Нажмите "Enter" для пропуска содержимого

Куда бьет молния? Гроза как природное явление.

Что такое молния?

Согласно науке, можно сказать, что молния является искровым разрядом, возникающим в атмосфере. В числе основных проявлений можно назвать яркую вспышку света и громкий звук, который принято называть громом. Кроме Земли, молнии можно встретить на других планетах, например, Венере, Юпитере, Сатурне, Уране и других, где есть какая-то газовая среда.

Во время удара молнии высвобождается огромное количество энергии. В результате ее температура в несколько раз превышает температуру поверхности Солнца. Сила тока в разряде молнии на Земле достигает 500 ампер, а напряжение доходит до нескольких миллионов вольт.

Можно превращать одно в другое и обратно: Найден новый способ превращения тепла в электричество

Как раз из-за большого количества энергии, молния редко длится дольше долей секунд. Как правило значение доходит до четверти секунды (0,25), но бывают и исключения. Так, самая продолжительная молния зафиксирована на отметке почти восьми секунд (7,74).

Такая красота и почти восемь секунд.

Определение молнии согласно словарю Ожегова: МОЛНИЯ, -и, ж. 1. Мгновенный искровой разряд в воздухе скопившегося атмосферного электричества. Бывает линейная, зигзагообразная, шаровая и сухая.

Сейчас мы не будем останавливаться на определении молнии, как пометке для срочной новости или печатного издания, хотя суть понятна, и именно из-за скоротечности или, если хотите, молниеносности события они так и называются.

История изучения

Наблюдать молнию люди могли еще с древних времен, но длительное время этому явлению не было объяснения. Изначально считалось, что вспышки в небе – результат деятельности богов. Еще древнегреческие философы подметили, что молния поражает высокие объекты.

Значимый вклад в изучение молнии сделали мореплаватели. В открытом море электрические разряды оказались еще мощнее. Связь между молнией и электричеством была выдвинута в 17-18 веках, в период развития физики.

Молния в море

Наиболее подробно такую гипотезу описал в своих исследованиях Бенджамин Франклин. В 1750 он представил научный труд, в котором был описан известный нынче эксперимент по определению электрической природы молнии.

Суть опыта состояла в запуске воздушного змея во время грозы. При этом к змею крепился стержень из меди, а к тросу – металлический ключ. Цель эксперимента – доказать электрическую природу молнии.

Опыт Бенджамина Франклина, иллюстрация

Для подтверждения гипотезы молния должна ударить в змея, пройти по тросу и оставить след на ключе. Опыт Франклин провел в июне, позаботившись о громоотводе. Стоит сказать, что он прошел успешно и подтвердил все догадки физика.

В 20-м веке ученые открыли необычные виды молнии (спрайты, джеты, эльфы), которые возникают в верхних слоях атмосферы. В настоящее время исследования молнии проводятся при помощи спутников.

Какие виды молнии опасны для человека?

Для человека угрозу представляют все виды молнии, которые могут достигнуть земной поверхности. Неопасны разряды, которые возникают и бьют только среди облаков или над ними. Также безопасны огни Святого Эльма.

Сила тока и напряжение молнии

Так как молния напрямую связана с электричеством, для нее существует две физических величины – сила тока и напряжение. В разряде молнии на нашей планете зафиксирована сила тока в пределах от 10 000 до 500 000 ампер. Напряжение также чрезвычайно высокое и измеряется в десятках миллионов и миллиардах вольт.

Мощная молния

Цвет молнии

Молния может иметь разные оттенки: голубоватый, белый, желтый, оранжевый, красный. Цвет зависит от состава атмосферы. Канал молнии разогревается в 5 раз сильнее Солнца. При такой температуре воздуху свойственны голубые, фиолетовые тона. Поэтому разряды, видимые неподалеку в чистой атмосфере, приобретают синеватое свечение.

