 Електричні заряди. Електричний струм. Блискавки.
Грозова блискавка – одне з наймогутніших і величніших явищ природи.
В давнину блискавки вважалися проявом надприродних сил, свідченням божественного гніву.
Однак з розвитком науки для людства стало ясно, що нічого таємничого або надприродного в природі блискавок немає. Їх виникнення і властивості підкоряються цілком зрозумілим фізичним законам.
По суті, блискавка - це просто дуже потужний електричний розряд. Він подібний до тих, які іноді виникають, якщо активно розчесати чисте сухе волосся пластмасовим гребінцем або потерти шерстяною тканиною ебонітову паличку. І в тому, і в іншому випадку накопичується статична електрика, яка розряджається у вигляді яскравої іскри і тріску. Тільки у випадку з грозовою хмарою замість слабкого тріску лунає удар грому.
Блискавка виникає під час електризації грозових хмар, при якій всередині хмари утворюється потужне електричне поле. Але може виникнути закономірне питання: чому взагалі відбувається електризація хмар? Адже в них немає ніяких твердих предметів, що могли б тертися і зустрічатися один з одним і таким чином створювати електричну напругу.
Насправді все не так складно, як здається. Грозова хмара - це просто величезна кількість пари, верхня частина якого знаходиться на висоті 6-7 км, а нижня не перевищує 0,5-1 км над землею. Але на висоті понад 3 км від поверхні температура повітря завжди нижче нуля, тому пара всередині хмари перетворюється в невеликі крижинки. І ці крижинки знаходяться в постійному русі з-за повітряних потоків всередині хмари. Чим менше крижинки, тим вони легше, і, потрапляючи в висхідні потоки нагрітого повітря, піднімається від поверхні землі, вони теж переміщуються у верхні шари хмари.
На своєму шляху нагору ці маленькі крижинки стикаються з більш великими, і кожне таке зіткнення викликає електризацію. При цьому дрібні крижинки заряджаються позитивно, а великі - негативно. В результаті таких переміщень у верхній частині грозової хмари накопичується велика кількість позитивно заряджених крижинок, а великі, важкі і негативно заряджені крижинки залишаються в нижньому шарі. Інакше кажучи, верхній край грозової хмари виявляється позитивно зарядженим, а нижній - негативно.
І коли великі протилежно заряджені області виявляються досить близько один до одного, між ними виникає світний плазмовий канал, по якому спрямовуються заряджені частинки. В результаті відбувається розряд блискавки, який можна спостерігати у вигляді яскравого світлового зигзага. Електричне поле хмари має величезну напруженість і під час розряду блискавки виділяється величезна енергія близько мільярда джоулів. Розряд блискавки може виникнути всередині самої грозової хмари, між двома сусідніми хмарами або між хмарою і земною поверхнею. В останньому випадку потужність електричних розрядів між землею і хмарами незрівнянно більше, а сила електричної енергії, що проходить через атмосферу, може створювати струм потужністю до 10 000 ампер. Для порівняння варто згадати, що сила струму у звичайної домашньої електропроводці не перевищує 6 ампер.
Блискавки зазвичай мають форму зигзага, тому, заряджені частинки, що летять до землі стикаються з частинками повітря і змінюють напрямок свого руху. Також блискавки можуть бути лінійними або розгалуженими. Однією з найбільш рідкісних і маловивчених форм блискавки є кульова блискавка, яка має форму світлові кулі і може рухатися паралельно до поверхні землі. Блискавка - це потужний електричний розряд, який виникає при сильній електризації хмар. Розряди блискавки можуть відбуватися як всередині хмари, так і між сусідніми хмарами, які сильно наелектризовані. Іноді відбувається розряд між землею і наелектризованою хмарою. Перед спалахом блискавки виникають різниці електричних потенціалів між хмарою і землею або між сусідніми хмарами.
Одним з перших, хто встановив взаємодія електричних розрядів в небі, був американський вчений, який за сумісництвом займав важливий державний пост - Бенджамін Франклін. В 1752 році їм було проведено цікавий досвід з паперовим змієм. До його шнуру випробувач прикріпив металевий ключ і в час грози запустив змія. через деякий час, блискавка вдарила в ключ, випускаючи сніп іскор. З тих пір блискавку початку детально вивчатися вченими. Це дивне явище природи може бути надзвичайно небезпечним, завдаючи серйозного пошкодження лініям електропередач та іншим високим будівлям.
