Молния — это… Что такое Молния?

Молнии

Мо́лния — гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, обычно может происходить во время грозы, проявляющийся яркой вспышкой света и сопровождающим её громом. Молнии также были зафиксированы на Венере, Юпитере, Сатурне и Уране и др. Ток в разряде молнии достигает 10—100 тысяч ампер, напряжение — миллионов вольт (иногда достигает 50 млн. вольт), тем не менее, погибает после удара молнией лишь 10,2 % людей^{[источник не указан 147 дней]}.

История

Lightning 1882
(c) Photographer: William N. Jennings, c. 1882

Электрическая природа молнии была раскрыта в исследованиях американского физика Б. Франклина, по идее которого был проведён опыт по извлечению электричества из грозового облака. Широко известен опыт Франклина по выяснению электрической природы молнии. В 1750 году им опубликована работа, в которой описан эксперимент с использованием воздушного змея, запущенного в грозу. Опыт Франклина был описан в работе Джозефа Пристли.

Физические свойства молнии

Средняя длина молнии 2,5 км, некоторые разряды простираются в атмосфере на расстояние до 20 км.

Формирование молнии

Наиболее часто молния возникает в кучево-дождевых облаках, тогда они называются грозовыми; иногда молния образуется в слоисто-дождевых облаках, а также при вулканических извержениях, торнадо и пылевых бурях.

Обычно наблюдаются линейные молнии, которые относятся к так называемым безэлектродным разрядам, так как они начинаются (и заканчиваются) в скоплениях заряженных частиц. Это определяет их некоторые до сих пор не объяснённые свойства, отличающие молнии от разрядов между электродами. Так, молнии не бывают короче нескольких сотен метров; они возникают в электрических полях значительно более слабых, чем поля при межэлектродных разрядах; сбор зарядов, переносимых молнией, происходит за тысячные доли секунды с миллиардов мелких, хорошо изолированных друг от друга частиц, расположенных в объёме нескольких км³. Наиболее изучен процесс развития молнии в грозовых облаках, при этом молнии могут проходить в самих облаках —

внутриоблачные молнии, а могут ударять в землю — наземные молнии . Для возникновения молнии необходимо, чтобы в относительно малом (но не меньше некоторого критического) объёме облака образовалось электрическое поле (см. атмосферное электричество) с напряжённостью, достаточной для начала электрического разряда (~ 1 МВ/м), а в значительной части облака существовало бы поле со средней напряжённостью, достаточной для поддержания начавшегося разряда (~ 0,1—0,2 МВ/м). В молнии электрическая энергия облака превращается в тепловую, световую и звуковую.

Наземные молнии

Процесс развития наземной молнии состоит из нескольких стадий. На первой стадии, в зоне, где электрическое поле достигает критического значения, начинается ударная ионизация, создаваемая вначале свободными зарядами, всегда имеющимися в небольшом количестве в воздухе, которые под действием электрического поля приобретают значительные скорости по направлению к земле и, сталкиваясь с молекулами, составляющими воздух, ионизуют их.

По более современным представлениям, ионизация атмосферы для прохождения разряда происходит под влиянием высокоэнергетического космического излучения — частиц с энергиями 10¹²-10¹⁵эВ, формирующих широкий атмосферный ливень (ШАЛ) с понижением пробивного напряжения воздуха на порядок от такового при нормальных условиях.

[1]

По одной из гипотез, частицы запускают процесс, получивший название пробоя на убегающих электронах^[2]. Таким образом возникают электронные лавины, переходящие в нити электрических разрядов — стримеры, представляющие собой хорошо проводящие каналы, которые, сливаясь, дают начало яркому термоионизованному каналу с высокой проводимостью — ступенчатому лидеру молнии.

Движение лидера к земной поверхности происходит ступенями в несколько десятков метров со скоростью ~ 50 000 километров в секунду, после чего его движение приостанавливается на несколько десятков микросекунд, а свечение сильно ослабевает; затем в последующей стадии лидер снова продвигается на несколько десятков метров. Яркое свечение охватывает при этом все пройденные ступени; затем следуют снова остановка и ослабление свечения. Эти процессы повторяются при движении лидера до поверхности земли со средней скоростью 200 000 метров в секунду.

По мере продвижения лидера к земле напряжённость поля на его конце усиливается и под его действием из выступающих на поверхности Земли предметов выбрасывается ответный стример, соединяющийся с лидером. Эта особенность молнии используется для создания молниеотвода.

В заключительной стадии по ионизованному лидером каналу следует обратный (снизу вверх), или главный, разряд молнии

, характеризующийся токами от десятков до сотен тысяч ампер, яркостью, заметно превышающей яркость лидера, и большой скоростью продвижения, вначале доходящей до ~ 100 000 километров в секунду, а в конце уменьшающейся до ~ 10 000 километров в секунду. Температура канала при главном разряде может превышать 2000-3000 °C. Длина канала молнии может быть от 1 до 10 км, диаметр — несколько сантиметров. После прохождения импульса тока ионизация канала и его свечение ослабевают. В финальной стадии ток молнии может длиться сотые и даже десятые доли секунды, достигая сотен и тысяч ампер. Такие молнии называют затяжными, они наиболее часто вызывают пожары. Но земля не является заряженой, поэтому принято считать что разряд молнии происходит от облака по направлению к земле(сверху вниз).

Главный разряд разряжает нередко только часть облака. Заряды, расположенные на больших высотах, могут дать начало новому (стреловидному) лидеру, движущемуся непрерывно со скоростью в тысячи километров в секунду. Яркость его свечения близка к яркости ступенчатого лидера. Когда стреловидный лидер доходит до поверхности земли, следует второй главный удар, подобный первому. Обычно молния включает несколько повторных разрядов, но их число может доходить и до нескольких десятков. Длительность многократной молнии может превышать 1 сек. Смещение канала многократной молнии ветром создаёт так называемую ленточную молнию — светящуюся полосу.

Внутриоблачные молнии

Внутриоблачные молнии над Тулузой, Франция. 2006 год

Внутриоблачные молнии включают в себя обычно только лидерные стадии; их длина колеблется от 1 до 150 км. Доля внутриоблачных молний растет по мере смещения к экватору, меняясь от 0,5 в умеренных широтах до 0,9 в экваториальной полосе. Прохождение молнии сопровождается изменениями электрических и магнитных полей и радиоизлучением, так называемыми атмосфериками.

Полёт из Калькутты в Мумбаи.

Вероятность поражения молнией наземного объекта растет по мере увеличения его высоты и с увеличением электропроводности почвы на поверхности или на некоторой глубине (на этих факторах основано действие громоотвода). Если в облаке существует электрическое поле, достаточное для поддержания разряда, но недостаточное для его возникновения, роль инициатора молнии может выполнить длинный металлический трос или самолёт — особенно, если он сильно электрически заряжен. Таким образом иногда «провоцируются» молнии в слоисто-дождевых и мощных кучевых облаках.

Молнии в верхней атмосфере

В 1989 году был обнаружен особый вид молний — эльфы, молнии в верхней атмосфере^[3]. В 1995 году был открыт другой вид молний в верхней атмосфере — джеты^[3].

Эльфы

Эльфы (англ. Elves; Emissions of Light and Very Low Frequency Perturbations from Electromagnetic Pulse Sources

) представляют собой огромные, но слабосветящиеся вспышки-конусы диаметром около 400 км, которые появляются непосредственно из верхней части грозового облака^[3]. Высота эльфов может достигать 100 км, длительность вспышек — до 5 мс (в среднем 3 мс)^[3][4].

Джеты

Джеты представляют собой трубки-конусы синего цвета. Высота джетов может достигать 40-70 км (нижняя граница ионосферы), живут джеты относительно дольше эльфов^[5][6].

Спрайты

Спрайты трудно различимы, но они появляются почти в любую грозу на высоте от 55 до 130 километров (высота образования «обычных» молний — не более 16 километров). Это некое подобие молнии, бьющей из облака вверх. Впервые это явление было зафиксировано в 1989 году случайно. Сейчас о физической природе спрайтов известно крайне мало

[7].

