Какво е мълния и как възниква
Произходът на гръмотевични облаци
Мъглата, издигаща се високо над земята, се състои от водни частици и образува облаци. По -големите и по -тежки облаци се наричат облаци. Някои облаци са прости — те не причиняват светкавици и гръмотевици. Други се наричат гръмотевични бури, тъй като създават гръмотевична буря, образуват светкавици и гръмотевици. Гръмотевичните облаци се различават от обикновените дъждовни облаци по това, че са заредени с електричество: някои са положителни, други са отрицателни.
Как се образуват гръмотевични облаци? Всеки знае колко силен е вятърът по време на гръмотевична буря. Но още по -силни въздушни вихри се образуват по -високо над земята, където горите и планините не пречат на движението на въздуха. Този вятър генерира предимно положително и отрицателно електричество в облаците.
В центъра на всяка капка има положително електричество, а по повърхността на капката се намира равно отрицателно електричество. Падащите дъждовни капки се улавят от вятъра и попадат във въздушните течения. Вятърът, удряйки капката със сила, я разбива на парчета. В този случай откъснатите външни частици на капчицата се зареждат с отрицателно електричество.
Останалата по -голяма и по -тежка част от капчицата се зарежда с положително електричество. Частта от облака, в която се натрупват тежки капчици, е заредена с положително електричество. Дъждът, който пада от облака, пренася част от електричеството на облака на земята и по този начин се създава електрическо привличане между облака и земята.
На фиг. 1 показва разпределението на електричеството в облак и на повърхността на земята. Ако облак е зареден с отрицателно електричество, тогава, стремейки се да бъде привлечен от него, положителното електричество на земята ще бъде разпределено по повърхността на всички издигнати обекти, които провеждат електрически ток. Колкото по -висок е обект, стоящ на земята, толкова по -малко е разстоянието между върха и дъното на облака и по -малък е слойът въздух, който остава тук, отделяйки противоположното електричество. Очевидно е, че на такива места мълнията се пробива по -лесно до земята. Ще ви разкажем за това по -подробно по -късно.
Ориз. 1. Разпределение на електроенергия в гръмотевичен облак и наземни обекти
Какво причинява мълния?
Приближавайки се до високо дърво или къща, върху него действа гръмотевичен облак, зареден с електричество. На фиг. 1 облак, зареден с отрицателно електричество, привлича положително електричество към покрива, а отрицателното електричество на къщата ще отиде в земята.
Както електричеството — в облака, така и в покрива на къщата — са склонни да се привличат един към друг. Ако има много електричество в облака, тогава много електричество се образува върху къщата чрез влиянието.
Точно както входящата вода може да ерозира язовир и да се втурне в бурен поток, наводнявайки долина в неограниченото си движение, така и електричеството, все повече се натрупва в облак, в крайна сметка може да пробие слоя въздух, който го отделя от повърхността на земята и се втурват надолу към земята, към противоположното електричество. Ще настъпи силен разряд — електрическа искра ще се плъзне между облака и къщата.
Това е светкавицата, която удря къщата. Разрядите на мълнии могат да възникнат не само между облак и земята, но и между два облака, заредени с различни видове електричество.
Колкото по -силен е вятърът, толкова по -бързо облакът се зарежда с електричество. Вятърът изразходва определено количество работа, която преминава в разделяне на положителното и отрицателното електричество.
Как се развива мълнията?
Най -често мълнията, удряща земята, идва от облаци, заредени с отрицателно електричество. Мълния, удряща от такъв облак, се развива по този начин.
Първо, малки количества електрони започват да текат от облака към земята, в тесен канал, образувайки нещо като поток във въздуха.
На фиг. 2 показва това начало на образуване на мълния. В частта от облака, където каналът започва да се образува, са се натрупали електрони, притежаващи висока скорост на движение, поради което те, сблъсквайки се с въздушни атоми, ги разбиват на ядра и електрони.
