Вопрос . Электрические характеристики молний и классификация молний. Опасные воздействия молнии на ОРУ

Молния представляет собой гигантский электрический искровой разряд между облаками и земной поверхностью, или между облаками, или между разными частями облака.

— Длина линейной молнии составляет несколько километров, но может достигать 20 км и более.

— Основной канал молнии имеет несколько ответвлений длиной 2-3 км.

— Диаметр канала молнии составляет от 10 до 45 см.

— Длительность существования молнии составляет десятые доли секунды. Средняя скорость движения молнии 150 км/с.

— Сила тока внутри канала молнии доходит до 200000 А.

— Температура плазмы в молнии превышает 10000°С.

— Напряженность электрического поля внутри грозового облака составляет от 100 до 300 вольт/см, но перед разрядом молнии в отдельных небольших объемах она может доходить до 1600 вольт/см.

— Средний заряд грозового облака составляет 30-50 кулонов.

— В каждом разряде молнии переносится от 1 до 10 кулонов электричества.

Важнейшей характеристикой является максимальное значение (амплитуда) тока молнии /_м, часто назы­ваемое просто током молнии. При максимальном значении тока молнии соз­даются наибольшие падения напряжения на активных сопротивлениях -волновых сопротивлениях проводов и сопротивлениях заземления. Ампли­туды токов первых компонентов отрицательных молний, соответствующих 50 % вероятности в статистических функциях их распределения, составляют U) кА, а последующих компонентов — только 13 кА. При положительных разрядах токи молнии бывают больше, чем при отрицательных. Максималь­ные токи молнии составляют 200-300 кА, однако крайне редко могут быть и в 2-3 раза больше.

Крутизна фронта тока молнии di_M I dt определяет индуктивные паде­ния напряжения в проводниках и индуктированные напряжения в магнитно-связанных цепях. В практических расчетах обычно пользуются средней кру­тизной а_м =I_м/tф. Это не вносит большой ошибки при способе определе­ния продолжительности фронта, показанном на рис. 1.10. Для первых ком­понентов отрицательных молний 50%-ное значение максимальной крутизны фронта тока молнии в статистических функциях их распределения составля­ет 15 кА/мкс, а для последующих компонентов — 40 кА/мкс, максимальные значения до 1000 кА/мкс. Между амплитудой и крутизной фронта тока мол­нии имеется слабая положительная корреляционная связь: чем больше ток,

тем больше крутизна. Однако данных пока недостаточно, поэтому принято считать I_М и а_м независимыми случайными величинами.

Длительность импульса,е величина определяет длительность поражающего воздействия и разрядное напряжение изоляции оборудования в соответствии с ее волть- амперной характеристикой .Длительности импульсов тока для 50%-ой вероятности,состовляют:для первого импульса отрицательной молнии (54-80 мкс),для повторного импульса отрицательной молнии 30мкс,для импульса положительной молнии-230мкс.

Наряду с наиболее распространенной линейной молнией иногда встречаются ракетообразная, четочная и шаровая молнии.

Ракетообразная молния наблюдается очень редко. Она длится 1-1,5 сек и представляет собой медленно развивающийся между облаками разряд.

К весьма редким видам молнии следует отнести и четочную. Она имеет общую длительность 0,5 сек и представляется глазу на фоне облаков в виде светящихся четок диаметром около 7 см.

Шаровая молния в большинстве случаев представляет собой сферическое образование диаметром у земной поверхности 10-20 см, а на высоте облаков до 10 м.

На Земле ежесекундно наблюдается в среднем около 100 разрядов линейной молнии, средняя мощность, которая затрачивается в масштабе всей Земли на образование гроз равняется 1018 эрг/сек.

Интересно отметить, что энергия конденсации, выделяющаяся в грозовом облаке средних размеров с площадью основания около 30 км2 при дожде средней интенсивности, составляет около 1021 эрг. То есть, энергия, выделяющаяся при выпадении осадков из грозового облака, значительно превышает его электрическую энергию.

Классификация линейных молний

Из предшествующих параграфов следует, что линейные молнии между облаком и землей могут быть отрицательные (их большинство) или положи­тельные в зависимости от знака заряда облака. Из самой структуры грозового облака следует, что в некоторых случаях они могут быть биполярными, на­пример, в начальной части на землю проходит отрицательный ток (перено­сятся отрицательные заряды), а потом его полярность меняется на положи­тельную.

В зависимости от направления развития лидера (от облака к земле или наоборот) молнии разделяются на нисходящие (направленные вниз) и на вос­ходящие (направленные вверх). Последние наблюдаются при поражениях высоких объектов и в горах. Вероятность возникновения восходящих молний возрастает с увеличением высоты объекта. При поражениях конструкций вы­сотой около 100 м только в 10 % случаев молнии бывают направленными вверх, в то время как при высоте конструкций более 400 м восходящие мол­нии составляют 95 %.

Наряду с завершенными разрядами, образующими канал облако-земля, могут быть и незавершенные разряды. В последнем случае лидерный канал прекращает свое развитие, не доходя до противоположного электрода — зем­ли или облака. Причиной этому могут быть быстро меняющиеся условия в недостаточно зрелом грозовом облаке.

 

Скорость — выделение — энергия

Скорость — выделение — энергия

Cтраница 1

Скорость выделения энергии при t tmax начинает уменьшаться, и параметры всех физических характеристик канала разряда изменяются. Это в первую очередь относится к давлению в канале разряда, которое к концу первого полупериода колебаний тока уменьшается почти на порядок.  [1]

Скорость выделения энергии в результате всех реакций ядерного синтеза, происходящих за каждую секунду, оказывается поразительно малой величиной, если ее выразить в калориях на один грамм вещества. Она будет более, чем в 100 раз, меньше величины скорости, с которой человеческий организм за одну секунду выделяет тепло в процессе своего обмена веществ. Конечно, общее количество тепла, выделяемого Солнцем, не идет ни в какое сравнение с теплом нашего тела благодаря чрезвычайно огромной величине общей массы Солнца. Но напрашивается вопрос, как Солнце может быть таким горячим, если в нем скорость выделения тепла одним граммом массы в 100 раз меньше, чем в нашем организме.  [2]

Чтобы скорость выделения энергии

соответствовала скорости выделения энергии при химических реакциях, необходимо использовать дейтерий и тритий плотностью примерно в 106 раз меньше плотности бензина. Однако реальное осуществление реакций (7.1) и (7.2) является исключительно сложной задачей.  [3]

Чтобы скорость выделения энергии соответствовала скорости выделения энергии при химических реакциях, необходимо использовать дейтерий и тритий плотностью примерно в 106 раз меньше плотности бензина. Однако реальное осуществление реакций (7.1) и (7.2) является исключительно сложной задачей.  [4]

Скорость, с которой уменьшается

скорость выделения энергии, намного меньше скорости, с которой мощность вспышки растет во время фазы роста. Время, необходимое чтобы мощность возросла в 100 раз во время фазы роста, равно примерно 1 5 альфвеновских времен, тогда как время, необходимое для уменьшения мощности на такую же величину во время фазы спада, около 100 альфвеновских времен. Иногда предполагалось, что разница между скоростями роста и спада мощности вспышки отражает характерные времена физических процессов, ответственных за это. Например, в некоторых моделях вспышек предполагалось, что время роста показывает скорость пересоединения, в то время как время распада определяет скорость радиационного или конвективного охлаждения. В примере выше, как время роста, так и время спада определяются одним и тем же процессом инжекции энергии. Скорость нарастания определяется альфвеновским временным масштабом в основании короны, поскольку выброс обусловлен потерей МГД равновесия, которая происходит в этой области.  [5]

Можно показать, что при R RKp скорость выделения энергии в результате химической реакции будет равна скорости уменьшения внутренней энергии реагирующего ВВ вследствие расходимости потока за фронтом сферической детонационной волны. Для данного заряда ВВ RKp полностью определяется скоростью детонации, так как величины, входящие в правую часть (9.9), вычисляются непосредственно за ударным скачком.  [6]

Поэтому уже при температурах вещества 107 К скорость выделения энергии в водородном цикле достигает насыщения. Напротив, сечения реакций углеродного цикла ограничены сверху типично ядерными сечениями ( 10 — 2 барн), уменьшенными на порядок величины константы электромагнитного взаимодействия а 1 / 137, т.е. сечениями порядка 10 — 4 барн. На Солнце главным является рр-цикл.  [8]

В отличие от радиоактивности при ядерных реакциях скорость выделения энергии может изменяться в широких пределах, а выделяемая энергия достигать грандиозных величин. Как показывают астрофизические данные, в недрах звезд господствуют температуры, измеряемые миллионами и десятками миллионов градусов. Скорости хаотического движения так велики, что, несмотря на электрическое отталкивание заряженных ядер, между ними происходят столкновения, приводящие к ядерным реакциям.  [9]

В отличие от радиоактивности при ядерных реакциях скорость выделения энергии может изменяться в широких пределах, а выделяемая энергия достигать грандиозных величин. Как показывают астрофизические данные, в недрах звезд господствуют температуры, измеряемые миллионами градусов. При такид температурах атомы почти полностью

ГРОМкое дело: как молния выбирает жертву?