Взаимодействие молнии с поверхностью земли и расположенными на ней объектами

Глобальная частота ударов молний (шкала показывает число ударов в год на квадратный километр)

Согласно ранним оценкам, частота ударов молний на Земле составляет 100 раз в секунду. По современным данным, полученным с помощью спутников, которые могут обнаруживать молнии в местах, где не ведётся наземное наблюдение, эта частота составляет в среднем 44 ± 5 раз в секунду, что соответствует примерно 1,4 миллиарда молний в год.^[8][9] 75 % этих молний ударяет между облаками или внутри облаков, а 25 % — в землю.^[10]

Самые мощные молнии вызывают рождение фульгуритов.^[11]

Ударная волна от молнии

Разряд молнии является электрическим взрывом и в некоторых аспектах похож на детонацию. Он вызывает появление ударной волны, опасной в непосредственной близости. Ударная волна от достаточно мощного грозового разряда на расстояниях до нескольких метров может наносить разрушения, ломать деревья, травмировать и контузить людей даже без непосредственного поражения электрическим током. Например, при скорости нарастания тока 30 тысяч ампер за 0,1 миллисекунду и диаметре канала 10 см могут наблюдаться следующие давления ударной волны^[12]:

• на расстоянии от центра 5 см (граница светящегося канала молнии) — 0,93 МПа,
• на расстоянии 0,5 м — 0,025 МПа (разрушение непрочных строительных конструкций и травмы человека),
• на расстоянии 5 м — 0,002 МПа (выбивание стёкол и временное оглушение человека).

На бо́льших расстояниях ударная волна вырождается в звуковую волну — гром.

Люди и молния

Молнии — серьёзная угроза для жизни людей. Поражение человека или животного молнией часто происходит на открытых пространствах, так как электрический ток идёт по кратчайшему пути «грозовое облако-земля». Часто молния попадает в деревья и трансформаторные установки на железной дороге, вызывая их возгорание. Поражение обычной линейной молнией внутри здания невозможно, однако бытует мнение, что так называемая шаровая молния может проникать через щели и открытые окна. Обычный грозовой разряд опасен для телевизионных и радиоантенн, расположенных на крышах высотных зданий, а также для сетевого оборудования.

В организме пострадавших отмечаются такие же патологические изменения, как при поражении электротоком. Жертва теряет сознание, падает, могут отмечаться судороги, часто останавливается дыхание и сердцебиение. На теле обычно можно обнаружить «метки тока», места входа и выхода электричества. В случае смертельного исхода причиной прекращения основных жизненных функций является внезапная остановка дыхания и сердцебиения, от прямого действия молнии на дыхательный и сосудодвигательный центры продолговатого мозга. На коже часто остаются так называемые знаки молнии, древовидные светло-розовые или красные полосы, исчезающие при надавливании пальцами (сохраняются в течение 1 — 2 суток после смерти). Они — результат расширения капилляров в зоне контакта молнии с телом.

При поражении молнией первая медицинская помощь должна быть неотложной. В тяжёлых случаях (остановка дыхания и сердцебиения) необходима реанимация, её должен оказать, не ожидая медицинских работников, любой свидетель несчастья. Реанимация эффективна только в первые минуты после поражения молнией, начатая через 10 — 15 минут она, как правило, уже не эффективна. Экстренная госпитализация необходима во всех случаях.

Жертвы молний

1. В мифологии и литературе:
   1. Асклепий, Эскулап — сын Аполлона — бог врачей и врачебного искусства, не только исцелял, но и оживлял мёртвых. Чтобы восстановить нарушенный мировой порядок Зевс поразил его своей молнией^[13].
   2. Фаэтон — сын бога Солнца Гелиоса — однажды взялся управлять солнечной колесницей своего отца, но не сдержал огнедышащих коней и едва не погубил в страшном пламени Землю. Разгневанный Зевс пронзил Фаэтона молниями. Общий список см. Молния Зевса.
2. Исторические личности:
   1. Казанский губернатор Сергей Голицын — 1 (12) июля 1738 года погиб во время охоты от удара молнии.
   2. Российский академик Г. В. Рихман — в 1753 году погиб от удара молнии во время проведения научного эксперимента.
   3. Народный депутат Украины, экс-губернатор Ровненской области В. Червоний 4 июля 2009 года погиб от удара молнии.

Интересные факты

• Рой Салливан остался живым после семи ударов молнией.
• Американский майор Саммерфорд умер после продолжительной болезни (результат удара третьей молнией). Четвертая молния полностью разрушила его памятник на кладбище.
• У индейцев Анд удар молнией считается необходимым для достижения высших уровней шаманской инициации^[14].

Деревья и молния

Ствол пораженного молнией тополя

.

Высокие деревья — частая мишень для молний. На реликтовых деревьях-долгожителях легко можно найти множественные шрамы от молний — громобоины. Считается, что одиночно стоящее дерево чаще поражается молнией, хотя в некоторых лесных районах громобоины можно увидеть почти на каждом дереве. Сухие деревья от удара молнии загораются. Чаще удары молнии бывают направлены в дуб, реже всего — в бук, что, по-видимому, зависит от различного количества жирных масел в них, представляющих большое сопротивление электричеству.^[15]

Молния проходит в стволе дерева по пути наименьшего электрического сопротивления, с выделением большого количества тепла, превращая воду в пар, который раскалывает ствол дерева или чаще отрывает от него участки коры, показывая путь молнии. В следующие сезоны деревья обычно восстанавливают повреждённые ткани и могут закрывать рану целиком, оставив только вертикальный шрам. Если ущерб является слишком серьёзным, ветер и вредители в конечном итоге убивают дерево. Деревья являются естественными громоотводами, и, как известно, обеспечивают защиту от удара молнии для близлежащих зданий. Посаженные возле здания, высокие деревья улавливают молнии, а высокая биомасса корневой системы помогает заземлять разряд молнии.

По этой причине нельзя прятаться от дождя под деревьями во время грозы, особенно под высокими или одиночными на открытой местности.^[16][17]

Из деревьев, поражённых молнией, делают музыкальные инструменты, приписывая им уникальные свойства.^[18][19]

Молния и электроустановки

Разряды молний представляют большую опасность для электрического и электронного оборудования. При прямом попадании молнии в провода в линии возникает перенапряжение, вызывающее разрушение изоляции электрооборудования, а большие токи обуславливают термические повреждения проводников. Для защиты от грозовых перенапряжений электрические подстанции и распределительные сети оборудуются различными видами защитного оборудования таким как разрядниками, нелинейными ограничителями перенапряжения, длинноискровыми разрядниками. Для защиты от прямого попадания молнии используются молниеотводы и грозозащитные тросы. Для электронных устройств представляет опасность также и электромагнитный импульс, создаваемый молнией.

Молния и авиация

Атмосферное электричество вообще и молнии в частности представляют значительную угрозу для авиации. Попадание молнии в летательный аппарат вызывает растекание тока большой величины по его конструкционным элементам, что может вызвать их разрушение, пожар в топливных баках, отказы оборудования, гибель людей. Для снижения риска металлические элементы наружной обшивки летательных аппаратов тщательно электрически соединяются друг с другом, а неметаллические элементы металлизируются. Таким образом, обеспечивается низкое электрическое сопротивление корпуса. Для стекания тока молнии и другого атмосферного электричества с корпуса, летательные аппараты оборудуются разрядниками.

Ввиду того, что электрическая емкость самолёта, находящегося в воздухе невелика, разряд «облако-самолёт» обладает существенно меньшей энергией по сравнению с разрядом «облако-земля». Наиболее опасна молния для низколетящего самолёта или вертолёта, так как в этом случае летательный аппарат может сыграть роль проводника тока молнии из облака в землю. Известно, что самолёты на больших высотах сравнительно часто поражаются молнией и тем не менее, случаи катастроф по этой причине единичны. В то же время известно очень много случаев поражения самолётов молнией на взлете и посадке, а также на стоянке, которые закончились катастрофами или уничтожением летательного аппарата.