Ориз. 2. Мълния започва да се образува в облак
Освободените в този случай електрони също се втурват към земята и, отново се сблъскват с атомите на въздуха, ги разделят. Подобно е на валенето на сняг в планините, когато първоначално малка бучка, търкаляща се надолу, расте обрасла със залепнали по нея снежинки и, ускорявайки бягането си, се превръща в страхотна лавина.
И тук електронната лавина улавя нови обеми въздух, разделяйки атомите му на парчета. В този случай въздухът се нагрява и с повишаване на температурата неговата проводимост се увеличава. Той се превръща от изолатор в проводник. Чрез получения проводящ канал на въздуха от облака, електричеството започва да се източва все повече и повече. Електричеството се приближава към земята с огромна скорост, достигайки 100 километра в секунда.
За стотни от секундата лавината с електрони достига земята. С това приключва само първата, така да се каже, „подготвителна“ част от мълнията: мълнията е пробила пътя си към земята. Втората, основна част от развитието на мълния тепърва предстои. Разглежданата част от образуването на мълния се нарича водач. Тази чужда дума означава „водещ“ на руски. Водачът проправи път за втората, по -мощна част от мълнията; тази част се нарича основна. Веднага щом каналът достигне земята, електричеството започва да тече през него много по -бурно и бързо.
Сега има връзка между отрицателно електричество, натрупано в канала, и положително електричество, паднало в земята с дъждовни капки, и чрез електрическо въздействие — възниква разряд на електричество между облака и земята. Такъв разряд е електрически ток с огромна сила — тази сила е много по -голяма от силата на тока в конвенционална електрическа мрежа.
Токът, протичащ в канала, нараства много бързо и след като достигне максималната сила, той започва постепенно да намалява. Мълниевидният канал, през който тече такъв силен ток, се нагрява много и затова свети ярко. Но времето на протичане на ток в разряд на мълния е много кратко. Разрядът продължава за много малки части от секундата и следователно електрическата енергия, която се получава по време на разреждането, е относително малка.
На фиг. 3 показва постепенното движение на водача на мълния към земята (първите три фигури вляво).
Ориз. 3. Постепенно развитие на водача на мълния (първите три фигури) и основната му част (последните три фигури).
Последните три фигури показват отделни моменти от формирането на втората (основната) част на мълнията. Човек, гледащ светкавицата, разбира се, няма да може да различи нейния водач от основната част, тъй като те се следват един друг изключително бързо, по един и същи път.
След свързване на два различни вида електричество, токът се прекъсва. Обикновено мълнията не свършва дотук. Често нов лидер веднага се втурва по пътя, прокаран от първото изхвърляне, а зад него, по същия път, отново е очната част на изхвърлянето. Това завършва второто разреждане.
Може да има до 50 такива отделни категории, всяка от които се състои от свой лидер и основна част. Най -често има 2 — 3 от тях. Появата на отделни разряди прави светкавицата прекъсната и често човек, който гледа към мълнията, вижда как тя трепте. Това е причината светкавицата да трепти.
Времето между образуването на отделни зауствания е много кратко. Той не надвишава стотни от секундата.Ако броят на разрядите е много голям, тогава продължителността на мълнията може да достигне цяла секунда или дори няколко секунди.
Разгледахме само един вид мълния, който е най -често срещан. Тази мълния се нарича линейна мълния, защото изглежда с просто око като линия — тясна, ярка ивица от бяло, светло синьо или ярко розово.
Линейната мълния има дължина от стотици метри до много километри. Пътят на мълнията обикновено е зигзагообразен. Мълнията често има много разклонения. Както вече споменахме, разряди на линейна мълния могат да възникнат не само между облака и земята, но и между облаците.
Топка мълния
В допълнение към линейните, има обаче много по -рядко други видове мълнии. От тях ще разгледаме един, най -интересният — топка мълния.
Понякога се наблюдават светкавични разряди, които са огнени топки. Как се образува кълбовидна мълния все още не е проучено, но наличните наблюдения на този интересен вид светкавичен разряд ни позволяват да направим някои изводи.