ГРОМкое дело: как молния выбирает жертву?

Баченина:

— Гром и молния! Мы сегодня будем говорить о громе, о молнии. Конечно, о молнии. В моем сознании молнии без грома не бывает. Я сейчас все выясню. И мы пригласили для этого в студию кандидата физико-математических наук, заместителя директора Московского института электроники и математики ВШЭ Александра Костинского.

Констинский:

— Здравствуйте! Спасибо, что пригласили.

Баченина:

— Я, когда готовилась, первый вопрос, который возник, неужели так важно изучать молнию? Вот вы недавно на конференцию в Японию аж летали! Заголовки: «Самая большая загадка науки» и так далее. Что в ней такого, что мы вокруг нее пляшем? Точнее, вы, ученые.

Констинский:

— У вас два вопроса. Про загадки. И первый, почему важно. Важность молний осознают все, потому что это просто защита твоей дачи, дома, самолета и жизни. Молния – это самое частое опасное явление в мире, как ни странно. Обычно про молнии рассказывают, когда есть какая-то уж очень страшная история. Но вот мы с вами разговариваем, а каждую секунду сто раз на земле происходят молнии. Приблизительно шесть раз на расстоянии километра бьет молния в среднем в наших широтах. А это означает, что все здания и сооружения потенциально, особенно высокие, подвержены опасности.

Опасность какая? Для человека и животных прямое попадание молнии – это смерть. Известны случаи, когда погибало до сотни животных от одной вспышки молний. Это в основном овцы, потому что они стадные животные. Они во время грозы сбиваются вокруг вожака. Животные, как и люди, хотят спрятаться под деревьями. И часто в поле одинокое дерево. И был случай, когда ударила молния, довольно мощный разряд. И погибло стол животных за один раз.

Баченина:

— Для меня молния – это точечно ювелирно бьющее во что-то одно. Тонко и звонко. А тут отара овец!

Констинский:

— Молния – это очень высоковольтный, то есть, напряжение молнии оценивается 50-100 мегавольт. Миллионов вольт. Токи молнии во время главного удара – это от 30 до 300 килоампер. И если еще земля имеет большое сопротивление, то ток не уходит сразу в землю, он растекается.

Баченина:

— В нашей обычной с вами розетке, друзья мои, 4 с половиной ампера. И сравните. И 220 вольт.

Констинский:

— Которые тоже могут убить. И совать туда пальцы не нужно.

Баченина:

— Всю жизнь меня бьет током.

Констинский:

— Слава богу, не молния.

Баченина:

— Меня било так!

Констинский:

— То же самое для людей. Ток растекается, потенциал большой. Если грунт имеет большое сопротивление, ток не может сразу уйти..

Баченина:

— Каменная почва?

Констинский:

— Специально для этого заземления глубоко делают. Это специальное дело. Нельзя сказать, что это очень сложно, но это сложно. И лучше, чтобы это делали ученые.

Баченина:

— На дачах лучше к специалистам, да?

Констинский:

— Конечно. Если вы неправильно сделаете заземление, то вы просто заведете молнию к себе домой.

Баченина:

— Я завела однажды. Поставила машинку стиральную без заземления. Старинная квартира. То ли денег у меня не было, не помню. И однажды я зашла, внимание, между ванной, самым корытом и машинкой. Как меня трясло, друзья! Я как вспомню! Вот вам без заземления.

Констинский:

— К этому надо относиться очень серьезно. Очень многие люди этого не понимают, потому что это событие, чтобы дом сгорел от молнии, это довольно редкое событие. И люди всегда полагаются на авось. Если вы дорожите своим домом, не ставьте над ним большую антенну, если у вас нет защиты. Потому что ровно эта антенна и будет место, куда поднимется разряд. Ведь как поражаются большие сооружения? Например, Останкинская башня. Грозовое облако подходит к высотному сооружению. И своим электрическим зарядом наводит очень большой потенциал, достаточный для того, чтобы с Останкинской башни родилась восходящая вверх маленькая молния, которая, попав в грозовое облако, порождает уже настоящую молнию.

Баченина:

— Подходит, значит, облако. Напитывает вот эту нашу иглу. Игла впитывает, потом уже некуда. И как стрельнет! А ей в ответ: на! И вот понеслось.

Констинский:

— Можно и так сказать. И понеслось! И так несется примерно 30 раз в году.

Баченина:

— А самолеты?

Констинский:

— Это более опасно. Если вы в здании находитесь, то вы защищены более или менее во время дождя. Этот ток, скорее всего, растечется. Может, и подожжет здание, но вы можете убежать. А если авария в самолете… Были такие крупные аварии в начале, когда молния поджигала бензобаки. И гибли все люди. Научились защищать это.

Вообще, если взять пассажирский самолет, который в среднем летает три тысячи часов в год, то в него один раз в год бьет молния. Не точно, что в него бьет, потому что самолет, как и высотная башня, порождает молнию сам. Средний самолет 40-50 метров в длину, а башня 500 метров. Почему так? Дело в том, что башня далеко от облака, а самолет прямо к облаку подлетает. И на него наводится такой же большой потенциал, который может порождать, как говорят ученые, тот самый «лидер», который порождает молнию.

Баченина:

— Почему машина защищена от молнии? Говорят, во время грозы сидите, не высовывайтесь. А самолет нет.

Констинский:

— Если вы внутри самолета, когда в него бьет молния, ничего не происходит. Потому что там нет разности потенциала. Он получает большой потенциал от молнии, разность потенциалов есть, вообще, но она небольшая. А внутри самолета почти нет. Так же, как и внутри автомобиля. Это своеобразная клетка Фарадея, которая защищает. Но приборы на самолете, стекла или, не дай бог, попадет в двигатель или в бензобак, вот они не защищены. И этот ток может породить аварию. Более того, каждый удар молнии, если он зафиксирован экипажем, самолет должен останавливаться внизу. Его должны осматривать, что не причинены какие-то, какой-то большой вред самолету.

Баченина:

— А где взять второй потенциал? Просто вы говорите, что машина с одним потенциалом, в розетке два. Это знает каждый, даже если не понимает о чем речь. Поэтому ток и бегает между двумя разницами. А у нас в самолете один, в машине один. А где взять второй?

Констинский:

— Нет. Когда у вас та же молния, мы же говорили, что она поражала животных, то когда у вас растекается ток, то у него есть сопротивление.

Баченина:

— Земля, например.

Констинский:

— Да. И разность потенциалов, если у вас большое сопротивление, она возникает из-за того, что именно она толкает ток. Поэтому если между вашими двумя ногами уже будет разность потенциалов. Потому что вы не металл. И эта разность будет… Почему говорят: шаговое напряжение? Почему в грозу, если вы попали в поле, ни в коем случае не надо прятаться под деревом?

Баченина:

— Если во время грозы вы находитесь в поле, ни машины, ни квартиры, ни дачи, то что надо сделать? Поле гладкое. Ты как Останкинская телебашня.