Молния и надводные корабли

Молния также представляет очень большую угрозу для надводных кораблей в виду того, что последние приподняты над поверхностью моря и имеют много острых элементов (мачты, антенны), являющихся концентраторами напряженности электрического поля. Во времена деревянных парусников, обладающих высоким удельным сопротивлением корпуса, удар молнии практически всегда заканчивался для корабля трагически: корабль сгорал или разрушался, от поражения электрическим током гибли люди. Клёпаные стальные суда также были уязвимы для молнии. Высокое удельное сопротивление заклёпочных швов вызывало значительное локальное тепловыделение, что приводило к возникновению электрической дуги, пожарам, разрушению заклёпок и появлению водотечности корпуса.

Сварной корпус современных судов обладает низким удельным сопротивлением и обеспечивает безопасное растекание тока молнии. Выступающие элементы надстройки современных судов надежно электрически соединяются с корпусом и также обеспечивают безопасное растекание тока молнии.

Деятельность человека, вызывающая молнию

При наземном ядерном взрыве за доли секунды до прихода границы огненной полусферы в нескольких сотнях метров (~400—700 м при сравнении со взрывом 10,4 Мт) от центра дошедшее гамма-излучение продуцирует электромагнитный импульс с напряжённостью на уровне ~100—1000 кВ/м, вызвающий разряды молний, бьющих от земли вверх перед приходом границы огненной полусферы.

• Огненная полусфера наземного взрыва Иви Майк 10,4 Мт и молнии

См. также

Примечания

1. ↑ Ермаков В.И., Стожков Ю.И. Физика грозовых облаков // Физический институт им. П.Н. Лебедева, РАН, М.2004 г. ^:37
2. ↑ В возникновении молний обвинили космические лучи Lenta.Ru, 09.02.2009
3. ↑ ^{1 2 3 4} Красные Эльфы и Синие Джеты
4. ↑ ELVES, a primer: Ionospheric Heating By the Electromagnetic Pulses from Lightning
5. ↑ Fractal Models of Blue Jets, Blue Starters Show Similarity, Differences to Red Sprites
6. ↑ V.P. Pasko, M.A. Stanley, J.D. Matthews, U.S. Inan, and T.G. Wood (March 14, 2002) «Electrical discharge from a thundercloud top to the lower ionosphere, » Nature, vol. 416, pages 152—154.
7. ↑ Появление НЛО объяснили спрайтами. lenta.ru (24.02.2009). Архивировано из первоисточника 23 августа 2011. Проверено 16 января 2010.
8. ↑ John E. Oliver Encyclopedia of World Climatology. — National Oceanic and Atmospheric Administration, 2005. — ISBN 978-1-4020-3264-6
9. ↑ Annual Lightning Flash Rate. National Oceanic and Atmospheric Administration. Архивировано из первоисточника 23 августа 2011. Проверено 15 апреля 2011.
10. ↑ Where LightningStrikes. NASA Science. Science News. (December 5, 2001). Архивировано из первоисточника 23 августа 2011. Проверено 15 апреля 2011.
11. ↑ К. БОГДАНОВ «МОЛНИЯ: БОЛЬШЕ ВОПРОСОВ, ЧЕМ ОТВЕТОВ». «Наука и жизнь» № 2, 2007
12. ↑ Живлюк Ю.Н., Мандельштам С.Л. О температуре молнии и силе грома // ЖЭТФ. 1961. Т. 40, вып. 2. С. 483—487.
13. ↑ Н. А. Кун «Легенды и мифы Древней Греции» ООО «Издательство АСТ» 2005—538,[6]с. ISBN 5-17-005305-3 Стр.35-36.
14. ↑ Editors: Mariko Namba Walter,Eva Jane Neumann Fridman Shamanism: an encyclopedia of world beliefs, practices, and culture. — ABC-CLIO, 2004. — Т. 2. — С. 442. — ISBN 1-57607-645-8
15. ↑ Молния // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
16. ↑ Правила поведения во время грозы  (рус.). VLBoat.ru. Архивировано из первоисточника 23 августа 2011. Проверено 17 марта 2010.
17. ↑ Ирина Лукьянчик Как вести себя во время грозы?  (рус.). Ежедневный познавательный журнал «ШколаЖизни.ру». Архивировано из первоисточника 23 августа 2011. Проверено 17 марта 2010.
18. ↑ Михайло Михайлович Нечай
19. ↑ Р. Г. Рахимов. Башкирский кубыз. Маультроммель. Прошлое, настоящее, будущее. Фольклорное исследование [1]

Ссылки

Литература

1. Стекольников И. К., Физика молнии и грозозащита, М. — Л., 1943;
2. Разевиг Д. В., Атмосферные перенапряжения на линиях электропередачи, М. — Л., 1959;
3. Юман М. А., Молния, пер. с англ., М., 1972;
4. Имянитов И. М., Чубарина Е. В., Шварц Я. М., Электричество облаков, Л., 1971;
5. Подборка статей по теме на сервере «Наука и Техника» (http://n-t.ru/) — см. здесь: [2]

Молния: больше вопросов, чем ответов

В каждый момент времени в разных точках Земли сверкают молнии более 2000 гроз. В каждую секунду около 50 молний ударяются в поверхность земли, и в среднем каждый ее квадратный километр молния поражает шесть раз за год. Еще Б. Франклин показал, что молнии, бьющие по земле из грозовых облаков, — это электрические разряды, переносящие на нее отрицательный заряд величиной несколько десятков кулон, а амплитуда тока при ударе молнии составляет от 20 до 100 кА. Скоростная фотосъемка показала, что разряд молнии длится несколько десятых долей секунды и состоит из нескольких еще более коротких разрядов. Молнии издавна интересуют ученых, но и в наше время об их природе мы знаем лишь немного больше, чем 250 лет тому назад, хотя смогли их обнаружить даже на других планетах.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Способность электризации трением различных материалов. Материал из трущейся пары, находящийся выше в таблице, заряжается положительно, а ниже — отрицательно.

Отрицательно заряженный низ облака поляризует поверхность Земли под собой так, что она заряжается положительно, и, кода появляются условия для электрического пробоя, возникает разряд молнии.

Распределение частоты гроз по поверхности суши и океанов. Самые темные места на карте соответствуют частотам не более 0,1 грозы в год на квадратный километр, а самые светлые — более 50.

Зонт с громоотводом. Модель продавалась в XIX веке и пользовалась спросом.

Выстрел жидкостью или лазером по грозовой туче, нависшей над стадионом, уводит разряд молнии в сторону.

Несколько разрядов молний, вызванных пуском ракеты в грозовую тучу. Левая вертикальная прямая — след ракеты.

Крупный «ветвистый» фульгурит весом 7,3 кг, найденный автором на окраине Москвы.

Полые цилиндрические фрагменты фульгурита, образованные из оплавленного песка.

Белый фульгурит из Техаса.

‹

›

Молния — вечный источник подзарядки электрического поля Земли. В начале XX века с помощью атмосферных зондов измерили электрическое поле Земли. Его напряженность у поверхности оказалась равной примерно 100 В/м, что соответствует суммарному заряду планеты около 400 000 Кл. Переносчиком зарядов в атмосфере Земли служат ионы, концентрация которых увеличивается с высотой и достигает максимума на высоте 50 км, где под действием космического излучения образовался электропроводящий слой — ионосфера. Поэтому электрическое поле Земли — это поле сферического конденсатора с приложенным напряжением около 400 кВ. Под действием этого напряжения из верхних слоев в нижние все время течет ток силой 2-4 кА, плотность которого составляет 1-2^.10^-12 А/м², и выделяется энергия до 1,5 ГВт. И это электрическое поле исчезло бы, если бы не было молний! Поэтому в хорошую погоду электрический конденсатор — Земля — разряжается, а при грозе заряжается.

Человек не чувствует электрического поля Земли, так как его тело — хороший проводник. Поэтому заряд Земли находится и на поверхности тела человека, локально искажая электрическое поле. Под грозовым облаком плотность наведенных на земле положительных зарядов может значительно возрастать, а напряженность электрического поля — превышать 100 кВ/м, в 1000 раз больше ее значения в хорошую погоду. В результате во столько же раз увеличивается положительный заряд каждого волоска на голове человека, стоящего под грозовой тучей, и они, отталкиваясь друг от друга, встают дыбом.