Голубоватое свечение молнии – наиболее распространенное

На более значительном расстоянии вспышки становятся белыми, еще дальше – желтеют. Так происходит из-за того, что голубые тона рассеиваются в воздухе. Если в атмосфере много пыли, вспышки приобретают оранжевый цвет.

Капли воды «окрашивают» молнию в красные оттенки. Наиболее редкое явление – создание сложных оптических эффектов за счет высокой концентрации мелких частиц льда в воздухе.

Может ли человек создать молнию?

Да, человек может создавать молнии. Каждый ребенок может дома поставить небольшой опыт, натерев два шарика и потом сблизив их. Если делать это в темноте, можно увидеть небольшой разряд и треск или щелчок. Это и есть молнии и гром в миниатюре.

С такими молниями можно столкнуться, поносив шерстяной свитер, расчесав волосы и во многих других ситуациях. Даже зажигалка с кнопкой создает минимолнию, которая и поджигает газ. Аналогичное оборудование установлено в газовых плитах а автоподжигом.

Но человек может создать и более серьезные молнии. Я даже не говорю о лабораториях под открытым небом, которые формируют разряд для его изучения, хотя так он тоже может быть очень сильным. Я имею ввиду молнию, которая появляется при ядерном взрыве.

Дело в том, что при протекании реакции ядерного взрыва гамма-излучение продуцирует электромагнитный импульс с напряжённостью на уровне 100—1000 кВ/м. Это не только выводит из строя незащищенные электромагнитные линии бункеров, шахт и других объектов, но и приводит к образованию молнии. Правда, эта молния бьет в небо, то есть, в обратную сторону, если можно так сказать. Разряд появляется перед приходом огненной полусферы и очень быстро исчезает. Происходит это примерно с 0,015 до 0,5 секунды процесса протекания реакции ядерного взрыва.


Так выглядит молния, сопровождающая атомный взрыв.

Бывают ли молнии зимой?

Грозы и молнии зимой – очень редкое явление. В холодное время года поверхность земли прогревается меньше. Поэтому не возникают сильные восходящие потоки воздуха. Однако в последнее время, на фоне глобального потепления, зимы бывают достаточно теплыми, так что молнии вполне возможны.

Молния ударила зимой в Статую Свободы

Откуда берутся молнии перед землетрясением?

Существуют молнии, которые проявляют себя во время землетрясений. До конца их природа пока неизвестна, но они тоже возникают из-за накопления заряда. Только в данном случае это происходит из-за трения слоев пород между собой.

Изначально ученые не воспринимали всерьез рассказы о том, что землетрясения сопровождаются молниями, но появление в последнее время камер заставило их задуматься над этим. В итоге они начали ставить эксперименты и пришли к выводу о трении слоев пород.

Куда более известны молнии при извержениях вулканов, которые еще называются “грязными молниями”. Они тоже возникают в результате трения между собой частиц, вылетающих из жерла.

Примерно так выглядит молния внутри вулкана.

Примерно так выглядит молния внутри вулкана.

Образование молний сопровождает и другие явления, например, пылевые бури, торнадо и некоторые другие, приводящие все к тому же накоплению заряда.

Какие бывают молнии?

Прежде, чем подробно рассказать о типах молний, надо сказать, какими они вообще бывают. Четыре основных типа были приведены парой строк выше, а именно: линейная, зигзагообразная, шаровая и сухая.

Линейной молнией называют короткий резкий разряд, который вспыхивает моментально, озаряет собой небо и пропадет. Иногда даже самой молнии не видно, так как она проходит очень быстро и часто даже бьет не в землю, а между облаками.

Зигзагообразной принято называть чуть более долгие молнии, которые имеют кривую траекторию и дают хоть несколько долей секунды, чтобы себя рассмотреть. Иногда можно заметить даже небольшую пульсацию света в них.

