Гроза как электрическое явление

По этой ссылке вы сможете найти много готовых рефератов по физике:

Посмотрите похожие темы возможно они вам могут быть полезны:

Введение:

Электрическая природа молнии была раскрыта в исследованиях американского физика Б. Франклина, по идее которого был проведен эксперимент по извлечению электричества из грозового облака. Опыт Франклина в выяснении электрической природы молнии широко известен. В 1750 году он опубликовал работу, описывающую эксперимент с использованием воздушного змея, запущенного во время грозы. Опыт Франклина был описан в работе Джозефа Пристли. 

Физические свойства молнии

Средняя длина молнии составляет 2,5 км; некоторые выбросы распространяются в атмосфере на расстояние до 20 км.

Чаще всего молния встречается в кучево-дождевых облаках, тогда их называют грозовыми облаками; иногда молния образуется в слоистых облаках, а также во время извержений вулканов, торнадо и пыльных бурь. 

Обычно наблюдаются линейные молнии, которые называются безэлектродными разрядами, поскольку они начинаются (и заканчиваются) в скоплениях заряженных частиц. Это определяет некоторые из их все еще необъяснимых свойств, которые отличают молнии от разрядов между электродами.

Итак, молния никогда не бывает короче нескольких сотен метров; они возникают в электрических полях, которые намного слабее полей при межэлектродных разрядах; сбор зарядов, переносимых молнией, происходит в тысячные доли секунды от миллиардов мелких, хорошо изолированных частиц, расположенных в объеме нескольких км3. Наиболее изученным является развитие молнии в грозовых облаках, в то время как молния может проходить в самих облаках внутриоблачная молния, и может поражать землю наземную молнию.

Для возникновения молнии необходимо, чтобы в относительно небольшом (но не менее некотором критическом) объеме облака было сформировано электрическое поле с напряженностью, достаточной для возникновения электрического разряда (~ 1 МВ / м). и в значительной части облака будет поле со средней интенсивностью, достаточной для поддержания начального разряда (~ 0,1-0,2 МВ / м). В молнии электрическая энергия облака преобразуется в тепло и свет. 

Наземная молния

Процесс развития наземного молнии состоит из нескольких этапов. На первом этапе, в зоне, где электрическое поле достигает критического значения, начинается ударная ионизация, создаваемая сначала свободными электронами, которые всегда присутствуют в воздухе в небольших количествах, которые под действием электрического поля приобретают значительные скорости к земле и, сталкиваясь с молекулами, составляющими воздух, ионизируют их.

Согласно более современным представлениям, разряд инициируется высокоэнергетическими космическими лучами, которые запускают процесс, называемый безудержным пробоем. Таким образом, появляются электронные лавины, превращающиеся в нити электрических разрядов стримеров, которые представляют собой хорошо проводящие каналы, которые, сливаясь, дают яркий термоионизированный канал с высокой проводимостью ступенчатый молниеносный лидер. 

Лидер движется к поверхности земли с шагом в несколько десятков метров со скоростью ~ 50 000 километров в секунду, после чего его движение останавливается на несколько десятков микросекунд, и свечение сильно ослабевает; затем, на следующем этапе, лидер снова движется на несколько десятков метров. В то же время яркое свечение охватывает все пройденные шаги; затем остановка и ослабление свечения снова. Эти процессы повторяются, когда лидер движется к поверхности земли со средней скоростью 200 000 метров в секунду. 

Когда лидер движется к земле, напряженность поля на его конце увеличивается, и под его воздействием из объектов, выступающих на поверхности Земли, выбрасывается ответный стример, соединяющийся с лидером. Эта особенность молнии используется для создания громоотвода. 

На заключительном этапе обратный (снизу вверх) или основной разряд молнии следует вдоль канала, ионизированного лидером, для которого характерны токи от десятков до сотен тысяч ампер, яркость, значительно превышающая яркость лидера, и высокая скорость продвижения, первоначально достигая ~ 100 000 километров в секунду, а в конце оно уменьшается до ~ 10000 километров в секунду. Канал на главной температуре нагнетания может превышать 25000 °C. Длина молниеносного канала может составлять от 1 до 10 км, диаметр несколько сантиметров. После прохождения импульса тока ионизация канала и его свечение становятся слабее. На последнем этапе ток молнии может длиться сотые и даже десятые доли секунды, достигая сотен и тысяч ампер. Такие удары молнии называются затяжными, они чаще всего вызывают пожары. 

Основной разряд часто разряжает только часть облака. Заряды, расположенные на больших высотах, могут привести к появлению нового (в форме стрелки) лидера, который непрерывно движется со скоростью тысяч километров в секунду. Яркость его свечения близка к яркости ступенчатого лидера. Когда стреловидный лидер достигает поверхности земли, следует второй основной удар, аналогичный первому. Обычно молния включает в себя несколько повторяющихся разрядов, но их количество может достигать нескольких десятков. Продолжительность многократной молнии может превышать 1 сек. Смещение канала многократной молнии от ветра создает так называемую ленточную молнию светящуюся полосу. 

