Электрические явления — РОСТОВСКИЙ ЦЕНТР ПОМОЩИ ДЕТЯМ № 7
| ГРОЗА Всем знакома такая картина: в жаркий летний день, во второй половине дня, вдруг свинцом наливаются тучи, темнеет небо, неожиданно налетает шквалистый ветер, сверкает молния, гремит гром и вслед за первыми крупными каплями дождя начинается сильнейший ливень, иногда с градом. Конечно, это гроза — самое мощное и яркое проявление атмосферного электричества. Грозы чаще возникают в горах и реже на равнинах. Подсчитано, что за секунду
на земном шаре происходит 1800 гроз и сверкает 100 молний. Начинается гроза с
образования большого кучево-дождевого облака, которое быстро увеличивается. Его
ширина в нижней части и высота могут превышать 10 км. Нижняя часть такого облака
обычно плоская, и верхняя, достигая стратосферы, тоже сплющивается, что придаёт
облаку форму наковальни — прим. Электрические заряды разного знака могут накапливаться в двух соседних
облаках или между облаками и земной поверхностью. Молния чертит на небе
извилистую ослепительную линию — канал молнии. Это происходит потому, что в
атмосфере разряд находит путь наименьшего сопротивления, где плотность ионов
максимальна. Температура в канале молнии 20 000—30 000 °С, а продолжительность
молнии — десятые доли секунды. В воздушной среде вспышка молнии распространяется
со скоростью света, поэтому мы видим её мгновенно. Воздух в канале молнии быстро
нагревается, расширяется и производит взрывную волну — гром. Если молния и гром
происходят почти одновременно, то гроза близко, а если молния на несколько
секунд опережает гром, то гроза находится на отдалённом расстоянии — прим. Когда гроза происходит так далеко, что грома не слышно, а облака на горизонте освещаются невидимыми молниями, мы наблюдаем зарницы. ШАРОВАЯ МОЛНИЯ Шаровая молния — загадочное явление в атмосфере. Ослепительный огненный шар диаметром в десятки сантиметров появляется внезапно после грозы и тихо плывёт над землёй в потоках воздуха. Шаровая молния бывает грушевидной и каплеобразной формы, но энергетически ей выгоднее существовать в форме шара. Этот лёгкий, свободно блуждающий заряд может «сесть» на какую-нибудь поверхность и скользить по ней без затрат энергии. Многие наблюдатели отмечают, что шаровая молния стремится проникнуть в закрытые помещения, залетая туда через форточки и просачиваясь через щели. При этом она способна временно принять форму лепёшки или тонкой нити, а затем снова превращается в шар. Сталкиваясь с каким-либо предметом, шаровая молния иногда взрывается — прим. При встрече с шаровой молнией надо стоять или сидеть неподвижно, а если она приблизится, то можно энергично подуть на неё, но лучше всего осторожно выйти из комнаты и не пытаться выгнать шаровую молнию веником или чем-нибудь другим — её поведение в этом случае непредсказуемо. ОГНИ СВЯТОГО ЭЛЬМА Если напряженность электрического поля в атмосфере велика, то помимо искровых разрядов — молний — иногда наблюдается истечение электричества с концов острых предметов. Это явление объясняется тем, что воздух вблизи выдающихся предметов становится проводником электричества и на их острых концах появляется свечение. Эти «тихие» разряды иногда сопровождаются слабым треском и называются огнями святого Эльма — покровителя моряков. Особенно красиво, когда огни святого Эльма возникают на концах мачт и рей
парусного судна. | Услуги специалиста |
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
Правила поведения во время грозы. Что делать во время грозы.
Существуют различные стихийные бедствия, которые по-разному выражаются. Бывают также всякие атмосферные явления, которые могут быть не менее опасными. Каждый раз во время непогоды страдает большое количество людей. Причем есть случаи смерти по неосторожности. Чаще всего несчастье происходит из-за того, что люди не всегда соблюдают правила поведения во время грозы. Здесь вы узнаете, как не попасть в беду, где бы вы ни находились. Что такое гроза? Это природное явление характеризуется очень сильными разрядами электричества в зоне кучево-дождевых облаков. При этом молния сопровождается очень сильными громовыми звуками. Нередки также случаи, когда вместе с грозой наблюдается очень сильный ветер, который способен резко увеличивать свою скорость.
Иногда появляется смерч. Так как молния может спровоцировать пожар, нарушение работы электролиний, травму человека, то необходимо знать правила поведения во время грозы. При этом важно, где именно вы находитесь во время стихии. Учтите, что высокая температура молнии во время удара может убить. Те, кто остались в живых после такой беды, получили серьезные ожоги и травмы. Некоторые пострадавшие не смогли оправиться от потрясения.
Как узнать, что надвигается ненастье? Перед тем как выяснить правила поведения во время грозы, нужно узнать, как определить ее появление. Итак, существуют такие предвестники ненастья: 1. Высокая влажность воздуха, которую можно заметить по долго высыхающей росе. 2. Низко летающие птицы (ласточки) и насекомые. 3. Медленное падение атмосферного давления. Причем снижение может происходить рывками. 4. Облачность с утра, если перед этим в ночное время вы заметили мерцание звезд. 5. Если вы чувствуете, что на улице стало слишком душно, значит, скоро нагрянет гроза.
Особенности расчета приближения грозы.
В какое дерево чаще всего попадает молния? У вас есть возможность узнать, насколько близко возле вас сверкает молния. Это даст вам фору, и вы сможете быстро спрятаться от непогоды. Рассчитать приближение грозы просто. Нужно посчитать время между громовым раскатом и вспышкой молнии. Чем больше секунд пройдет между этими явлениями, тем дальше гроза от вас. Учтите, что за одну секунду звук проходит один километр. То есть чем больше секунд между молнией и звуковым грохотом, тем дальше от вас эпицентр грозы. Это значит, что у вас еще есть время, чтобы найти убежище. Правила поведения во время грозы помогут вам уберечь себя от травм, и даже смерти. Что касается попаданий в дерево, то чаще всего удар принимает дуб (более чем в 50-ти случаях из 100). Самой безопасной в случае грома и молнии является береза, а также орешник, клен и лавровое дерево. Однако это не значит, что нужно прятаться под деревом.
Что делать, если во время грозы вы находитесь на открытой местности? Теперь разберемся в том, как вести себя, если вы не успели добежать домой: 1.
Прежде всего, не нужно бежать под дерево или навес. Палатка из материала тоже вас не спасет. 2. Если строений поблизости никаких нет, то старайтесь найти углубление в земле. При этом желательно пригнуться, ноги собрать вместе. Снимите с себя все изделия, сделанные из металла. Учтите, что ложиться нельзя и взбираться на высокие холмы тоже не стоит. 3. Не собирайтесь в группы по нескольку человек. Лучше держаться обособленно. 4. Если вы услышали, что от близлежащих предметов исходит стойкий гул, или почувствовали, что волосы на голове начали подниматься, срочно смените местоположение. 5. Ни в коем случае не держите в руках металлические предметы. 6. Если гроза застигла вас на рыбалке, то постарайтесь отойти от воды как можно дальше. Дело в том, что если молния попадает в водоем, она может убить вас даже на расстоянии нескольких километров. 7. Также нежелательно находиться возле костра во время грозы. Прогретый воздух лучше привлекает молнию. 8. Если вы находитесь возле линии электропередач, немедленно убегайте отсюда.
9. Если началась гроза, дерево – это не лучший предмет для того, чтобы спрятаться.
Если вы находитесь в доме.Теперь нужно узнать, что делать во время грозы, если она застала вас в здании. Учтите, что даже если вы дома, то чтобы обезопасить себя от удара молнии, нужно тоже соблюдать некоторые правила: 1. Постарайтесь не подходить к окнам или включать бытовую технику. Отойдите от сантехнических труб или других инженерных систем. 2. Отключите телевизор или другие приборы из розетки. Перепад напряжения может вывести их из строя. 3. В доме должны быть закрыты все двери, окна, дымоход. Учтите, что сквозняк может спровоцировать попадание шаровой молнии, поэтому устраните его. 4. Топить печку во время грозы нельзя. 5. Если шаровая молния все-таки показалась в доме, старайтесь как можно быстрее отойти от нее.
Что делать, если вы едете на транспорте? Гроза — это серьезное атмосферное явление, и надеяться на удачу здесь не приходится, особенно если вы едете на машине, велосипеде или мотоцикле.
Если вы находитесь в транспорте, то придерживайтесь таких правил поведения: 1. Остановите автомобиль. При этом он не должен стоять возле высоких строений, линий передачи электричества. Не следует выходить из машины. При этом старайтесь не прикасаться к металлической панели или другим частям транспортного средства. Плотно закройте окна, выключите радио. Если у вас есть прицеп с жесткой крышей, вы можете спрятаться в нем. 2. Где бы вы ни находились, не следует звонить по телефону. Мобильный аппарат лучше всего вообще отключить. 3. Если вы ехали на велосипеде или мотоцикле, то постарайтесь как можно быстрее остановиться и отойти от транспорта не менее чем на 30 метров. 4. Не стоит пытаться убежать от шаровой молнии, если она летает рядом. Этим вы только приблизите ее к себе. Если случилось так, что кто-то из ваших близких оказался, поражен молнией, то нужно немедленно вызвать скорую помощь. Сами вы обязаны сделать непрямой массаж сердца и искусственное дыхание. Во время непогоды старайтесь не нервничать.
Это только помешает вам вспомнить указанные правила и сделать все правильно. Старайтесь быть спокойными и сосредоточенными. Безопасное поведение во время грозы помогает спасти жизнь и обойтись без травм. Будьте здоровы!