Констинский:

— Не совсем. Наведенный заряд зависит от высоты. Останкинская башня 500 метров, а мы всего не больше двух. Поэтому это не так страшно. А вот страшно прятаться под высокими деревьями, потому что если на поле есть дерево, то так же, как и на Останкинской башне, приближающийся разряд молнии заставит именно с высотного сооружения или с дерева в данном случае подняться восходящему «лидеру» — такому маленькому разряду, маленькой молнии. Есть очень высокая вероятность, что он перехватит молнию. И разряд ударит сюда. Поэтому вам лучше вымокнуть, свернуться калачиком и полежать, но вы останетесь живой. И боже упаси купаться в море в грозу.

Баченина:

— Был же ужас и кошмар. Подростка убило. Он не хотел выходить из воды. Ведь в дождь так тепло купаться!

Констинский:

— Вода проводящая. И даже если не в вас попадет молния, а на расстоянии до ста метров, когда она растекается, то там есть потенциал. Вода еще хуже.

Баченина:

— Тогда убьет точно?

Констинский:

— Это на каком расстоянии. Но тряханет точно.

Баченина:

— Я не совсем понимаю. Стою под деревом во время грозы. Но я его не трогаю, не обнимаю. Именно фишка в том, что электрический заряд растекается.

Констинский:

— Конечно. Он же большой. Одно дело, когда большой ток течет по проводам. А дерево не провод, поэтому ток не может уйти прямо в ствол. И он начинает растекаться. И как он растекается, зависит от того, как там вода. Естественно, разряд идет по воде. По поверхности кроны, ствола. И тех людей, которые там, он может поразить.

Я на второй ваш вопрос не ответил по поводу, что же там чудесного? Я рассказал, вроде все понятно. Высотное сооружение вроде Останкинской башни действует как молниеотвод. Но вот чудесность молнии и ее непредсказуемость, и почему ученые так долго разбираются, что бывает, когда молния сверху спускается, нисходящая молния из облака, нисходящий лидер молнии, он может ударить в середине башни. Он идет над башней, но с башни все равно ему навстречу поднимается восходящий лидер. Такая маленькая восходящая молния. А разряд бьет вплоть до середины башни. Известные разряды, по-моему, 340 или 360 метров от земли в Останкинскую башню, а она 540. Почти в середине.

Баченина:

— И что случается?

Констинский:

— Всякие непредвиденные события. Если так люди работают, то это может быть вплоть до гибели. Поэтому там стоят специальные систему предупреждения.

Баченина:

— Бабуля моя всегда говорила, терпеть не могла! Гроза. Выключаем все телевизоры! Правда, он был один. И она была права? Или это ерунда?

Констинский:

— Не совсем ерунда. Молния, кроме прямого поражения током, у нее есть очень мощный электромагнитный сигнал, электромагнитная волна.

Баченина:

— Мощнее, чем у СВЧ?

Констинский:

— О! Это даже!.. СВЧ – это такая слабая!.. Телефон, басни рассказывают, вот не говорите в грозу по телефону. Это полная ерунда! Мощность телефона три десятых ватта. Это ничего. Мощность СВЧ немаленькая. Это киловатт. Но то, что из нее летит – это полная чепуха.

Баченина:

— Телевизор?

Констинский:

— А вот телевизор… Вот электромагнитный сигнал. Есть электромагнитная индукция того же Фарадея, которого мы упоминали. Если у вас изменяется поток магнитного поля через какой-то электрический контур, то в нем наводится довольно большой потенциал. Если у вас мощное изменение. И это мощное изменение может произойти во время грозы. А что такое наш дом? Это контуры электрические. И телеконтур. По крайней мере, телик может с гореть. Ваша бабушка права. Это задокументированный и довольно известный случай, что у вас он просто сгорает во время разряда.

Второе. Лучше, конечно, заземлять. Если у вас есть хорошее заземление, хорошая защита вашего здания, это другой фактор. Сейчас много электроники везде напихано. Например, сейчас существует такое наставление для парусных больших кораблей, которые в море плавают. Они же тоже попадают в грозу.

Баченина:

— И одинокие.

Констинский:

— Да. Это некоторая особая задача. Тут ты не уберешь мачты с корабля. И там есть специальные наставления. Они все сотовые телефоны и электронику засовывают в отключенную печку СВЧ.

Баченина:

— Про корабли. А до подлодки не достанет?

Констинский:

— Подлодка как самолет. До нее сильно не достанет, потому что они там на каких-то глубинах. Даже десять метров, у вас растечется ток. И это не страшно. Но она как самолет. В нем же тоже ничего не происходит. Если подводная ложка всплыла, в нее стукнуло, это может быть что-то такое. А под водой ничего не будет.

Баченина:

— А форма молнии? По красоте неописуемое природное явление, конечно. Какой зигзаг классический? Там и полосочки, и неправильные овалы, чего только не получается! А есть эталон молнии?

Констинский:

— Эталона нет. Но если вы возьмете и найдете реальные фотографии молний, посмотрите внимательно, то увидите, что разряд молнии очень часто может возвращаться назад, идти по кругу. Эта картинка молнии, которая у нас в школе нарисована… Она может идти, разворачиваться, причем, несколько раз. Это то, что изучают ученые.

Движение молнии – это движение лидера молнии. Если бы у нас было телевидение, я бы показал. Ученые научились фотографировать молнию. И поняли, а это была первая разгаданная загадка молнии, каким образом молния достигает земли. Оказывается то, что мы видим, мигание молнии, во-первых, мигание – это то, что молния ударила несколько раз. Бывает, что молния до сорока раз бьет. Один за одним следуют удары. И мигание наш глаз разрешает время между разными ударами одной вспышки. Вспышка молнии – это может быть несколько ударов. В наших широтах обычно четыре. Бывает, что и один удар молнии. И каждый удар – это большой ток.

Баченина:

— Гром же всегда до молнии?

Констинский:

— Нет, смотрите…

Баченина:

— И с дождем это всегда или нет?

Констинский:

— Дождь – это проявление грозового электричества. Что такое гром? Когда у вас такой страшный ток, он очень быстро нагревает тонкий канал. И от него идет ударная волна, которая превращается в звуковую. Гром всегда сопровождает молнию. Это свойство канала молнии быстро расширяться нагретого канала. У любой молнии есть гром. И если вы искорку возьмете, шокер возьмете. Он зашумит. Это и есть шум расширяющегося газа. Поэтому всегда есть гром. Но гром всегда приходит к нам после молнии. Почему? Скорость звука 340 метров в секунду, а скорость света у нас 3 на 10 в 8-й метров в секунду.

Баченина:

— Быстрее.

Констинский:

— Гораздо. И расстояние до молнии как люди определяют? Мигнуло? И считают секунды. А потом умножают на 340.

Баченина:

— Оказывается, не так все сложно. Но на первый взгляд. А для кого молния опасна? Было сказано, что под деревом не стоять, не бегать, вылезти из воды, зайти в квартиру, не открывать машину. Может, есть четкие характеристики, в кого она бьет больше или сильнее? В женщин, в мужчин, дети, толще, шире, у кого металлические детали в организме есть?

Констинский:

— Это все нет. Для элекрического поля важна величина. Человек обычно где-то. И от того, в кого конкретно попадет молния, человек слишком мал, чтобы она его понимала. Вот высотное сооружение, которое выше 150-200 метров, вот все вышли ретрансляционные, они уже этому подвержены. Высотные сооружения. Вот «Москва-Сити», каждый из домой должен быть хорошо защищен.

