Камни

Странная молния. Виды молний

12.10.2019

Возьмем воздух и последовательно начнем его нагревать. Когда он начнет подниматься, то с каждым метром подъема нагретый воздух охлаждается, постепенно становясь холоднее и холоднее. Вода конденсируется во все более крупные капли, образуя грозовые облака, которые рождают молнии и гром.

Молния земля-облако

Образуются они в результате накапливающегося электростатического заряда на вершине самого высокого объекта на земле, что делает его весьма “привлекательным” для молнии. Такие молнии образуются в результате “пробивания” воздушной прослойки между вершиной заряженного объекта и нижней частью грозовой тучи.

Чем выше объект, тем больше вероятность того, что молния в него ударит. Так что не стоит прятаться от дождя под высокими деревьями.

Молния облако-облако

Верхняя часть облака заряжена позитивно, а нижняя - негативно, рядом стоящие грозовые облака могут простреливать электрическими зарядами друг друга.

Довольно частым явлением является молния пробивающая одно облако, и гораздо более редким явлением является молния, которая исходит от одного облака к другому.

Горизонтальная молния

Эта молния не бьет в землю, она распространяется в горизонтальной плоскости по небу. Иногда такая молния может распространяться по чистому небу, исходя от одной грозовой тучи. Такие молнии очень мощные и очень опасные.

Ленточная молния

Эта молния выглядит как несколько молний, идущих параллельно друг другу.

Спрайтовые молнии

До сих пор мы говорили только о том, что случается ниже облаков, или на их уровне. Но оказывается, что некоторые виды молний бывают и выше облаков. О них было известно со времени появления реактивной авиации, но вот сфотографированы и сняты на видео эти молнии были только в 1994 году. Больше всего они похожи на медуз. Высота образования таких молний - около 100 километров. что они из себя представляют.

Вулканические молнии

Это очень красивые молнии, которые появляются при извержении вулкана. Вероятно, газопылевой заряженный купол, пробивающий сразу несколько слоев атмосферы, вызывает возмущения, поскольку сам несет довольно значительный заряд.
Шаровые молнии



Свойства шаровой молнии удивительны. Во-первых, она появляется в штормовую погоду, в грозу и часто сопровождается линейной молнией. Обычно шар размером от нескольких сантиметров до метра движется горизонтально с писком, треском и шумом, любит «заглядывать» в помещения, протискиваясь в любое отверстие. Он живет секунды или несколько минут, не выделяя заметного тепла, но может с грохотом взорваться, оплавив предметы. Движение молнии непредсказуемо: она с легкостью опрокидывает трактор, взрывается от соприкосновения с автомобилем, позволяет переехать себя мотоциклу, пробив в шлеме мотоциклиста крошечную дырочку и выйдя через его грудь.

Защита от молний

Разряды атмосферного электричества способны вызывать взрывы, пожары и разрушение зданий и сооружений, а также поражение людей, что привело к необходимости разработки специальной системы молниезащиты.

Молниезащита – комплекс защитных устройств, предназначенных для обеспечения безопасности людей, сохранности зданий и сооружений, оборудоваия и материалов от разрядом молнии.

Молния способна воздействовать на здания и сооружения прямыми ударами, которые вызывают непосредственное повреждение и разрушение, и вторичными воздействиями – посредством явлений электростатической и электромагнитной индукции. Здания и сооружения подлежат молниезащите в соответствии с СН 305-33. Выбор защиты зависит от назначения здания или сооружения, интенсивности грозовой деятельности в рассматриваемом районе и ожидаемого числа поражений объекта молнией в год

Заключение

К профилактическим мероприятиям по предупреждению негативного влияния источников электромагнитных излучений относятся, прежде всего, обеспечения соответствия их технических характеристик нормативным требованиям и строгое соблюдение правил эксплуатации. Кроме того, для более эффективной оценки степени их электромагнитной опасности для человека представляются целесообразным специальные исследования по изучению фактических значений нормируемых параметров электромагнитных полей, создаваемых различными моделями технических средств (сотовыми и радиотелефонами, пейджерами, микроволновыми печами и т.д.) в реальных условиях их использования.

Таким образом, изложенное показывает, что внедрение разнообразных

достижений науки и техники в производственной и непроизводственной

сферах деятельности человека сопровождается повышением

электромагнитной опасности в жилой среде и требует обеспечения

надежной защиты населения современных городов от неблагоприятного

воздействия электромагнитных излучений


Литература:

1) Безопасность жизнедеятельности: Учебник для вузов

С.В Белов, В.А. Девисилов

2) Безопасность жизнедеятельности: Учебник для вузов

Занько Н.Г, Малаян К.Р.

3) Опасные ситуации техногенного характера и защита от них. Учебник для вузов
Мастрюков Б.С.

4) Экологические риски: расчет, управление, страхование: Учебное пособие
Башкин В.Н.

Каждую секунду в атмосфере Земли возникает примерно 700 молний, и каждый год около 3000 человек погибают из-за удара молнии. Физическая природа молнии не объяснена окончательно, а большинство людей имеют лишь приблизительное представление о том, что это такое. Какие-то разряды сталкиваются в облаках, или что-то в этом роде. Сегодня мы обратились к нашим авторам по физике, чтобы узнать о природе молнии больше. Как появляется молния, куда бьет молния, и почему гремит гром. Прочитав статью, вы будете знать ответ на эти и многие другие вопросы.

Что такое молния

Молния – искровой электрический разряд в атмосфере.

Электрический разряд – это процесс протекания тока в среде, связанный с существенным увеличением ее электропроводности относительно нормального состояния. Существуют разные виды электрических разрядов в газе: искровой , дуговой , тлеющий .

Искровой разряд происходит при атмосферном давлении и сопровождается характерным треском искры. Искровой разряд представляет собой совокупность исчезающих и сменяющих друг друга нитевидных искровых каналов. Искровые каналы также называют стримерами . Искровые каналы заполнены ионизированным газом, то есть плазмой. Молния – гигантская искра, а гром – очень громкий треск. Но не все так просто.

Физическая природа молнии

Как объясняют происхождение молнии? Система туча-земля или туча-туча представляет собой своеобразный конденсатор. Воздух играет роль диэлектрика между облаками. Нижняя часть облака имеет отрицательный заряд. При достаточной разности потенциалов между тучей и землей возникают условия, в которых происходит образование молнии в природе.

