вызывающему в электрической цепи постоянный ток силой 1 ампер при мощности 1 ватт.Единица названа в честь итальянского физика и физиолога Алессандро Вольта, который изобрёл вольтов столб, первую электрическую батарею.1 В = 1/300 ед. потенциала СГСЭ.
Молния - это разряд с силой тока до 100 тыс. ампер при напряжении в миллион вольт. В природе существует несколько типов молний. Зачастую мы можем наблюдать линейную молнию, которая представляет собой огненную извилистую полосу с многочисленными ответвлениями.
Еще один тип молнии - плоская молния. Мы можем наблюдать ее в виде электрического вспышки на поверхности облака. Молния, которая встречается довольно редко, но чрезвычайно интересным типом молния - чоткова молния. Она имеет вид пунктирной линии, которая светится.
Но одним из самых загадочных явлений природы можно считать шаровую молнию - газовое образование, светится и имеет, как правило, сферическую форму. Шаровая молния появляется на улице или внутри помещения всегда неожиданно, иногда прямо на глазах рождается буквально из ничего. Случается, что она каким-то образом "вылетает" из обычных бытовых предметов: радиоприемников, антенн, телефонных апарт подобное.
Но самым удивительным является то, что это творение природы способно проникать в помещения через открытые окна и двери, а то и через маленькие щели. В 90 случаях из 100 шаровые молнии образуются во время сильной грозы, а также появляются во время извержения вулканов. Завершает свое существование это чудо природы по-разному: иногда просто постепенно угасает, иногда рассыпается искрами. Опасным вариантом "смерти" шаровой молнии есть взрыв. Он иногда бывает чрезвычайно мощным и может привести к гибели людей, находящихся рядом. Поражение человека огненным шаром оставляет на теле следы, напоминающие результаты поражения вследствие высоковольтного напряжения. Так, ученые утверждают, что природа шаровой молнии является электрической. Зафиксировано силу - множество сообщений о том, какие своеобразные следы оставляют после себя молнии. Например, в 1872 году жительница города Моргантаун (США), которая стояла во время грозы у окна, напугал вспышка молнии. Вскоре женщина заметила у себя на груди четкий контур китайского ясеня, который рос как раз перед тем окном ее дома, через которое она наблюдала за грозой. Но касаясь земли, молния часто оставляет после себя несколько другие "следы". Если почва песчаная, то кремнезем в нем плавится, превращаясь в стекловидные трубки, похожие на переплетение корней деревьев. Они показывают путь в почве электрического разряда, который способен вызвать электрошок у людей, которые находятся даже за несколько метров от места падения молнии.
Молнии попадают в самолеты, теле-и радиоаппаратуру, подстанции электросетей и опоры линии электропередач. Молния также может вызвать лесные пожары. Довольно часто молнии становятся причиной гибели людей. Особенно опасно во время грозы находиться на открытой возвышенности или в море.
Один из самых массовых случаев гибели людей (3 тыс. человек) имела место в Северной Италии 18 августа 1796 Молния попала в башню св. Назария, под которой находился погреб, где хранилось около миллиона килограммов пороха.
Но во всех случаях молния ведет себя агрессивно. Случались случаи, когда у человека, пострадавшего от поражения молнией, довольно часто появляются необычные способности, как это случилось со знаменитой болгарской предвестницей Вангой.
Несколько лет назад молния поразила летнего американца недалеко от его дома. Удивлению врачей не было предела, когда они увидели, что молния мгновенно исцелила этого человека, который много лет назад ослепла и оглохла.
А есть молниезащиты какая-то польза? Оказывается, что все же есть. "Заземляющим" атмосферу, они помогают ей избавиться от огромных запасов электроэнергии. Молнии также удобряют почву. Когда молния ударяет, воздух разогревается и кислород и азот, содержащиеся в воздухе соединяются, образуя оксиды азота, которые, попадая в землю вместе с дождевой водой, подкармливают растения. Ежегодно молнии создают до 15 млн. т. азотистых удобрений - это четвертая часть всего азота, образующийся в природе. Лесные пожары превращают сушняк на золу, обогащая тем самым почву минеральными веществами. Огонь стимулирует проращивания семян в земле и освобождает место для новой поросли.
Молнии издавна волновали и пугали людей своей непредсказуемостью, красотой и страшной разрушающей силой. Как только стала ясна электрическая природа этого явления, возник вопрос - нельзя ли "ловить" и использовать ее в мирных целях, и, вообще, сколько энергии в одной молнии.