Детский сад общеразвивающего вида «Колобок»
Часто весной и летом бывают грозы — красивое, но опасное явление природы. Дети боятся грозы, их пугает вспышка молний и грохот грома. Им интересно узнать, что такое гроза, какие бывают молнии, почему сначала мы видим молнию, а потом слышим гром.
Чтобы гроза не казалась такой страшной, расскажите о ней подробнее. Знакомое явление уже не так пугает. Объясните детям, как нужно себя вести во время грозы, о мерах безопасности. Прочитайте стихи о грозе, отгадайте загадки, чтобы это явление природы стало более понятным.
Дети должны иметь элементарные знания о природных явлениях, с которыми мы сталкиваемся часто: дождь, гроза, радуга, солнце, ветер, листопад.
В теплое время года часто бывают грозы, которые сопровождаются молниями.
Гроза — красивое, но очень опасное явление природы. Раньше люди не могли объяснить природу грозы. Они считали, что боги гневаются на людей и посылают «огненные стрелы» на землю.
Сейчас людям известно, что гроза — физическое явление. Возникают они от того, что в одном месте воздух сильно нагревается, в другом — сильно охлаждается. И там, где встречается теплый и влажный воздух с сухим и холодным, образуется грозовая туча. В них возникают электрические разряды — молнии.
Ученые М. В. Ломоносов и Г. В. Рихман доказали электрическую природу грозы.
Грозы образуются в кучевых дождевых облаках. Во время грозы идет дождь и дует сильный ветер.
Молнии — это электрический разряд, проявляется сильной вспышкой света и сопровождается громом. Длина молнии достигает 1-10 км, а температура внутри ее канала — до 30000 градусов. Она сильно нагревает воздух. Он расширяется и с грохотом преодолевает звуковой барьер. Гремит гром.
Вспышки молнии распространяются со скоростью света.
Мы ее видим сразу, а потом слышим грохот грома. За 3 секунды звук преодолевает примерно 1 км. Если гром гремит сразу после вспышки молнии, значит, гроза совсем рядом. А если вспышка молнии опережает гром, то гроза — на расстоянии. Чем дальше гроза, тем дольше не слышно грома. Свет распространяется быстрее, чем звук.
Молнии бывают разные:
линейные
наземные
шаровые.
Молнии способны намагничивать металлические предметы, менять направление компаса. Часто по этой причине корабли терпели крушение.
В городе есть громоотводы — металлические стержни, по которым молния уходит в землю.
Молнии очень опасны. Если они попадут в человека или животное, то способны привести к смерти.
Ребенок боится грозы. Что делать?
Гроза всегда пугает детей. Дети боятся ярких вспышек молнии и грохот грома. Возможно, дети уже слышали, что гроза очень опасна и может нанести вред человеку.
Родители с пониманием должны отнестись к страхам малыша перед грозой, не высмеивать его.
Рассказать о грозе простым языком, понятным ребенку.
Что делать, чтобы ребенку не было страшно во время грозы?
Во-первых, нужно обязательно остаться дома, если вы видите, что приближается гроза.
Во-вторых, отвлеките малыша чем-нибудь интересным. Можно поиграть в игры с воздушными шарами, похлопать в ладоши, показать, как гремит гром, постучать крышкой от кастрюли.
Отгадайте загадки с малышом про грозу, прочитайте ему стихотворение, расскажите сказку. Можно вместе сочинить новую сказку про грозу, не страшную.
Не стоит обманывать ребенка, что гроза совсем не опасна.
Как вести себя в грозу
Обычно пугает неизвестное явление. Если ребенок боится грозы, нужно ему рассказать о ней и о том, какие есть меры безопасности. Понаблюдайте, как можно определить приближение грозы.
Признаки приближающейся грозы
- Появление темных кучевых облаков;
- понижение температуры воздуха;
- становится очень душно, безветренно;
- слышны далекие звуки;
- приближаются раскаты грома.
Меры безопасности во время грозы
Если гроза застала вас дома
Закрыть все окна и двери
отключить все электроприборы, отключить антенну от телевизора,
не прикасаться к металлическим предметам, они проводят электрический ток.
Отключить мобильные телефоны.
Если через окно или дверь влетела шаровая молния, не двигайтесь, не трогайте ее руками, сидите спокойно.
Если во время грозы вы оказались на улице
Постарайтесь войти в какое-то здание — магазин, подъезд дома, не оставайтесь на улице.
Если такой возможности нет, держитесь подальше от высоких деревьев, линий электропередач, остановок. Если вы едите на велосипеде, покиньте его, спрячьтесь.
Если вы в машине, то нужно остановиться, закрыть все окна и оставаться в машине, отключить радио.
Во время грозы нельзя купаться в реке, море. Нужно выйти на берег. Если вы в лодке, старайтесь отплыть к берегу, если не получается, лягте на дно лодки.
Гроза застала вас в лесу — не прячьтесь под одиночными деревьями.
Молния всегда ищет ближайшую высокую точку. Нельзя находиться в палатке во время грозы, т. к. молния может ударить в металлическую конструкцию.
Найдите невысокие кусты, деревья и укройтесь на время.
В поле — найти низкое место, лечь, снять все металлические предметы с себя и отключить мобильник.
Об этих важных мерах предосторожности не стоит никогда забывать. И учите своих детей мерам безопасности
Интересные факты о грозе
Гроза — природное явление, при котором образуется электрический разряд.
- Одновременно на земном шаре наблюдается около 1500 гроз, а молний около 100 в секунду.
- Чаще грозы бывают в тропиках. В Арктике и Антарктиде их почти нет.
- Сначала появляется вспышка света. Потом гремит гром. Скорость света 300000 м/с а скорость звука — 340 м/с.
- Энергию грозы сравнивают с энергией атомной бомбы.
- Длина молнии может достигать до 20 км
Стихи про грозу для детей
Читаем стихи про грозу детям, чтобы побольше узнать об этом природном явлении.
Ах, гроза-егоза. Молний рыжие глаза. Дождь не брит и колюч. Бородой торчит из туч. И. Царев
Не боюсь я грома, Пусть гремит сильней. Ведь сейчас я дома, С мамочкой моей. Молнии, сверкая, Мне слепят глаза. Но за чашкой чая Не страшна гроза! Л. Громова
*** Погулять гроза решила, Гром с цепи она спустила. Гром гремит, гремит, гремит. Стрелка молнии блестит. Дождь летит вниз головой И стучит по мостовой. А за тучей. А за тучей Прячет солнца желтый лучик. Гонят прочь грозу все дети, Пусть ромашкой солнце светит. Т. Керстен
| В тучках прячется гроза, Злится, будто бы коза. Только рожки у нее. Молний острое копье. А. Тесленко
Гроза В небе гром, гроза. Закрывай глаза. Дождь прошел, Трава блестит, В небе радуга горит.
|
Загадки про грозу
(для дошкольников 5-7 лет)
Некоторые грозу боятся, другие любуются красивым явлением. Чтобы еще интереснее было детям, отгадайте с ними загадки про грозу.
Нашумела, нагремела, Все полила и ушла. И сады, и огороды Всей округи полила. ( Гроза)
Рассыпала Лукерья В небе огненные перья. ( Гроза)
Огнекосая Девица. На Девицу — мир дивится. Небо вышив строчкою — Катит гулкой бочкою. ( Молния)
Потемнело небо, Тучами покрылось, Будто колесница В небе покатилась. Муравьишки скрылись, Гром гремит, пугает. Дождь ручьями льется, Молния сверкает. Спрятались под крышу Воробьи-зазнайки, Что с природой стало. Дети. Отгадайте… ( Гроза)
Загремит, бабахнет. Расшумится, стукнет, бухнет. Расстарается. Как может, Тучка удивится тоже. ( Гроза) | Раскаленная стрела Дуб спалила у села. ( Молния)
Загремел на небе гром, Сотрясается весь дом. Я зажмурила глаза, Что на улице? ( Гроза)
Веселые тучки Резвились, шутили — Не вовремя тучки Меня разбудили. Я очень устал И вставать не хочу, На них рассердился, Теперь грохочу. ( Гром)
Сперва — блеск. За блеском — треск, За треском — блеск. ( гроза)
Вот по небу мчится конь — Из-под ног летит огонь. Конь копытом бьет могучим. И раскалывает тучи. Так он тяжело бежит, Что внизу земля дрожит. ( Гроза)
|
Под понятием гроза дети понимают гром и молнию. Объясните каждое понятие ребенку.
Гром — это звук электрического разряда в небе.
Его нельзя увидеть, но можно услышать. Чем ближе звук, тем ближе эпицентр грозы.
Его никто не видит.
Но все слышат.
А его подругу никто не слышит,
Но все видят.
(Гром)
Молния — это разряд электричества, который разрывает тучу на части. Яркий свет вспышки, который виден издалека за много километров.
Очень яркая стрела
Свалила липу у села.
(Молния)
С детьми можно посмотреть мультфильмы про грозу и другие природные явления:
«Котенок по имени Гав. Гроза»
«Грибной дождь»
«Земляничный дождик»
«Истории облачка Оли».
Вывод:
Гроза — красивое природное явление, но очень опасное. Заметив приближение грозы, примете все меры предосторожности и научите детей.
Вот так просто и интересно можно рассказать детям про грозу.
что об этом нужно знать
В теплое время года довольно часто бывают грозы ‑ впечатляющие природные явления, тем не менее, вызывающие не только любопытство, но и страх.
Во время грозы между облаками и Землей возникают электрические разряды, которые хорошо видно и слышно: молния наблюдается в виде ветвящихся светящихся линий, пронизывающих небо, а несколько позже мы слышим раскатистый звук грома. При этом, как правило, наблюдается ливневый дождь, сопровождающийся шквальным ветром и градом. Гроза является одним из наиболее опасных атмосферных явлений: только наводнения связаны с большим, чем у гроз количеством человеческих жертв. Интерес к изучению природного электричества возник еще в давние времена. Первым, кто исследовал электрическую природу молнии, был Бенджамин Франклин – американский политический деятель, но вместе с тем ученый и изобретатель. Именно он еще в 1752 году предложил первый проект молниеотвода. Давайте попробуем разобраться, какую опасность несет гроза, и что нужно знать и делать, чтобы себя обезопасить.
