Proces powstawania piorunów. Jakie są rodzaje błyskawic? Fizyczna natura błyskawicy

Wiele osób boi się straszliwego zjawiska naturalnego - burzy. Zwykle dzieje się tak, gdy słońce zakrywają ciemne chmury, straszne grzmoty grzmią i pada ulewny deszcz.

Oczywiście należy się bać pioruna, bo może nawet zabić lub stać się. Wiadomo o tym od dawna, dlatego wynaleziono różne środki ochrony przed piorunami i grzmotami (np. metalowe słupy).

Co się tam dzieje i skąd pochodzi grzmot? A jak powstaje piorun?

Burzowe chmury

Zwykle ogromny. Osiągają kilka kilometrów wysokości. Wizualnie nie widać, jak w tych wybuchowych chmurach wszystko wrze i wrze. To powietrze, w tym kropelki wody, porusza się z dużą prędkością od dołu do góry i odwrotnie.

Najwyższa część tych chmur pod względem temperatury osiąga -40 stopni, a krople wody wpadające do tej części chmury zamarzają.

O pochodzeniu chmur burzowych

Zanim dowiemy się, skąd biorą się grzmoty i błyskawice i jak to się dzieje, pokrótce opiszmy, jak powstają chmury burzowe.

Większość z tych zjawisk zachodzi nie na wodnej powierzchni planety, ale na kontynentach. Ponadto chmury burzowe tworzą się intensywnie nad kontynentami tropikalnych szerokości geograficznych, gdzie powietrze przy powierzchni ziemi (w przeciwieństwie do powietrza nad powierzchnią wody) silnie się nagrzewa i szybko unosi.

Zwykle na zboczach o różnej wysokości tworzy się podobnie ogrzane powietrze, które zasysa wilgotne powietrze z rozległych obszarów powierzchni ziemi i unosi je w górę.

W ten sposób powstają tak zwane chmury cumulusowe, zamieniające się w chmury burzowe, opisane powyżej.

Teraz wyjaśnijmy, czym jest błyskawica, skąd pochodzi?

Błyskawica i grzmot

Z tych bardzo zamarzniętych kropel powstają kawałki lodu, które również poruszają się w chmurach z ogromną prędkością, zderzając się, zapadając i ładując elektrycznością. Lżejsze i mniejsze kawałki lodu pozostają na górze, a większe topnieją i spływają w dół, ponownie zamieniając się w kropelki wody.

W ten sposób w chmurze burzowej powstają dwa ładunki elektryczne. U góry ujemna, u dołu dodatnia. Kiedy spotykają się różne ładunki, pojawia się potężny i pojawia się błyskawica. Skąd pochodzi, stało się jasne. Co się potem dzieje? Błyskawica błyskawicznie nagrzewa się i rozszerza otaczające ją powietrze. Ten ostatni nagrzewa się tak bardzo, że pojawia się efekt wybuchu. To jest grzmot, który przeraża całe życie na ziemi.

Okazuje się, że to wszystko są przejawy, a potem pojawia się kolejne pytanie, skąd się bierze i w tak dużych ilościach. A gdzie to idzie?

Jonosfera

Co to jest błyskawica, skąd pochodzi, zorientowali się. Teraz trochę o procesach, które chronią ładunek Ziemi.

Naukowcy odkryli, że ładunek Ziemi jest ogólnie mały i wynosi tylko 500 000 kulombów (jak 2 akumulatory samochodowe). W takim razie gdzie znika ładunek ujemny niesiony przez błyskawicę bliżej powierzchni Ziemi?

Zwykle przy dobrej pogodzie Ziemia jest powoli rozładowywana (słaby prąd nieustannie przepływa między jonosferą a powierzchnią Ziemi przez całą atmosferę). Chociaż powietrze jest uważane za izolator, zawiera niewielką część jonów, dzięki czemu prąd może istnieć w całej atmosferze. Z tego powodu, aczkolwiek powoli, ale ładunek ujemny jest przenoszony z powierzchni ziemi na wysokość. Dlatego objętość całkowitego ładunku Ziemi zawsze pozostaje niezmieniona.

Obecnie najbardziej rozpowszechniona jest opinia, że piorun kulisty to szczególny rodzaj ładunku kulistego, który istnieje od dłuższego czasu i porusza się po nieprzewidywalnej trajektorii.

Dziś nie ma jednolitej teorii występowania tego zjawiska. Istnieje wiele hipotez, ale jak dotąd żadna nie zyskała uznania wśród naukowców.

Zwykle, jak zeznają naoczni świadkowie, pojawia się podczas burzy lub burzy. Ale zdarzają się też przypadki jej występowania przy słonecznej pogodzie. Częściej generuje go zwykła błyskawica, czasem pojawia się i schodzi z chmur, rzadziej pojawia się niespodziewanie w powietrzu lub nawet może wydobyć się z jakiegoś obiektu (słup, drzewo).

Kilka interesujących faktów

Dowiedzieliśmy się, skąd biorą się burze i błyskawice. Teraz trochę o ciekawostkach dotyczących wyżej opisanych zjawisk przyrodniczych.

1. Każdego roku Ziemia doświadcza około 25 milionów wyładowań atmosferycznych.

2. Błyskawica ma średnią długość około 2,5 km. W atmosferze występują również wyładowania o długości 20 km.

3. Istnieje przekonanie, że piorun nie może uderzyć dwa razy w jedno miejsce. W rzeczywistości tak nie jest. Wyniki analizy (na mapie geograficznej) miejsc uderzeń piorunów na przestrzeni ostatnich kilku lat pokazują, że piorun może uderzyć w to samo miejsce kilka razy.

Więc dowiedzieliśmy się, czym jest błyskawica, skąd pochodzi.

Burze powstają w wyniku najbardziej złożonych zjawisk atmosferycznych na skalę planetarną.

Na Ziemi w ciągu sekundy pojawia się około 50 błysków piorunów.