А вот, например, сказать, что все понятно, наоборот, я хотел бы рассказать. Что такое разряд молнии, мы знаем. Но до сих пор ученые бьются над вопросом: а как зарождается молния? Мы до сих пор не знаем. Это очень важно. Оказывается, молния зарождается в электрических полях очень слабо по сравнению с тем, как происходят разряды. Мы говорили про шокеры. Или в школе, помните, крутили машинки, эбонитовая палочка. Искорки маленькие. Но чтобы пробить воздух, а он очень хороший изолятор, и чтобы пробить один сантиметр воздуха, нужно 30 тысяч вольт напряжения. Почему высоковольтные линии стоят на улице? Естественная защита воздуха. Это самое дешевое. Воздух – замечательный изолятор. И есть сейчас в России линии до 750 киловольт. И они стоят и работают. Была когда-то в СССР сделана 1150 киловольт. Сейчас китайцы 1000 киловольт, то есть, миллион вольт выдерживает воздух.

Вопрос. А как? У нас же в воздухе, здесь есть электроды. А в облаке их нет. Никаких электродов. И как? На капельках очень небольшой заряд. Как появляется молния? Как она развивается ученые представляют. И то не все. Вот я вам говорил о чудесах, что стоит огромная Останкинская башня, но молния умудряется ударить ей в бок. Она сама себя не защищает. Вот идеальный молниеотвод. И это вопрос довольно сложный. Ученые уже кое-что понимают. Засняли, измерили токи многих разрядов. Ученые запускают специально ракету с длинным проводом в облако, чтобы эту молнию инициировать. Породить, чтобы ее изучать. Расставляют везде приборы, смотрят. Но это то, что до нас долетает: это большой горячий и с большим током канал. Но его же нет изначально. Как он появляется в грозовом облаке? Это одна из удивительных задач, которую ученые не могут решить. А зачем она нужна? Может, мы бы научились разряжать облака?

Баченина:

— Научились бы использовать это дармовое электричество.

Констинский:

— А вот это одно из больших заблуждений. Все грозовое электричество земли, а эта идея была в девятнадцатом веке, о которой вы говорите. Люди думали. Молния – очень эффектное явление. Но энергия очень небольшая. В одном разряде молнии, не знаю, чайник вскипятить. А вот вся электрическая машина земли – это как одна или два больших блока какой-нибудь электростанции. Один-два блока этой Саяно-Шушенской ГЭС, не вся ГЭС, вырабатывает электричество, которое вся машина земли эта электрическая выполняет. Эта идея не нужная. И эту энергию утилизировать сложно и не нужно.

А вот изучения для защиты, это другой вопрос. И, кроме того, последние 25 лет гроза и молния подарили нам новые и неизведанные явления, которые всех удивили. Оказывается, когда происходит мощный разряд молнии, а ученые уже изучили, какой именно, то над облаками вспыхивают огромные разряды. Их называют спрайты.

Баченина:

— О, про них у меня есть вопрос. Эльфы, духи.

Констинский:

— Джеты, гигантские джеты.

Баченина:

— Спрайты, потому что будто выплескивается из бутылки.

Констинский:

— Нет, спрайт – это как наоборот, бутылку назвали. Это дух такой. Это как бы такое волшебное существо. Назвали бутылку спрайта… Дело в том, что они очень большие, эти спрайты. Они могут несколько десятков километров в высоту и десяток в ширину. Огромные разряды над грозовым облаком, даже сдвинутые иногда, то есть, они не прямо над ударом. И вот вспыхивает. Причем, это довольно опасное явление. Оно мешает GPS, радиопередаче. И оно может как-то влиять на космический аппарат.

Баченина:

— Докуда бьет? До стратосферы добивает?

Констинский:

— Нет. Выше гораздо. Эти разряды в мезосфере. На высотах 50-70 километров. Они поднимаются до ста километров. Гигантские джеты поднимаются до таких высот. А эльфы происходят на высотах 100-120 километров.

Баченина:

— Это разные по форме такие грозовые выбросы? Или у них разное качество?

Констинский:

— Та же молния порождает разные электрические явления. Например, эльфы – это в электромагнитном излучении, которое от молнии, оно поднимается на такую высоту, что это электрическое поле в состоянии возбудить свечение. И вот такой бублик растекается свечением – и вот это эльф. А спрайт – там немного другая природа. Там подскакивает электрическое поле. Помните, в школе мы учили, что такое конденсатор? Вот он плюс-минус заряженный. И если вы от него отойдете, то поля практически нет. Они уничтожают друг друга. Но если вы одну обкладку конденсатора быстро разрядите, то у вас как бы на второй обкладке останется заряд. И поле резко подскачет.

Баченина:

— Кто сейчас понял, о чем говорил Александр Юльевич, я вас от всей души поздравляю! Искренне жму вам виртуально руку!

Констинский:

— Подождите. Электрическое поле есть. Вот оно взяло и подпрыгнуло!

Баченина:

— Я верю на слово!

Констинский:

— Из-за этого возникает сильный разряд в атмосфере. Вот это спрайт. Да, были открыты эти гигантские разряды. Более того, некоторые люди специально гоняются, ездят с телескопом.

Баченина:

— Как их открыли? Кто-то поднялся с холма, с горы?

Констинский:

— Знаете, это отдельная очень красивая история. Это был такой отставной ученый, пожилой человек, который у себя на даче занимался и увидел эти спрайты над грозовым облаком. Бывает такая вещь, что на холме он был, а гроза была в долине. И он увидел, как поднимаются разряды над облаком. И он понял, что это такая чудесная вещь, пошел, за свои деньги и деньги университета, он уговорил выделить деньги. Дождался, записал эти разряды и опубликовал статью.

Баченина:

— А он назвал эльф и спрайт?

Констинский:

— Это другие назвали. Он это открыл. Это 90-й год всего лишь.

Баченина:

— Это буквально вчера!

Констинский:

— И это обыкновенная молния!

Баченина:

— А молния всегда смертельна для человека?

Констинский:

— Если прямое попадание, да. Но если вы находились далеко от нее, то вы тоже можете получить сильный удар, ну, сто метров, двести. Вы можете получить сильный удар. Но не умереть. И это считается поражение молнией, которая человека оставила в живых. Но вот если через вас пройдет ток сто килоампер, вы точно живы не останетесь.

Баченина:

— Я поняла. А если я держу кого-то за руку, то через меня тоже пройдет?

Констинский:

— Конечно. Когда электричество открыли, был такой эксперимент: становилась куча людей, человек десять-пятнадцать. Из лейденской банки, это конденсатор по-нашему, один прикасался. И било всех. Они все дергались.

Баченина:

— Веселились!

Констинский:

— Как же! Электричество. Это тогда было непонятно.

Баченина:

— Поэтому надо с собой возить резиновые перчатки.

А шаровая молния? Недавно я прочитала, было опубликовано первое полноценное научное наблюдение шаровой молнии, но и оно вызывает вопросы. У меня есть свои вопросы. Она быстрая или медленная? Какого цвета? Формы? Издает ли звук? Откуда приходит? Куда уходит?

Я никогда ее не видела. Помню ее из фильма Михалкова «Утомленные солнцем». Это жуть, это предчувствие беды!..

Констинский:

— Ученые профессиональные очень осторожно относятся к шаровой молнии. Чтобы вы поняли, насколько это скользкая тема… Ученые привыкли изучать явления, которые повторяются. Или которые можно повторить. Шаровая молния долгое время была только в сведениях очевидцев. Какие-то люди описывали. Кстати, в первой же книжке про молнию научной, которая была написана в начале девятнадцатого века Франсуа Араго, он написал книжку «Молния». В частности, в самой первой книжке про молнию был раздел про шаровую молнию. И там были записаны около трех десяткой свидетельств, которые удивительно похожи на то, что мы слышим сейчас. И, надо сказать, Араго очень хорошо их отобрал. Он выкинул часть фантастических и придуманных. Он был, между прочим, если бы мы сейчас сказали, главой академии наук. Он был академиком французской Академии наук и главой.

История наблюдения шаровой молнии и история научной фиксации большая. Это почти двести лет. Но это все видели какие-то необразованные люди. Ученые долго подвергали сомнению, существует ли она? В начале двадцатого века некоторые ученые считали, что нет шаровой молнии. Что это как бы артефакт в глазах после удара обычной.

Баченина:

— Вспышка.