Электризация — удаление «заряженной» пыли. Чтобы понять, как облако разделяет электрические заряды, вспомним, что такое электризация. Легче всего зарядить тело, потерев его о другое. Электризация трением — самый старый способ получения электрических зарядов. Само слово «электрон» в переводе с греческого на русский означает янтарь, так как янтарь всегда заряжался отрицательно при трении о шерсть или шелк. Величина заряда и его знак зависят от материалов трущихся тел.

Считается, что тело, до того как его стали тереть о другое, электронейтрально. Действительно, если оставить заряженное тело в воздухе, то к нему начнут прилипать противоположно заряженные частицы пыли и ионы. Таким образом, на поверхности любого тела находится слой «заряженной» пыли, нейтрализующий заряд тела. Поэтому электризация трением — это процесс частичного снятия «заряженной» пыли с обоих тел. При этом результат будет зависеть от того, на сколько лучше или хуже снимается «заряженная» пыль с трущихся тел.

Облако — фабрика по производству электрических зарядов. Трудно представить, что в облаке находится пара материалов из перечисленных в таблице. Однако на телах может оказаться различная «заряженная» пыль, даже если они сделаны из одного того же материала, — достаточно, чтобы микроструктура поверхности отличалась. Например, при трении гладкого тела о шероховатое оба будут электризовываться.

Грозовое облако — это огромное количество пара, часть которого конденсировалось в виде мельчайших капелек или льдинок. Верх грозового облака может находиться на высоте 6-7 км, а низ нависать над землей на высоте 0,5-1 км. Выше 3-4 км облака состоят из льдинок разного размера, так как температура там всегда ниже нуля. Эти льдинки находятся в постоянном движении, вызванном восходящими потоками теплого воздуха от нагретой поверхности земли. Мелкие льдинки легче, чем крупные, увлекаются восходящими потоками воздуха. Поэтому «шустрые» мелкие льдинки, двигаясь в верхнюю часть облака, все время сталкиваются с крупными. При каждом таком столкновении происходит электризация, при которой крупные льдинки заряжаются отрицательно, а мелкие — положительно. Со временем положительно заряженные мелкие льдинки оказываются в верхней части облака, а отрицательно заряженные крупные — внизу. Другими словами, верхушка грозы заряжена положительно, а низ — отрицательно. Все готово для разряда молнии, при котором происходит пробой воздуха и отрицательный заряд с нижней части грозовой тучи перетекает на Землю.

Молния — привет из космоса и источник рентгеновского излучения. Однако само облако не в состоянии так наэлектризовать себя, чтобы вызвать разряд между своей нижней частью и землей. Напряженность электрического поля в грозовом облаке никогда не превышает 400 кВ/м, а электрический пробой в воздухе происходит при напряженности больше 2500 кВ/м. Поэтому для возникновения молнии необходимо что-то еще кроме электрического поля. В 1992 году российский ученый А. Гуревич из Физического института им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН) предположил, что своеобразным зажиганием для молнии могут быть космические лучи — частицы высоких энергий, обрушивающиеся на Землю из космоса с околосветовыми скоростями. Тысячи таких частиц каждую секунду бомбардируют каждый квадратный метр земной атмосферы.

Согласно теории Гуревича, частица космического излучения, сталкиваясь с молекулой воздуха, ионизирует ее, в результате чего образуется огромное число электронов, обладающих высокой энергией. Попав в электрическое поле между облаком и землей, электроны ускоряются до околосветовых скоростей, ионизируя путь своего движения и, таким образом, вызывая лавину электронов, движущихся вместе с ними к земле. Ионизированный канал, созданный этой лавиной электронов, используется молнией для разряда (см. «Наука и жизнь» № 7, 1993 г.).

Каждый, кто видел молнию, заметил, что это не ярко светящаяся прямая, соединяющая облако и землю, а ломаная линия. Поэтому процесс образования проводящего канала для разряда молнии называют ее «ступенчатым лидером». Каждая из таких «ступенек» — это место, где разогнавшиеся до околосветовых скоростей электроны остановились из-за столкновений с молекулами воздуха и изменили направление движения. Доказательство для такой интерпретации ступенчатого характера молнии — вспышки рентгеновского излучения, совпадающие с моментами, когда молния, как бы спотыкаясь, изменяет свою траекторию. Недавние исследования показали, что молния служит довольно мощным источником рентгеновского излучения, интенсивность которого может составлять до 250 000 электронвольт, что примерно в два раза превышает ту, которую используют при рентгене грудной клетки.

Как вызвать разряд молнии? Изучать то, что произойдет непонятно где и когда, очень сложно. А именно так в течение долгих лет работали ученые, исследующие природу молний. Считается, что грозой на небе руководит Илья-пророк и нам не дано знать его планы. Однако ученые очень давно пытались заменить Илью-пророка, создавая проводящий канал между грозовой тучей и землей. Б. Франклин для этого во время грозы запускал воздушный змей, оканчивающийся проволокой и связкой металлических ключей. Этим он вызывал слабые разряды, стекающие вниз по проволоке, и первым доказал, что молния — это отрицательный электрический разряд, стекающий с облаков на землю. Опыты Франклина были чрезвычайно опасными, и один из тех, кто их пытался повторить, — российский академик Г. В. Рихман — в 1753 году погиб от удара молнии.

В 1990-х годах исследователи научились вызывать молнии, не подвергая опасности свою жизнь. Один из способов вызвать молнию — запустить с земли небольшую ракету прямо в грозовую тучу. Вдоль всей траектории ракета ионизирует воздух и создает таким образом проводящий канал между тучей и землей. И если отрицательный заряд низа тучи достаточно велик, то вдоль созданного канала происходит разряд молнии, все параметры которого регистрируют приборы, расположенные рядом со стартовой площадкой ракеты. Чтобы создать еще лучшие условия для разряда молнии, к ракете присоединяют металлический провод, соединяющий ее с землей.

Молния: подарившая жизнь и двигатель эволюции. В 1953 году биохимики С. Миллер (Stanley Miller) и Г. Юри (Harold Urey) показали, что одни из «кирпичиков» жизни — аминокислоты могут быть получены путем пропускания электрического разряда через воду, в которой растворены газы «первобытной» атмосферы Земли (метан, аммиак и водород). Спустя 50 лет другие исследователи повторили эти опыты и получили те же результаты. Таким образом, научная теория зарождения жизни на Земле отводит удару молнии основополагающую роль.

При пропускании коротких импульсов тока через бактерии в их оболочке (мембране) появляются поры, через которые внутрь могут проходить фрагменты ДНК других бактерий, запуская один из механизмов эволюции.

Почему зимой грозы очень редки? Ф. И. Тютчев, написав «Люблю грозу в начале мая, когда весенний первый гром…», знал, что зимой гроз почти не бывает. Чтобы образовалось грозовое облако, необходимы восходящие потоки влажного воздуха. Концентрация насыщенных паров растет с повышением температуры и максимальна летом. Разница температур, от которой зависят восходящие потоки воздуха, тем больше, чем выше его температура у поверхности земли, так как на высоте нескольких километров его температура не зависит от времени года. Значит, интенсивность восходящих потоков максимальна тоже летом. Поэтому и грозы у нас чаще всего летом, а на севере, где и летом холодно, грозы довольно редки.

Почему грозы чаще над сушей, чем над морем? Чтобы облако разрядилось, в воздухе под ним должно быть достаточное число ионов. Воздух, состоящий только из молекул азота и кислорода, не содержит ионов, и его очень тяжело ионизировать даже в электрическом поле. А вот если в воздухе много инородных частиц, например пыли, то и ионов тоже много. Ионы образуются при движении частиц в воздухе аналогично тому, как электризуются при трении друг о друга различные материалы. Очевидно, что пыли в воздухе гораздо больше над сушей, чем над океанами. Поэтому-то грозы и гремят над сушей чаще. Замечено также, что прежде всего молнии бьют по тем местам, где в воздухе особенно велика концентрация аэрозолей — дымов и выбросов предприятий нефтеперерабатывающей промышленности.