Do klucza, wyrzucając snop iskier. Od tego czasu piorun został szczegółowo zbadany przez naukowców. To niesamowite zjawisko naturalne może być niezwykle niebezpieczne, powodując poważne uszkodzenia linii energetycznych i innych wysokich budynków.Główną przyczyną wyładowań atmosferycznych jest zderzenie jonów (jonizacja uderzeniowa). Pole elektryczne chmury jest bardzo silne. W takim polu swobodne elektrony uzyskują ogromne przyspieszenie. Zderzając się z atomami, jonizują je. Ostatecznie powstaje strumień szybkich elektronów. Jonizacja uderzeniowa tworzy kanał plazmowy, przez który przechodzi główny impuls prądu. Następuje wyładowanie elektryczne, które obserwujemy w postaci błyskawicy. Długość takiego wyładowania może sięgać kilku kilometrów i trwać nawet kilka sekund. Błyskawicy zawsze towarzyszy jasny błysk światła i grzmot. Bardzo często piorun pojawia się podczas burzy, ale są wyjątki. Jednym z najbardziej niezbadanych zjawisk naturalnych związanych z wyładowaniami elektrycznymi przez naukowców jest piorun kulisty. Wiadomo tylko, że pojawia się nagle i może spowodować znaczne szkody. Dlaczego więc błyskawica jest tak jasna? Prąd elektryczny uderzony przez piorun może osiągnąć 100 000 amperów. W tym samym czasie uwalniana jest ogromna energia (około miliarda dżuli). Temperatura głównego kanału sięga prawie 10 000 stopni. Te cechy dają początek jasnemu światłu, które można zaobserwować podczas wyładowania piorunowego. Po tak silnym wyładowaniu elektrycznym następuje przerwa, która może trwać od 10 do 50 sekund. W tym czasie główny kanał prawie gaśnie, temperatura w nim spada do 700 stopni. Naukowcy odkryli, że jasna poświata i nagrzewanie się kanału plazmowego rozchodzi się od dołu do góry, a przerwy między poświatą trwają tylko dziesiątki ułamków sekundy. Dlatego osoba postrzega kilka potężnych impulsów jako pojedynczy jasny błysk błyskawicy.

Powiązane wideo

Prawie wszyscy ludzie boją się burzy, a przynajmniej boją się jej i wolą przeczekać w bezpiecznym miejscu – i to jest właściwe podejście. Niebo ciemnieje i twardnieje, słońce znika, ale huczy grzmot i błyska piorun - natura szaleje, a to może być niebezpieczne.

Burza to zjawisko, z którego nazwy wiele już wiadomo. Kiedy wszystko wokół rozświetlają błyski, którym towarzyszą grzmiące grzmoty, po których z reguły następuje silny, nieuchronnie pojawiają się pytania: „Co się tam dzieje?”, „Skąd się bierze piorun i czy tak błyska”. jaskrawo?" Błyskawica ma naturę elektryczną, a chmury burzowe to prawdziwi olbrzymy. Wydają się ogromne, ale stamtąd nadal nie wiadomo, jak duże są. Wysokość średniej wielkości chmury burzowej wynosi kilka kilometrów. Wewnątrz wcale nie są tak spokojni, jak mogłoby się wydawać z zewnątrz. Strumienie powietrza w chmurach poruszają się chaotycznie we wszystkich kierunkach, wszystko tam „wrze i wrze”. Temperatura w chmurze również nie jest rozłożona równomiernie. Na samym szczycie jest zwykle bardzo, około -40 stopni Celsjusza. Woda, która jest głównym składnikiem chmury burzowej, zamarza w tej temperaturze. Tworzą się małe kawałki lodu, które pędzą do wnętrza chmury jak zwykłe kropelki wody: z ogromną prędkością i bardzo chaotycznie.Płatki lodu nieustannie zderzają się ze sobą iz wodą, ładują się elektrycznością i niszczą. Najcięższe zbliżają się do dna chmury i zwykle tam topią się, czasem wypadając w postaci gradu. Dość szybko przeciwne ładunki elektryczne w chmurze skupiają się w różnych obszarach: na górze przeważają dodatnie, na dole ujemne, ale bulgotanie wewnątrz nie ustaje. Czasami silne prądy powstają, gdy wiele dodatnich i ujemnych cząstek zderza się w tym samym czasie.Chmury burzowe są bardzo dużymi formacjami, a kiedy zderzają się dwa potężne wiry, naładowane przeciwnie, powstaje bardzo silne wyładowanie elektryczne. To jest błyskawica. Świeci się olśniewająco, natychmiast podgrzewając otaczające go powietrze do bardzo wysokiej temperatury, tak że eksploduje. Grzmot to eksplozja masy powietrza nagrzanego wyładowaniem elektrycznym.Wyładowanie elektryczne może być skierowane albo z jednej części chmury na drugą, albo z nich na ziemię. Jeśli piorun uderzy w obiekty znajdujące się na ziemi, z łatwością rozłupuje nawet duże kamienie, a wszystko, co płonie, zapala się od jego uderzenia.Piorun przyciąga wszystko, co wznosi się ponad resztę krajobrazu. Dlatego, aby chronić domy, ludzie wymyślili piorunochrony: są to metalowe słupy, które kierują prąd w głąb ziemi i w ten sposób go neutralizują. Ale jeśli zaczęła się burza, a nie ma cię w domu, nie chowaj się pod wysokimi przedmiotami, na przykład pod drzewami. Bo jest duża szansa, że w jednego z nich trafi piorun.

Burza z piorunami to potężne i majestatyczne zjawisko naturalne, które swoją mocą może wzbudzać podziw. W starożytności piorun był uważany za przejaw nadprzyrodzonych mocy, dowód boskiego gniewu. Jednak wraz z rozwojem nauki dla ludzkości stało się jasne, że w naturze błyskawicy nie ma nic tajemniczego ani nadprzyrodzonego. Ich wygląd i właściwości podlegają całkiem zrozumiałym prawom fizycznym.

W rzeczywistości jest to po prostu bardzo silne wyładowanie elektryczne. Przypomina to te, które czasami pojawiają się podczas aktywnego czesania czystych, suchych włosów plastikowym grzebieniem lub pocierania hebanowego sztyftu wełnianą szmatką. W obu przypadkach kumuluje się elektryczność statyczna, która jest rozładowywana w postaci jasnej iskry i trzaskania. Tylko w przypadku chmury burzowej zamiast słabego trzasku słychać grzmot.