Одновременно на Земле действует около полутора тысяч гроз, средняя интенсивность разрядов оценивается как 100 молний в секунду или свыше 8 миллионов в день.
По поверхности планеты грозы распределяются неравномерно. Над океаном гроз наблюдается приблизительно в десять раз меньше, чем над континентами. В тропической и экваториальной зоне (от 30° северной широты до 30° южной широты) сосредоточено около 78 % всех молниевых разрядов. Максимум грозовой активности приходится на Центральную Африку. В полярных районах Арктики и Антарктики и над полюсами гроз практически не бывает. Интенсивность гроз следует за солнцем: максимум гроз приходится на лето (в средних широтах) и дневные послеполуденные часы. Минимум зарегистрированных гроз приходится на время перед восходом солнца. На грозы влияют также географические особенности местности: сильные грозовые центры находятся в горных районах Гималаев и Кордильер.
Во время грозы между тучами и Землей возникает огромное напряжение, достигающее значения в 1000000000 В. При таком напряжении воздух ионизируется, превращаясь в плазму, и возникает гигантский электрический разряд с силой тока до 300000 А. Температура плазмы в молнии превышает 10000 °С.
Молния проявляется яркой вспышкой света и ударной звуковой волной, которую несколько позднее слышно в качестве грома. Опасна молния еще и тем, что она может ударить совершенно неожиданно, и ее путь может быть непредсказуем. Однако расстояние до грозового фронта и скорость его приближения или удаления можно легко определить при помощи секундомера. Для этого необходимо засечь время между вспышкой света молнии и раскатом грома. Скорость звука в воздухе составляет примерно 340 м/с, поэтому, если вы услышали гром через 10 с после вспышки света, то до грозового фронта примерно 3,4 км. Измеряя таким образом время между вспышкой света и громом, а также время между разными ударами молнии, можно определить не только расстояние до них, но и скорость приближения или удаления грозового фронта:
где – скорость звука, – время между вспышкой света и громом первой молнии, – время между вспышкой света и громом второй молнии, – время между молниями. Если значение скорости получится положительным, то грозовой фронт приближается, а если отрицательным – удаляется.
При этом необходимо учитывать, что направление ветра не всегда совпадает с направлением движения грозы.
Если все-таки вы попали в грозу, то следует соблюдать ряд простых правил, чтобы себя обезопасить:
Во-первых, во время грозы желательно избегать открытой местности. Молния с большей вероятностью бьет в самую высокую точку, одинокий человек в поле – это и есть та самая точка. Если Вы по какой-то причине остались в поле один на один с грозой, спрячьтесь в любом возможном углублении: канавке, ложбинке или самом низком месте поля, сядьте на корточки и пригните голову. При этом следует помнить, что песчаная и каменная почвы имеют меньшую электропроводность, а значит, они безопаснее, чем глинистая. Не следует прятаться под отдельно стоящими деревьями, так как они в первую очередь подвержены ударам молнии. А если вы находитесь в лесу, то лучше всего прятаться под низкорослыми деревьями с густой кроной.
Во-вторых, во время грозы избегайте воды, так как природная вода – хороший проводник тока.
Удар молнии распространяется вокруг водоема в радиусе около 100 метров. Нередко она бьет в берега. Поэтому во время грозы необходимо подальше отойти от берега, при этом нельзя купаться и ловить рыбу. Кроме того, при грозе желательно избавиться от металлических предметов. Часы, цепочки и даже раскрытый над головой зонтик – потенциальные цели удара. Известны случаи удара молнии по находящейся в кармане связке ключей.
В-третьих, если гроза застала Вас в машине, то она достаточно хорошо защищает от молнии, так как даже при ударе молнии разряд идет по поверхности металла. Поэтому закройте окна, отключите радиоприёмник и GPS-навигатор. Не следует дотрагиваться до любых металлических деталей автомобиля. Очень опасно во время грозы разговаривать по мобильному телефону. Лучше всего во время грозы его тоже выключить. Были случаи, когда входящий звонок становился причиной попадания молнии. Велосипед и мотоцикл в отличие от машины от грозы вас не спасут. Необходимо слезть, уложить транспорт на землю и отойти на расстояние примерно 30 м от него.
В природе существуют разные виды молний: линейные (наземные, внутриоблачные, молнии в верхней атмосфере) и шаровые молнии – светящиеся плавающие в воздухе образования, уникально редкое природное явление. Если природа линейной молнии ясна и ее поведение более предсказуемо, то природа шаровой молнии до сих пор хранит в себе множество тайн. Несмотря на то, что вероятность поражения человека шаровой молнией мала, тем не менее, она представляет серьезную опасность, так как не существует надежных методов и правил защиты от нее.
Поведение шаровой молнии непредсказуемо. Она может неожиданно появляться где угодно, в том числе в закрытых помещениях. Отмечены случаи появления шаровой молнии из телефонной трубки, электрической бритвы, выключателя, розетки, репродуктора. Достаточно часто она проникает в здания через трубы, открытые окна и двери. Известны случаи, когда шаровая молния проникала в помещение через узкие щели и даже замочную скважину. Размеры шаровой молнии могут быть различными: от нескольких сантиметров до нескольких метров.
В большинстве случаев шаровая молния легко парит или катится над землей, иногда подскакивая, но может и зависнуть над поверхностью земли. Как утверждают очевидцы, шаровая молния реагирует на ветер, сквозняк, восходящие и нисходящие потоки воздуха. Но это не всегда так: известны случаи, кода шаровая молния никак не реагировала на потоки воздуха.
Шаровая молния может внезапно появиться и так же внезапно исчезнуть, не нанеся вреда человеку или помещению. Например, может залететь в окно и вылететь из помещения через открытую дверь или дымовую трубу, пролетев мимо Вас. При этом следует знать, что всякий контакт с человеком приводит к тяжелым травмам, ожогам, а в большинстве случаев к смертельному исходу. Поэтому, если вы увидели шаровую молнию, безопаснее всего удалиться от нее на максимально возможное расстояние.
Кроме того шаровая молния часто взрывается. Возникающая при этом ударная воздушная волна может травмировать человека или привести к разрушениям. Например, известны случаи взрывов молний в печках, дымоходах, что привело к серьезным разрушениям.
Температура внутри шаровой молнии достигает 5000 °С, поэтому она может стать причиной пожара. Статистика поведения шаровой молнии говорит о том, что в 80% случаев взрывы не были опасны, однако тяжелые последствия все-таки возникали в 10% взрывов.
По предложенному методу мы предлагаем вам рассчитать расстояние до грозового разряда и его скорость, если первый гром был слышен через 20 секунд после наблюдения первой молнии, а второй через 15 секунд после наблюдения второй молнии. Время между молниями составляет 1 минуту.
Автор: Матвеев К.В., методист ГМЦ ДО г. Москвы
Исследовательская работа «Красота и опасность – Гроза и молния»
Автор: Горбенко Алина Денисовна
Место работы/учебы (аффилиация): МБОУ «Симферопольская академическая гимназия», 3 класс
Научный руководитель: Остапюк Марина Александровна
Природа, которая нас окружает очень красивая, таинственная, неизвестная и не разгаданная. В природе существует очень много природных явлений и многие из них являются не только красивыми, но и опасными.
Одним из таких природных явлений является гроза.
Каждый из нас видел это явление, я думаю не один раз!!! Я очень люблю, когда начинается гроза. Укутавшись в плед и сев по удобнее возле окна в уютной комнате, я с восторгом и содроганием смотрю как свинцовые тучи затягивают небо. Сверкает молния, слышен раскат грома, потоки дождя падают на землю, деревья клонятся под сильным напором ветра.
В один из таких дней, я смотрела на дождь и ждала грозу и в моей голове, мелькнула мысль… Гроза! Это такое могучее, грозное, великолепное явление природы! И тогда я захотела узнать, а как появляется гроза?
Цель работы: Определить, что такое гроза и молния. Узнать какую пользу и вред данное природное явление несет для человечества.
Задачи работы:
- найти и изучить информацию из научных источников о молнии;
- узнать о разновидностях молнии;
- определить действие грозы на здоровье человека;
- обобщить полученные результаты;
- поделиться с одноклассниками своими открытиями.
Гипотеза работы: В качестве гипотезы выдвигается утверждение, что гроза-это сильный дождь с молнией и громом, а молния является не только загадочным и удивительным явлением природы, но и несет серьезную угрозу для жизни людей.
Методы исследования: изучение литературы, поиск информации в интернете, наблюдение, обобщение полученной информации.
В результате проведения исследовательской работы, я пришла к выводам, что:
- Гроза и молния это одно из самых опасных для человека явлений природы, связанных с погодой. Необходимо знать и выполнять правила безопасного поведения во время грозы, чтобы избежать угрозы для здоровья и жизни.
- Также я узнала последовательность признаков приближения грозы и благодаря проведенному опыту поняла принцип перехода заряженных частиц от одного тела к другому.
Как надо вести себя в грозу, находясь в квартире?
Даже находясь дома во время грозы, следует соблюдать правила безопасного поведения.
Сверкающие в небе молнии – это очень красивое природное явление, но вместе с тем и очень опасное. Особенно если наблюдать за ним на улице. Но даже находясь внутри дома или квартиры, важно соблюдать технику безопасности. Иначе любая оплошность может привести к несчастному случаю и даже смерти.
Итак, чего же не стоит делать, если за окном бушует гроза?