Ступенчатый лидер

Перед основной вспышкой молнии можно наблюдать небольшое пятно, движущееся от тучи к земле. Это так называемый ступенчатый лидер. Электроны под действием разности потенциалов, начинают двигаться к земле. Двигаясь, они сталкиваются с молекулами воздуха, ионизируя их. От тучи к земле прокладывается как бы ионизированный канал. Из-за ионизации воздуха свободными электронами электропроводность в зоне траектории лидера существенно возрастает. Лидер как бы прокладывает путь для основного разряда, двигаясь от одного электрода (тучи) к другому (земле). Ионизация происходит неравномерно, поэтому лидер может разветвляться.


Обратная вспышка

В момент, когда лидер приближается к земле, напряженность на его конце растет. Из земли или из предметов, выступающих над поверхностью (деревья, крыши зданий) навстречу лидеру выбрасывается ответный стример (канал). Это свойство молний используется для защиты от них путем установки громоотвода. Почему молния бьет в человека или в дерево? На самом деле ей все равно, куда бить. Ведь молния ищет наиболее короткий путь между землей и небом. Именно поэтому во время грозы опасно находиться на равнине или на поверхности воды.

Когда лидер достигает земли, по проложенному каналу начинает течь ток. Именно в этот момент и наблюдается основная вспышка молнии, сопровождаемая резким ростом силы тока и выделением энергии. Здесь уместен вопрос, откуда идет молния? Интересно, что лидер распространяется от тучи к земле, а вот обратная яркая вспышка, которую мы и привыкли наблюдать, распространяется от земли к туче. Правильнее говорить, что молния идет не от неба к земле, а происходит между ними.

Почему молния гремит?

Гром возникает в результате ударной волны, порождаемой быстрым расширением ионизированных каналов. Почему сначала мы видим молнию а потом слышим гром? Все дело в разности скоростей звука (340,29 м/с) и света (299 792 458 м/с). Посчитав секунды между громом и молнией и умножив их на скорость звука, можно узнать, на каком расстоянии от Вас ударила молния.


Нужна работа по физике атмосферы? Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на

Виды молний и факты о молниях

Молния между небом и землей – не самая распространенная молния. Чаще всего молнии возникают между облаками и не несут угрозы. Помимо наземных и внутриоблачных молний, существуют молнии, образующиеся в верхних слоях атмосферы. Какие есть разновидности молний в природе?

  • Внутриоблачные молнии;
  • Шаровые молнии;
  • «Эльфы»;
  • Джеты;
  • Спрайты.

Последние три вида молний невозможно наблюдать без специальных приборов, так как они образуются на высоте от 40 километров и выше.


Приведем факты о молниях:

  • Протяженность самой длинной зафиксированной молнии на Земле составила 321 км. Эта молния была замечена в штате Оклахома, 2007 г .
  • Самая долгая молния длилась 7,74 секунды и была зафиксирована в Альпах.
  • Молнии образуются не только на Земле . Точно известно о молниях на Венере , Юпитере , Сатурне и Уране . Молнии Сатурна в миллионы раз мощнее земных.
  • Сила тока в молнии может достигать сотен тысяч Ампер, а напряжение – миллиарда Вольт.
  • Температура канала молнии может достигать 30000 градусов Цельсия – это в 6 раз больше температуры поверхности Солнца.

Шаровая молния

Шаровая молния – отдельный вид молнии, природа которого остается загадкой. Такая молния представляет собой движущийся в воздухе светящийся объект в форме шара. По немногочисленным свидетельствам шаровая молния может двигаться по непредсказуемой траектории, разделяться на более мелкие молнии, может взорваться, а может просто неожиданно исчезнуть. Существует множество гипотез о происхождении шаровой молнии, но ни одна не может быть признана достоверной. Факт - никто не знает, как появляется шаровая молния. Часть гипотез сводят наблюдение этого явления к галлюцинациям. Шаровую молнию ни разу не удалось наблюдать в лабораторных условиях. Все, чем могут довольствоваться ученые – это свидетельства очевидцев.

Напоследок предлагаем Вам посмотреть видео и напоминаем: если курсовая или контрольная свалилась на голову как молния в солнечный день, не нужно отчаиваться. Специалиста студенческого сервиса выручают студентов с 2000 года. Обращайтесь за квалифицированной помощью в любое время. 24 часа в сутки, 7 дней в неделю мы готовы помочь вам.

Древние люди далеко не всегда считали грозу и молнию, а также сопровождающий их раскат грома проявлением гнева богов. Например, для эллинов гром и молния являлись символами верховной власти, тогда как этруски считали их знамениями: если вспышка молнии была замечена с восточной стороны, это означало, что всё будет хорошо, а если сверкала на западе или северо-западе – наоборот.

Идею этрусков переняли римляне, которые были убеждены, что удар молнии с правой стороны является достаточным основанием, чтобы отложить все планы на сутки. Интересная трактовка небесных искр была у японцев. Две ваджры (молнии) считались символами Айдзен-мео, бога сострадания: одна искра находилась на голове божества, другую он держал в руках, подавляя нею все негативные желания человечества.

Молния – это огромных размеров электрический разряд, который всегда сопровождается вспышкой и громовыми раскатами (в атмосфере чётко просматривается сияющий канал разряда, напоминающий дерево). При этом вспышка молнии почти никогда не бывает одна, за ней обычно следует две, три, нередко доходит и до нескольких десятков искр.

Эти разряды почти всегда образуются в кучево-дождевых облаках, иногда – в слоисто-дождевых тучах больших размеров: верхняя граница нередко достигает семи километров над поверхностью планеты, тогда как нижняя часть может почти касаться земли, пребывая не выше пятисот метров. Молнии могут образовываться как в одной туче, так и между находящимися рядом наэлектризованными облаками, а также между облаком и землей.

Состоит грозовая туча из большого количества пара, сконденсированного в виде льдинок (на высоте, превышающей три километра это практически всегда ледяные кристаллы, поскольку температурные показатели здесь не поднимаются выше нуля). Перед тем как туча становится грозовой, внутри неё начинают активное движение ледяные кристаллы, при этом двигаться им помогают восходящие с нагретой поверхности потоки тёплого воздуха.