Błyskawica pojawia się, gdy chmury burzowe są naelektryzowane, w wyniku czego wewnątrz chmury powstaje silne pole elektryczne. Ale może pojawić się naturalne pytanie: czy chmury w ogóle się elektryzują? W końcu nie ma w nich stałych przedmiotów, które mogłyby się ocierać i zderzać ze sobą, a tym samym wytwarzać napięcie elektryczne.

W rzeczywistości wszystko nie jest tak skomplikowane, jak się wydaje. Chmura burzowa to po prostu ogromna ilość pary, której górna część znajduje się na wysokości 6-7 km, a dolna część nie przekracza 0,5-1 km powyżej. Ale na wysokości ponad 3 km od powierzchni temperatura powietrza jest zawsze poniżej zera, więc para wewnątrz chmury zamienia się w małe kawałki lodu. A te kawałki lodu są w ciągłym ruchu dzięki prądom powietrza wewnątrz chmury. Im mniejsze są kawałki lodu, tym są lżejsze, a wpadając we wznoszące się prądy ogrzanego powietrza unoszącego się z powierzchni, przemieszczają się również do górnych warstw chmury.

W drodze w górę te małe kawałki lodu zderzają się z większymi, a każde zderzenie powoduje elektryzowanie. W tym przypadku małe kawałki lodu są naładowane dodatnio, a duże - ujemnie. W wyniku takich ruchów w górnej części chmury gromadzi się duża liczba dodatnio naładowanych kawałków lodu, podczas gdy w dolnej warstwie pozostają duże, ciężkie i ujemnie naładowane kawałki lodu. Innymi słowy, górna krawędź chmury burzowej jest naładowana dodatnio, a dolna - ujemnie.

A kiedy duże, przeciwnie naładowane regiony znajdują się dość blisko siebie, między nimi pojawia się świetlisty kanał plazmowy, wzdłuż którego pędzą naładowane cząstki. W rezultacie następuje wyładowanie piorunowe, które można zaobserwować w postaci jasnego zygzaka świetlnego. Pole elektryczne chmury ma ogromne natężenie i podczas wyładowania piorunowego uwalniana jest ogromna energia rzędu miliarda dżuli.

Wyładowanie piorunowe może nastąpić wewnątrz samej chmury burzowej, między dwoma sąsiednimi chmurami lub między chmurą a powierzchnią Ziemi. W tym drugim przypadku moc wyładowań elektrycznych między ziemią a chmurami jest nieporównywalnie większa, a moc energii elektrycznej przechodzącej przez atmosferę może wytworzyć prąd o natężeniu do 10 000 amperów. Dla porównania warto pamiętać, że natężenie prądu w zwykłym okablowaniu domowym nie przekracza 6 amperów.

Błyskawica ma zwykle kształt zygzaka, ponieważ naładowane cząstki lecące w kierunku ziemi zderzają się z cząsteczkami powietrza i zmieniają kierunek ich ruchu. Również błyskawica może być liniowa lub rozgałęziona. Jedną z najrzadszych i najmniej zbadanych form piorunów jest piorun kulisty, który ma kształt świetlistej kuli i może poruszać się równolegle do powierzchni ziemi.

Jednym z najwcześniejszych dowodów na to, czym są błyskawice, było zdjęcie miejsca, w którym widoczny jest błysk, wykonane przy zamkniętej migawce. Zdjęcie pokazuje, że piorun jest wyładowaniem, które przemieszcza się tą samą ścieżką.

Pierwotne uderzenie pioruna

Sam proces powstawania pioruna można podzielić na uderzenie pierwotne i wszystkie pozostałe. Jest to uzasadnione tym, że pierwotne uderzenie pioruna, w przeciwieństwie do innych, tworzy ścieżkę (kanał) dla wyładowania elektrycznego. Dzieje się to w następujący sposób. W dolnej części chmury gromadzi się potężny ładunek ujemny. Powierzchnia ziemi jest naładowana dodatnio. W ten sposób elektrony leżące na dnie obłoku, pod wpływem różnicy potencjałów, spieszą w dół.

Ten proces nie powoduje jeszcze błysku światła. W pewnym momencie zatrzymują się na kilka mikrosekund, a następnie kontynuują ruch w innym kierunku, kierując się do. Każdy taki stopień z ogranicznikiem tworzy strukturę schodkową. Kiedy elektrony dotrą do powierzchni ziemi, tworzy się wolny kanał dla przepływu ładunków elektrycznych, przez który pozostałe elektrony spływają w dół ogromnym strumieniem.

Elektrony znajdujące się w pobliżu powierzchni ziemi jako pierwsze opuszczają kanał, tworząc za sobą naładowane dodatnio miejsce. Pobliskie elektrony pędzą w to miejsce. W ten sposób cały ujemny ładunek elektryczny opuszcza chmurę, tworząc potężny skierowany prąd elektryczny. W tym momencie możesz zobaczyć błysk światła, a potem usłyszeć grzmot.

Powtarzające się uderzenia pioruna

Po tym, jak początkowe uderzenie utworzyło już kanał dla przepływu elektronów, drugie uderzenie podąża tą samą ścieżką. Wynika to z faktu, że elektrony podczas pierwotnego uderzenia jonizują otaczające je powietrze, dlatego też przewidziany jest kanał przewodzący dla elektronów wtórnych. W ten sposób wtórne i kolejne uderzenia pioruna następują bez przerw i zatrzymań charakterystycznych dla uderzenia pierwotnego. Często jest jeden lub dwa ciosy, ale często można zobaczyć, jak uderza pięć lub sześć razy w to samo miejsce.

Zdarza się, że wiodąca gałąź błyskawicy zaczyna się rozgałęziać. Jest to możliwe, jeśli elektrony kanału pierwotnego mają różne ścieżki. W takim przypadku, jeśli jedna z gałęzi dosięgnie ziemi znacznie wcześniej niż druga, to pierwsza wspina się w górę i dociera do początku drugiej gałęzi. W tym momencie główna gałąź opróżnia niegłówną, a obserwator ma wrażenie, że to druga gałąź uderza w ziemię, a nie pierwsza.