Открывать окна и балконные двери. Через них в комнату может влететь шаровая молния. Это очень опасное явление. Если вы все-таки заметили вблизи себя яркий шар, то старайтесь очень медленно, не делая резких движений, покинуть комнату.
Оставлять бытовые электрические приборы включенными в сеть.
Вас может ударить током. О своей безопасности следует позаботиться, едва только прогремели первые слабые раскаты грома и пошел дождь.
Разговаривать по сотовому телефону. Во-первых, сигнал может быть неустойчив и постоянно пропадать. А во-вторых, мобильник, в котором есть металлические детали может притянуть к себе разряд молнии.
Мыть посуду или купаться. Вода — отличный проводник электричества. Если молния попадет в ваш дом, вас может сильно ударить током.
Прикасаться к сантехнике, на которой есть металлические детали. Метал, как и вода, хорошо проводит электрический ток. И в результате удара молнии в дом, человек может серьезно пострадать.
странных, загадочных, озадачивающих и смертоносных
Примеры шаровой молнии — светящиеся электрические шары в небе — очаровывали и загадывали нас на протяжении веков. Причудливое явление, также известное как глобусная молния, обычно появляется во время грозы в виде парящей сферы, цвет которой может варьироваться от синего до оранжевого и желтого, и исчезает в течение нескольких секунд.
Иногда это сопровождается шипением и резким запахом.
Молния — это электрический разряд, вызванный положительным и отрицательным дисбалансом внутри самих облаков или между грозовыми облаками и землей.Вспышка молнии может нагреть воздух вокруг себя до температуры, в пять раз превышающей температуру поверхности солнца. Тепло заставляет окружающий воздух быстро расширяться и вибрировать, что создает гром.
Насколько реальна шаровая молния?Одно из первых зарегистрированных наблюдений шаровой молнии произошло в 1638 году, когда «большой огненный шар» прошел через окно английской церкви. Этот и другие ранние отчеты предполагают, что шаровая молния может быть смертельной.
По крайней мере, в одном исследовании была высказана теория, что около половины всех наблюдений шаровых молний — это галлюцинации, вызванные магнитными полями во время штормов.Тем не менее, ученые, похоже, согласны с тем, что шаровая молния реальна, даже если они еще не до конца понимают, что ее вызывает.
Исследователи из Ланьчжоу, Северо-Западного педагогического университета Китая, случайно зафиксировали событие шаровой молнии во время изучения грозы 2012 года с помощью видеокамер и спектрометров. Мяч появился сразу после удара молнии и пролетел горизонтально около 10 метров (33 фута). Спектрометр обнаружил в шаре кремний, железо и кальций, которые также присутствовали в местной почве.
Используя одну из самых быстрых камер в мире, исследователь National Geographic пытается запечатлеть рождение молнии. ПРИМЕЧАНИЕ РЕДАКТОРА: вместе со своим сыном Полом и охотником за штормами Карлом Янгом — его давними сотрудниками — исследователь National Geographic и охотник за штормами Тим Самарас погиб во время торнадо в Эль-Рино, штат Оклахома, 31 мая 2013 года.
Что вызывает мяч молния? Статья исследователей из Ланьчжоу поддерживает теорию о том, что шаровая молния возникает в результате удара о землю, который вызывает реакцию между кислородом и испаренными элементами из почвы.
Этот ионизированный воздух или плазма — это то же состояние, при котором возникает огонь Святого Эльма — стационарное свечение, которое иногда путают с шаровой молнией.
Согласно другой теории, опубликованной в 2012 году, присутствие стекла может генерировать шаровую молнию. Атмосферные ионы могут накапливаться на поверхности окна, создавая электрическое поле с другой стороны, достаточное для генерации разряда. Другое исследование, опубликованное в 2016 году, предполагает, что микроволновое излучение, возникающее при ударе молнии о землю, может заключаться в плазменном пузыре, что приводит к возникновению шаровой молнии.
Шаровая молния также связана с землетрясениями. Редкие вспышки света, которые иногда наблюдаются во время землетрясений, могут принимать разные формы: голубоватое пламя, которое, кажется, исходит из земли на уровне лодыжки; быстрые вспышки яркого света, напоминающие обычные удары молнии, за исключением того, что они исходят от земли, а не с неба; и парящие шары, известные как шаровые молнии.
В исследовании источников света при землетрясениях в 2014 году исследователи пришли к выводу, что некоторые породы имеют тенденцию выделять электрические заряды при ударе сейсмической волны, вызывая красочные световые эффекты.
Стремясь понять, как происходит шаровая молния, ученые попытались ее воссоздать. В 2006 году исследователи из израильского университета Тель-Авива создали лабораторную версию шаровой молнии с использованием микроволнового луча. В 2018 году квантовые физики продемонстрировали синтетическое узловое магнитное поле, которое отражает и, возможно, помогает объяснить шаровую молнию.
Но, несмотря на все эти исследования и лабораторные эксперименты, шаровая молния по-прежнему не может быть прижата. Ученые говорят, что им нужно многое узнать об этом загадочном явлении.
Необычное явление в облаках вызывает вспышку молнии — ScienceDaily
В ходе первого в своем роде наблюдения исследователи из Центра космических исследований Университета Нью-Гэмпшира задокументировали уникальное событие, которое происходит в облаках перед вспышкой молнии.
Их наблюдение, названное «быстрым отрицательным пробоем», документирует новый возможный способ образования молнии и противоречит нынешним научным представлениям о том, как воздух переносит электричество во время гроз.
«Это первый случай, когда наблюдался быстрый отрицательный пробой, так что это очень захватывающе», — сказал Нингю Лю, профессор физики.«Несмотря на более чем 250-летние исследования, то, как возникают молнии, все еще остается загадкой. Процесс был совершенно неожиданным и дает нам больше информации о том, как возникают и распространяются молнии».
Их открытие, опубликованное в журнале Nature Communications , является еще одним шагом к ответу на вопрос о том, как возникают молнии. Недавно проблема возникновения молнии, казалось, была решена с открытием «быстрого положительного пробоя» воздуха, что соответствовало теории, давно поддерживаемой исследователями молний.Быстрый положительный пробой включает в себя развитие нисходящего пути в облаке, переходя от положительного заряда в верхней части облака к отрицательному заряду в середине облака.
Путь образует пятую часть скорости света и может вызвать молнии. Однако недавно сообщенное наблюдение быстрого отрицательного пробоя показывает, что восходящий путь — идущий в противоположном направлении и столь же быстрый — может быть создан в грозовой туче, указывая на то, что есть еще один способ запустить электричество в воздухе.В конечном итоге это дает ученым новый взгляд на то, что возможно внутри грозового облака.
«Эти результаты показывают, что создание молний в облаке может быть более двунаправленным, чем мы первоначально думали», — сказала Джулия Тиллес, докторант Центра космических наук ООН.
В сотрудничестве с группой исследователей молний из Института горного дела и технологий Нью-Мексико исследователи задокументировали быстрое отрицательное разрушение во время грозы во Флориде в Космическом центре Кеннеди, используя радиоволны, происходящие глубоко внутри грозовых облаков.Массив наземных антенн улавливал радиоволны, что затем позволило исследователям создать очень подробное изображение радиоисточников и идентифицировать это необычное явление.
Исследователи продолжают создавать изображения на основе данных и надеются узнать больше о том, как часто происходят быстрые негативные события пробоя и какая часть из них может вызвать настоящую вспышку молнии.
История Источник:
Материалы предоставлены Университетом Нью-Гэмпшира . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.
Суровая погода 101: Типы молний
Суровая погода 101
Типы молний
Большинство молний начинается во время грозы и проходит через облако. Затем он может оставаться в облаке или продолжать путешествовать по открытому воздуху и в конечном итоге на землю. В облаке остается примерно в 5-10 раз больше вспышек, чем вспышек, которые достигают земли, но у отдельных штормов может быть больше или меньше вспышек, достигающих земли.Молния может ударить туда, где нет дождя, или даже до того, как дождь достигнет земли!
Распределение заряда в типичном грозовом облаке [+]
Распределение заряда в типичном грозовом облаке
Молния горит или гаснет? Есть два способа, которыми вспышки могут поразить землю: естественным образом вниз (те, которые возникают из-за нормальной электрификации окружающей среды), и искусственно инициированные или инициированные вверх.
Искусственно инициированные молнии ассоциируются с такими вещами, как очень высокие конструкции, ракеты и башни.Срабатывающая молния начинается на «земле», что в данном случае может означать вершину башни, и распространяется вверх в облако, в то время как «естественная» молния начинается в облаке и распространяется на землю. Молния, срабатывающая вверх, обычно возникает в ответ на естественную вспышку молнии, но в редких случаях может быть «самовоспроизведением» — обычно во время зимних штормов с сильным ветром. Молния также может быть вызвана самолетом, пролетающим через сильные электрические поля. Если самолет находится ниже облака, может произойти вспышка компьютерной графики.
В наиболее распространенном типе молнии облако-земля (CG) канал отрицательного заряда, называемый ступенчатым лидером, будет зигзагообразно двигаться вниз примерно на 50-ярдовые сегменты в виде разветвленной схемы. Этот ступенчатый лидер невидим для человеческого глаза и стреляет в землю за меньшее время, чем требуется, чтобы моргнуть.
По мере приближения к земле отрицательно заряженный ступенчатый лидер заставляет стримерные каналы с положительным зарядом тянуться вверх, обычно от более высоких объектов в этом районе, таких как дерево, дом или телефонный столб.Когда противоположно заряженные лидер и стример соединяются, начинает течь мощный электрический ток. Этот обратный ток яркости движется обратно к облаку со скоростью около 60 000 миль в секунду. Отрицательная вспышка CG состоит из одного или, возможно, до 20 возвратных штрихов. Мы видим мерцание молнии, когда процесс быстро повторяется несколько раз по одному и тому же пути. Фактический диаметр канала молнии составляет от одного до двух дюймов, окруженный областью заряженных частиц.