Воздушные массы увлекают за собой вверх более мелкие льдинки, которые во время движения постоянно наталкиваются на более крупные кристаллы. В результате кристаллики меньших размеров оказываются заряженными положительно, более крупные – отрицательно.

После того как маленькие ледяные кристаллики собираются наверху, а большие – снизу, верхняя часть облака оказывается положительно заряженной, нижняя – отрицательно. Таким образом, напряжённость электрического поля в туче достигает чрезвычайно высоких показателей: миллион вольт на один метр.

Когда эти противоположно заряженные области сталкиваются друг с другом, в местах соприкосновения ионы и электроны образовывают канал, по которому вниз устремляются все заряженные элементы и образуется электрический разряд – молния. В это время выделяется настолько мощная энергия, что её силы вполне хватило бы на то, чтобы на протяжении 90 дней питать лампочку мощностью в 100 Вт.


Канал раскаляется почти до 30 тыс. градусов Цельсия, что в пять раз превышает температурные показатели Солнца, образуя яркий свет (вспышка обычно длится лишь три четверти секунды). После образования канала грозовое облако начинает разряжаться: за первым разрядом следуют две, три, четыре и больше искр.

Удар молнии напоминает взрыв и вызывает образование ударной волны, чрезвычайно опасной для любого живого существа, оказавшегося возле канала. Ударная волна сильнейшего электрического разряда в нескольких метрах от себя вполне способна сломать деревья, травмировать или контузить даже без прямого поражения электричеством:

  • На расстоянии до 0,5 м до канала молния способна разрушить слабые конструкции и травмировать человека;
  • На расстоянии до 5 метров постройки остаются целыми, но может выбить окна и оглушить человека;
  • На больших расстояниях ударная волна негативных последствий не несёт и переходит в звуковую волну, известную как громовые раскаты.


Раскаты грома

Через несколько секунд после того как был зафиксирован удар молнии, из-за резкого повышения давления вдоль канала, атмосфера раскаляется до 30 тыс. градусов Цельсия. В результате этого возникают взрывообразные колебания воздуха и возникает гром. Гром и молния тесно взаимосвязаны друг с другом: длина разряда нередко составляет около восьми километров, поэтому звук с разных его участков доходит в разное время, образуя громовые раскаты.

Интересно, что измеряя время, которое прошло между громом и молнией, можно узнать, насколько далеко находится эпицентр грозы от наблюдателя.

Для этого нужно умножить время между молнией и громом на скорость звука, который составляет от 300 до 360 м/с (например, если промежуток времени составляет две секунды, эпицентр грозы находится немногим более чем в 600 метрах от наблюдателя, а если три – на расстоянии километра). Это поможет определить, удаляется или приближается гроза.

Удивительный огненный шар

Одним из наименее изученных, а потому наиболее таинственных явлений природы считается шаровая молния – передвигающийся по воздуху святящийся плазменный шар. Загадочен он потому, что принцип формирования шаровой молнии неизвестен и поныне: несмотря на то, что существует большое число гипотез, объясняющих причины появления этого удивительного явления природы, на каждую из них нашлись возражения. Учёным так и не удалось опытным путём добиться образования шаровой молнии.

Шарообразная молния способна существовать длительное время и перемещаться по непрогнозируемой траектории. Например, она вполне способна зависать несколько секунд в воздухе, после чего метнуться в сторону.

В отличие от простого разряда, плазменный шар всегда бывает один: пока не было одновременно зафиксировано двух и больше огненных молний. Размеры шаровой молнии колеблются от 10 до 20 см. Для шаровой молнии характерны белый, оранжевый или голубой тона, хотя нередко встречаются и другие цвета, вплоть до чёрного.


Ученые еще не определили температурные показатели шаровой молнии: несмотря на то, что она по их подсчётам должна колебаться от ста до тысячи градусов Цельсия, люди, находившиеся недалеко от этого феномена, не ощущали исходившей от шаровой молнии теплоты.

Основная трудность при изучении этого феномена состоит в том, что зафиксировать его появление учёным удаётся редко, а показания очевидцев часто ставят под сомнение тот факт, что наблюдаемое ими явление действительно являлось шаровой молнией. Прежде всего, расходятся показания относительно того, в каких условиях она появилась: в основном её видели во время грозы.

Существуют также показания, что шаровая молния может появляться и в погожий день: спуститься с облаков, возникнуть в воздухе или появиться из-за какого-нибудь предмета (дерева или столба).

Ещё одной характерной особенностью шаровой молнии является её проникновение в закрытые комнаты, была замечена даже в кабинах пилотов (огненный шар может проникать через окна, спускаться по вентиляционным каналам и даже вылетать из розеток или телевизора). Также были неоднократно задокументированы ситуации, когда плазменный шар закреплялся на одном месте и постоянно там появлялся.

Нередко появление шаровой молнии не вызывает неприятностей (она спокойно движется в воздушных потоках и через какое-то время улетает или исчезает). Но, были замечены и печальные последствия, когда она взрывалась, моментально испаряя находящуюся неподалёку жидкость, плавя стекло и металл.


Возможные опасности

Поскольку появление шаровой молнии всегда неожиданно, увидев возле себя этот уникальный феномен, главное, не впадать в панику, резко не двигаться и никуда не бежать: огненная молния очень восприимчива к колебаниям воздуха. Необходимо тихо уйти с траектории движения шара и постараться держаться от неё как можно дальше. Если человек находится в помещении, нужно потихоньку дойти до оконного проёма и открыть форточку: известно немало историй, когда опасный шар покидал квартиру.

В плазменный шар ничего нельзя бросать: он вполне способен взорваться, а это чревато не только ожогами или потерей сознания, но остановкой сердца. Если же случилось так, что электрический шар зацепил человека, нужно перенести его в проветриваемую комнату, теплее укутать, сделать массаж сердца, искусственное дыхание и сразу же вызвать врача.

Что делать в грозу

Когда начинается гроза и вы видите приближение молнии, нужно найти укрытие и спрятаться от непогоды: удар молнии нередко смертелен, а если люди и выживают, то часто остаются инвалидами.

Если же никаких построек поблизости нет, а человек в это время в поле, он должен учитывать, что от грозы лучше спрятаться в пещере. А вот высоких деревьев желательно избегать: молния обычно метит в самое большое растение, а если деревья имеют одинаковую высоту, то попадает в то, что лучше проводит электричество.