Z reguły gdzieś w odległości stu metrów od gleby proces penetracji elektronów staje się nieco bardziej skomplikowany. Na przykład, jeśli w miejscu uderzenia znajduje się jakiś wysoki lub spiczasty przedmiot, to z powodu powstania silnego pola elektrycznego wyładowanie zaczyna wznosić się już z samego tego przedmiotu, nie czekając na uderzenie elektronów. Tak więc elektrony nie docierają do powierzchni ziemi, ale do wyładowania przeciwprądowego.

Bez względu na to, jak bardzo nauka wyjaśnia istotę elektryczności atmosferycznej, ludzie wzdrygają się, gdy uderza piorun i mimowolnie kurczą się w oczekiwaniu na uderzenie pioruna. Oczywiście pamięć o odległych przodkach, którzy próbowali znaleźć przynajmniej jakąś ochronę przed niebiańskim ogniem, przemawia do większości ludzi.

Nie ma oczywiście nic w elektryczności atmosferycznej, ale ta błyskawica i następujące po niej grzmoty nie wyglądają mniej imponująco i groźnie. Czym właściwie jest błyskawica?

Jak wiecie ze szkolnego kursu fizyki, wszystkie przedmioty mają bardzo określony ładunek elektryczny. Zderzenie naładowanych cząstek ze sobą prowadzi do powstania dużych obszarów ładunków dodatnich i ujemnych. Kiedy takie regiony są wystarczająco blisko siebie, następuje awaria i naładowane cząstki wpadają do utworzonego kanału. Ludzie postrzegają to załamanie jako wyładowanie piorunowe.

Jeśli jest coś więcej niż błyskawica, dlaczego następuje po niej przerażający ryk, przypominający kanonadę artylerii? W końcu ten sam przekonuje ludzi, że prądu elektrycznego nie można zobaczyć, usłyszeć ani w inny sposób wykryć, z wyjątkiem specjalnych urządzeń.

Jak się okazuje, cały sens tkwi w powietrzu, a raczej w jego właściwościach. Faktem jest, że będąc w rzeczywistości izolatorem, w momencie awarii nagrzewa się do temperatury około 30 000 ° C. Co więcej, szybkość nagrzewania i odpowiednio rozszerzanie się ośrodka powietrza rozszerza się eksplozywnie, co prowadzi do pojawienia się fali uderzeniowej, którą ludzkie ucho odbiera jako ryk lub grzmot.

Dlatego błyskawica i grzmot są nierozłączne, ponieważ grzmot jest wynikiem błyskawicy. Rozmowy o tym, że podobno jest błyskawica bez grzmotu i odwrotnie, są bezpodstawne.

Z drugiej strony istnieje wiele niewyjaśnionych rzeczy związanych z piorunami i ich przejawami. Takie rodzaje błyskawic, jak błyskawica liniowa, sznurowa, linowa i wstążkowa, są dobrze znane i stosunkowo dobrze zbadane. Z kolei są pojedyncze i rozgałęzione. Najbardziej tajemniczą, a jednocześnie zupełnie niezbadaną błyskawicą jest piorun kulisty. Wiąże się z nim najwięcej dziwactw i tajemnic, zarówno udokumentowanych, jak i nieudowodnionych.

Wielu naocznych świadków wielokrotnie zauważało, że piorun migocze. Faktem jest, że piorun składa się z wielu następujących po sobie wyładowań trwających zaledwie kilkadziesiąt milionowych części sekundy. Tworzy to efekt połysku.

Wyładowania atmosferyczne są jak między oddzielnymi chmurami burzowymi, między chmurą a ziemią, a czasami wyładowanie, z niejasnych powodów, idzie pionowo w niebo.

Jeśli chodzi o pioruny wychodzące z chmur do ziemi, znane są dwa ich typy, pozytywne i negatywne. Co więcej, zdaniem naukowców, to właśnie wyładowania dodatnie jako silniejsze prowadzą do pożarów.

Wszyscy widzieliśmy jasne błyski na niebie, gdy pada deszcz. Są to ładunki elektryczne przechodzące między chmurą burzową a ziemią. Takie ładunki nazywane są błyskawicami. Ale mogą tworzyć się tylko pod pewnymi warunkami.

Wewnątrz chmur burzowych masy powietrza poruszają się z ogromną prędkością. Polegają na cząsteczkach wody w poruszającej się chmurze. Gdy masy powietrza ocierają się o krople wody, powstają statyczne ładunki elektryczne. Naukowcy odkryli, że wierzchołek chmury burzowej jest naładowany ładunkami dodatnimi, a ujemnie naładowane cząstki gromadzą się w jej dolnej części. Ziemia zawsze ma ładunek dodatni. Ujemnie naładowane cząstki chmury chcą pędzić w kierunku dodatnio naładowanej ziemi. Ale nie dzieje się tak cały czas, ponieważ powierzchnia ziemi i chmura są oddzielone dużą warstwą powietrza, która izoluje te ładunki od siebie. Powietrze może rozdzielać ładunki tylko do momentu osiągnięcia określonej mocy. Gdy w chmurze burzowej zgromadzi się wystarczająca moc, ujemnie naładowane cząstki pędzą na ziemię, tworząc ogromne iskry w postaci błyskawic.

Gdy piorun uderza w ziemię, zauważamy tylko jeden błysk. W rzeczywistości w tym widocznym błysku pojawia się około tuzina uderzeń pioruna. Ujemnie naładowane cząstki lecą na ziemię tak szybko, że kilka uderzeń piorunów jest postrzeganych jako jedno.

Jak wiecie, piorun uderza w najwyższe miejsca. Dzieje się tak, ponieważ dodatni ładunek na powierzchni ziemi zawsze gromadzi się na wyższych wysokościach. Dlatego pierwszy piorun uderza w najwyższe budynki lub drzewa, które znajdują się samotnie na równinie.

Uderzeniu pioruna towarzyszy wydzielanie się ogromnego ciepła. Temperatura w piorunach sięga 16 tysięcy stopni. Dlatego też, gdy piorun uderza w plażę, piasek spiekany jest na jej powierzchni, tworząc szkło.