Более распространенная вспышка «облако-земля» имеет отрицательный ступенчатый лидер, который движется вниз через облако, за которым следует восходящий обратный ход. Чистый эффект этой вспышки — снижение отрицательного заряда от облака до земли, поэтому его обычно называют отрицательным CG (или -CG).
Реже движущийся вниз положительный лидер, за которым следует восходящий обратный ход, снижает положительный заряд на землю, что называется положительным CG (или + CG). Вспышки + CG обычно имеют только один обратный ход, и они с большей вероятностью, чем -CG, будут иметь устойчивый ток.Некоторые штормы производят больше + CG и, чаще, некоторые больше -CG (а некоторые и то и другое) из-за распределения зарядов внутри штормов. Штормы, которые производят в основном отрицательные CG, как правило, создают CG раньше в жизненном цикле шторма и производят значительно больше CG, чем аналогичные штормы, которые вместо этого создают в основном положительные CG.
«гром среди ясного неба» — это компьютерная графика, которая начинается внутри облака, выходит за пределы шторма, затем движется горизонтально от облака перед тем, как упасть на землю.Молния из ниоткуда может ударить по земле в месте с «голубым небом» над ним. Так что даже шторм в 6 милях может быть опасным.
Есть много вспышек, которые не достигают земли.
Большинство из них остаются в облаке и называются вспышками молнии внутри облака (IC) . У облачных вспышек иногда есть видимые каналы, которые простираются в воздух вокруг шторма ( облако-воздух или CA ), но не падают на землю. Термин листовая молния используется для описания ИС-вспышки, встроенной в облако, которое загорается как световой лист во время вспышки.
Связанный термин, тепловая молния , означает любую молнию (IC или CG) или освещение, вызванное молнией, которое находится слишком далеко, чтобы можно было услышать гром. Он может иметь красноватый («теплый») цвет, как закаты, из-за рассеяния синего света. Существует множество неправильных представлений о тепловой молнии, но она ничем не отличается от обычной молнии. Молния также может перемещаться из одного облака в другое, или облако в облако (CC) . Молния-паук. — это длинные горизонтально перемещающиеся вспышки, часто наблюдаемые на нижней стороне слоистых облаков.
Молния паука часто связана со вспышками + CG.
Сильные грозы могут вызывать другие виды электрических явлений, называемых переходными световыми явлениями (TLE), , которые происходят высоко в атмосфере. Их редко наблюдают визуально и плохо понимают. К наиболее распространенным TLE относятся красные спрайты, синие самолеты и эльфы.
Спрайты могут появляться прямо над активной грозой в виде большого, но слабого разряда. Обычно они происходят одновременно с мощными положительными ударами молнии компьютерной графики.Они могут простираться на расстояние до 60 миль от вершины облака. Спрайты в основном красные и обычно длятся не более нескольких секунд, а их формы описываются как напоминающие медуз, морковь или столбцы. Поскольку спрайты не очень яркие, их можно увидеть только ночью. Их редко можно увидеть человеческим глазом, поэтому чаще всего они регистрируются высокочувствительными камерами.
Интересный факт: пилоты самолетов иногда сообщали о том, что видели молнии над штормами в течение многих лет, прежде чем исследователи задокументировали спрайты и другие TLE с помощью чувствительных видеокамер.
Синие струи и гигантские струи появляются из верхней части грозовой тучи, но напрямую не связаны с молнией облако-земля. Они расширяются узкими конусами, расходящимися веером и исчезающими на высоте 25-35 миль. Гигантские джеты летят еще выше в ионосферу. Синие самолеты работают доли секунды и были свидетелями пилотов.
Эльфы — это быстро расширяющиеся светящиеся области в форме дисков, которые могут достигать 300 миль в поперечнике. Они длятся менее одной тысячной секунды и возникают над областями активных облаков и наземных молний.Эльфы возникают, когда мощный электромагнитный импульс распространяется вверх в ионосферу. Эльфы были обнаружены в 1992 году видеокамерой при слабом освещении на космическом шаттле, и теперь известно, что они связаны с земными гамма-вспышками (TGF). TGF были обнаружены в 2000-х годах спутниками, предназначенными для обнаружения космических гамма-лучей, но было обнаружено, что некоторые сигналы исходят от гроз на Земле! TGF, по-видимому, возникает там, где в глубокой области существуют сильные электрические поля, которые действуют как ускоритель частиц, засеянный частицами космических лучей.
Это также может создавать пучки релятивистских электронов. Обычная молния также производит рентгеновские лучи, которые можно обнаружить на земле.
Иллюстрация различных видов кратковременных световых явлений (TLE) [+]
Иллюстрация различных видов кратковременных световых явлений (TLE)
Более суровая погода 101:
← Основы молний Обнаружение молний →Таинственная перевернутая молния, возможно, вовсе не странное явление
Из всех погодных явлений, которые бросает в нас наша великолепная планета, молния — одно из самых зрелищных и самых загадочных.Несмотря на то, что штормы случаются регулярно, мы все еще изо всех сил пытаемся понять и описать их потрескивающие электрические разряды, генерируемые в небе.
Один вид молнии настолько странен и редок, что у нас даже не было конкретных доказательств того, что он существовал до 1990 года, когда исследователи определили его характерное «ракетное» движение на видео, снятом с космического челнока НАСА. год.
Позднее получившие название «синие струи», эти полосы теперь распознаются как яркие вспышки света, длящиеся всего несколько сотен миллисекунд, как молния, устремляющаяся вверх из облаков в стратосферу.
Голубой реактивный самолет, сфотографированный на Гавайях. (Обсерватория Близнецов / AURA / Wikimedia Commons)
Мы не можем легко увидеть это явление под завесой облаков — но это не значит, что ученые не могут наблюдать его сверху. Около 400 километров (250 миль) над планетой вращается вокруг Международной космической станции, и в течение некоторого времени приборы на борту наблюдали за этими таинственными вспышками перевернутой молнии.
Теперь, после установки в 2018 году обсерватория Европейской космической станции, оснащенная оптическими датчиками, фотометрами и детекторами гамма- и рентгеновского излучения, зафиксировала пять синих вспышек с вершины грозового облака, одна из которых оканчивалась синим струя летит высоко в стратосферу.
Эти редкие проблески дают ценную информацию о возникновении таинственных разрядов, по мнению группы исследователей под руководством физика Торстена Нойберта из Технического университета Дании.
youtube.com/embed/dY5F_gEexAY» allowfullscreen=»allowfullscreen»/>
Считается, что синие струи образуются, когда положительно заряженная верхняя часть облака встречает слой отрицательного заряда на границе облака и слой воздуха над ним. Считается, что это вызывает электрический пробой, который формирует лидера — невидимый проводящий канал ионизированного воздуха, по которому распространяется молния.
Однако наше понимание лидера синего реактивного самолета довольно ограничено. Вот где данные, проанализированные Нойбертом и его командой, заполняют пробелы.
26 февраля 2019 года обсерватория монитора атмосферно-космических взаимодействий (ASIM) зафиксировала пять синих вспышек продолжительностью около 10 микросекунд каждая в верхней части грозового облака недалеко от острова Науру в Тихом океане.
Одна из этих вспышек произвела голубую струю, достигшую стратопаузы — границы раздела стратосферы и ионосферы на высоте примерно от 50 до 55 километров (примерно от 30 до 34 миль).
Кроме того, обсерватория зарегистрировала атмосферные явления, называемые ELVES (сокращение от «Эмиссия света и очень низкочастотные возмущения, вызванные источниками электромагнитных импульсов»). Это расширяющиеся кольца оптического и ультрафиолетового излучения в ионосфере, которые появляются над грозовыми облаками и длятся всего миллисекунду или около того, как показано на анимации ниже.
Считается, что они генерируются электромагнитным импульсом на дне ионосферы, вызванным разрядом молнии.
Красный свет от лидера, однако, был слабым и очень ограниченным. Это, по словам исследовательской группы, предполагает, что сам лидер очень короткий и локализованный по сравнению с полностью развитыми лидерами молний между землей и облаками.
Это также говорит о том, что вспышки и сама синяя струя представляют собой тип разрядных стримеров: разветвленные извивающиеся искры, вылетающие из источников высокого напряжения, таких как катушки Тесла, в результате цепной реакции ионизирующих частиц воздуха.
«Мы предполагаем, что ультрафиолетовые импульсы — это эльфы, которые генерируются токами стримерной вспышки, а не токами молнии», — пишут исследователи в своей статье.
Вспышки, по их мнению, похожи на узкие биполярные события. Это мощные радиочастотные разряды, возникающие внутри облаков во время гроз, которые, как известно, вызывают молнии внутри облака. По словам исследователей, синие вспышки в верхней части облаков, вероятно, являются оптическим эквивалентом этого явления и могут перерасти в синие струи.
Поскольку узкие биполярные явления довольно распространены, это может означать, что синие вспышки также встречаются чаще, чем мы думали. Зная больше о том, насколько они распространены, мы могли бы лучше понять штормы и молнии, не говоря уже о нашей атмосфере и всех сложных взаимодействиях в ней.
Исследование команды опубликовано в журнале Nature .
Необычное явление в облаках вызывает вспышку молнии
Ученые впервые задокументировали отчетливое событие, которое происходит в облаках перед молнией.
Это событие также называют быстрым негативным срывом.
Ученые из Центра космических исследований Университета Нью-Гэмпшира впервые наблюдали это нарушение, которое предлагает новый возможный способ образования молнии.И что самое интересное, это противоречит современным научным представлениям о том, как воздух переносит электричество во время гроз.