Чтобы защитить отдельно стоящее строение или конструкцию от молнии, возле них обычно устанавливают высокую мачту, наверху которой закреплён заострённый металлический стержень, надёжно соединённый с толстым проводом, на другом конце находится закопанный глубоко в землю металлический предмет. Схема работы проста: стержень от грозовой тучи всегда заряжается противоположным облаку зарядом, который, стекая по проводу под землю, нейтрализует заряд тучи. Это устройство называется громоотвод и устанавливается на всех зданиях городов и других людских поселений.

Молнии представляют собой искровой разряд между изолированными друг от друга частицами воздуха. Молнии бывают линейными, неточными и шаровыми. Среди линейных молний различают «наземные» (ударяющие в Землю) и внутриоблачные. Средняя длина молниевых разрядов достигает нескольких километров. Внутриоблачные молнии могут достигать 50 - 150 км. При наземных молниях импульсное значение тока может достигать от 20 до 500 кА. Внутриоблачные молнии сопровождаются разрядами с токами порядка 5 - 15 кА. При молниевых разрядах возникают значительные электромагнитные помехи в широком диапазоне частот.[ ...]

Линейная молния обычно сопровождается сильным раскатистым звуком, который называется громом. Гром возникает по следующей причине. Мы видели, что ток в канале молнии образуется в течение очень короткого промежутка времени. При этом в канале воздух очень быстро и сильно нагревается, а от нагревания он расширяется. Расширение протекает так быстро, что оно напоминает взрыв. Этот взрыв даёт сотрясение воздуха, которое сопровождается сильными звуками. После внезапного прекращения тока температура в канале молнии быстро падает, так как тепло уходит в атмосферу. Канал быстро охлаждается, и воздух в нём поэтому резко сжимается. Это также вызывает сотрясение воздуха, которое снова образует звук. Понятно, что многократные разряды молнии могут вызвать продолжительный грохот и шум. В свою очередь, звук отражается от туч, земли, домов и других предметов и, создавая многократные эхо, удлиняет гром. Поэтому и происходят раскаты грома.[ ...]

Види мый электрический разряд между облаками, отдельными частями одного облака или между облаком и земной поверхностью. Наиболее частый, типичный вид молнии - линейная М. - искровой разряд с разветвлениями, длиной в среднем 2-3 км, а иногда до 20 км и более; диаметр М. порядка десятков сантиметров. Особый характер имеют плоская, че-точная и шаровая М. (см.). Далее говорится о линейной М.[ ...]

Кроме линейной, бывают, правда гораздо реже, молнии других видов. Из них мы рассмотрим одну, наиболее интересную - шаровую молнию.[ ...]

Кроме линейной молнии в грозовых облаках наблюдаются плоские молнии. Наблюдатель видит, как кучево-дождевое облако вспыхивает изнутри в значительной толще. Плоская молния представляет собой суммарный эффект одновременного действия большого числа коронных разрядов во внутриоблачной массе. При этом значительная часть облака освещается изнутри, а вне облака исходит в виде вспышки красноватое свечение. Плоская молния не создает акустических эффектов. Плоскую молнию, освещающую облако изнутри, не следует путать с зарницами - отсветами других молний, иногда за горизонтом, освещающих облако снаружи, а также небосвод у горизонта.[ ...]

ПЛОСКАЯ МОЛНИЯ. Электрический разряд на поверхности облаков, не имеющий линейного характера и состоящий, по-видимому, из светящихся тихих разрядов, испускаемых отдельными капельками. Спектр П. М. полосатый, главным образом из полос азота. Не следует смешивать П. М. с зарницей, представляющей собой освещение отдаленных облаков линейными молниями.[ ...]

ШАРОВАЯ МОЛНИЯ. Явление, наблюдающееся иногда при грозе; представляет собой ярко светящийся шар различной окраски и величины (у земной поверхности обычно порядка десятков сантиметров). Ш. М. появляется после разряда линейной молнии; перемещается в воздухе медленно и бесшумно, может проникать внутрь зданий через щели, дымоходы, трубы, иногда разрывается с оглушительным треском. Явление может длиться от нескольких секунд до полминуты. Это еще мало изученный физико-химический процесс в воздухе, сопровождающийся электрическим разрядом.[ ...]

Если шаровая молния состоит из заряженных частиц, то в отсутствие притока энергии извне эти частицы должны рекомбинировать и быстро передать выделившееся при этом тепло окружающей атмосфере (время рекомбинации 10 10-10-11 с, а с учетом времени отвода энергии из объема - не больше 10-3 с). Так, после прекращения тока канал линейной молнии охлаждается и исчезает за время порядка нескольких миллисекунд.[ ...]

Итак, шаровая молния не всегда возникает в связи с разрядом линейной молнии, хотя, возможно, в большинстве случаев это и так. Можно предположить, что она возникает там, где накапливаются и не могут нейтрализоваться значительные электрические заряды. Медленное растекание этих зарядов приводит к коронированию или появлению огней святого Эльма, быстрое - к возникновению шаровой молнии. Это может происходить, например, в тех местах, где внезапно прерывается канал линейной молнии и значительный заряд выбрасывается в сравнительно небольшую область воздуха мощным коронным разрядом. Однако, вероятно, аналогичные ситуации могут возникать и без разряда линейной молнии.[ ...]

Далее, шаровая молния беззвучна. Ее движение совершенно бесшумно или сопровождается слабым шипением или потрескиванием. Хотя в редких случаях шаровая молния пролетает несколько десятков метров в секунду и образует короткую светящуюся полосу длиной несколько метров (это связано с неспособностью наших зрительных анализаторов различить события, отделенные интервалом времени меньше 0,1 с), тем не менее эту полосу нельзя спутать с каналом линейной молнии, образование которого сопровождается оглушительным громом. Последствия от взрыва шаровой молнии также, как правило, значительно слабее, чем от разряда линейной молнии. В частности, взрыв - чаще всего хлопок, в сильных случаях - винтовочный или пистолетный выстрел, в то время как гром от близкой линейной молнии скорее напоминает по силе грохот разорвавшегося снаряда.[ ...]