Констинский:

— Если вы случайно посмотрели на лампочку яркую или на дискотеке вам попал «зайчик» в глаза, и вы глаза закроете, у вас все равно этот «зайчик» бегает. И часть ученых говорила, что вообще нет никакой шаровой молнии. Это такой вот «зайчик».

Второе. Это неповторяемое явление.

Баченина:

— Ее не научились производить?

Констинский:

— Некоторые физические серьезные журналы, например, журнал «Экспериментальная и теоретическая физика» или «Physical Reviev» — ведущий журнал по физике мировой, они просто статью про шаровую молнию не берут. Считалось, что это некоторая такая вещь, про которую не стоит говорить.

Баченина:

— Мистика.

Констинский:

— И вокруг такой замечательной темы собиралось много людей сумасшедших, фриков, которые не критичны. И эта тема, знаете, как есть такой жаргонный термин «испортили поляну». И многие ученые как бы остерегаются про это говорить. И я про это говорю осторожно.

Баченина:

— А как Ломоносов? Он же описал. Его друга убило.

Констинский:

— Его, скорее всего, не шаровой молнией убило, а обыкновенной. Они запускали… То же самое явление, что и Останкинская башня. Что они делали? Они запускали воздушный змей. Если у вас воздушный змей триста метров, а он был металлическим проводом. Они просто на себя вызвали разряд. Может, разряд был такой яркий, но там был один человек, оставшийся в живых. Рихмана убило.

Баченина:

— А Ломоносов остался.

Констинский:

— Ломоносов не принимал участие.

Это было электрическое поражение. Они просто инициировали молнию. Только не ракетой, а змеем. Кстати, не повторяйте никогда.

Но за эти сто лет было несколько замечательных программ изучения шаровой молнии. Были ученые, которые на свою репутацию не то, чтобы наплевали, но сказали, ладно! Есть такое явление! И в журнале «Наука и жизнь» в России такой замечательный ученый Стаханов, они опубликовали опросник: расскажите нам. И оказалось, что многие люди, причем, с высшим образованием, ученые, инженеры видели. Был даже ученый, который снял, взял воздух после прохождения шаровой молнии. Он просто какие-то химические эксперименты делал. И у него была возможность…

Баченина:

— Случайно получилось так.

Констинский:

— По-моему, у него была фамилия Дмитриев.

И уже были достоверные более-менее люди. И когда Стаханов обработал, они сделали второй запрос. Они тем же людям прислали, второй раз попросили, чтобы они написали, чтобы проверить, насколько люди не фантазировали.

Баченина:

— Память.

Констинский:

— Память.

Баченина:

— У нас была программа про память и мозг.

Констинский:

— Знаете, бывает для красного словца не пожалеют и отца.

Баченина:

— И у страха глаза велики.

Констинский:

— И после таких исследований, а это не только у нас, в Америке было такое исследование, в Италии, где ученые занимались.

Баченина:

— И что выяснилось?

Констинский:

— Они выяснили, что явление существует. Что можно сказать о типичных проявлениях этого явления? Начнем с того, а почему ученые так волнуются про эту шаровую молнию? В чем ее самая главная загадка? Не в том, что она шаровая. Дело в том, что получить шаровые разряды не сложно, шаровой формы. Например, если вы в интернете посмотрите короткое замыкание на линии электропередач, оно принимает шаровую форму очень часто. Плазма принимает. Или выключатели включаются на большой электростанции.

Баченина:

— А почему?

Констинский:

— Главная загадка в том, почему он так долго живет. Самая главная загадка шаровой молнии – это долгоживучесть.

Баченина:

— Она летит и летит – это долго живет.

Констинский:

— Конечно. Ученые знают про плазму. Молния – это тоже плазма. Это газ, в котором очень много электронов. И он может быть горячим, холодным. Но если электронов много, это уже не просто газ, а плазма. И в этой плазме известно время жизни. Для холодной столько, для горячей. И вот нет такой плазмы, к которой не подводится ток, которая бы долго жила. А к шаровой молнии не подводится ток.

Баченина:

— Неужели ее никто поймать не может?

Констинский:

— Что значит поймать? Как поймать? Описанных случаев всего несколько тысяч. Как вы ее поймаете? Вот вы ученый. Мимо вас летит шаровая молния. Что вы делаете? Вы можете только описать ее последствия. Многие ученые занимались, например, Петр Леонидович Капица, нобелевский лауреат этим занимался. Многие ставят эту проблему. В последнем обзоре про молнию Юмана и Эдвайера, а это крупные исследователи, а Юман – это всемирно известный ученый, они все равно поставили проблему шаровой молнии в одну из важных загадок. Они рискнули в хорошем журнале про это написать.

Главный вопрос: почему она долго живет? Из-за этого многие инженеры и ученые из других областей придумывают, что там какой-то ядерный реактор, какие-то торсионные поля, не объяснив других свойств молнии. Грубо говоря, «поляну испортили» непрофессионалы, которые приходят сюда.

Баченина:

— А что опаснее? Шаровая или стандартная?

Констинский:

— Конечно, стандартная. Но с шаровой молнией, если вы ее увидите, это тоже проявление электричества. Появляется шаровая молния очень часто после удара линейной молнии. Обычной. Это не во всех случаях, но в восьмидесяти процентов случаев бывало. Некоторые люди касались шаровой молнии. И у них было поражение, будто их ударило током. Были полосы, которые бывают от удара током и так далее. Хотя были люди, которые якобы, по словам, опять же, которые суть ли не погружали в нее руки и их не ударяло.

Баченина:

— Я вас умоляю!

Констинский:

— Дмитриев, который был ученый, когда он измерил воздух, который там есть, состав проверил, там оказались окислы азота. А это проявление электрических явлений. Если вы разряды в воздухе будете делать, появляются окислы азота.

Баченина:

— И о чем это говорит?

Констинский:

— Это говорит о том, что это разряд.

Баченина:

— А откуда он берется?

Констинский:

— Она там пощелкивает. Она светится.

Баченина:

— Она желтая?

Констинский:

— Она разного цвета. Бывает голубая, желтая, она потрескивает.

Баченина:

— А какое поведение должно быть, если рядом со мной появилась шаровая молния?

Констинский:

— Не двигайтесь и стойте спокойно. Попытайтесь от нее уйти.

Баченина:

— Уйти или стоять спокойно?

Констинский:

— Уйти. Но не трогать.

Баченина:

— Спасибо огромное!

Молния — Википедия

Мо́лния — 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, Уране и др. Сила тока в разряде молнии на Земле достигает 10—500 тысяч ампер, напряжение — от десятков миллионов до миллиарда вольт^[1].

Самая длинная молния была зафиксирована в Оклахоме в 2007 году. Её протяжённость составила 321 км. Самая продолжительная молния была зафиксирована в Альпах. Её длительность составила 7,74 секунды^[2].

История изучения

Молния 1882 (с) фотограф: Уильям Н. Дженнингс, Си. 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.

В 1989 году были обнаружены особые виды молний в верхней атмосфере: эльфы^[3] и спрайты. В 1995 году был открыт другой вид молний в верхней атмосфере — джеты^[3].

Виды

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 — молния облако-земля. 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.

Молнии облако-земля

Процесс развития такой 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—10¹⁵ эВ, формирующих широкий атмосферный ливень с понижением пробивного напряжения воздуха на порядок от такового при нормальных условиях^[4].

Запуск молнии происходит от высокоэнергетических частиц, вызывающих пробой на убегающих электронах («спусковым крючком» процесса при этом являются космические лучи)^[5]. 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.

Анимация молнии облако-земля

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 20000—30000 °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 заряженной, 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 секунду. Смещение канала многократной молнии ветром создаёт так называемую ленточную молнию — светящуюся полосу.

Внутриоблачные молнии

Внутриоблачные молнии включают в себя обычно только лидерные стадии; их длина колеблется от 1 до 150 км. Доля внутриоблачных молний растёт 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 растёт по мере увеличения его высоты и с увеличением электропроводности почвы на поверхности или на некоторой глубине (на этих факторах основано действие молниеотвода). 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.