Нингю Лю, профессор физики, сказал: «Несмотря на более чем 250-летние исследования, то, как возникают молнии, все еще остается загадкой. Процесс был совершенно неожиданным и дает нам больше информации о том, как начинается и распространяется молния ».
По словам ученых, это исследование является шагом вперед к детальному изучению образования молнии.
Недавно проблема возникновения молнии, казалось, была решена с открытием «быстрого положительного пробоя» воздуха, что соответствовало теории, которой давно придерживались исследователи молний.Быстрый положительный пробой включает в себя развитие нисходящего пути в облаке, переходя от положительного заряда в верхней части облака к отрицательному заряду в середине облака.
Путь образует пятую часть скорости света и может вызвать молнии.
Хотя это новое наблюдение показывает, что восходящий путь — идущий в противоположном направлении и столь же быстрый — может быть создан в грозовой туче. Значит, есть еще один способ запустить электричество в воздухе. В конечном итоге это дает ученым новый взгляд на то, что может происходить внутри грозового облака.
Джулия Тиллес, докторант Центра космических наук UNH, сказала: «Эти результаты показывают, что создание молний в облаке может быть более двунаправленным, чем мы первоначально думали».
Ученые сделали это наблюдение в сотрудничестве с группой исследователей молний из Института горного дела и технологий Нью-Мексико. Исследователи задокументировали быстрое отрицательное разрушение во время грозы во Флориде в Космическом центре Кеннеди, используя радиоволны, происходящие глубоко внутри грозовых облаков.
Массив наземных антенн улавливал радиоволны, что позволило исследователям создать детализированное изображение радиоисточников и идентифицировать это необычное явление.
Ученые продолжают создавать изображения на основе данных и надеются узнать больше о том, как часто происходят быстрые негативные события пробоя и какая часть из них может вызвать настоящую вспышку молнии.
Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Lightning — Факты и информация
Молния — это погодное явление, которое чаще всего случается во время грозы.Это также может произойти во время других погодных явлений, которые изменяют или изменяют атмосферу вокруг них, таких как извержения вулканов.
Есть три основных типа молний. Тип Cloud-to-Ground является наиболее известным из-за его внешнего вида, видимости и угрозы для людей, он возникает между облаком и объектом на земле. Cloud-to-Cloud молния возникает между двумя уникальными облаками, а Intra-Cloud молния возникает в одном облаке.
Факты о Lightning
- Молния — это электрический разряд между большим количеством электронов на дне облака и их результирующим притяжением протонов к объектам на земле.
- В одном болте может присутствовать до 1 миллиарда вольт.
- Гром может помочь приблизительно определить, на каком расстоянии произошел удар молнии. За каждые 5 секунд между ударом и вызванным им громом молния находится на расстоянии 1 миль.
- Каждую секунду на Земле происходит примерно 100 ударов молнии. Это составляет примерно 8,6 миллиона забастовок в день.
Что вызывает молнию?
Процесс, вызывающий возникновение молнии, начинается в облаках.Облака образованы огромным количеством мелких ледяных шариков и капель воды. Перед грозой испарение добавляет в атмосферу большое количество капель воды, и уровень влажности часто бывает высоким. Воздушные потоки переносят эти капли в атмосферу, где они собираются вместе с другой водой и льдом, образуя огромные облака, называемые кучево-дождевыми облаками, которые можно увидеть во время гроз.
Когда испаряющиеся капли поднимаются и начинают конденсироваться, они начинают сталкиваться с другими частицами льда, уже присутствующими в облаках, и при этом из частиц отрываются электроны.
Электроны собираются у нижней части облака, а протоны движутся к вершине. Благодаря свойствам электромагнетизма, этот огромный дисбаланс зарядов вызывает подобный дисбаланс заряда в земле и объектах внизу, когда протоны начинают двигаться вверх. Множественные отрицательно заряженные дорожки «уходят» из облака. Эти пути называются шаговыми лидерами. Когда ступенчатые лидеры приближаются к земле, ионизированные пути протонов, называемые стримерами, вылетают из земли и объектов на землю, чтобы встретить ступенчатых лидеров.Когда стример и шаговый лидер встречаются, они образуют путь для необходимого электрического разряда или восстановления баланса. Результирующий ток между отрицательно заряженным основанием облака и положительно заряженными участками земли — это то, что мы видим как молнию. За большинством молний последует гром , грома .
Безопасность
Меры предосторожности
Если приближается гроза или гроза, важно немедленно укрыться в помещении.
Люди должны особенно держаться подальше от деревьев, телефонов и флагштоков, открытых участков, таких как поле, и, что наиболее важно, воды, но все места на открытом воздухе небезопасны. Когда молния поражает один из этих объектов, заряд может проходить через землю или воду вблизи места, где произошел удар. В случае крайней необходимости автомобили могут обеспечить некоторую защиту, если вся рама будет сделана из металла. Однако защиту обеспечивают не шины, а рама.Движущиеся автомобили, пораженные молнией, могут выйти из строя и стать серьезной потенциальной опасностью на загруженных дорогах. По этим причинам настоятельно рекомендуется прекратить водить машину во время грозы и по возможности искать убежище.
Изобретения, повышающие безопасность
Более ранняя подготовка, которая часто проводится для более высоких сооружений, таких как высотные здания и небоскребы, — это установка громоотводов. Громоотвод, иногда называемый стержнем Франклина или молниеотводом, изготовлен из металла.
Он подключается к большому куску алюминиевого или медного провода, который проложен в земле.
Что такое Blue Jet и Gigantic Jet Lightning?
Синяя реактивная молния — это редкое явление, возникающее в верхних слоях атмосферы, и часто видимое только астронавтам высоко над Землей или людям на очень больших высотах. Когда очищенные электроны собираются у основания кучево-дождевого облака, чтобы произвести молнию, которую мы видим здесь, на Земле, оставшиеся протоны собираются выше в облаке.Предполагается, что эти явления имеют место, когда между этими протонами и другим отрицательно заряженным слоем, находящимся еще выше в облаке, возникает электрический разряд.
Gigantic Jet Lightning очень похожа, но считается, что она возникает между положительно заряженной частью облака и слоями атмосферы над облаком.
Молния в литературе, кино и культуре
- В фильме 1985 года «Назад в будущее» доктор Эммитт Браун подключает провод к башне с часами в центре Хилл-Вэлли, чтобы использовать гигаватты от удара молнии, чтобы отправить Марти обратно в 1985 год.
- В фильме 1931 года «Франкенштейн» доктор Франкенштейн использует электрическую бурю, чтобы оживить своего монстра. Это было уникально для фильма, поскольку в книге Мэри Шелли «Франкенштейн» не уточнялось, как чудовище было воплощено в жизнь.
- В другом фильме 80-х годов «На природе» в человека по имени Рег якобы ударила молния 66 раз.
- В скандинавской мифологии Тор — бог молний, грома и бурь. Точно так же в греческой мифологии Зевс бросает молнию в своих врагов.В ряде индейских мифологий молния возникает, когда существо по имени Thunderbird моргает глазами.
- Символ персонажа комиксов DC «Вспышка» — молния.
- Профессиональная хоккейная команда Тампа-Бэй (входит в Национальную хоккейную лигу) известна как Тампа-Бэй Лайтнинг. Болты
- иногда фигурируют в логотипах компании. Логотип Gatorade — один из самых известных.
Что вызывает молнию?
Гроза в сельской местности.Кредит: noaanews.noaa.gov Гром и молния.
Когда дело доходит до сил природы, мало что вызывает столько страха, благоговения или восхищения, не говоря уже о легендах, мифах и религиозных представлениях. Как и все в естественном мире, то, что изначально рассматривалось как действие Богов (или других сверхъестественных причин), с тех пор стало признано естественным явлением.
Но, несмотря на все, что люди узнали на протяжении веков, когда дело доходит до молнии, остается некоторая загадка.Эксперименты проводились со времен Бенджамина Франклина; однако мы по-прежнему сильно полагаемся на теории о том, как ведет себя освещение.
Описание:
По определению, молния — это внезапный электростатический разряд во время грозы. Этот разряд позволяет заряженным областям в атмосфере временно уравновесить себя, когда они ударяются об объект на земле. Хотя молния всегда сопровождается звуком грома, далекие молнии можно увидеть, но они находятся слишком далеко, чтобы можно было услышать гром.
Типы:
Молния может принимать одну из трех форм, которые определяются тем, что находится на «конце» канала ответвления (т.
Е. Молния). Например, существует внутриоблачное освещение (IC), которое происходит между электрически заряженными областями облака; освещение облака в облако (CC), когда оно происходит между одним функциональным грозовым облаком и другим; и молния облако-земля (CG), которая в основном возникает в грозовом облаке и заканчивается на поверхности Земли (но может также возникать в обратном направлении).
Внутриоблачная молния чаще всего возникает между верхней (или «наковальней») частью и нижней частью данной грозы. В таких случаях наблюдатель может видеть только вспышку света, не слыша грома. Здесь часто применяется термин «тепловая молния» из-за связи между ощущаемой на месте теплотой и удаленными вспышками молнии.
В случае молнии «облако-облако» заряд обычно исходит из-под наковальни или внутри нее и карабкается через верхние облачные слои во время грозы, обычно генерируя разряд молнии с множеством ответвлений.
Облако-земля (CG) — наиболее известный тип молнии, хотя он является третьим по распространенности — на него приходится примерно 25% случаев во всем мире.
В этом случае молния принимает форму разряда между грозовым облаком и землей, обычно имеет отрицательную полярность и инициируется ступенчатой ветвью, движущейся вниз от облака.