Поскольку шаровая молния чаще всего связана с молнией и грозами, для ранних исследователей было естественным попытаться использовать в лабораторных экспериментах атмосферную молнию. В работах первое научно зафиксированное исследование явления, похожего на шаровую молнию, связывается с именем профессора Рихмана из Петербурга. Считается, что разряд, похожий на шаровую молнию, случайно образовался во время грозы. Этот случай получил широкую известность в кругу исследователей явлений, связанных с линейной и шаровой молнией. Такая известность обусловлена не столько результатами самого эксперимента, сколько тем фактом, что шаровая молния, как сообщалось, ударила Рихмана в лоб, в результате чего он 6 августа 1753 г. скончался.[ ...]

Появление шаровой молнии обычо связано с грозовой активностью. Статистика показывает, что 73% из 513 случаев согласно данным Мак Нзлли , 62% из 112 случаев согласно Рэйли и 70% из 1006 согласно Стаханову относятся к грозовой погоде. По данным Барри в 90% собранных им случаев шаровая молния наблюдалась во время грозы. При этом во многих работах сообщалось, что шаровая молния возникала непосредственно после удара линейной молнии.[ ...]

Заметим, что шаровая молния появилась не сразу, а через 3-4 с после разряда линейной молнии. Кроме того, автор письма привел слишком много подробностей события, так что вряд ли можно считать виденное им галлюцинацией. Подобные наблюдения не единичны.[ ...]

Образование шаровой молнии из канала линейной молнии с рассматриваемой точки зрения представляется следующим образом. Некоторое количество горячего диссоциированного воздуха, выброшенного ударной волной из канала линейной молнии, смешивается с окружающим холодным воздухом и охлаждается столь быстро, что небольшая доля атомарного кислорода в нем не успевает рекомбинировать. По изложенным выше соображениям этот кислород должен превратиться за 10 5 с в озон. Допустимая доля горячего воздуха в образовавшейся смеси сильно ограничена, так как температура смеси не должна превышать 400 К, в противном случае образовавшийся озон быстро разложится. Это ограничивает количество озона в смеси значением порядка 0,5-1 % . Для получения более высоких концентраций озона в рассмотрено возбуждение кислорода током молнии. Автор приходит к выводу, что это может привести к возникновению смеси, содержащей до 2,6 % озона. Таким образом, в данном случае разряд молнии действительно входит в предложенную схему как необходимая деталь картины. Это выгодно отличает рассматриваемую гипотезу от других химических гипотез, где собственно разряд не играет, на первый взгляд, никакой роли и остается непонятным, почему шаровая молния так тесно связана с грозой.[ ...]

Настоящая же шаровая молния появляется, как правило, во время грозы, нередко при сильном ветре. Канал линейной молнии возобновляется стреловидным лидером через каждые 30-40 мс, да и существует он не более 0,1 - 0,2 с.[ ...]

Возникновение шаровой молнии можно представить с этой точки зрения следующим образом. После удара линейной молнии остается небольшая часть ее канала, нагретая до высокой температуры. С окончанием разряда ток не прекращается. Теперь яркий искровой разряд сменяется темным, несветящимся разрядом, в котором ток течет вдоль погасшего канала линейной молнии. Воздух здесь содержит повышенное количество ионов, не успевших рекомбинировать. Проводимость этого столба воздуха, заполненного ионами, ширина которого предполагается значительно большей первоначального диаметра канала молнии, принимается порядка 10“3- -10 4 м 1 Ом 1. Движение шаровой молнии возникает от действия магнитного поля тока на тот же ток при нарушении цилиндрической симметрии. Взрыв рассматривается как схлопывание в результате прекращения тока. Впрочем, при резком и сильном возрастании тока может произойти взрыв в обычнохм смысле этого слова. Тихое погасание происходит при медленном прекращении тока.[ ...]

Известно, что разряд обычной линейной молнии имеет сложную, иногда весьма извилистую траекторию в атмосфере. Развитие разряда можно изучать с помощью фотосъемки, применяя высокоскоростные камеры. В камерах, используемых для съемки молний, пленка может быстро двигаться в горизонтальном или вертикальном направлении. Типичная скорость движения пленки составляет 500-1000 см/с. Такая скорость необходима потому, что скорость продвижения канала молнии достигает величины 5 108см/с.[ ...]

Принято считать, что четочная молния возникает из канала аномальной молнии между двумя тучами. Канал разряда обычной молнии распадается на ряд не связанных друг с другом светящихся фрагментов. Законченная форма четочной молнии состоит из большого числа частей, по-видимому, существующих одновременно, а не является кажущимся результатом движения одиночного светящегося объекта с периодически меняющейся яркостью. Наблюдателям она представляется в виде устойчивого свечения вдоль траектории обычной линейной молнии, которое существует довольно долгое время после вспышки последней. Согласно сообщениям, время жизни такой четочной молнии составляет 1-2 с.[ ...]

Согласно сообщениям, четочная молния обычно появляется между двумя тучами, образуя прерывистую линию светящихся «пятен», которая остается в течение некоторого времени после появления обычной линейной молнии Светящиеся «пятна» имеют такой же угловой размер, как и диаметр канала линейной молнии, и, по-видимому, обладают сферической формой. Каждое «пятно» отделено от соседнего несветящейся областью. Размер темного промежутка может составлять несколько диаметров светящихся частей.[ ...]

Наблюдалось появление шаровой молнии при ударе линейной молнии в воду. О нем сообщил нам И. А. Гулидов из Харькова.[ ...]

Прежде всего отметим, что шаровая молния далеко не всегда появляется после определенного разряда линейной молнии. Согласно нашим данным в 75 % случаев наблюдатель не может указать определенно, предшествовал ли удар линейной молнии появлению шаровой молнии. По-видимому, она может появиться в результате отдаленного разряда линейной молнии, который не фиксируется наблюдателем, например при разряде между облаками, а затем спуститься вниз к земле. Во многих случаях (приблизительно в 20-30 %) ее вообще не связывают с грозой. Согласно нашим данным это происходит приблизительо в 25 % случаев, примерно такую же цифру - 30 % - дает опрос в Великобритании . Однако даже в тех случаях, когда шаровая молния появляется вслед за определенным ударом линейной молнии, наблюдатель далеко не всегда видит вспышку, иногда он слышит только гром. Так было, например, со всеми четырьмя очевидцами, видевшими шаровую молнию в Кремле (см. № 1). Сторонники теории инерции изображения должны, таким образом, допустить, что по-слеобраз может возникать не только от вспышки молнии, но и от звука грома. Иногда вспышку молнии отделяет от появления шаровой молнии несколько секунд, которые требуются, чтобы шаровая молния попала в поле зрения наблюдателя или чтобы он обратил на нее внимание. Приведем несколько примеров из полученной корреспонденции.[ ...]