Как Франклин отклонил молнию. К счастью, большинство разрядов молнии происходят между облаками и поэтому угрозы не представляют. Однако считается, что каждый год молнии убивают более тысячи людей по всему миру. По крайней мере, в США, где ведется такая статистика, каждый год от удара молнии страдают около 1000 человек и более ста из них погибают. Ученые давно пытались защитить людей от этой «кары божьей». Например, изобретатель первого электрического конденсатора (лейденской банки) Питер ван Мушенбрук (1692-1761) в статье об электричестве, написанной для знаменитой французской Энциклопедии, защищал традиционные способы предотвращения молнии — колокольный звон и стрельбу из пушек, которые, как он считал, оказываются довольно эффективными.

Бенджамин Франклин, пытаясь защитить Капитолий столицы штата Мериленд, в 1775 году прикрепил к зданию толстый железный стержень, который возвышался над куполом на несколько метров и был соединен с землей. Ученый отказался патентовать свое изобретение, желая, чтобы оно как можно скорее начало служить людям.

Весть о громоотводе Франклина быстро разнеслась по Европе, и его выбрали во все академии, включая и Российскую. Однако в некоторых странах набожное население встретило это изобретение с возмущением. Сама мысль, что человек так легко и просто может укротить главное оружие «божьего гнева», казалась кощунственной. Поэтому в разных местах люди из благочестивых соображений ломали громоотводы. Любопытный случай произошел в 1780 году в небольшом городке Сент-Омер на севере Франции, где горожане потребовали снести железную мачту громоотвода, и дело дошло до судебного разбирательства. Молодой адвокат, защищавший громоотвод от нападок мракобесов, построил защиту на том, что и разум человека, и его способность покорять силы природы имеют божественное происхождение. Все, что помогает спасти жизнь, во благо — доказывал молодой адвокат. Он выиграл процесс и снискал большую известность. Адвоката звали Максимилиан Робеспьер. Ну а сейчас портрет изобретателя громоотвода — самая желанная репродукция в мире, ведь она украшает известную всем стодолларовую купюру.

Как можно защититься от молнии с помощью водяной струи и лазера. Недавно был предложен принципиально новый способ борьбы с молниями. Громоотвод создадут из… струи жидкости, которой будут стрелять с земли непосредственно в грозовые облака. Громоотводная жидкость представляет собой солевой раствор, в который добавлены жидкие полимеры: соль предназначена для увеличения электропроводности, а полимер препятствует «распаду» струи на отдельные капельки. Диаметр струи составит около сантиметра, а максимальная высота — 300 метров. Когда жидкий громоотвод доработают, им оснастят спортивные и детские площадки, где фонтан включится автоматически, когда напряженность электрического поля станет достаточно высокой, а вероятность удара молнии — максимальной. По струе жидкости с грозового облака будет стекать заряд, делая молнию безопасной для окружающих. Аналогичную защиту от разряда молнии можно сделать и с помощью лазера, луч которого, ионизируя воздух, создаст канал для электрического разряда вдали от скопления людей.

Может ли молния сбить нас с пути? Да, если вы пользуетесь компасом. В известном романе Г. Мелвила «Моби Дик» описан именно такой случай, когда разряд молнии, создавший сильное магнитное поле, перемагнитил стрелку компаса. Однако капитан судна взял швейную иглу, ударил по ней, чтобы намагнитить, и поставил ее вместо испорченной стрелки компаса.

Может ли вас поразить молния внутри дома или самолета? К сожалению, да! Ток грозового разряда может войти в дом по телефонному проводу от рядом стоящего столба. Поэтому при грозе старайтесь не пользоваться обычным телефоном. Считается, что говорить по радиотелефону или по мобильному безопасней. Не следует во время грозы касаться труб центрального отопления и водопровода, которые соединяют дом с землей. Из этих же соображений специалисты советуют при грозе выключать все электрические приборы, в том числе компьютеры и телевизоры.

Что касается самолетов, то, вообще говоря, они стараются облетать районы с грозовой активностью. И все-таки в среднем раз в год в один из самолетов попадает молния. Ее ток поразить пассажиров не может, он стекает по внешней поверхности самолета, но способен вывести из строя радиосвязь, навигационное оборудование и электронику.

Фульгурит — окаменевшая молния. При разряде молнии выделяется 10⁹-10¹⁰ джоулей энергии. Большая ее часть тратится на создание ударной волны (гром), нагрев воздуха, световую вспышку и другие электромагнитные волны, и только маленькая часть выделяется в том месте, где молния входит в землю. Однако и этой «маленькой» части вполне достаточно, чтобы вызвать пожар, убить человека и разрушить здание. Молния может разогреть канал, по которому она движется, до 30 000°С, в пять раз выше температуры на поверхности Солнца. Температура внутри молнии гораздо больше температуры плавления песка (1600-2000°C), но расплавится песок или нет, зависит еще и от длительности молнии, которая может составлять от десятков микросекунд до десятых долей секунды. Амплитуда импульса тока молнии обычно равна нескольким десяткам килоампер, но иногда может превышать и 100 кА. Самые мощные молнии и вызывают рождение фульгуритов — полых цилиндров из оплавленного песка.

Слово «фульгурит» происходит от латинского fulgur, что означает молния. Самые длинные из раскопанных фульгуритов уходили под землю на глубину более пяти метров. Фульгуритами также называют оплавленности твердых горных пород, образованные ударом молнии; они иногда в большом количестве встречаются на скалистых вершинах гор. Фульгуриты, состоящие из переплавленного кремнезема, обыкновенно представляют собой конусообразные трубочки толщиной с карандаш или с палец. Их внутренняя поверхность гладкая и оплавленная, а наружная образована приставшими к оплавленной массе песчинками. Цвет фульгуритов зависит от примесей минералов в песчаной почве. Большинство из них имеют рыжевато-коричневый, серый или черный цвет, однако встречаются зеленоватые, белые или даже полупрозрачные фульгуриты.

По-видимому, первое описание фульгуритов и их связи с ударами молнии было сделано в 1706 году пастором Д. Германом (David Hermann). Впоследствии многие находили фульгуриты вблизи людей, пораженных разрядом молнии. Чарльз Дарвин во время кругосветного путешествия на корабле «Бигль», обнаружил на песчаном берегу вблизи Мальдонадо (Уругвай) несколько стеклянных трубочек, уходящих в песок вертикально вниз более чем на метр. Он описал их размеры и связал их образование с разрядами молний. Известный американский физик Роберт Вуд получил «автограф» молнии, которая чуть не убила его:

«Прошла сильная гроза, и небо над нами уже прояснилось. Я пошел через поле, которое отделяет наш дом от дома моей свояченицы. Я прошел ярдов десять по тропинке, как вдруг меня позвала моя дочь Маргарет. Я остановился секунд на десять и едва лишь двинулся дальше, как вдруг небо прорезала яркая голубая линия, с грохотом двенадцатидюймового орудия ударив в тропинку в двадцати шагах передо мной и подняв огромный столб пара. Я пошел дальше, чтобы посмотреть, какой след оставила молния. В том месте, где ударила молния, было пятно обожженного клевера дюймов в пять диаметром, с дырой посередине в полдюйма…. Я возвратился в лабораторию, расплавил восемь фунтов олова и залил в отверстие… То, что я выкопал, когда олово затвердело, было похоже на огромный, слегка изогнутый собачий арапник, тяжелый, как и полагается, в рукоятке и постепенно сходящийся к концу. Он был немного длиннее трех футов» (цитируется по В. Сибрук. Роберт Вуд. — М.: Наука, 1985, с. 285).

Появление стеклянной трубочки в песке при разряде молнии связано с тем, что между песчинками всегда находятся воздух и влага. Электрический ток молнии за доли секунд раскаляет воздух и водяные пары до огромных температур, вызывая взрывообразный рост давления воздуха между песчинками и его расширение, что слышал и видел Вуд, чудом не ставший жертвой молнии. Расширяющийся воздух образует цилиндрическую полость внутри расплавленного песка. Последующее быстрое охлаждение фиксирует фульгурит — стеклянную трубочку в песке.