Starożytni nie zawsze uważali grzmoty i błyskawice, a także towarzyszący im grzmot, za przejaw gniewu bogów. Na przykład dla Greków grzmoty i błyskawice były symbolami najwyższej władzy, podczas gdy Etruskowie uważali je za wróżby: jeśli od strony wschodniej widziano błysk pioruna, oznaczało to, że wszystko będzie dobrze, a jeśli zabłyśnie w zachód lub północny zachód i odwrotnie.

Ideę Etrusków przyjęli Rzymianie, którzy byli przekonani, że uderzenie pioruna z prawej strony było wystarczającym powodem, by odłożyć wszystkie plany na jeden dzień. Japończycy mieli ciekawą interpretację niebiańskich iskier. Dwa wadżry (błyskawice) były uważane za symbole Aizen-meo, boga współczucia: jedna iskra znajdowała się na głowie bóstwa, druga trzymał w dłoniach, tłumiąc nią wszelkie negatywne pragnienia ludzkości.

Błyskawica to ogromne wyładowanie elektryczne, któremu zawsze towarzyszy błysk i grzmiące dudnienie (w atmosferze wyraźnie widać świecący kanał wyładowania, przypominający drzewo). Jednocześnie błysk pioruna prawie nigdy nie jest jednym, następują po nim zwykle dwa, trzy, często sięgające nawet kilkudziesięciu iskier.

Wyładowania te prawie zawsze powstają w chmurach cumulonimbus, czasami w dużych chmurach stratus: górna granica często sięga siedmiu kilometrów nad powierzchnię planety, podczas gdy dolna część może prawie dotykać ziemi, pozostając nie wyżej niż pięćset metrów. Błyskawica może tworzyć się zarówno w jednej chmurze, jak i między pobliskimi naelektryzowanymi chmurami, a także między chmurą a ziemią.

Chmura burzowa składa się z dużej ilości pary skondensowanej w postaci kry (na wysokości przekraczającej trzy kilometry są to prawie zawsze kryształki lodu, ponieważ wskaźniki temperatury tutaj nie rosną powyżej zera). Zanim chmura stanie się burzą, kryształki lodu zaczynają się w niej aktywnie poruszać, a prądy ciepłego powietrza unoszące się z rozgrzanej powierzchni pomagają im się poruszać.

Masy powietrza unoszą ze sobą mniejsze kawałki lodu, które podczas ruchu nieustannie uderzają w większe kryształy. W rezultacie mniejsze kryształy są naładowane dodatnio, podczas gdy większe kryształy są naładowane ujemnie.

Po zebraniu się małych kryształków lodu na górze i dużych na dole, górna część chmury jest naładowana dodatnio, dolna ujemna. W ten sposób natężenie pola elektrycznego w chmurze osiąga niezwykle wysokie wartości: milion woltów na metr.

Kiedy te przeciwnie naładowane obszary zderzają się ze sobą, w miejscach kontaktu jony i elektrony tworzą kanał, przez który wszystkie naładowane elementy spływają w dół i powstaje wyładowanie elektryczne - piorun. W tym czasie uwalniana jest tak potężna energia, że jej moc wystarczyłaby na zasilenie 100-watowej żarówki przez 90 dni.

Kanał nagrzewa się do prawie 30 tysięcy stopni Celsjusza, czyli pięć razy więcej niż temperatura Słońca, tworząc jasne światło (błysk trwa zwykle tylko trzy czwarte sekundy). Po utworzeniu kanału chmura burzowa zaczyna się wyładowywać: po pierwszym wyładowaniu następują dwie, trzy, cztery lub więcej iskier.

Uderzenie pioruna przypomina eksplozję i powoduje powstanie fali uderzeniowej, niezwykle niebezpiecznej dla każdej żywej istoty, która znajdzie się w pobliżu kanału. Fala uderzeniowa najsilniejszego wyładowania elektrycznego z odległości kilku metrów jest w stanie połamać drzewa, zranić lub wstrząsnąć, nawet bez bezpośredniego porażenia prądem:

W odległości do 0,5 m od kanału piorun może zniszczyć słabe struktury i zranić osobę;
W odległości do 5 metrów budynki pozostają nienaruszone, ale mogą wybić okna i ogłuszyć człowieka;
Na dużych odległościach fala uderzeniowa nie ma negatywnych konsekwencji i zamienia się w falę dźwiękową zwaną grzmotami.

Toczący się grzmot

Kilka sekund po zarejestrowaniu uderzenia pioruna, na skutek gwałtownego wzrostu ciśnienia wzdłuż kanału, atmosfera nagrzewa się do 30 tysięcy stopni Celsjusza. W wyniku tego powstają wybuchowe drgania powietrza i pojawiają się grzmoty. Grzmot i błyskawica są ze sobą ściśle powiązane: długość wyładowania często wynosi około ośmiu kilometrów, więc dźwięk z różnych jego części dociera w różnym czasie, tworząc grzmoty.

Co ciekawe, mierząc czas, jaki upłynął między grzmotem a błyskawicą, możesz dowiedzieć się, jak daleko od obserwatora znajduje się epicentrum burzy.

Aby to zrobić, musisz pomnożyć czas między błyskawicą a grzmotem przez prędkość dźwięku, która wynosi od 300 do 360 m / s (na przykład, jeśli odstęp czasu wynosi dwie sekundy, epicentrum burzy jest nieco większe niż 600 metrów od obserwatora, a jeśli trzy - na odległość kilometrów). Pomoże to ustalić, czy burza się cofa, czy zbliża.

Niesamowita kula ognia

Jednym z najmniej zbadanych, a przez to najbardziej tajemniczym zjawiskiem naturalnym, jest piorun kulisty – świetlista kula plazmy poruszająca się w powietrzu. Jest tajemnicza, ponieważ zasada powstawania pioruna kulistego jest wciąż nieznana: mimo że istnieje duża liczba hipotez wyjaśniających przyczyny pojawienia się tego niesamowitego zjawiska naturalnego, do każdej z nich pojawiły się zastrzeżenia. Naukowcom nie udało się eksperymentalnie osiągnąć powstawania piorunów kulistych.

Piorun kulisty może istnieć przez długi czas i poruszać się po nieprzewidywalnej trajektorii. Na przykład jest w stanie unosić się w powietrzu przez kilka sekund, a następnie rzucać się w bok.