Если, как это часто считают, шаровая молния образуется при разряде линейной молнии, то можно значительно увеличить вероятность ее наблюдения. Для этого достаточно организовать регулярное наблюдение за теми объектами, которые часто поражает линейная молния (высотные шпили, телевизионные вышки, опоры линий электропередачи и др.). Так, частота попадания линейной молнии в Останкинскую башню составляет несколько десятков случаев в год. Если» вероятность появления шаровой молнии при разряде линейной молнии не меньше 0,1-0,01, то имеется много шансов обнаружить шаровую молнию в течение одного сезона. При этом, конечно, необходимо допустить, что попадание молнии в башню не исключает по тем или иным причинам появление шаровой молнии. Кроме того, нужно применять соответствующую аппаратуру, поскольку, если учесть большую высоту башни, угловой размер шаровой молнии (при наблюдении с земли) будет очень мал, а яркость ее ничтожна по сравнению с яркостью канала линейной молнии.[ ...]

Капля расплавленного металла, попав в канал линейной молнии, также может образовать светящуюся сферу, движение которой, однако, будет существенно отличаться от движения шаровой молнии. В связи с большим удельным весом такие капли будут неизбежно стекать вниз или быстро падать, в то время как шаровая молния может парить, двигаться горизонтально или подниматься. Даже если предположить, что расплавленная капля металла приобретает в момент образования значительный импульс, ее движение из-за большой инерции мало будет напоминать движения, которые обычно приписывают шаровой молнии. Наконец, речь может идти в данном случае лишь о шаровых молниях небольшого размера, диаметр которых составляет несколько сантиметров, в то время как подавляющее большинство молний имеет значительно большие размеры (10-20 см, а иногда и больше).[ ...]

Только немногие очевидцы, наблюдавшие шаровую молнию, видят также и момент ее зарождения. Из 1500 ответов на первую анкету определенный ответ на вопрос о том, как возникает шаровая молния, дали лишь 150 человек. В ответах на вторую анкету мы получили подробное описание почти всех этих событий.[ ...]

Не вызывает сомнения, что происхождение шаровой молнии в большинстве случаев тесно связано с разрядом линейной молнии. Относительно первого вопроса практически нет сомнения в том, что по крайней мере в тех случаях, когда рождение шаровой молнии сопровождается разрядом линейной молнии, энергия подводится к ней через канал линейной молнии, а затем согласно кластерной гипотезе запасается в форме энергии ионизации кластерных ионов. Полагая, что разность потенциалов между облаком и землей может достигать 108 В, а заряд, переносимый разрядом молнии, 20-30 К , находим, что энергия, выделяемая в разряде линейной молнии, составляет (2ч-3) 109 Дж. При средней длине канала 3-5 км энергия на единицу длины составляет около 5-105 Дж/м. Во время заряда эта энергия распределяется вдоль канала и может положить начало возникновению шаровой молнии. В некоторых случаях она может быть передана по проводникам на значительное расстояние от места удара линейной молнии.[ ...]

Наиболее вероятным местом возникновения шаровой молнии является, по нашему мнению, корона разряда линейной молнии. Как и всякий проводник, находящийся под высоким потенциалом, канал линейной молнии окружен коронным разрядом, занимающим широкую область (порядка 1 м в диаметре), в которой во время разряда образуется большое количество ионов. Температура этой области во много раз ниже температуры канала молнии и едва ли превышает, особенно в ее периферических частях, несколько сотен градусов. В таких условиях: ионы легко могут покрыться гидратными оболочками, превратившись в ионные гидраты или другие кластерные ионы. Мы видим, что как размеры, так и температурные условия, существующие в короне, значительно лучше подходят для образования шаровой молнии, чем условия, характерные для токонесущего канала разряда.[ ...]

В письме В. В. Мошарова сообщается о том, что шаровая молния возникла после удара линейной молнии в антенну телевизора.[ ...]

Итак, разрядные токи, появившиеся при взрыве шаровой молнии, текли и на значительном расстоянии от места взрыва. Свалить эти последствия на разряд линейной молнии в данном случае совершенно невозможно, так как гроза в это время уже кончилась. Появление сильных импульсов тока может приводить и к оплавлению металлов, следовательно, эти токи могут, хотя бы частично, быть ответственны за оплавления, вызываемые шаровой молнией. Конечно, энергия, потраченная на плавление, не заключена в самой шаровой молнии, и это может объяснить большой разброс тепловыделения.[ ...]

Заметим, что согласно последнему наблюдению шаровая молния возникла хотя и вблизи дерева, в которое ударила линейная молния, но все же несколько в стороне, в двух метрах от него.[ ...]

Для защиты воздушных линий от повреждения прямым ударом молнии применяют линейные трубчатые разрядники, устанавливаемые на опорах на период грозового сезона. Разрядники осматривают при каждом очередном обходе линий, а особо тщательно после грозы.[ ...]

Второй аргумент заключается в том, что образование шаровой молнии занимает интервал времени в несколько секунд. Хотя шаровая молния и появляется вслед за разрядом линейной молнии, однако, судя по показаниям очевидцев, требуется некоторое время, чтобы она «разгорелась» или выросла в диаметре до стационарного размера или сформировалась в самостоятельное сферическое тело. Это время (1-2 с) приблизительно на порядок превосходит полную длительность существования канала линейной молнии (0,1-0,2 с) и более чем на два порядка больше времени распада канала (10 мс).[ ...]

Выше мы описывали главным образом случаи появления шаровой молнии из проводников во время близкого удара линейной молнии или, по крайней мере, когда возможность такого удара не исключалась. Возникает вопрос - может ли шаровая молния возникнуть и без предшествующего разряда линейной молнии. На основе -анализа ряда случаев можно с полной определенностью ответить на этот вопрос положительно. В качестве одного из примеров можно напомнить случай (№ 47), описанный в начале § 2.6, когда„шаровая молния появилась на клеммах аккумуляторной батареи. Приведем еще несколько примеров, в которых подробно описано возникновение шаровой молнии.[ ...]