Внутриоблачная молния

Внутриоблачная молния обычно включает только лидерские стадии; их длина колеблется от 1 до 150 км. Доля внутриоблачных молний возрастает по мере их движения к экватору, изменяясь от 0,5 в умеренных широтах до 0,9 в экваториальной зоне. Прохождение молнии сопровождается изменениями электрического и магнитного полей и радиоизлучения, так называемой атмосферой. Вероятность удара молнии по наземному объекту увеличивается с увеличением его высоты и с увеличением электропроводности почвы на поверхности или на определенной глубине (действие молниеотвода основано на этих факторах). Если в облаке имеется электрическое поле, достаточное для поддержания разряда, но недостаточное для его возникновения, длинный металлический кабель или самолет могут сыграть роль молниеносного инициатора, особенно если он сильно заряжен электрическим током. Таким образом, иногда молнии «провоцируются» в нимбостратусах и мощных кучевых облаках. 

«Каждую секунду около 50 молний поражают поверхность земли, и в среднем каждый квадратный километр ее поражает шесть раз в год».

Самые мощные молнии вызывают рождение фулгуритов. 

Люди и молния

Молния серьезная угроза человеческой жизни. Человек или животное часто поражаются молнией на открытых пространствах. электрический ток следует по кратчайшему пути «грозовое облако-земля». Молния часто поражает деревья и трансформаторные установки на железной дороге, заставляя их загореться. Нельзя быть пораженным обычной линейной молнией внутри здания, однако существует мнение, что так называемая шаровая молния может проникать через трещины и открытые окна. Обычные удары молнии опасны для телевизионных и радиоантенн на крыше и сетевого оборудования. 

В теле пострадавших отмечаются те же патологические изменения, что и в случае поражения электрическим током. Жертва теряет сознание, падает, могут возникнуть судороги, часто останавливается дыхание и сердцебиение. На теле обычно можно найти «текущие отметки», места входа и выхода электричества. В случае фатального исхода причиной прекращения основных жизненных функций является внезапное прекращение дыхания и сердцебиения от прямого воздействия молнии на дыхательные и вазомоторные центры продолговатого мозга. На коже часто остаются так называемые следы молний, ​​похожие на деревья светло-розовые или красные полосы, которые исчезают при нажатии пальцами (сохраняются в течение 1-2 дней после смерти). Они являются результатом расширения капилляров в зоне контакта молнии с телом. 

В случае удара молнии первая помощь должна быть срочной. В тяжелых случаях (прекращение дыхания и сердцебиение) необходима реанимация, она должна быть обеспечена, не дожидаясь медицинских работников, любым свидетелем несчастного случая. Реанимация эффективна только в первые минуты после удара молнией, начавшейся через 10-15 минут, как правило, она уже не эффективна. Экстренная госпитализация необходима во всех случаях. 

Жертвы молнии в мифологии и литературе. Асклепий, Эскулап сын Аполлона бога врачей и медицинского искусства, не только исцелил, но и воскресил мертвых. Чтобы восстановить нарушенный мировой порядок, Зевс ударил его своей молнией. 

Фаэтон сын бога солнца Гелиоса однажды взял под контроль солнечную колесницу своего отца, но не сдерживал огнедышащих лошадей и чуть не уничтожил Землю в ужасном пламени. Разъяренный Зевс пронзил Фаэтона молнией. 

Русский академик Г.В. Рихман умер в 1753 году от удара молнии.

Народный депутат Украины, экс-губернатор Ровенской области В. Червоный 4 июля 2009 года скончался от удара молнии.

Рой Салливан пережил семь ударов молнии.

Американский майор Саммерфорд умер после продолжительной болезни (результат третьего удара молнии). Четвертая молния полностью разрушила его памятник на кладбище. 

Среди андских индейцев молниеносный удар считается необходимым для достижения самых высоких уровней шаманского посвящения.

Заключение

Высокие деревья обычная цель для молнии. Долгоживущие реликтовые деревья могут легко найти несколько шрамов молнии. Считается, что одиночное дерево с большей вероятностью будет поражено молнией, хотя в некоторых лесных районах шрамы от молнии можно увидеть почти на каждом дереве. Сухие деревья загораются от удара молнии. Чаще всего удары молнии направлены на дуб, реже на бук, что, по-видимому, зависит от различного количества жирных масел в них, которые представляют большую устойчивость к электричеству. 

Молния движется в стволе дерева по пути наименьшего электрического сопротивления, выделяя большое количество тепла, превращая воду в пар, который расщепляет ствол дерева или чаще отрывает от него участки коры, показывая путь молнии. В последующие сезоны деревья обычно восстанавливают поврежденные ткани и могут полностью покрывать рану, оставляя только вертикальный рубец. Если ущерб будет слишком серьезным, ветер и вредители в конечном итоге убьют дерево. Деревья это естественные молниеотводы, которые, как известно, обеспечивают молниезащиту для близлежащих зданий. Посаженные рядом со зданием, высокие деревья ловят молнии, а высокая биомасса корневой системы помогает заземлить удар молнии. 

Деревья, пораженные молнией, используются для изготовления музыкальных инструментов, приписывая им уникальные свойства.