Шаровая молния — это крайне редкое явление. Если с обычной молнией мы встречаемся по несколько раз в год, а жители некоторых регионов — несколько раз в неделю, то шанс увидеть шаровую молнию не превышает один к десяти тысячам. Именно поэтому явление считают очень мистический, и если вы ее видели, вам очень повезло. Надо бежать за лотерейным билетом.

С сухой молнией все просто. Так обычно называют молнию, которая происходит без дождя. Не самое часто явление, но периодически все равно случается. И уж точно чаще, чем шаровая.

Почему молния имеет такую форму?

Мы знаем, что молния старается ударить в объект по кратчайшему расстоянию. Но почему же она такая изогнутая? Это же совсем не кратчайшее расстояние, при котором она была бы прямая, как геометрический луч.

Дело в том, что при формировании разряда электроны разгоняются до околосветовых скоростей, но периодически встречают на пути препятствия в виде молекул воздуха. При каждой такой “встрече” они меняют направление своего движения и мы получаем ступенчатую структуру молнии, к которой мы привыкли, и которая схематическим рисуется, как логотип автомобилей Opel.

Что делать во время грозы?

Если гроза застала на улице необходимо следовать таким правилам:

  1. Нельзя прятаться под деревьями и другими высокими объектами, стоять рядом со столбами, дорожными знаками, в которые чаще всего бьет молния. Следует отойти от них подальше, так как от центра удара напряжение расходится в разные стороны.
  2. На открытой местности нужно присесть и прижать голову к коленям, занять максимально низкорасположенное место.
  3. Убрать подальше от себя зонт, все металлические и длинные предметы – они притягивают молнию.
  4. Выключить телефон, прочие устройства.
  5. При возможности укрыться в машине.
  6. Не подходить к водоему, тем более не купаться.
Что делать во время грозы

Находясь в помещении, следует также выключить телефон, электроприборы, подачу газа. Рекомендуется закрыть все окна. Существует версия, что даже луч лазерной указки, направленный в небо, может привлечь разряд.

Интересный факт: существует понятие шагового напряжения. Оно возникает между двумя точками поверхности, и чем больше расстояние между этими точками, тем выше сила тока. Например, в большей опасности находится крупный рогатый скот, лошади, потому что передние и задние ноги у них расположены далеко.

Как определить расстояние до молнии по грому?

Установить расстояние до грозы по грому можно приблизительно. Для этого засекается, сколько секунд проходит между звуком грома и вспышкой молнии. Необходимо учитывать скорость звука – около 300 метров в секунду. Так, 3 секунды – это примерно 1 км до грозы.

Расстояние до молнии

Выполнение нескольких замеров позволяет узнать, приближается или удаляется гроза по отношению к наблюдателю. Важно помнить о том, что молния растягивается на несколько километров. Если при отсутствии грома видны разряды молнии, значит, гроза находится на расстоянии более 20 км.

Как защищают самолеты от молнии?

Весь корпус самолета защищен специальной оболочкой, внутри которой содержится экранирующая сетка из металла. Таким образом, при ударе молнией оболочка проводит ток, но предотвращает проникновение электрического разряда внутрь самолета. Находящиеся внутри люди и оборудование остаются в безопасности.

Разрядники на крыле самолета

Также все техническое оснащение самолета оборудовано дополнительной защитой от электрических разрядов. Попадание молнии приходится на нос самолета, разряд продвигается к крыльям и хвосту. Пассажиры и экипаж могут во время удара услышать громкий звук, но так происходит не всегда.

Интересный факт: перед тем, как самолет сдается в эксплуатацию, он проходит тщательную проверку. Один из ее этапов – симуляция попадания молнии.

Как происходит удар молнии?

Мы уже определились, что молния — это мощнейший электрический разряд, возникающий при накоплении заряда внутри облаков и появлении большой разницы электрических потенциалов объектов. В итоге молния может возникать между соседними облаками, между облаком и землей, и даже внутри одного облака, что тоже случается очень часто. В любом случае облако должно быть наэлектризовано. Но как оно электризуется?