Вернемся снова к вопросу об объективной частоте появлений шаровой молнии. Естественным масштабом для сравнения является частота появления линейных молний. В предварительный опрос, проведенный ЫАБА, были включены также вопросы о наблюдении четочной молнии и о месте попадания линейной молнии. В последнем вопросе имеют в виду наблюдение области диаметром около 3 м, расположенной там, где канал линейной молнии уходит в землю или в предметы, находящиеся на ней. Утвердительный ответ на этот вопрос означал, что наблюдатель видел это место достаточно отчетливо, чтобы иметь возможность заметить небольшой слабо светящийся шар около земли.[ ...]

Для этого класса фотографий характерно наличие вблизи следа обычной линейной молнии отдельного небольшого светящегося участка, явно образованного молнией и оставшегося как нечто, отделенное от основного разряда.[ ...]

И. П. Стаханов специально проводил анализ описания наблюдений шаровой молнии с точки зрения их возникновения. Им отобраны 67 случаев, когда был зафиксирован момент появления шаровой молнии. Из них в 31 случае шаровая молния возникла в непосредственной близости от канала линейной молнии, в 29 случаях она появлялась из металлических предметов и устройств - розеток, радиоприемников, антенн, телефонных аппаратов и т. д., в 7 случаях она загоралась в воздухе «из ничего».[ ...]

Молниевый канал, т.е. путь, по которому проскакивает искровой разряд, судя по фотографиям молний, сделанных специальными камерами, имеет диаметр от 0,1 до 0,4 м. Продолжительность разряда оценивается микросекундами. Наблюдения молнии, развивающейся за столь короткое время, не противоречат теории видимости в атмосфере, где время, необходимое для наблюдения, как было рассмотрено ранее, должно превышать 0,5 с. За микросекунды развития молнии очень яркая область молниевого канала оказывает столь сильное воздействие на зрительный аппарат человека, что за время, необходимое для реадаптации зрения, он успевает осмыслить происшедшее. Аналогичен этому зрительный эффект ослепления, скажем, фотовспышкой. По этой же причине линейная молния воспринимается нами как единый искровой разряд, реже - два, хотя, по данным специальных фотосъемок, она практически всегда состоит из 2-3 импульсов и более, до десятков.[ ...]

Проведенные исследования позволяют однозначно ответить на вопрос, существует ли вообще шаровая молния как физическое явление. В свое время была выдвинута гипотеза о том, что шаровая молния является оптической иллюзией. Эта гипотеза существует и в настоящее время (см., например, ). Суть этой гипотезы состоит в том, что сильная вспышка линейной молнии в результате фотохимических процессов может оставить след на сетчатке глаза наблюдателя, который сохраняется на ней в виде пятна в течение 2-10 с; это пятно и воспринимается как шаровая молния. Такое утверждение отвергается всеми авторами обзоров и монографий, посвященных шаровой молнии, которые предварительно обработали большое число наблюдений. Делается это по двум причинам. Во-первых, каждое из многочисленных наблюдений, используемых как довод в пользу существования шаровой молнии, в процессе ее наблюдения включает в себя много деталей, которые не могли возникнуть в мозгу наблюдателя в качестве последействия вспышки шаровой молнии. Во-вторых, имеется ряд надежных фотографий шаровой молнии, и это объективно доказывает ее существование. Таким образом, на основе совокупности данных по наблюдению шаровой молнии и их анализу можно с полной уверенностью утверждать, что шаровая молния - это реальное явление.[ ...]

При постановке своих экспериментов Андрианов и Синицын исходили из предположения, что шаровая молния возникает как вторичный эффект линейной молнии из испарившегося после ее действия материала. Для моделирования такого явления авторы использовали так называемый эррозиопный разряд - импульсный разряд, который создает плазму из испаряющегося материала. Запасенная энергия в условиях эксперимента составляла 5 кДж, разность потенциалов 12 кВ, емкость разряжаемого конденсатора 80 мкФ. Разряд направлялся на диэлектрический материал, максимальный разрядный ток составлял 12 кА. Область разряда вначале отделялась от нормальной атмосферы тонкой мембраной, которая разрывалась при включении разряда, так что эрро-зионная плазма выбрасывалась в атмосферу. Движущаяся светящаяся область принимала сферическую или тороидальную форму, причем видимое излучение плазмы наблюдалось в течение времени порядка 0,01 с, а вообще свечение плазмы фиксировалось не более 0,4 с. Эти эксперименты лишний раз показывают, что время жизни плазменных образований в атмосферном воздухе существенно меньше наблюдаемого времени жизпи шаровой молнии.[ ...]

На рис. 2.4 приведена фотография из , особенности изображения на которой близки к описанным характеристикам четочной молнии. Прерывистое свечение, как сообщалось, наблюдалось вместе с обычной линейной молнией. Как видно, след четочной молнии в отличие от обычных разрядов молнии не ветвится. Эта особенность, совершенно несвойственная следу обычной молнии, по наблюдениям очевидцев, является отличительной чертой четочной молнии. Однако происхождение этого особого следа на рис. 2.4 стоит под вопросом, поскольку в верхней части фотографии имеется часть следа, повторяющая только что описанный след (его форма явно совпадает с формой основного изображения четочной молнии). Невероятно, чтобы два или более разряда приобрели столь близкие формы под действием атмосферных электрических полей и далеко отстоящих друг от друга пространственных зарядов. Таким образом, фотография рис. 2.4 является сомнительной. Она связана, видимо, с движением камеры, а не представляет собой истинный след четочной молнии.[ ...]

Вблизи земли найти эту воду не представляет никакого труда. Она может содержаться в воздухе и на поверхности земли, на листьях в виде росы и на других предметах. За время разряда молнии (0,1-0,2 с) она испаряется и может заполнить значительный объем. В воздухе (в частности, в облаках) вода распределена в виде капель и паров. Поскольку вещество шаровой молнии обладает поверхностным натяжением, оно будет иметь тенденцию собираться в одном месте подобно растянутой упругой пленке. Поэтому можно думать, что ионы, из которых состоит шаровая молния, образуются и одеваются в гидратные оболочки в довольно большом объеме, во много раз превышающем объем самой шаровой молнии, и лишь после этого сжимаются и объединяются в одно тело. На это указывают и очевидцы (см. гл. 2). Напомним, что один из них, в частности, говорит, что после удара линейной молнии во вспаханное поле по его поверхности побежали «огоньки», которые собрались затем в один шар, оторвавшийся от земли и поплывший по воздуху (см. № 67).