Най -често топчестата мълния е с формата на диня или круша. Продължава сравнително дълго — от малка част от секундата до няколко минути.
Най -често срещаната продължителност на сферичната мълния е 3 до 5 секунди. Най -често топчестата мълния се появява в края на гръмотевична буря под формата на червени светещи топки с диаметър от 10 до 20 сантиметра. В по -редки случаи тя също е голяма. Например, е снимана мълния с диаметър около 10 метра.
Топката понякога може да бъде ослепително бяла и да има много остри очертания. Топковата мълния обикновено издава съскащ, жужещ или съскащ звук.
Кълбовидната мълния може да избледнее безшумно, но може да излъчи слабо пукане или дори оглушителна експлозия. Когато изчезне, често оставя остра миришеща мъгла. В близост до земята или в затворени помещения топчестата мълния се движи със скоростта на бягащ човек — приблизително два метра в секунда. Тя може да остане в покой известно време и такава „улегнала“ топка съска и изхвърля искри, докато изчезне. Понякога изглежда, че топката мълния се задвижва от вятъра, но обикновено нейното движение не зависи от вятъра.
Кълбовидната мълния се привлича в затворени помещения, в които те проникват през отворени прозорци или врати, а понякога дори през малки пукнатини. Тръбите са добър начин за тях; затова огнените топки често излизат от фурните в кухните. След като обиколи стаята, топката мълния напуска стаята, като често излиза по самата пътека, по която е влязла.
Понякога мълнията се издига и пада два или три пъти на разстояния от няколко сантиметра до няколко метра. Едновременно с тези възходи и падения огнената топка понякога се движи в хоризонтална посока и тогава изглежда, че топката мълния прави скокове.
Често сферичната мълния се «утаява» върху проводници, предпочитайки най -високите точки, или се търкаля по проводници, например по дренажните тръби. Придвижвайки се по телата на хора, понякога под дрехи, огнените топки причиняват тежки изгаряния и дори смърт. Има много описания на случаи на фатално увреждане на хора и животни от мълния. Топличната мълния може да причини много тежки щети на сградите.
Къде удря мълния?
Тъй като мълнията е електрически разряд през дебелината на изолатора — въздух, най -често се случва там, където слоят въздух между облака и всеки обект на повърхността на земята ще бъде по -малък. Преките наблюдения показват това: мълнията се стреми да удари високи камбанарии, мачти, дървета и други високи предмети.
Мълниите обаче се втурват не само към високи обекти. От две съседни мачти с еднаква височина, направени едната от дърво, а другата от метал, и стоящи недалеч една от друга, мълния ще се втурне към металната. Това ще се случи по две причини.Първо, металът провежда електрически ток много по -добре от дървото, дори и да е влажен. Второ, металната мачта е добре свързана със земята и електричеството от земята може да тече по -свободно към мачтата по време на развитието на лидера.
Последното обстоятелство се използва широко за защита на различни сгради от мълнии. Колкото по -голяма е повърхността на металния мачта в контакт със земята, толкова по -лесно е електричеството от облака да премине в земята.
Това може да се сравни с това как поток от течност се излива през фуния в бутилка. Ако отворът във фунията е достатъчно голям, струята ще влезе направо в бутилката. Ако отворът във фунията е малък, тогава течността ще започне да се прелива през ръба на фунията и да се излива на пода.
Мълнията може да удари дори върху равна повърхност на земята, но в същото време се втурва и там, където електропроводимостта на почвата е по -голяма. Така например, мократа глина или блатото се удари от мълния по -рано от сух пясък или камениста суха почва. По същата причина мълния удря бреговете на реки и потоци, предпочитайки ги пред високи, но сухи дървета, извисяващи се близо до тях.
Тази характеристика на мълния — да се втурне към добре свързани със земята и добре проводими тела — се използва широко за прилагане на различни защитни устройства.