Часто аккуратно выкопанный из песка фульгурит по форме напоминает корень дерева или ветвь с многочисленными отростками. Такие ветвистые фульгуриты образуются, когда разряд молнии попадает во влажный песок, который, как известно, имеет бo’льшую электропроводность, чем сухой. В этих случаях ток молнии, входя в почву, сразу начинает растекаться в стороны, образуя структуру, похожую на корень дерева, а рождающийся при этом фульгурит лишь повторяет эту форму. Фульгурит очень хрупок, и попытки очистить от прилипшего песка нередко приводят к его разрушению. Особенно это относится к ветвистым фульгуритам, образовавшимся во влажном песке.

Ловцы молний. Необычные эксперименты с грозой / Habr

Добрый день, уважаемые читатели Хабра.

Я расскажу о своём необычном хобби. Нет, это не фото/видео охота за молниями. Я ловлю молнии в прямом смысле этого слова, запуская воздушного змея в грозовые тучи. Направляю энергию грозы в специальные схемы и устройства, чтобы проводить опыты.

Меня всегда вдохновляла красота и мощь молний. Сила тока в разряде молнии достигает 10-300 тысяч ампер, а напряжение — от десятков миллионов до миллиарда вольт. Мощность разряда — от 1 до 1000 ГВт. Вот было бы хорошо «приручить» эту энергию!

Хочу предупредить, не повторяй это дома! Я соблюдаю особую осторожность и хорошо знаю природу электрических явлений. Помни, поражение молнией смертельно.

Рождение идеи

Первое, что приходит на ум, это подвести к грозовой туче провод и разрядить заряд на землю. Но как поднять провод так высоко? Обдумав все возможные варианты я пришел к выводу, что это можно сделать с помощью воздушного змея. Еще до того как началась гроза я хорошенько испытал воздушного змея. Меня приятно обрадовала его подъёмная сила! Даже в небольшой ветер змей подымал достаточно тяжёлые грузы, а в сильный ветер его с трудом удавалось удержать за леску. Но провод змей высоко поднять не мог, так как уже 100 метров провода весило 2 кг и провод обладал большой парусностью — его сдувало ветром в сторону. Решено было заменить провод тонкой проволокой. Ничего, что проволока не выдержит огромный ток молнии и мгновенно сгорит, на месте проволочки образуется ионизированный канал, и по малому сопротивлению этого канала пройдет основной заряд молнии. Чтобы добиться минимального веса, парусности и как следствие максимальной высоты я использовал проволоку разной толщины: первые 100 метров от змея — самая толстая ≈0,3 мм, следующие 100 метров — тоньше, и так далее, чтобы она не порвалась под собственным весом. Леску, на которой я пускал змея тоже выбрал как можно тоньше — 0,25 мм. Змея она держала надёжно. Пробный запуск показал, что змей с проволокой способен взлететь на высоту 300 — 500 метров. Тучи конечно выше, но попробовать всё-таки стоит.

Первый опыт

Дождавшись грозовой погоды, мы бросаем все дела, прыгаем на скутер и летим на максимальной скорости под тучу. В то самое место, где сильнее сверкают молнии и гремит гром. Это настолько захватывающе, что сильный ветер и ливень для нас уже не помеха. Добравшись на место, мы разматываем 200 метров лески и укладываем её ровной линией на землю. Привязываем воздушного змея и ставим возле него баллон, вокруг которого аккуратно намотана проволока. Баллон ставим на изолированный ящик и заземляем его через измерительные токовые шунты, а также подсоединяем различные бытовые приборы, чтобы посмотреть, что с ними будет после разрушительной силы грозы. Как только змей начинает взлетать, мы убегаем на безопасное расстояние и наблюдаем за происходящим. Змей довольно не плохо взлетел, но молния никак не хотела в него попадать, хотя рядом громко громыхала. Мы пробовали ещё несколько раз в другом месте и опять неудачно. Стало ясно, что нужно что-то менять.

Ура! Нам удалось покорить грозу!

Молния вблизи, да еще и вызванная тобой, это действительно круто.
Тебе наверняка интересно, как же нам удалось поймать молнию? Увидеть место, куда ударила молния. Что же мы испытали, находясь в непосредственной близости от этой страшной стихии? И узнать, что случилось с нашим оборудованием после грозы. В этом ролике я подробно всё покажу:

В прошлом ролике я подвязал тоненькую проволочку к змею и запустил его в грозу, но ничего не вышло. Теперь я доработал эту технологию и подал на проволочку высокое напряжение из телевизора «Юность». На аноде кинескопа в нём используется 10 000 вольт. Этого вполне достаточно, чтобы вызвать начальную ионизацию. В темноте даже можно наблюдать, как светится коронный разряд на кончике проволочки, который закреплён на верхушке змея. В грозовую погоду я выехал за город и на высоком холме включил портативный телевизор «Юность» от аккумулятора. Корпус телика я хорошенько заземлил, а высоковольтный вывод подключил к тоненькой медной проволоке, намотанной на бутылке. Пока воздушный змей набирал высоту, проволока легко сматывалась с бутылки. Я в это время наблюдал за процессом из безопасного места. Змей то набирал высоту, то опускался, отчего проволока касалась земли и искрила. При очередном порыве ветра змей резко рванул вверх и молния с оглушительным треском бахнула в телевизор. Я не ожидал, что от молнии будет настолько сильная ударная волна, которой отбросило мою видеокамеру. Ощущения от молнии просто непередаваемые. Звук — как взрыв артиллерийского снаряда, только внушительнее и резче. Вспышка — это нечто. Рассмотреть её удалось хорошо, так как её я видел несколько минут, особенно если глаза закрыть. А внутренние ощущения не передать словами! Мы после молнии не сразу пришли в себя. Просто не верилось, что такое можно сделать своими руками. А потом, как не совсем вменяемые бегали по лесу, опасаясь, что на такой шум могут приехать военные.

Всего за 5 минут мы долетели домой и теперь можно спокойно изучить последствия удара молнии. Если рассмотреть видео, которое я заснял, по кадрам, то можно заметить искры, которые расходятся кольцами от телевизора — это магнитной индукцией сорвало оставшиеся витки проволоки с бутылки. Потом видно как молния перескочила на антенну телевизора и мгновенно её испарила! Молния вышла из переключателя каналов в землю, оплавив его как после сварки. Провод от аккумулятора отгорел. Расплавленной земли в месте где ударила молния, я почему-то не увидел. Может мне попалась слабенькая молния. Но зато обнаружил три отверстия на земле, вокруг которых выгорела трава. Получается, что молния вошла в землю в трёх разных местах, одно возле переключателя каналов телевизора, а другие в метре от телевизора. Почему так произошло? Может быть была серия молний и каждая ударила в новое место? А что же случилось с телевизором? К моему удивлению кинескоп не взорвался, на нем появились какие то странные пятна. Задняя стенка слетела, оплавилась и покрылась пузырьками. Антенна полностью испарилась, остался только пиптык. Плата покрылась странным фиолетовым налётом и много дорожек перегорело. Из динамика вырвало мембрану. А вот аккумулятор жалко. Хоть он и находился в стороне и в него не было прямого попадания молнии, он оплавился и потрескался и полностью разрядился. После полной зарядки, к моему удивлению, он заработал нормально. И трещины оказались не сквозными — заплавленными изнутри.

Теперь главный секрет молнии разгадан. А во что ты хотел бы разрядить грозу? Напиши в комментариях и мы сделаем это.

А почему бы нам не получить шаровую молнию?