Основна причина виникнення блискавки криється в зіткненні іонів (ударній іонізації). Електричне поле хмари має дуже велику напруженість. У такому полі вільні електрони отримують величезне прискорення. Стикаючись з атомами, вони іонізують їх. При цьому виникає потік швидких електронів. Ударна іонізація утворює плазмовий канал, по якому проходить основний імпульс струму. Відбувається електричний розряд, який ми спостерігаємо у вигляді блискавки.
Довжина такого розряду може досягати декількох кілометрів і тривати до кількох секунд. Блискавка завжди супроводжується яскравим спалахом світла і громом. Дуже часто блискавки виникають під час грози, однак трапляються й винятки. Одним з найбільш невивчених вченими природних явищ, пов'язаних з електричними розрядами, є кульова блискавка. Відомо лише, що вона виникає раптово і може завдати значної шкоди. Чому блискавка така яскрава?
Сила електричного струму при ударі блискавки може досягати 100 000 Ампер. При цьому виділяється величезна енергія (близько мільярда Джоулів). Температура основного каналу досягає майже 10 000 градусів. Ці характеристики і народжують яскраве світло, який можна спостерігати при розряді блискавки. Після такого потужного електричного розряду настає пауза, яка може тривати від 10 до 50 секунд. За цей час основний канал майже гасне, температура в ньому падає до 700 градусів. Вченими встановлено, що яскраве свічення і підігрів плазмового каналу поширюються знизу вгору, а паузи між свіченнями складають всього десятки частки секунди. Саме тому кілька потужних імпульсів людина сприймає як єдиний яскравий спалах блискавки.
Чому гроза не буває зимою?
Щоб утворилося грозова хмара, необхідні висхідні потоки теплого і вологого повітря. Відомо, що концентрація насичених парів зростає з підвищенням температури і максимальна влітку. Різниця температур, від якої залежать висхідні потоки повітря, тим більше, чим вище його температура біля поверхні землі, оскільки на висоті кількох кілометрів температура не залежить від пори року. Значить, інтенсивність висхідних потоків максимальна теж влітку. Тому і грози у нас найчастіше влітку, а на півночі, де і влітку холодно, грози досить рідкісні.
Інструкція
1
Перед грозою спостерігається тимчасове затишшя, а також різко змінюється сила вітру. Коли гроза вже почалася, визначте, на якій відстані ви знаходитесь від епіцентру. Порахуйте, скільки секунд пройшло від спалаху блискавки до розкату грому. По швидкості звуку обчислюється відстань. Згідно з формулою розрахунку, одна секунда дорівнює 300 метрів. Наприклад, ви нарахували 6 секунд, значить, до епіцентру грози 1800 метрів. Відповідно, у вас є час сховатися. Якщо грім пролунав одразу, терміново шукайте укриття, так як ви знаходитесь в самому небезпечному місці.
2
Вода є гарним провідником електрики. Тому якщо гроза застала вас біля озера, річки, в жодному разі не купайтеся. Відійдіть від водойми на відстань 30 метрів. Вирушайте в найближчий селище, село для пошуку укриття. Не забудьте вийняти з кишень металеві предмети.
3
При знаходженні в будинку під час грози вимкніть всі побутові електричні прилади з розеток. Вимкніть світло, закрийте вікна і двері. Врахуйте, що при грозі в жодному разі не можна топити піч, оскільки через трубу може влучити блискавка, адже дим має високу прохідність. Вимкніть мобільний телефон. Поки не закінчиться гроза, тримайтеся подалі від нього, оскільки магнітне поле більшою мірою притягує електричні розряди.
4
У високі і самотні дерева частіше потрапляє блискавка. Тому якщо ви знаходитесь в лісі, знайдіть невеликий чагарник, сядьте навпочіпки і перечекайте в такому положенні грозу. Врахуйте, що вставати на весь зріст, а також лягати на землю не можна, оскільки вам потрібно зайняти якомога менше місця на поверхні.
5
Якщо у грозу ви їдете на автомобілі, поступово зупиніться, припаркуйтеся на узбіччя дороги і заглушіть машину. Коли ж гроза застала вас на мотоциклі, скутері або іншому відкритому транспорті, негайно залиште його і відійдіть на відстань не менше 30 метрів.
6
Знайдіть укриття, якщо при наближення грози ви знаходитесь на вулиці. Не рекомендується використовувати парасольку, оскільки металеві спиці проводять електричний струм. Відійдіть від високовольтних стовпів, а також одиноких дерев. Врахуйте, що в мокрому одязі під час грози бути небезпечно, оскільки по воді поширюється електричний розряд з найбільшою швидкістю.
|