Это можно назвать молнией в миниатюре. Процессы похожи.

Этот процесс знаком нам с детства. Достаточно вспомнить как электризуется расческа, воздушный шарик или многие другие вещи при трении. Подобный процесс происходит и в облаках на большой высоте и в существенно больших масштабах.

Дело в том, что облака представляют собой огромный водяной шар, пусть и не совсем шаровидной формы. Его высота может достигать нескольких километров, но в разном агрегатном состоянии вода в нем есть на всех высотах. До трех-четырех тысяч метров это капли, а выше — уже кристаллики льда.

Одной тайной меньше: Ученые решили загадку молний на Юпитере

Эти кристаллики имеют разный размер и постоянно перемешиваются. Более мелкие летят вверх из-за восходящих потоков воздуха от теплой земли. Поднимаясь, они постоянно сталкиваются с более крупными кристалликами. В итоге, все облако начинает электризоваться подобно предметам в приведенных выше примерах. Положительно заряженные частицы оказываются сверху, а отрицательно заряженные — снизу.

Примерно так выглядит разница потенциалов при формировании молнии.

Когда разность потенциалов получается очень высокой, происходит разряд. Если внутри облака для формирования разряда недостаточно условий, то разрядка происходит в землю. При этом она сопровождается яркой вспышкой с выделением тепла. Из-за выделения огромного количества энергии воздух вокруг молнии моментально нагревается до нескольких десятков тысяч градусов и взрывообразно расширяется в небольшом объеме. Эта взрывная волна и называется громом, расходясь на расстояние до 20 км от самой молнии.

При этом молнии состоят из нескольких разрядов, которые идут непрерывно друг за другом, но по одиночке длятся тысячные и миллионные доли секунды.

Как защищают оборудование от молнии?

Нужно понимать, что защиты от прямого попадания молнии в оборудование не существует. Речь идет о грозозащите – это специальное оснащение, которое позволяет обезопасить технику от повреждений, возникающих из-за грозы. Также оборудуют громоотводы и защищают оборудование от перенапряжения.

Грозозащита

Главная цель грозозащиты – защитить оборудование от статического электричества. У него имеется определенный показатель защиты, обозначаемый как ESD Protection. Этот показатель измеряется в киловольтах и указывается в виде числовой величины.

Стандарт грозозащиты – 15-20 кВ. Она представляет собой диодный мостик. При обнаружении в проводах разницы напряжения в 6 В и более, срабатывает защитный диод, который заземляет провода.

Куда бьет молния и почему?

Молнии бьют в те места, где слой между каким-либо предметом и грозовой тучей будет наименьшим. Многие предметы, находящиеся на земле и хорошо проводящие ток, притягивают молнии. Куда бьет молния? Она может попадать в самые различные места: деревья, металлические вышки, столбы, трубы, дома, здания, самолеты, воду, даже в человека. Чем выше притяжение предмета, тем больше вероятность удара молнии. К примеру, взять два рядом стоящих столба: деревянный и металлический. С большей вероятностью удар придется на второй.

Дело в том, что металлические предметы гораздо лучше проводят ток. После удара ток из земли намного легче пойдет к мачте, так как она хорошо соединена с землей. Чем большая поверхность металлической конструкции связана с землей, тем большая вероятность удара молнии. Нередко она бьет в ровную поверхность. Но будет такой участок, где существует наибольшая проводимость поверхность электрического тока.

Например, болота чаще бывают поражены молнией, нежели поверхность из сухого песка. Предметы, находящиеся в небе, также могут быть поражены. Известны случаи, когда молния била в самолет. Сильной опасности для людей, находящихся в летательном аппарате, она не несет, но вполне способна вывести технику из строя. Большую опасность молния представляет для людей, находящихся во время грозы в доме. Казалось бы, почему так, ведь человек защищен? Однако невыключенный телевизор, работающий мобильный телефон, способны легко притянуть ток, что опасно для человека.