Недавно я увидел, как ученые в лабораторных условиях получают шаровые молнии. Они погружают в воду электрод и подают на него высоковольтный импульс, в результате вылетает шаровая молния, которая за доли секунды гаснет. В этот раз я решил провести более масштабный эксперимент. Я погрузил массивный электрод в реку и подал на него грозовой разряд, подсоединив его через провод к воздушному змею, взлетающему к грозовой туче. Но что-то пошло не так. Провод начал искрить, после чего змей зашипел и засветился ярким голубым свечением. Из него начала опускаться светящаяся лента и как только она соприкоснулась с землёй, с оглушительной мощью ударила молния. Я так и не понял, что за странное природное явление я наблюдал! Молния ударила почему-то не в реку, а в берег, оставив выжженный след на земле:

Жаль, что фотоаппарат, который снимал на видео воздушного змея, выключился и не заснял то, как он светился. Вообще, заснять молнию близко, не такая уж и лёгкая задача. От мощного электромагнитного импульса фотик зависает, а флешка из него не читается. Но одна камера оказалась более выносливой и не разу не выключилась за время съёмок. Но тут я столкнулся с другой трудностью. Вспышка молнии вблизи выглядит очень ярко, как тысяча дуг от сварочного аппарата. Камера не успевает подстроить экспозицию и ослепляется, из-за чего кадр с молнией получается засвеченным. Уменьшение экспозиции и спортивный режим съёмки тут не помогают. Конечно в идеале грозовые явления нужно снимать скоростной камерой, но стоимость такой камеры просто шокирует: Sony NEX-FX700R которая способна снимать 960 кадров в секунду, стоит 7000$, а Fastec TS3Cine на 10000 кадров в сек. стоит 30000$. Даже на списанную камеру в убитом состоянии я не скоро насобираю деньги. Может ты знаешь, чем можно заснять качественно грозовые явления? Делись своими идеями. Буду рад любой помощи.

Самое интересное и необычное впереди

Жаль, но сезон гроз закончился. А ещё так много идей осталось не выполненных. Ну а пока на улице холода, самое время хорошенько подготовится к следующему сезону. Я уже готовлю десяток усовершенствованных установок для ловли молний. Проволочка будет подыматься с помощью модельного ракетного двигателя, что даст значительный прирост в высоте. Управление запалом будет дистанционное, что повысит безопасность. Все необходимые приборы и проволока будут заранее закреплены в каждой установке так, что выехав на место, не придётся терять драгоценного времени. Готовлю подходящую видеоаппаратуру, чтобы качественно заснять молнию в полный ракурс. Получить SLOW-MO кадры удара молнии в:

— дерево;
— баллон с газом;
— телефон nokia;
— работающую микроволновку;
— и многое другое (предложи в комментариях).

Чётко и не засвечено заснять шаровую молнию и если повезёт, другие редкие грозовые явления. Получить фульгурит. Ещё хочу провести целый ряд опытов с энергией молнии. Сейчас изучаю эту тему в интернете, чтобы хорошо подготовиться к таким экспериментам. Может повезёт и удастся открыть что-то новое!

Ужасы нашего городка

В этом сезоне планировалось гораздо больше, но в нашем городе не всё так просто: при первых запусках змея, приходилось осматриваться, ни едет ли танк или БТР, опасаясь, чтобы военные нас не приняли за разведчиков. Следующий опыт проводился под конкретную бомбёжку, и когда грохнула молния в наш телевизор мы не на шутку перепугались военных, которые нашу молнию могли принять за вражескую армию! И мы, как сумасшедшие, бежали лесом напролом оттуда домой. Моего друга поймали люди с автоматами, забрали телефон, уложили в багажник и увезли в неизвестном направлении. Нам повезло, его не захватили в плен. Последний наш опыт с шаровой молнией проходил в посадке усеянной неразорвавшимися снарядами. Мы попросили сапёров, разминирующих дома, чтобы они разминировали посадку, но они категорично отказались туда идти, сказав, что в посадке работают снайпера. Их не убедили наши слова, что мы там были и снайперов не видели.

Большинство опытов проводилось ещё в начале лета, но разместить видео и написать эту статью удалось совсем недавно. Мы живём в Луганске на Востоке Украины и в результате обстрелов полумиллионный город почти три месяца полностью оставался без света, интернета и вообще без какой либо связи.

На этом у меня всё. В следующем сезоне ожидай гораздо более грандиозных экспериментов от меня. Будь осторожен в грозу. Не забудь поделиться своими идеями в комментариях, твой опыт и знания важны для нас!

Какая сила тока в разряде молнии? Нужно помочь разрешить спор.

С английской Википедии //— A bolt of lightning can travel at a speed of 45 km/s (kilometres per second) (100,000 mph, 160,000 km/h). [4] It can reach temperatures approaching 28,000 °C (50,000 °F), hot enough to fuse soil or sand into glass channels.[5] An average bolt of negative lightning carries a current of 40 kA (kiloamperes), although some bolts can be up to 120 kA, and transfers a charge of 5 coulombs and 500 MJ (megajoules), or enough energy to power a 100 watt lightbulb for just under two months. The voltage depends on the length of the bolt: with the dielectric breakdown of air being 3 million volts per meter, this works out at about one billion volts for a 300m (1,000 feet) lightning bolt. //—- Перевод главной части: — средний разряд 40000 ампер, доходит до 120000 ампер энергия разряда 500 мегаджоулей (перенося 5 кулон электричества) до 3000000 вольт на метр напряженности при разнице напряжений до 1000000000 Вольт! <a rel=»nofollow» href=»http://en.wikipedia.org/wiki/Lightning» target=»_blank» >Молния Английская Википедия</a>

где то 10000 вольт а то и больше

Удар молнии — это явление природы. В землю, по подсчетам специалистов, ежесекундно вонзается около ста молний. И каждая из них — мощный сгусток энергии. Сила тока молнии может достигать 200 000 А.<br><br>p.s. ничего себе незначительная…

Сопротивление вроде бы маленькое. Так? Тогда и сила тока не должна быть большоой.

точно не помню но недавно была передача промолнии помоему миллионы

Чтоб найти истину — разбейте процесс на этапы:<br> — подготовка ионизационного следа<br>- разряд по следу. <br>Тогда будет конкретно .

Вы правы 100% как ток так и напряжение огромны! точно не припомню относительно тока (в цифрах) но напряжение составляет Мегавольты!<br>Вообще работает закон Ома I=U/R, соответственно если сопротивление небольшое, то ток примерно равен напряжению

силатока 10.000 вольт горят даже пропки и взрываются счётчики

Для человека смертельным оказывается не напряжение, а сила тока, которая измеряется в А, 5А вполне достаточно чтобы убить человека.

Миллиарды вольт и до миллиона ампер (увы, силу тока никто не мерял).

Ответы@Mail.Ru: сколько вольт в молнии

До 1000000000 Вольт. Т. е. гигавольт. Средний ток 40000 ампер, доходит до 120000 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 (20 см) , порядка 0,5-1кВт и максимум излучения лежит в области волн 5-10 мкм.

В молнии уже амперы, вольты между начльной и кнечонй точами пробоя. Числвые данные уже указаны. Можно указать только порядки величин.

Ответы@Mail.Ru: Сколько вольт в молнии?

дах….иииииииииищаааа!

Много несколько тысечь вольт!!!!

Это лучше у Зевса спроси….Он рубильником заведует…

Порядка 10 млн. вольт. Это плазма.

Типичный разряд молнии характеризуется напряжением порядка 1 млн вольт и силой тока 10–20 тыс. ампер.

чтобы пробить дугой 1 миллиметр воздуха требуется 1000 вольт. Соответственно например при при длинне разряда 2.5 км 2 500 000 000 вольт. Не советую тытаться измерять на практике)))

[email protected] — чистый сухой воздух 3 кВ, а тут: темно, холодно и страшно

Бояться ли молнии? -Статьи

«Боитесь ли вы молнии» – мне неприятна такая постановка вопроса. Она по своей сути предполагает обреченность и безынициативность. Лучше уж обсуждать опасность молнии. Это слово  подразумевает конкретные воздействия, которые следует знать и от которых следует защищаться. Знание всегда активно. Оно предполагает ответные действия. Главная цель этой статьи – устранить мифические страхи и подтолкнуть читателя к эффективной защите от молнии.