Виды молний

a) Большинство молний возникает между тучей и земной поверхностью, однако, есть молнии, возникающие между тучами. Все эти молнии принято называть линейными. Длина отдельной линейной молнии может измеряться километрами.

  • б) Еще одним видом молний является ленточная молния. При этом следующая картина, как если бы возникли несколько почти одинаковых линейных молний, сдвинутых относительно друг друга.
  • в) Было замечено, что в некоторых случаях вспышка молний распадается на отдельные святящиеся участки длиной в несколько десятков метров. Это явление получило название четочной молнии. Согласно Малану (1961) такой вид молний объясняется на основе затяжного разряда, после свечения которого, казалось бы, более ярким в том месте, где канал изгибается в направлении наблюдателя, наблюдающего его концом к себе. А Юман (1962) считал, что это явление стоит рассматривать как пример "пинг-эффекта", который заключается в периодическом изменении радиуса разрядного столба с периодом в несколько микросекунд.
  • г) Шаровая молния, которая является наиболее загадочным природным явлением.

Физика линейной молнии

Линейная молния представляет собой несколько импульсов, быстро следующих друг за другом. Каждый импульс - это пробой воздушного промежутка между тучей и землей, происходящий в виде искрового разряда. Вначале рассмотрим первый импульс. В его развитии есть две стадии: сначала образуется канал разряда между тучей и землей, а затем по образовавшемуся каналу быстро проходит импульс основного тока.

Первая стадия - образование канала разряда. Все начинается с того, что в нижней части тучи формируется электрическое поле очень большой напряженности - 105...106 В/м.

Свободные электроны получают в таком поле огромные ускорения. Эти ускорения направлены вниз, поскольку нижняя часть тучи заряжена отрицательно, а поверхность земли положительно. На пути от первого столкновения к другому, электроны приобретают значительную кинетическую энергию. Поэтому, сталкиваясь с атомами или молекулами, они ионизируют их. В результате рождаются новые (вторичные) электроны, которые, в свою очередь, ускоряются в поле тучи и затем в столкновениях ионизуют новые атомы и молекулы. Возникают целые лавины быстрых электронов, образующие у самого «дна» тучи, плазменные «нити» - стример.

Сливаясь друг с другом, стримеры дают начало плазменному каналу, по которому впоследствии пройдет импульс основного тока.

Этот развивающийся от «дна» тучи к поверхности земли плазменный канал наполнен свободными электронами и ионами, и поэтому может хорошо проводить электрический ток. Его называют лидером или точнее ступенчатым лидером. Дело в том, что канал формируется не плавно, а скачками - «ступенями».

Почему в движении лидера наступают паузы и притом относительно регулярные - точно неизвестно. Существует несколько теорий ступенчатых лидеров.

В 1938 году Шонланд выдвинул два возможных объяснения задержки, которая вызывает ступенчатый характер лидера. Согласно одному из них, должно происходить движение электронов вниз по каналу ведущего стримера (пилота). Однако часть электронов захватывается атомами и положительно заряженными ионами, так что требуется некоторое время для поступления новых продвигающихся электронов, прежде чем возникнет градиент потенциала, достаточный для того, чтобы ток продолжался. Согласно другой точке зрения, время требуется для того, чтобы положительно заряженные ионы скопились под головкой канала лидера и, таким образом, создали на ней достаточный градиент потенциала. А вот физические процессы, происходящие вблизи головки лидера, вполне понятны. Напряженность поля под тучей достаточно велика - она составляетB/м; в области пространства непосредственно перед головкой лидера она еще больше. В сильном электрическом поле вблизи головки лидера происходит интенсивная ионизация атомов и молекул воздуха. Она происходит за счет, во-первых, бомбардировки атомов и молекул быстрыми электронами, вылетающими из лидера (так называемая ударная ионизация), и, во-вторых, поглощение атомами и молекулами фотонов ультрафиолетового излучения, испускаемого лидером (фотоионизация). Вследствие интенсивной ионизации, встречающихся на пути лидера атомов и молекул воздуха плазменный канал растет, лидер движется к поверхности земли.

С учетом остановок по пути лидеру, чтобы достигнуть земли, потребовалось 10…20 мс при расстоянии 1 км между тучей и земной поверхностью. Теперь тучу соединяет с землей плазменный канал, прекрасно проводящий ток. Канал ионизированного газа как бы замкнул тучу с землей накоротко. На этом первая стадия развития начального импульса заканчивается.

Вторая стадия протекает быстро и мощно. По проложенному лидером пути устремляется основной ток. Импульс тока длится примерно 0,1мс. Сила тока достигает значений порядка А. Выделяется значительное количество энергии (до Дж). Температура газа в канале достигает. Именно в этот момент рождается тот необычайно яркий свет, который мы наблюдаем при разряде молнии, и возникает гром, вызванный внезапным расширением внезапно нагретого газа.

Существенно, что и свечение, и разогрев плазменного канала развиваются в направлении от земли к туче, т.е. снизу вверх. Для объяснения этого явления разобьем условно весь канал на несколько частей. Как только канал образовался (головка лидера достигла земли), вниз соскакивают, прежде всего, электроны, которые находились в самой нижней его части; поэтому нижняя часть канала первой начинает светиться и разогреваться. Затем к земле устремляются электроны из следующей (более высоко находящейся части канала); начинаются свечение, и разогрев этой части. И так постепенно - от низа до верха - в движение к земле включаются все новые и новые электроны; в результате свечение и разогрев канала распространяются в направлении снизу вверх. После того, как прошел импульс основного тока, наступает пауза длительностью от 10 до 50мс. За это время канал практически гаснет, его температура падает примерно до, степень ионизации канала, существенно уменьшается.

Если между последующими ударами молнии пройдет больше времени, чем обычно, то степень ионизации может быть настолько низкой, особенно в нижней части канала, что возникает необходимость в новом пилоте для повторной ионизации воздуха. Это объясняет отдельные случаи образования ступеней на нижних концах лидеров, предшествующих не первому, а последующим главным ударам молнии