CG наиболее известна, потому что, в отличие от других форм молнии, она заканчивается на физическом объекте (чаще всего на Земле) и, следовательно, поддается измерению с помощью инструментов.Кроме того, он представляет наибольшую угрозу для жизни и имущества, поэтому понимание его поведения рассматривается как необходимость.
Недвижимость:
Освещение возникает, когда в атмосфере возникают восходящие и нисходящие потоки ветра, создавая механизм зарядки, который разделяет электрические заряды в облаках, оставляя отрицательные заряды внизу и положительные вверху. По мере того как заряд в нижней части облака продолжает расти, разность потенциалов между облаком и землей, которая заряжена положительно, также увеличивается.
Когда пробой в нижней части облака создает карман положительного заряда, образуется канал электростатического разряда, который начинает двигаться вниз с шагом в десятки метров в длину.
В случае молнии IC или CC этот канал затем направляется в другие карманы областей положительных зарядов. В случае ударов КГ ступенчатый лидер притягивается к положительно заряженной земле.
Многие факторы влияют на частоту, распределение, силу и физические свойства «типичной» молнии в определенном регионе мира.К ним относятся высота земли, широта, преобладающие ветровые течения, относительная влажность, близость к теплым и холодным водоемам и т. Д. В определенной степени соотношение между IC, CC и CG молнией также может варьироваться в зависимости от сезона в средних широтах.
Около 70% молний происходит над сушей в тропиках, где атмосферная конвекция наиболее высока. Это происходит как из-за смеси более теплых и более холодных воздушных масс, так и из-за различий в концентрациях влаги, и обычно это происходит на границах между ними.В тропиках, где уровень замерзания, как правило, выше в атмосфере, только 10% вспышек молний являются компьютерными.
На широте Норвегии (около 60 ° северной широты), где точка замерзания ниже, 50% молний приходится на КГ.
Эффекты:
В общем, молния оказывает на окружающую среду три измеримых воздействия. Во-первых, это прямое воздействие самого удара молнии, которое может привести к повреждению конструкции или даже физическому ущербу. Когда молния поражает дерево, оно испаряет сок, что может привести к взрыву ствола или к отрыву больших ветвей и их падению на землю.
Когда молния ударяет в песок, почва, окружающая плазменный канал, может плавиться, образуя трубчатые структуры, называемые фульгуритами. Здания или высокие сооружения, пораженные молнией, могут быть повреждены, поскольку молния ищет непредусмотренные пути к земле. И хотя примерно 90% людей, пораженных молнией, выживают, люди или животные, пораженные молнией, могут получить серьезные травмы из-за повреждения внутренних органов и нервной системы.
Гром также является прямым результатом электростатического разряда.
Поскольку плазменный канал перегревает воздух в непосредственной близости от него, газообразные молекулы подвергаются быстрому увеличению давления и, таким образом, расширяются наружу от молнии, создавая слышимую ударную волну (иначе.гром). Поскольку звуковые волны распространяются не от одного источника, а по длине пути молнии, различные расстояния до источника могут вызывать эффект качения или грохота.
Излучение высокой энергии также возникает в результате удара молнии. К ним относятся рентгеновские лучи и гамма-лучи, которые были подтверждены посредством наблюдений с использованием электрического поля и детекторов рентгеновского излучения, а также космических телескопов.
Исследования:
Первое систематическое и научное исследование молнии было проведено Бенджамином Франклином во второй половине 18 века.До этого ученые выяснили, как электричество можно разделить на положительные и отрицательные заряды и сохранить. Они также отметили связь между искрами, производимыми в лаборатории, и молнией.
Франклин предположил, что облака электрически заряжены, из чего следовало, что сама молния была электрической. Первоначально он предложил проверить эту теорию, поместив железный стержень рядом с заземленным проводом, который будет удерживаться на месте изолированной восковой свечой. Если бы облака были электрически заряжены, как он ожидал, то между железным стержнем и заземленным проводом прыгали искры.
В 1750 году он опубликовал предложение, согласно которому воздушный змей будет запускаться во время шторма для привлечения молнии. В 1752 году Томас Франсуа Д’Алибар успешно провел эксперимент во Франции, но использовал 12-метровый железный стержень вместо воздушного змея для образования искр. К лету 1752 года Франклин, как полагают, сам проводил эксперимент во время сильного шторма, обрушившегося на Филадельфию.
Для своей усовершенствованной версии эксперимента Фрэнкинг атаковал ключ к воздушному змею, который был соединен влажной веревкой с изолирующей шелковой лентой, обернутой вокруг суставов руки Франклина.
Между тем тело Франклина обеспечивало проводящий путь для электрических токов к земле. Франклин не только показал, что грозы содержат электричество, но и сделал вывод о том, что нижняя часть грозы, как правило, также была отрицательно заряжена.
Незначительный прогресс был достигнут в понимании свойств молнии до конца 19 века, когда фотографии и спектроскопические инструменты стали доступны для исследования молний. В этот период многие ученые использовали фотографию с временным разрешением для идентификации отдельных ударов молнии, которые образуют разряд молнии на землю.
Множественные пути молнии из облака в облако, Свифтс-Крик, Австралия. Кредит: fir0002 / flagstaffotos.com.au Исследования молний в наше время восходят к работе C.T.R. Уилсон (1869 — 1959), который первым применил измерения электрического поля для оценки структуры грозовых зарядов, участвующих в грозовых разрядах. Уилсон также получил Нобелевскую премию за изобретение Туманной камеры, детектора частиц, используемого для определения присутствия ионизированного излучения.
К 1960-м годам интерес вырос благодаря жесткой конкуренции, вызванной космической эрой. Когда космические корабли и спутники отправлялись на орбиту, были опасения, что молния может создать угрозу для аэрокосмических аппаратов и твердотельной электроники, используемой в их компьютерах и инструментах. Кроме того, улучшенные возможности измерений и наблюдений стали возможны благодаря усовершенствованию космических технологий.
В дополнение к наземному обнаружению молний, на борту спутников было сконструировано несколько приборов для наблюдения за распределением молний.К ним относятся оптический детектор переходных процессов (OTD) на борту спутника OrbView-1, запущенного 3 апреля 1995 г., и последующий датчик изображения молнии (LIS) на борту TRMM, запущенный 28 ноября 1997 г.
Вулканическая молния:
Вулканическая активность может создавать благоприятные для молнии условия несколькими способами. Например, мощный выброс огромного количества материала и газов в атмосферу создает плотный шлейф из сильно заряженных частиц, который создает идеальные условия для молнии.
Кроме того, плотность золы и постоянное движение в шлейфе постоянно вызывают электростатическую ионизацию. Это, в свою очередь, приводит к частым и мощным вспышкам, поскольку шлейф пытается нейтрализовать себя.
Этот тип грозы часто называют «грязной грозой» из-за высокого содержания твердого материала (золы). На протяжении всей истории было зарегистрировано несколько случаев вулканических молний. Например, во время извержения Везувия в 79 году нашей эры Плиний Младший заметил несколько мощных и частых вспышек, происходящих вокруг вулканического шлейфа.
Внеземная молния:
Частота ударов молний по всему миру, по данным НАСА. Предоставлено: Википедия / Citynoise. Молния наблюдалась в атмосферах других планет нашей Солнечной системы, таких как Венера, Юпитер и Сатурн. Что касается Венеры, то первые признаки того, что молнии могут присутствовать в верхних слоях атмосферы, были обнаружены советскими миссиями «Венера» и «Пионер» США в 1970-х и 1980-х годах.Радиоимпульсы, зарегистрированные космическим аппаратом Venus Express (в апреле 2006 г.
), были подтверждены как происхождение от молнии на Венере.
Грозы, похожие на земные, наблюдались на Юпитере. Считается, что они являются результатом влажной конвекции в тропосфере Юпитера, где конвективные шлейфы переносят влажный воздух из глубин в верхние части атмосферы, где он затем конденсируется в облака размером около 1000 км.
Серия ударов молний, снятая камерой Nightpod на борту МКС над Римом в 2012 году.Предоставлено: ЕКА / НАСА / Андре Кейперс.Изображение ночного полушария Юпитера, полученное Галилеем в 1990 году и космическим кораблем Кассини в декабре 2000 года, показало, что штормы всегда связаны с молниями на Юпитере. Хотя удары молнии в среднем в несколько раз мощнее, чем на Земле, они, по-видимому, менее часты. Несколько вспышек были обнаружены в полярных регионах, что сделало Юпитер второй известной планетой после Земли, на которой наблюдаются полярные молнии.
Освещение также наблюдалось на Сатурне. Первый случай произошел в 2010 году, когда космический зонд «Кассини» обнаружил вспышки на ночной стороне планеты, что совпало с обнаружением мощных электростатических разрядов.
В 2012 году изображения, сделанные зондом Кассини в 2011 году, показали, что массивный шторм, окутавший северное полушарие, также генерировал мощные вспышки молний.
ГДЗ конспекты по физике 7 класс Задание: Физические тела Физические явления
Изображения обложек учебников приведены на страницах данного сайта исключительно в качестве иллюстративного материала (ст. 1274 п. 1 части четвертой Гражданского кодекса Российской Федерации)
Вид УМК: конспекты
Серия: Краткое содержание параграфов учебника для устного ответа
На данной странице представлено детальное решение задания Физические тела. Физические явления по физике для учеников 7 классa автор(ы)
Физические тела. Физические явления
Физическое тело: самолёт, космический корабль, авторучка, фарфор, автомобиль.
Вещество: медь, вода.
Деревянная ложка, стол – состоят из дерева.
Воронка – металлическая, стеклянная, пластмассовая.
Из стекла: стакан, ваза.
Из резины: машинное колесо (шина), тапочки, футбольная камера.
Из древесины: стул, карандаш, лопата.
Из стали: гвоздь, игла, ножницы.
Из пластмассы: пластмассовая линейка, расчёска.