W przeciwieństwie do zwykłego wyładowania, kula plazmowa jest zawsze jedna: dopóki nie zarejestrowano jednocześnie dwóch lub więcej wyładowań atmosferycznych. Rozmiary błyskawic kulowych wahają się od 10 do 20 cm, w przypadku błyskawic kulowych charakterystyczne są białe, pomarańczowe lub niebieskie odcienie, chociaż często występują inne kolory, aż do czerni.

Naukowcy nie określili jeszcze wskaźników temperatury pioruna kulowego: pomimo tego, że według ich obliczeń powinna ona wahać się od stu do tysiąca stopni Celsjusza, osoby znajdujące się w pobliżu tego zjawiska nie odczuły ciepła wydzielanego przez piorun kulisty.

Główną trudnością w badaniu tego zjawiska jest to, że naukowcom rzadko udaje się naprawić jego wygląd, a zeznania naocznych świadków często poddają w wątpliwość fakt, że zaobserwowane przez nich zjawisko było w rzeczywistości piorunem kulowym. Przede wszystkim zeznania różnią się co do warunków, w jakich się pojawiła: głównie widziano ją podczas burzy.

Istnieją również wskazówki, że w pogodny dzień piorun kulisty może pojawić się: zejść z chmur, pojawić się w powietrzu lub pojawić się zza jakiegoś obiektu (drzewa lub słupa).

Inną charakterystyczną cechą pioruna kulistego jest jego przenikanie do zamkniętych pomieszczeń, zauważono to nawet w kokpitach (kula ognia może przenikać przez okna, schodzić przez kanały wentylacyjne, a nawet wylatywać z gniazdek czy telewizorów). Wielokrotnie dokumentowano również sytuacje, w których kula plazmowa została unieruchomiona w jednym miejscu i stale się tam pojawiała.

Często pojawienie się pioruna kulistego nie sprawia kłopotów (cicho porusza się w prądach powietrza i po pewnym czasie odlatuje lub znika). Ale smutne konsekwencje zauważono również, gdy eksplodował, natychmiast wyparowując znajdującą się w pobliżu ciecz, topiąc szkło i metal.

Możliwe zagrożenia

Ponieważ pojawienie się błyskawicy kulowej jest zawsze nieoczekiwane, po zobaczeniu tego wyjątkowego zjawiska w pobliżu, najważniejsze jest, aby nie panikować, nie ruszać się gwałtownie i nigdzie nie biegać: błyskawica ognia jest bardzo podatna na wibracje powietrza. Trzeba po cichu opuścić trajektorię piłki i starać się trzymać jak najdalej od niej. Jeśli ktoś jest w pokoju, musisz powoli podejść do otworu okiennego i otworzyć okno: jest wiele historii, kiedy niebezpieczna piłka opuściła mieszkanie.

Nic nie można wrzucić do kuli plazmowej: jest całkiem zdolna do wybuchu, a to jest obarczone nie tylko oparzeniami lub utratą przytomności, ale także zatrzymaniem akcji serca. Jeśli zdarzyło się, że kulka elektryczna złapała człowieka, należy przenieść go do wentylowanego pomieszczenia, owinąć go cieplej, wykonać masaż serca, sztuczne oddychanie i natychmiast wezwać lekarza.

Co robić podczas burzy

Kiedy zaczyna się burza i widzisz zbliżającą się błyskawicę, musisz znaleźć schronienie i ukryć się przed pogodą: uderzenie pioruna jest często śmiertelne, a jeśli ludzie przeżyją, często pozostają niepełnosprawni.

Jeśli w pobliżu nie ma budynków, a dana osoba jest w tym czasie na polu, powinien wziąć pod uwagę, że lepiej ukryć się przed burzą w jaskini. Warto jednak unikać wysokich drzew: piorun zwykle oznacza największą roślinę, a jeśli drzewa są tej samej wysokości, uderza w tę, która lepiej przewodzi prąd.

Aby chronić oderwaną konstrukcję lub konstrukcję przed piorunem, zwykle montuje się w ich pobliżu wysoki maszt, na szczycie którego zamocowany jest spiczasty metalowy pręt, bezpiecznie połączony z grubym drutem, na drugim końcu znajduje się metalowy przedmiot zakopany głęboko Ziemia. Schemat działania jest prosty: pręt z chmury burzowej jest zawsze ładowany ładunkiem przeciwnym do chmury, która spływając drutem pod ziemią, neutralizuje ładunek chmury. To urządzenie nazywa się piorunochronem i jest instalowane na wszystkich budynkach w miastach i innych osiedlach ludzkich.

Błyskawica to potężne wyładowanie energii elektrycznej. Charakter jego występowania tkwi w silnym naelektryzowaniu chmur lub powierzchni ziemi. Z tego powodu wyładowania występują w samych chmurach lub między dwoma sąsiednimi lub między chmurą lub ziemią. Większość ludzi boi się burz. Zjawisko jest naprawdę przerażające. Ponure chmury zasłaniają słońce, huczy grzmot, błyska błyskawice, jest ulewa. Ale skąd bierze się piorun, jak wytłumaczyć dziecku, co dzieje się na górze?

Skąd pochodzą grzmoty i błyskawice?

Pojawiają się grzmoty i błyskawice. Proces powstawania pioruna dzieli się na pierwsze uderzenie i wszystkie kolejne. Dzieje się tak, ponieważ początkowy wstrząs tworzy ścieżkę do wyładowania elektrycznego. W dolnej części chmury gromadzi się wyładowanie ujemne.

A powierzchnia ziemi ma ładunek dodatni. Z tego powodu elektrony znajdujące się w chmurze są przyciągane do ziemi i pędzą w dół. Gdy tylko pierwsze elektrony dotrą do powierzchni ziemi, tworzy się wolny kanał dla przechodzenia wyładowań elektrycznych, przez który spieszą pozostałe elektrony. Elektrony przy ziemi jako pierwsze opuszczają kanał. Inni spieszą, aby zająć ich miejsce. Powstaje stan, w którym całe ujemne wyładowanie energii wychodzi z chmury, tworząc potężny przepływ energii elektrycznej skierowany do ziemi. W takim momencie możliwy jest błysk pioruna, któremu towarzyszy grzmot.