В верхней атмосфере

Молнии и электрические разряды в верхних слоях атмосферы

В верхней атмосфере наблюдаются особые виды молний: эльфы, джеты и спрайты^[6].

«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][7].

Джеты

Джеты представляют собой трубки-конусы синего цвета. Высота джетов может достигать 40-70 км (нижняя граница ионосферы), продолжительность джетов больше, чем у эльфов^[8][9].

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^[10].

Частота

Частота молний на квадратный километр в год по данным спутникового наблюдения за 1995—2003 годы

Молнии чаще всего возникают в тропиках.

Местом, где молнии встречаются чаще всего, является деревня Кифука в горах на востоке Демократической Республики Конго^[11]. Там в среднем отмечается 158 ударов молний на квадратный километр в год^[12]. Также молнии очень часты на Кататумбо в Венесуэле, в Сингапуре^[13], городе Терезина на севере Бразилии^[14] и в «Аллее молний» в центральной Флориде^[15][16].

Взаимодействие 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^[17][18]. 75 % этих молний ударяет между облаками или внутри облаков, а 25 % — в землю^[19].

Самые мощные молнии вызывают рождение фульгуритов^[20].

Часто молния попадает в деревья и трансформаторные установки на железной дороге, вызывая их возгорание. Обычный грозовой разряд опасен для телевизионных и радиоантенн, расположенных на крышах высотных зданий, а также для сетевого оборудования.

Ударная волна

Разряд молнии является электрическим взрывом и в некоторых аспектах похож на детонацию взрывчатого вещества. 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^[21]:

• на расстоянии от центра 5 см (граница светящегося канала молнии) — 0,93 МПа, что сопоставимо с ударной волной, создаваемой тактическим ядерным оружием,
• на расстоянии 0,5 м — 0,025 МПа, что сопоставимо с ударной волной, вызванной взрывом артиллерийской мины и вызывает 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, животные и молния

Молнии — серьёзная угроза для жизни людей и животных. Поражение человека или животного молнией часто происходит на открытых пространствах, так как электрический ток идёт по каналу наименьшего электрического сопротивления, что в общем случае соответствует кратчайшему пути^{[источник не указан 481 день]} «грозовое облако — земля».

Поражение обычной линейной молнией внутри здания невозможно. Однако бытует мнение, что так называемая шаровая молния может проникать внутрь здания через щели и открытые окна.

В организме пострадавших отмечаются такие же патологические изменения, как при поражении электрическим током. 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.

Пострадавший от удара молнией нуждается в госпитализации, так как подвержен риску расстройств электрической активности сердца. До приезда квалифицированного медика ему может быть оказана первая помощь. В случае остановки дыхания показано проведение реанимации, в более лёгких случаях помощь зависит от состояния и симптомов.

По одним данным, каждый год в мире от удара молнии погибают 24 000 человек и около 240 000 получают травмы^[22]. По другим оценкам, в год в мире от удара молнии погибает 6000 человек^[23].

В США из тех, кто получил удар молнией, погибают 9—10 %,^[24]что приводит к 40—50 смертям в год в стране^[25].

Вероятность, что житель США получит удар молнией в текущем году, оценивается как 1 из 960 000, вероятность того, что он когда-либо в жизни (при продолжительности жизни 80 лет) получит удар молнией, составляет 1 из 12 000^[26].

Американец Рой Салливан, сотрудник национального парка, известен тем, что на протяжении 35 лет был семь раз поражён молнией и остался в живых.

Жертвы

• Российский академик Г. В. Рихман — в 1753 году погиб, вероятно, от удара шаровой молнии во время проведения научного эксперимента.
• Артемий Веркольский — 13-летний крестьянин, погибший от удара молнии и канонизированный Русской православной церковью.
• Казанский губернатор Сергей Голицын — 1 (12) июля 1738 года погиб во время охоты от удара молнии.
• Советник министра здравоохранения РФ Ланской Игорь Львович — 18 августа 2017 года погиб во время грозы возле Девичьей башни в Судаке (Крым) от удара молнии.^[27]

16 июля 2016 года в деревне Красатинка Монастырщинского района Смоленской области открыли памятник погибшим от удара молнии жителям. В 1960 году они заготавливали сено для колхоза «Восход». Молния ударила в стог сена, 13 человек погибло: самому младшему было 16, старшему — 69 лет. В тот день выжил только один человек  —  13-летний Володя Кузьмин.

Деревья и молния

Расщеплённое дерево в Уэльсе, Великобритания.

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^[28].

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 опасно прятаться от дождя под деревьями во время грозы, особенно под высокими или одиночными на открытой местности^[29][30].

Из деревьев, поражённых молнией, делают музыкальные инструменты, приписывая им уникальные свойства^[31][32].

Молния и электрооборудование

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. В связи с этим аварии и пожары на сложном технологическом оборудовании могут возникать не мгновенно, а в период до восьми часов после попадания молнии. Для защиты от грозовых перенапряжений электрические подстанции и распределительные сети оборудуются различными видами защитного оборудования такими как разрядники, нелинейные ограничители перенапряжения, длинноискровые разрядники. Для защиты от прямого попадания молнии используются молниеотводы и грозозащитные тросы. Для электронных устройств представляет опасность также и электромагнитный импульс, создаваемый молнией, который может повреждать оборудование на расстоянии до нескольких километров от места удара молнии. Достаточно уязвимыми к электромагнитному импульсу молнии являются локальные вычислительные сети.

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 ёмкость 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.

Известные авиационные катастрофы, вызванные молнией:

Молния и корабли

Молния также представляет очень большую угрозу для надводных кораблей ввиду 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, а молниеотводы гарантируют защиту людей, находящихся на палубах. Поэтому для современных надводных кораблей молния не опасна.

Растущая огненная полусфера наземного взрыва Иви Майк мощностью 10,4 Мт и молнии вокруг неё

Деятельность человека, вызывающая молнию

При мощных наземных ядерных взрывах недалеко от эпицентра под действием электромагнитного импульса могут появиться молнии. Только в отличие от грозовых разрядов эти молнии начинаются от земли и уходят вверх^[33].

В культуре

В древнегреческих мифах

• 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^[34].
• 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 поразил Фаэтона своей молнией.