Известны случаи, когда он поражал человека на улице. Молния чаще попадает в мужчин, нежели в женщин. В сельской местности она может ударить куда угодно. А куда бьет молния в городе? Как было упомянуто, она бьет в предметы, которые легко проводят ток, хорошо соединены с землей. Это будут высокие здания, вышки. К счастью, придуманы громоотводы, которые широко используются в больших городах. Для человека молния – опасное явление. Именно поэтому следует соблюдать все правила безопасности и знать, как правильно себя вести во время грозы.

Частота молнии

Ранние исследования показывали, что молния ударяет примерно 100 раз в секунду на территории нашей планеты. Но спутники позволяют наблюдать за самыми удаленными или труднодоступными местами на Земле.

Частота молнии (на квадратный километр за год)

Новые данные указывают на 44 плюс-минус 5 ударов молнии в секунду. Это значит, что за год случается около 1,4 миллиарда электрических разрядов. Из них примерно 25% ударяют в землю, а остальные 75% вспыхивают среди облаков.

Что такое шаровая молния, и как она появляется?

Кроме обычных молний, с которыми все более менее понятно, хоть и остаются некоторые вопросы, есть еще и шаровые молнии, которые вообще не изучены толком и никто не может объяснить, откуда они берутся, почему и куда пропадают.

Изначально шаровая молния является светящимся шаром (иногда форма может немного отличаться), который по подсчетам имеет температуру 500-1000 градусов Цельсия, может перемещаться в пространстве, проходить через стекло и взрываться через несколько минут после появления. Пока больше неизвестно ничего.

Первые упоминания о них относятся еще ко временам до нашей эры. Правда, тогда это было очень иносказательно и включало в себя разговоры об огненных птицах и тому подобном. Сейчас это очень похоже на описание шаровых молний, но с уверенностью об этом говорить нельзя.


Это птица Феникс, но примерно так представляли себе шаровые молнии в древнем мире.

До недавнего времени многие ученые вообще не верили в существование такого явления, а заявления очевидцев считали следствием повреждения сетчатки после удара обычной молнией. Тем более все говорили о разной форме. Сейчас в это начали верить и занялись исследованиями, но информации все равно мало.

Кто-то считает их сгустками газа, кто-то особыми частицами с огромным количеством энергии, а кто-то и вовсе говорит о высших силах.

Тем не менее, это не отменяет того факта, что шаровые молнии могут повреждать объекты, с которыми вступили в контакт. Например, плавить стекло и металл, поджигать дерево и кипятить воду. Есть даже рассказы о том, как они замыкали высоковольтные линии передач, создавая дугу.

Есть несколько гипотез этого явления, каждая из которых до сих пор не подтверждена, но и не опровергнута.

Одна из них гласит, что шаровая молния это специфическое взаимодействие азота с кислородом, в результате которого и вырабатывается энергия на ее существование. Согласно другой гипотезе явление представляет собой вихрь шарообразной формы из пылевых частиц с активными газами. Такими они стали из-за полученного электрического разряда. В итоге, шаровая молния является чем-то вроде батареи. Эта гипотеза объясняет специфический запах и шлейфовое свечение рядом с шаровой молнией.


Шаровая молния может выглядеть так или иначе, но более изученной от этого она не становится.

Есть гипотеза, которая оспаривает обе предыдущих, говоря нам, что существование шаровой молнии невозможно без подпитки ее энергией снаружи. Но такая гипотеза рушится отсутствием доказательств существования волн нужной для питания длины.

Все это лишний раз доказывает, что шаровую молнию надо опасаться, так как даже нет четких описаний того, как надо действовать при ее появлении. Самой главной рекомендацией является немедленное покидание зоны ее действия, но без лишней спешки, чтобы не нарушить движение воздуха и не увлечь ее за собой.