Skąd pochodzi piorun kulisty?

Czy pioruny nazywają się piłką? Taka błyskawica jest uważana za szczególny rodzaj, jest to świecąca kula unosząca się w powietrzu. Jego rozmiar wynosi od dziesięciu do dwudziestu centymetrów, kolor to niebieski, pomarańczowy lub biały. Temperatura takiej kulki jest tak wysoka, że w przypadku nieoczekiwanego pęknięcia otaczająca ją ciecz wyparowuje, a metalowe lub szklane przedmioty topią się.

Taka piłka może istnieć przez długi czas. Podczas ruchu może nagle zmienić kierunek, zawisnąć w powietrzu przez kilka sekund lub nagle zboczyć w jedną stronę.

Piorun kulisty powstaje najczęściej podczas burzy, ale zdarza się, że można go zobaczyć przy słonecznej pogodzie. Jego pojawienie się pojawia się w jednym przypadku nieoczekiwanie. Piłka potrafi schodzić z chmur, pojawiać się w powietrzu zza słupa lub drzewa dość niespodziewanie. Potrafi przedostać się do zamkniętej przestrzeni przez gniazdko, telewizor.

Skąd bierze się burza i błyskawica

Żywioły potrzebują pewnych okoliczności, aby zamanifestować swoją moc. Naelektryzowane chmury tworzą błyskawice. Ale aby przebić się przez warstwę atmosfery, nie każda chmura ma na to wystarczającą moc. Burza będzie uważana za chmurę, której wysokość sięga kilku tysięcy metrów. Dno chmury znajduje się na powierzchni ziemi, tam reżim temperaturowy jest wyższy niż w górnej części chmury, gdzie krople wody mogą zamarzać.

Masy powietrza są w ciągłym ruchu. Ciepłe powietrze unosi się, - opada. Kiedy cząstki się poruszają, zostają naelektryzowane. W różnych częściach chmury gromadzi się nierówny potencjał. Po osiągnięciu wartości krytycznej następuje błysk, któremu towarzyszą grzmoty.

Niebezpieczna błyskawica

Zwykle po pierwszym trafieniu następuje drugie. Wynika to z faktu, że elektrony w pierwszym błysku jonizują powietrze, stwarzając możliwość drugiego przejścia elektronów. Dlatego kolejne błyski następują niemal bez przerw, uderzając w to samo miejsce. Błyskawica wyłaniająca się z chmury może wyrządzić znaczne szkody osobie poprzez wyładowanie elektryczne. Nawet jeśli jej cios jest w pobliżu, konsekwencje negatywnie wpłyną na zdrowie.

Podczas burzy musisz znajdować się na lądzie, jak najbliżej powierzchni ziemi. Wskazane jest, aby nie korzystać z urządzeń mobilnych.

Czy zastanawiałeś się kiedyś, dlaczego ptaki siedzą na przewodach wysokiego napięcia, a osoba dotykająca przewodów umiera? Wszystko jest bardzo proste - siedzą na drucie, ale prąd nie płynie przez ptaka, ale jeśli ptak machnie skrzydłem, jednocześnie dotykając dwóch faz, umrze. Zwykle w ten sposób giną duże ptaki, takie jak bociany, orły, sokoły.

Więc człowiek może dotknąć fazy i nic mu się nie stanie, jeśli prąd przez niego nie przepłynie, do tego trzeba nosić gumowane buty i nie daj Boże dotykać ściany lub metalu.

Prąd elektryczny może zabić człowieka w ułamku sekundy, uderza bez ostrzeżenia. Piorun uderza w ziemię sto razy na sekundę i ponad osiem milionów razy dziennie. Ta siła natury jest pięć razy gorętsza niż powierzchnia Słońca. Wyładowanie elektryczne uderza z siłą 300 000 amperów i miliona woltów w ułamku sekundy. W naszym codziennym życiu myślimy, że możemy kontrolować energię elektryczną, która zasila nasze domy, nasze oświetlenie zewnętrzne, a teraz także nasze samochody. Ale elektryczność w swojej pierwotnej formie jest niekontrolowana. A błyskawica to elektryczność na ogromną skalę. Jednak błyskawica pozostaje wielką tajemnicą. Może uderzyć niespodziewanie, a jej droga może być nieprzewidywalna.

Błyskawica na niebie nie jest szkodliwa, ale co dziesiąta piorun uderza w powierzchnię ziemi. Błyskawica dzieli się na wiele gałęzi, z których każda może uderzyć osobę w epicentrum. Kiedy osobę uderzy piorun, wyładowanie prądu może przejść z jednej osoby na drugą, jeśli się dotknie.

Obowiązuje zasada trzydziestu i trzydziestu lat: jeśli widzisz błyskawicę i za mniej niż trzydzieści sekund słyszysz grzmot, musisz szukać schronienia, a po ostatnim uderzeniu pioruna musisz poczekać trzydzieści minut, zanim wyjdziesz na zewnątrz. Ale błyskawica nie zawsze trzyma się ściśle rozkazu.

Istnieje takie zjawisko atmosferyczne jak grom z jasnego nieba. Błyskawica często przemieszcza się do szesnastu kilometrów z chmury, zanim uderzy w ziemię. Innymi słowy, błyskawica może pojawić się znikąd. Błyskawica potrzebuje wiatru i wody. Kiedy silne wiatry unoszą wilgotne powietrze, powstają warunki do niszczycielskich burz.

Nie da się rozłożyć na części składowe tego, co mieści się w milionowej części sekundy. Jednym z fałszywych przekonań jest to, że widzimy błyskawice, które wpadają na ziemię, w rzeczywistości widzimy drogę błyskawicy z powrotem do nieba. Błyskawica nie jest jednokierunkowym uderzeniem w ziemię, ale w rzeczywistości jest pierścieniem, ścieżką w dwóch kierunkach. Błysk pioruna, który widzimy, tak zwany odrzut, ostatnia faza cyklu. A kiedy powrotne uderzenie błyskawicy rozgrzewa powietrze, pojawia się jej wizytówka - grzmot. Droga powrotna błyskawicy to ta część błyskawicy, którą widzimy jako błysk i słyszymy jako grzmot. Prąd wsteczny tysięcy amperów i milionów woltów pędzi od ziemi do chmury.