См. также

Примечания

1. ↑ Кошкин Н. И., Ширкевич М. Г. Справочник по элементарной физике. 5-е изд. М: Наука, 1972 г. С. 138
2. ↑ Ученые назвали самую протяженную и самую продолжительную молнии
3. ↑ ^{1 2 3 4} Красные Эльфы и Синие Джеты
4. ↑ Ермаков В. И., Стожков Ю. И. Физика грозовых облаков // Физический институт им. П. Н. Лебедева, РАН, М., 2004 г. ^:37
5. ↑ В возникновении молний обвинили космические лучи // Lenta.Ru, 09.02.2009
6. ↑ Александр Костинский. «Молниеносная жизнь эльфов и гномов» Вокруг света, № 12, 2009.
7. ↑ ELVES, a primer: Ionospheric Heating By the Electromagnetic Pulses from Lightning
8. ↑ Fractal Models of Blue Jets, Blue Starters Show Similarity, Differences to Red Sprites
9. ↑ 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.
10. ↑ Появление НЛО объяснили спрайтами. lenta.ru (24.02.2009). Проверено 16 января 2010. Архивировано 23 августа 2011 года.
11. ↑ Kifuka – place where lightning strikes most often. Wondermondo. Проверено 21 ноября 2010.
12. ↑ Annual Lightning Flash Rate. National Oceanic and Atmospheric Administration. Проверено 8 февраля 2009. Архивировано 30 марта 2008 года.
13. ↑ Lightning Activity in Singapore. National Environmental Agency (2002). Проверено 24 сентября 2007. Архивировано 27 сентября 2007 года.
14. ↑ Teresina: Vacations and Tourism. Paesi Online. Проверено 24 сентября 2007. Архивировано 5 сентября 2008 года.
15. ↑ Staying Safe in Lightning Alley. NASA (January 3, 2007). Проверено 24 сентября 2007.
16. ↑ Pierce, Kevin. Summer Lightning Ahead  (недоступная ссылка — история). Florida Environment.com (2000). Проверено 24 сентября 2007. Архивировано 12 октября 2007 года.
17. ↑ John E. Oliver. Encyclopedia of World Climatology. — National Oceanic and Atmospheric Administration, 2005. — ISBN 978-1-4020-3264-6.
18. ↑ Annual Lightning Flash Rate  (недоступная ссылка — история). National Oceanic and Atmospheric Administration. Проверено 15 апреля 2011. Архивировано 23 августа 2011 года.
19. ↑ Where LightningStrikes. NASA Science. Science News. (December 5, 2001). Проверено 15 апреля 2011. Архивировано 23 августа 2011 года.
20. ↑ К. БОГДАНОВ «МОЛНИЯ: БОЛЬШЕ ВОПРОСОВ, ЧЕМ ОТВЕТОВ». «Наука и жизнь» № 2, 2007
21. ↑ Живлюк Ю. Н., Мандельштам С. Л. О температуре молнии и силе грома // ЖЭТФ. 1961. Т. 40, вып. 2. С. 483—487.
22. ↑ Ronald L. Holle Annual rates of lightning fatalities by country (PDF). 0th International Lightning Detection Conference. 21-23 April 2008. Tucson, Arizona, USA. Retrieved on 2011-11-08.
23. ↑ A new approach to estimate the annual number of global lightning fatalities. Проверено 20 июля 2014. Архивировано 27 июля 2014 года.
24. ↑ Cherington, J. et al. 1999: Closing the Gap on the Actual Numbers of Lightning Casualties and Deaths. Preprints, 11th Conf. on Applied Climatology, 379-80.[1].
25. ↑ 2008 Lightning Fatalities (PDF). light08.pdf. NOAA (22 апреля 2009). Проверено 7 октября 2009.
26. ↑ Lightning – Frequently Asked Questions. National Weather Service. Проверено 17 июня 2015.
27. ↑ Знакомые советника главы Минздрава рассказали, что его убило молнией, РЕН ТВ (19 августа 2017). Проверено 9 октября 2017.
28. ↑ Молния // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
29. ↑ Правила поведения во время грозы (рус.). VLBoat.ru. Проверено 17 марта 2010. Архивировано 23 августа 2011 года.
30. ↑ Ирина Лукьянчик. Как вести себя во время грозы? (рус.). Ежедневный познавательный журнал «ШколаЖизни.ру». Проверено 17 марта 2010. Архивировано 23 августа 2011 года.
31. ↑ Михайло Михайлович Нечай
32. ↑ Р. Г. Рахимов. Башкирский кубыз. Маультроммель. Прошлое, настоящее, будущее. Фольклорное исследование [2]
33. ↑ Ядерный взрыв в космосе, на земле и под землёй. (Электромагнитный импульс ядерного взрыва). Сб. статей / Пер. с англ. Ю. Петренко под ред. С. Давыдова. — М.: Воениздат, 1974. — 235 с., С. 5, 7, 11
34. ↑ Н. А. Кун «Легенды и мифы Древней Греции» ООО «Издательство АСТ» 2005—538,[6]с. ISBN 5-17-005305-3 Стр.35-36.

Литература

• Стекольников И. К. Физика молнии и грозозащита, М. — Л., 1943;
• Разевиг Д. В. Атмосферные перенапряжения на линиях электропередачи, М. — Л., 1959;
• Юман М. А. Молния, пер. с англ., М., 1972;
• Имянитов И. М., Чубарина Е. В., Шварц Я. М. Электричество облаков. М.,1971.

Ссылки

опасность и основные параметры тока молнии

Прямое попадание молнии – это непосредственный контакт или удар в непосредственной близости заряда плазменного канала молнии.

Опасные последствия ударов молнии

Пожары

По способности поджигать молнию можно сравнить с дугой сварочного аппарата. Если говорить о горючих материалах, то опасность тут несомненна, а вот доставить повреждения металлическим конструкциям ей сложнее, так как на нагрев непосредственно места контакта расходуется лишь малая часть энергии плазменного канала, хотя прожечь тонкое кровельное железо или металлическое покрытие из металлочерепицы она может легко.

Механические повреждения зданий и сооружений

Частные дома и хозпостройки редко поражаются молнией, но если такое случится то разрушения могут быть значительными.

Травмы людей и животных

Смертельным для человека является ток 0,1 А, проходящий через тело в течение 1 с. У молнии же он на порядки больше и хотя время воздействия составляет десятки микросекунд, шансов уцелеть все равно мало. Утешением является то, что явление это крайне редкое, так как человек ростом 2 м «притягивает» к себе молнии с расстояния всего 6 м, а беря во внимание вероятность возникновения самой молнии, это эквивалентно примерно одному удару в 3300 лет жизни.

Выделение опасных продуктов

При повреждениях объектов специального назначения могут выделяться радиоактивные или ядовитые отходы, или еще хуже какие нибудь вирусы и бактериибактерий, вирусов и т.п.

Фотогалерея

Для увеличения и просмотра слайда во весь экран нажмите на соответствующее фото.

Характеристики молнии

Молния была бы не так опасна, если бы не максимальные параметры:

• Пиковое значение тока до 200 кА;
• Полный разряд Qполн = 300 Кл;
• Удельная энергия W/R = 10000 кДж/Ом
• Средняя крутизна 200 кА/мкс
• Температура в канале молнии до 30000 С

Кроме того при прямом ударе в низковольтных сетях вследствие грозовых разрядов возникают максимальные пики напряжения. Из за высокой энергоемкости при наличии внешней системы молниезащиты и отсутствии защиты от перенапряжений это может полностью вывести из строя подключения потребителей и повреждение изоляции.

Ток молнии

В момент касания (непосредственно удара) молнией объекта (земли, здания, сооружения), ее канал, который может составлять длину несколько километров, старается получить нулевой потенциал этого объекта, для чего его заряд быстро стекает в землю. Это так называемая главная стадия молнии.

Канал молнии характеризуется тем, что заряд в нем стекает не моментально, а распространяется согласно волновому процессу с волновым сопротивлением Z, минимальные значения которого около 500 Ом. По закону Ома получаем, что Im=U/Z=108/500 = 200000 А.

Это верхний предел токов молнии, в действительности обычно он заметно слабее. В таблице ниже приведены измеренные и подтвержденные опытным путем вероятности разных значений тока молнии:

Вероятность P	Ток молнии
50%	>30 кА
5%	>80 кА
2%	>100 кА
0,1%	>200 кА

Полярность

У молний это означает знак заряда, который достигает земли или объекта. Значения из предыдущего раздела относятся к самым «популярным» в РФ отрицательным молниям, количество их 90% от общего числа молний.

Интересные материалы по этой теме:

Последствия удара молнии в человека

О том, какие последствия могут ожидать организм человека после удара молнией. Описаны результаты прямого попадания, а также то, как это сказывается на здоровье через какое то время. Также представлена статистика поражений в результатах гроз и молний.

Виды и типы молний

Что такое спрайты, эльфы и джеты? Огни Святого Эльма — это молнии или нет? Что же такое на самом деле шаровая молния? Об этом в данной статье.

Молния как оружие

Что значила молния в древней мифологии, ее символизм в оружие древних народов? Опыты Теслы и изобретение Франклина, история экпериментов и современные разработки. Зачем пытаются управлять молнией и как ее учат защищать?

Можно ли пользоваться телефоном во время грозы

Молния и молниезащита

Молния: больше вопросов, чем ответов

Константин Богданов,
доктор биологических наук, кандидат физико-математических наук
«Наука и жизнь» №2, 2007

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 Бенджамин Франклин (1706–1790) 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.

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 всё 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 электризоваться.

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, всё 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. Всё 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 Александр Викторович 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. Бенджамин 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 Георг Вильгельм Рихман — в 1753 году погиб от удара молнии.

В 1990-е годы 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 Стэнли Миллер (Stanley Miller) и Гарольд 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. Всё, 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 Германа 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 всё-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.