Когда пугают молнией, в первую очередь называют напряжение на ее канале относительно земли. Сто миллионов вольт звучат очень впечатляюще, особенно для человека, который ненароком сунул пальцы в розетку с напряжением всего в 220 В. Не пытайтесь сопоставить эти два напряжения, чтобы оценить силу молнии. Такое сравнение не даст честного результата.  Прямой контакт с электрической сетью 220 В заставит вас в полной мере 220 В и почувствовать. А при ударе молнии в человека напряжение распределится прямо пропорционально по сопротивлениям молниевого канала и человеческого тела. Специалисты по технике безопасности  ориентируются на сопротивление человека в 1000 Ом. Сколько у молнии? Пока молниевый канал прорастает к земле, его проводимость не слишком велика. Сопротивление канала вполне может составлять 100 Ом на метр длины. При длине  в 5000 м (это вполне средняя цифра для молнии)  получается в 500 раз больше, чем у человека. Значит человек попадет не под 100 000 000 В, а всего под 200 000 В.

Понимаю, я вас особо не обрадовал. И все-таки 200 киловольт – это уже вполне земная цифра. В современной высоковольтной лаборатории есть источники с напряжением в десятки раз более высоким. Случалось ли их близкое «знакомство» с персоналом лабораторий? К сожалению, ответ положительный. Последствия? Самые печальные, хотя необязательно фатальные. Мой учитель, электротехник в третьем поколении, Е.Я. Рябкова на глазах корреспондента «Правды» (в те годы газета № 1) неосторожно приблизилась к  мощной батареи конденсаторов, заряженной едва ли не до 100 кВ. Она уцелела, а с корреспондентом случился обморок. Чтобы больше не возвращаться к последствиям прямого удара, скажу, что в лабораториях после контакта с источниками сверхвысокого напряжения, никто не стал экстрасенсом, не приобрел способностей видеть сквозь одежду и не получил никаких других чудодейственных свойств, о которых так любят вещать по телевизору. К тому же прямой удар в человека – явление исключительно редкое.

Пример с законом Ома понадобился мне для того, чтобы обратить ваше внимание на последствия большой протяженности канала молнии.  Она часто и очень заметно ослабляет опасные воздействия. За время молниевой вспышки по ее каналу протекает заряд до 200 Кл.  Если умножить эту величину, на напряжение 100 МВ (напряжение молнии удобнее записывать в мегавольтах) получится 200 х 100 = 20 000 МДж – именно столько энергии рассеивает молния  в своем полете. Это вполне весомая величина. Энергии хватит для питания электродвигателя мощностью 1 кВт едва ли не на 8 месяцев. И все же никто не рискнет решать энергетические проблемы при помощи молнии. Вся ее энергия почти равномерно распределена на длине 3 — 5, а то и 10 километров, где она без пользы греет воздух.  В точке контакта с металлической поверхностью тоже выделяется тепло. К счастью, не так уж много, — не больше 2000 Дж. Такого хватит, чтобы вскипятить примерно половину стакана воды. Тем не менее, этой малости достаточно, чтобы проплавить кровлю дома из металлопрофиля или металлочерепицы. С толстым стальным листом (толще 4 мм) молния не справится. Когда с Останкинской телебашни сняли флагшток, простоявший там несколько лет, на его стальном наконечнике увидели много следов проплавлений в точках удара молний.  Поверхность походила на кожу проболевшего оспой. Самый большой след едва достигал 1 см в диаметре и 1 мм по глубине.

Опасно ли такое? Для конструкций башенного крана безусловно нет. Молниевую царапину даже не разглядеть на массивных фермах. Не так давно мне пришлось отвечать на судебный запрос. Арбитражному суду требовалось оценить возможность надежного определения факта удара молнии внешним осмотром металлоконструкций. Пришлось беспомощно развести руками. С другой стороны, прожег металлической кровли дома – прямая дорога к пожару и это не может не беспокоить домовладельца.  Еще опаснее проплавление тонкой металлической трубки  датчика или малогабаритной антенны. Для летательного аппарата такое может закончиться печально.

Авиаторы с уважением относятся к молнии, хотя она практически никогда не прожигает дюралевую обшивку самолета. Обшивка эта совсем не толстая, ей далеко до тех 4 мм, которые не по зубам даже мощнейшему разряду. Причина в том, что поток воздуха сдувает точку контакта раскаленного канала с обшивкой. Действие молниевого тока оказывается распределенным по достаточно заметной длине и металл не успевает плавиться.

Кроме повреждений датчиков и антенн пилоты обязательно вспомнят про помпаж двигателя. Подростком мне пришлось столкнуться с молнией едва ли не вплотную. Она ударила перед окном  в десятке метров от  нашего трехэтажного дома. Раскат грома оглушил меня на несколько минут. Молния рождает очень сильную ударную волну. Проникнув в воздухозаборник реактивного двигателя, мощный поток воздуха полностью сдувает и выносит прочь все продукты горения. Двигатель глохнет.  Это и есть помпаж. Повторный  запуск двигателя в полете требует от пилота большого мужества и удачи. Сразу отмечу, помпаж не грозит современным авиалайнерам с двигателями на пилонах крыльев. Молнии туда не добраться.

Еще сильнее ударная волна в плотных средах, например в воде. Развита целая отрасль промышленности, использующая электрогидравлический эффект для дробления твердых материалов электроискровыми разрядами в жидкости. Видели когда-нибудь содранную полосу коры с верхушки дерева едва ли не до комля? Это работа электрогидравлического воздействия. После удара в дерево ток молнии распространялся по наиболее проводящей части ствола, между древесиной и корой. Почти мгновенное испарение влаги повысило там давление, отщепив кору.  Примерно по той же причине опасен контакт молнии с современными композитными материалами, если их компоненты генерируют газ при нагреве. Расколотая металлочерепица в месте удара молнии как раз из этой серии. Специалисты с тревогой наблюдают за массовым внедрением композитов в конструкцию летательных аппаратов. Здесь далеко не все ясно. Нужны дополнительные исследования.

Все перечисленное выше, непосредственно связано с прямым контактом объекта с каналом молнии. Поэтому выбор средств защиты особой проблемы здесь не представляет. Достаточно, например, поставить молниеотвод на крыше дома, чтобы сохранить его кровлю. Так же можно защитить антенну, в т.ч. отчаянно рекламируемые сегодня «тарелки», обещающие сотню телевизионных каналов. Что же касается антенн и датчиков летательных аппаратов, то разумный конструктор сумеет разместить их в недоступных для молнии местах. Совсем иная ситуация с электромагнитным полем молнии. О нем уже упоминалось в предыдущей статье. По закону Фарадея в любом контуре это поле наводит ЭДС магнитной индукции, будь то провода линии электропередачи, что идут к вашему дому, кабель телевизионной антенны или соединительные проводники компьютера. Современная микропроцессорная техника очень чувствительна к наводкам. Много ли надо, чтобы повредить электронный блок с рабочим напряжением 3 – 5 В! Хорошо еще если это бытовая техника. Конечно, она стоит дорого, но при повреждении будут потеряны только деньги. В промышленности ситуация несопоставимо тяжелее.  Представьте себе отказ автоматической системы управления  производством. Счет потерь наверняка пойдет на миллионы. Известен случай, когда один единственный удар молнии из-за повреждения релейной защиты отключил 8 абсолютно здоровых и не в нем неповинных линий электропередачи напряжением 110 кВ. Без электроэнергии был оставлен район с миллионным населением.

Молниеотводами от электромагнитного поля не защитить — оно способно действовать на расстоянии. Вот почему  особо ответственные цепи управления приходится оборудовать специальными устройствами для защиты от электромагнитных перенапряжений (УЗИП). Число таких совсем недешевых УЗИП на современном техническом объекте исчисляется сотнями, иногда тысячами.  Их работа далека от абсолютной надежности, а потому приходится оборудовать еще одну систему, которая должна контролировать установленные защитные средства. Получается очень сложно, а значит не очень надежно. Проблема ждет своего кардинального решения.

Как видите, опасность молнии  не стоит преувеличивать, но много хуже ею пренебрегать.

Э. М. Базелян, д.т.н., профессор
Энергетический институт имени Г.М. Кржижановского, г. Москва

03.02.2015, 1698 просмотров.