Błyskawica regularnie poraża osobę w pomieszczeniu. Może wchodzić do konstrukcji na różne sposoby, poprzez rynny i wodociągi. Błyskawica może przeniknąć przewody elektryczne, których natężenie prądu w zwykłym domu nie osiąga dwustu amperów i przeciąża okablowanie elektryczne skokami od dwudziestu tysięcy do dwustu tysięcy amperów. Być może najniebezpieczniejszy szlak w Twoim domu prowadzi bezpośrednio do Twojej ręki przez telefon. Prawie dwie trzecie porażenia prądem w pomieszczeniach jest spowodowanych przez osoby podnoszące telefon stacjonarny podczas uderzenia pioruna. Telefony bezprzewodowe są bezpieczniejsze podczas burzy, ale piorun może porazić osobę znajdującą się w pobliżu podstawy telefonu. Nawet piorunochron nie może ochronić cię przed wszystkimi piorunami, ponieważ nie jest w stanie złapać błyskawicy na niebie.

O naturze błyskawicy

Istnieje kilka różnych teorii wyjaśniających pochodzenie błyskawicy.

Zazwyczaj dolna część chmury niesie ładunek ujemny, a górna ładunek dodatni, co sprawia, że układ chmura-ziemia wygląda jak gigantyczny kondensator.

Kiedy różnica potencjałów elektrycznych staje się wystarczająco duża, między ziemią a chmurą lub między dwiema częściami chmury występuje wyładowanie zwane piorunem.

Czy niebezpieczne jest przebywanie w samochodzie podczas pioruna?

W jednym z tych eksperymentów sztuczna śmiertelna błyskawica o długości jednego metra została skierowana na stalowy dach samochodu, w którym znajdował się mężczyzna. Błyskawica przeszła przez skórę, nie szkodząc osobie. Jak to się stało? Ponieważ ładunki na naładowanym przedmiocie odpychają się od siebie, mają tendencję do rozpraszania się jak najdalej od siebie.

W przypadku wydrążonego mechanicznego cylindra z kulką pi, ładunki rozprowadzane są po zewnętrznej powierzchni obiektu.Podobnie, jeśli piorun rzuci się na metalowy dach samochodu, odpychające elektrony bardzo szybko rozproszą się po powierzchni samochodu. i przejść przez jego ciało do ziemi. Dlatego piorun na powierzchni metalowego samochodu trafia w ziemię i nie dostaje się do wnętrza samochodu. Z tego samego powodu metalowa klatka jest idealną ochroną odgromową. W wyniku uderzenia sztucznego pioruna w samochód o napięciu 3 mln woltów, potencjał samochodu i znajdującego się w nim nadwozia wzrasta do prawie 200 tys. woltów. Jednocześnie osoba nie odczuwa najmniejszego śladu porażenia prądem, ponieważ nie ma różnicy potencjałów między żadnymi punktami jego ciała.

Oznacza to, że przebywanie w dobrze uziemionym budynku z metalową ramą niemal całkowicie chroni przed wyładowaniami atmosferycznymi, a we współczesnych miastach jest ich wiele.

Jak wytłumaczyć, że ptaki siedzą na drutach zupełnie spokojnie i bezkarnie?

Ciało siedzącego ptaka jest jak gałąź łańcucha (połączenie równoległe). Opór tej gałęzi dla ptaka jest znacznie większy niż opór drutu między nogami ptaka. Dlatego prąd w ciele ptaka jest znikomy. Gdyby siedzący na drucie ptak dotknął słupka skrzydłem lub ogonem lub w jakiś sposób przyłączył się do ziemi, natychmiast zostałby zabity przez prąd, który wpadłby przez niego w ziemię.

Interesujące fakty dotyczące błyskawicy

Średnia długość błyskawicy to 2,5 km. Niektóre wyładowania rozciągają się w atmosferze na odległość do 20 km.

Błyskawica jest przydatna: udaje im się wyrwać z powietrza milion ton azotu, związać go i wysłać do ziemi, użyźniając glebę.

Błyskawice Saturna są milion razy silniejsze niż ziemskie.

Uderzenie pioruna zwykle składa się z trzech lub więcej powtarzających się uderzeń - impulsów podążających tą samą drogą. Odstępy między kolejnymi impulsami są bardzo krótkie, od 1/100 do 1/10 s (wynika to z migotania błyskawicy).

Co sekundę na Ziemi rozbłyskuje około 700 błyskawic. Światowe centra burz: wyspa Jawa - 220, Afryka równikowa - 150, południowy Meksyk - 142, Panama - 132, środkowa Brazylia - 106 burzowych dni w roku. Rosja: Murmańsk - 5, Archangielsk - 10, Petersburg - 15, Moskwa - 20 dni burzowych w roku.

Powietrze w strefie kanału piorunowego niemal natychmiast nagrzewa się do temperatury 30 000-33 000 ° С. Średnio około 3000 osób rocznie umiera z powodu uderzenia pioruna na świecie.

Statystyki pokazują, że na każde 5000-10 000 godzin lotu przypada jedno uderzenie pioruna. Na szczęście prawie wszystkie uszkodzone samoloty nadal latają.

Pomimo miażdżącej mocy błyskawicy dość łatwo się przed nią uchronić. Podczas burzy należy natychmiast opuścić otwarte miejsca, w żadnym wypadku nie należy ukrywać się pod wolnostojącymi drzewami, a także znajdować się w pobliżu wysokich masztów i linii energetycznych. Nie dotykaj stalowych przedmiotów. Również w czasie burzy nie można korzystać z łączności radiowej, telefonów komórkowych. W pokoju musisz wyłączyć telewizory, radia i urządzenia elektryczne.

Piorunochrony chronią budynki przed uderzeniem pioruna z dwóch powodów: umożliwiają odprowadzenie ładunku wytworzonego na budynku w powietrze, a gdy piorun uderza w budynek, wprowadzają go w ziemię.

W czasie burzy należy unikać schronienia się w pobliżu pojedynczych drzew, żywopłotów, wzniesień i pozostawać na otwartej przestrzeni.