Молния как физическое явление

Механизм образования молнии

Для формирования молнии необходимо возникновение и разделение положительных и отрицательных зарядов в грозовом облаке. При движении воздуха за счет конвекции различные воздушные потоки и облака в результате соприкосновения электризуются. Положительно заряженные капли воды и льдинки поднимаются, заряжая верхнюю часть грозового облака, а отрицательно заряженные оказываются внизу того же облака. Между двумя облаками, а также между облаками и землей возникает мощное электрическое поле. Рассмотрим последний случай.

Молния между облаком и землей

Молния — это электрический разряд в атмосфере, сопровождающийся вспышкой света и последующим громом. Светящийся канал разряда напоминает разветвляющуюся реку или дерево. Ее возникновению предшествует образование проводящего канала для разряда молнии в виде ломаной линии, так называемого ступенчатого лидера. Длина каждой такой «ступеньки» — около 50 м. На таком отрезке электроны под действием сильного электрического поля между тучей и землей разгоняются до скоростей порядка 50 000 км/с! Ионизировав огромное количество атомов, первичные электроны теряют энергию и тормозятся. Зато вновь образовавшиеся электроны быстро разгоняются до столь же высоких скоростей, и возникает следующее звено лидера. И так продолжается до тех пор, пока он не достигнет земли.

Облако и земля оказываются соединенными проводящим каналом, содержащим громадное количество носителей заряда. Иными словами, это проводник электрического тока. Теперь электроны нижней части тучи могут свободно сигануть вниз, на землю. Происходит как бы короткое замыкание между тучей и поверхностью земли — мощный электрический разряд, то есть бьет молния. Когда весь отрицательный заряд этой части тучи сбегает по такому каналу вниз, молния исчезает. Вспышка длится десятые доли секунды. Но бывают случаи, когда после первой молнии по тому же каналу бежит новый лидер — происходят второй разряд и вспышка молнии. Интервалы между последовательными импульсами очень коротки, от 1/100 до 1/10 с. Число таких повторных вспышек может доходить до 40.

Молния между облаками

Готовим молнию

Мы и сами можем смоделировать молнию, пусть и миниатюрную. Опыт следует проводить в темном помещении, иначе ничего не будет видно. Нам потребуется два продолговатых воздушных шарика. Надуем их и завяжем. Затем, следя, чтобы шарики не соприкасались, одновременно натрем их шерстяной тряпочкой. Воздух, наполняющий их, наэлектризуется. Если шарики сблизить, оставив между ними минимальный зазор, то от одного к другому через тонкий слой воздуха начнут проскакивать искры, создавая световые вспышки. Одновременно мы услышим слабое потрескивание — миниатюрную копию грома при грозе.

Мы проводники!

Человеческое тело является хорошим проводником. Его мускулы и кровеносные сосуды в значительной степени состоят из воды, а нервы способны переносить электрические сигналы. Интересно, что 86% жертв молний — мужчины. То ли у них физиология особенная, то ли они бывают на свежем воздухе чаще женщин, проводящих большую часть жизни дома.

Человек имеет значительные шансы выжить при ударе молнии в него. Конечно, температура во время разряда очень высока, но длится он обычно недолго и не всегда приводит к серьезным ожогам. Основной ток молнии часто проходит по поверхности тела, поэтому большинство пораженных молнией людей не умирают.

Интересные факты о молниях

• Средняя длина молнии — 2,5 км. Некоторые разряды простираются в атмосфере на расстояние до 20 км.
• Молнии также были зафиксированы на Венере, Юпитере, Сатурне и Уране. Молнии Сатурна в 1 млн раз сильнее земных.
• Воздух в зоне канала молнии практически мгновенно разогревается до температуры 25 000—30 000°С.
• От удара молнии в мире в среднем погибает около 3000 человек ежегодно.
• Из деревьев молнией чаще всего поражаются тополя (27%), груши (20%), липы (12%), ели (8%), а кедровые составляют только 0,5%.

Поделиться ссылкой

Новый метод измерения энергии удара молнии — ScienceDaily

Флорида, которую часто называют «столицей молнии Соединенных Штатов», является отличным местом для изучения количества энергии, выделяемой при ударе молнии. Просто спросите доцента Школы наук о Земле Университета Южной Флориды Мэтью Пасека и его коллегу Марка Херста из Independent Geological Sciences, Inc., которые разработали уникальный метод измерения количества энергии, расходуемой молнией облака-земля.

По словам Пасека, одной из самых сложных вещей для измерения является количество энергии при ударе молнии. В то время как физики-атмосферщики могут аппроксимировать энергию молнии, измеряя электрический ток и температуру болтов по мере их появления, цифры обычно являются приблизительными.

Команда Пасека и Херста является первой, кто исследовал энергию молниеносных ударов, используя геологическое исследование «после факта», а не измеряя энергию во время удара. Проведя этот «молниеносный удар» «археология», исследователи смогли измерить энергию в молнии, поразившей песок Флориды тысячи лет назад.

Результаты их анализа были недавно опубликованы в журнале Scientific Reports .

«Когда молния попадает в песок, она может образовать цилиндрическую стеклянную трубку, которая называется фулгурит», — пояснил Пасек. «Структура фулгурита, созданного энергией и теплом при ударе молнии, может многое рассказать нам о природе удара, особенно о количестве энергии в одной вспышке молнии».

Команда собрала более 250 фульгуритов — как недавних, так и древних — из песчаных рудников в округе Полк, штат Флорида.на месте, где, как полагают, были зарегистрированы тысячи лет молниеносных ударов, что дает возможность измерить историю молниеносных ударов того, что сегодня называется Коридором I-4, в районе вблизи Тампа и Орландо. Они проанализировали свойства фулгуритов, уделяя особое внимание длине и окружности стеклянных цилиндров, потому что количество выделяемой энергии определяется этими размерами.

«Все знают, что в молнии много энергии, но сколько?» Пасек объяснил.«Наша первая попытка определить распределение энергии молнии от фульгуритов, а также первый набор данных для измерения доставки энергии молнии и ее потенциального повреждения твердой земной поверхности».

Согласно Пасеку, энергия, выделяемая молнией, измеряется в мегаджоулях, также выраженных в МДж / м.

«Например, один мегаджоуль эквивалентен примерно 200 пищевым калориям или энергии, оставленной в микроволновой печи на 20 минут для приготовления пищи», — объясняет он.«Это также можно сравнить с потреблением энергии лампочкой в ​​60 ватт, если оставить ее включенной примерно на четыре часа. Она также равна кинетической энергии, развиваемой автомобилем со скоростью около 60 миль в час». Их исследование показало, что энергия, полученная от удара молнии, достигла максимума более 20 МДж / м.

Исследователи также нашли способ отделить «нормальные» удары молнии от «ненормальных».

«Хотя мы представили новый метод измерения с использованием окаменелых молниеносных камней, мы также впервые обнаружили, что удары молнии следуют так называемому« логнормальному тренду », — пояснил Пасек.«Логически нормальная тенденция показывает, что самый мощный удар молнии случается чаще, чем можно было бы ожидать, если бы вы сделали колоколообразную кривую ударов. Это означает, что большие удары молнии действительно велики».

По словам Пасека, разряд молнии может нести чрезвычайно высокое напряжение и нагревать температуру воздуха вокруг удара до более 30 000 градусов Кельвина — это более 53 000 градусов по Фаренгейту. Когда молния попадает в песок, почву, камень или глину, ток течет через цель и нагревает материал до уровня, превышающего уровень испарения.Быстрое охлаждение производит фульгурит.

По словам Пасека, который также является экспертом в области астробиологии, геохимии и космохимии, молния поражает Землю примерно 45 раз в секунду, при этом от 75 до 90 процентов ударов по массам суши.

«Около четверти этих ударов происходит от облака к земле, поэтому потенциал образования фулгурита велик, так как в мире до 10 фулгуритов образуется в секунду», — сказал Пасек.

Их исследования служат не только для того, чтобы измерить огромную энергию молнии, но и для повышения осведомленности об опасностях, связанных с потенциально смертельными выстрелами.

,