рельсы ножницы стол вертолёт луна | свинец алюминий нефть спирт ртуть медь | гром пурга рассвет снегопад кипение метель выстрел наводнение буран |
Шар катится Плывёт бревно Маятник часов колеблется Облака движутся Летит голубь | Свинец плавится Холодает Снег тает Вода кипит | Слышны раскаты грома Эхо Шелестит листва | Гроза Горит электрическая лампа | Звёзды мерцают Наступает рассвет Сверкает молния |
Физические величины
| Площадь | S | Квадратный метр | м2 |
| Объём, вместимость | V | Кубический метр | м3 |
| Время | t | Секунда | |
| Линейная скорость | v | Метр в секунду | м/с |
Рис.
1. ГДЗ конспекты по физике 7 класс Задание: Физические тела Физические явления
Add
Новыe решебники
© 2021Copyright. Все права защищены. Правообладатель SIA Ksenokss.Адрес: 1069, Курземес проспект 106/45, Рига, Латвия.
Тел.: +371 29-851-888 E-mail: [email protected]
Почему при извержении вулкана сверкают молнии? Неожиданный ответ | Futurist
Только факт 1 апреля 2019, 14:10Почему так происходит?
Любая молния появляется всего из-за одного простого физического явления: трения.
Из-за трения между частицами льда, воды или пыли в облаках возникают электрические разряды. Такие же разряды возникают, например, в вашей меховой одежде из-за трения между ворсинками. Мы называем это статическим электричеством. В целом оно не опасно, пока находится в статике – то есть, когда накопленный заряд никуда не двигается.
Но когда в облаке пыли или воды накапливается достаточно большой электрический заряд, он способен пробить слой воздуха, чтобы соединиться с землей. Так и возникают молнии в обычных облаках. Грязная гроза получается схожим образом: частицы пепла, возникающие в вулканическом урагане, создают огромное электрическое поле за счет трения между собой. Но, как показывает новое исследование, серьезную роль в этом процессе может играть один газ.
При чем тут радиация?
Послав воздушные шары с детекторами электрического заряда над гиперактивным вулканом на Сицилии, ученые обнаружили, что даже в вулканических облаках, в которых отсутствует пепел, содержится значительное количество заряда.
Казалось бы, откуда может быть электричество там, где нет частиц, трущихся между собой?
Оказалось, что источником этой электрификации может быть распад вулканического радона, радиоактивного соединения без запаха и цвета. Этот газ безопасен и в малых количествах даже полезен, но его свойства и функции в природе так до сих пор и не ясны. Но, как обнаружилось, он может распадаться и вызывать усиление электрического поля над вулканами, тем самым увеличивая силу молнии.
Читайте еще: Мужчина упал в жерло вулкана и выжил. Как такое возможно?
Источник: The New York Times
Понравилась статья?
Поделись с друзьями!
Поделиться 0 Поделиться 0 Твитнуть 0Подпишись на еженедельную рассылку
Вещества и явления в окружающем мире
Изучая строение Земли, вы тоже знакомились с телами — это куски горных пород и минералов.
Растения, животные, человек — тоже тела.
А изделия состоят из веществ. Железо, стекло, соль, вода, полиэтилен — это вещества. В настоящее время известно более 7 млн разных веществ, и каждый год люди синтезируют новые, ранее неизвестные.
В природе вещества находятся в трёх состояниях: твёрдом, жидком и газообразном. Например, вода может находиться в твёрдом, в жидком и газообразном состояниях.
В различных состояниях вещества обладают разными свойствами. Большинство окружающих нас тел состоят из твёрдых веществ. Это дома, машины, инструменты и др.
Форму твёрдого тела можно изменить, но для этого необходимо приложить усилие. Например, чтобы согнуть гвоздь, нужно приложить довольно большое усилие. Твёрдые тела имеют собственную форму и объём.
В отличие от твёрдых тел жидкости легко меняют свою форму. Например, они принимают форму сосуда, в котором находятся.
Молоко, наполняющее бутылку, имеет форму бутылки. Налитое же в стакан, оно принимает форму стакана. Но, изменяя форму, жидкость сохраняет свой объём.
В обычных условиях только маленькие капельки жидкости имеют свою форму — форму шара. Это, например, капли дождя или капли, на которые разбивается струя жидкости.
Воздух, которым мы дышим, является газообразным веществом, или газом. Поскольку большинство газов бесцветны и прозрачны, то они не видны. Присутствие воздуха можно почувствовать, например, стоя у движущегося поезда, открытого окна. Его наличие в окружающем пространстве можно ощутить, если в комнате сквозняк, а также доказать с помощью простых опытов. Например, если стакан перевернуть вверх дном и попытаться опустить его в воду, то вода в стакан не войдёт, поскольку он заполнен воздухом.
Эти и многие другие примеры и опыты подтверждают, что в окружающем пространстве имеется воздух.
Газы легко изменяют свой объём. Например, когда мы сжимаем мячик, то тем самым меняем объём воздуха, наполняющего мяч.
Газ, помещённый в закрытый сосуд, занимает весь его целиком. Нельзя газом заполнить половину бутылки так, как это можно сделать жидкостью. Газы не имеют собственной формы и постоянного объёма. Они принимают форму сосуда и полностью заполняют предоставленный им объём.
Все вещества разделяют на простые и сложные. Для того чтобы ответить на вопрос, чем они отличаются, нужно знать особенности строения вещества.
В настоящее время известно, что все вещества состоят из мельчайших частиц: молекул и атомов. Они так малы, что увидеть их невооружённым глазом невозможно. Молекулы — это частицы, состоящие из атомов.
Атомы одного вида называют элементами. В одной молекуле может быть два, три и даже сотни и тысячи атомов. Изучая строение атомов, учёные установили, что они отличаются друг от друга, то есть в природе существуют разные виды атомов: один вид — атомы кислорода, другой — атомы углерода и так далее. Современной науке известно 111 видов атомов (элементов). Соединяясь между собой в различных комбинациях, они образуют то многообразие веществ, которое существует в природе.
Таким образом, если в состав веществ входят атомы одного вида, то такие вещества называют простыми. Это хорошо известные вам металлы (например, железо, медь, золото, серебро) и неметаллы (например, сера, фосфор, кремний, мышьяк и многие другие).
Все вещества являются либо чистыми, либо смесями. Чистые вещества состоят из частиц одного вида, а смеси — из частиц разных видов. Медь состоит только из атомов меди, а цинк состоит только из атомов цинка. Значит, медь и цинк — это чистые вещества.
Следует иметь в виду, что идеально чистых веществ не существует, поскольку ни одно из веществ невозможно полностью очистить от содержащихся в нём примесей. Например, вода считается практически чистой, если образец жидкости не имеет цвета, вкуса и запаха, замерзает при температуре 0 °C, кипит при температуре +100 °С, имеет плотность 1000 кг/м³ при температуре +4 °С и практически не проводит электрический ток.
В большинстве случаев вещества встречаются в виде смесей. Иногда это хорошо заметно даже невооружённым глазом.
Например, глядя на кусочек гранита, можно увидеть, что он состоит из смеси веществ: кварца, слюды и полевого шпата, а вот в однородном на вид молоке только под микроскопом можно различить капельки жира и белки, плавающие в жидкости (воде).
В смеси каждое вещество сохраняет свои свойства. Зная эти свойства, смеси можно разделять на составные части.
Многообразие явлений природы
Окружающий нас мир постоянно изменяется в результате различных явлений. Например, с повышением температуры происходит испарение воды. Испарение — это явление. Благодаря наличию кислорода в воздухе происходит горение. Горение ― тоже явление.
Гремит гром, сверкает молния. Гром — это звуковое явление в атмосфере, которое сопровождается разрядами молний.
Интересно, что можно определить расстояние, на котором находится гроза от нас. Для этого необходимо взять скорость звука и умножить её на время между раскатами грома и вспышкой молнии (как правило, речь идёт о нескольких секундах, например, 5 секунд). В результате мы получим определённую цифру, которая и будет означать удалённость грозы (в метрах). Конечно же, цифра эта будет примерной, поскольку скорость звука может сильно изменяться, например, при повышении или понижении температуры. Кстати, в большинстве случаев человек может слышать гром на расстоянии до 20 км.
Что общего между всеми явлениями и чем они отличаются? При нагревании форма тела (кусочка льда) изменилась, однако состав вещества (воды) остался прежним.
При прокаливании медной пластинки образовалось новое вещество — оксид меди. Проведённые опыты показывают, что в одних случаях происходит образование новых веществ, в других — нет.
Химические и физические явления
На основании этого признака различают физические и химические явления. К физическим явлениям относятся распространение запаха в воздухе, свечение раскалённых металлов, прохождение электрического тока по металлической проволоке, растворение сахара в воде, выделение соли из раствора при выпаривании.
В этих процессах вещества не изменяют состав и строение.
Физические явления бывают: тепловыми, механическими, световыми, звуковыми, оптическими, электрическими и другими.
Тепловые явления связаны с изменением температуры тел и возникающими в следствие этого изменениями их физического состояния. Так, тела способны нагреваться и охлаждаться.
Некоторые при этом плавятся (как воск свечи при её горении), другие испаряются (вода при нагревании), третьи переходят из жидкого в твёрдое состояние (например, вода превращается в лёд).
При нагревании длина и объём тел увеличиваются, а при охлаждении — уменьшаются. Это явление необходимо учитывать в строительстве и промышленном производстве. Например, при прокладке железнодорожных путей на стыках рельсов оставляют небольшие промежутки, поэтому при нагревании и удлинении рельса путь не разрушается.
К механическим физическим явлениям относятся различные движения и взаимодействия тел, например: автомобили могут набирать скорость (ускоряться), человек может идти, мяч ― сталкиваться с поверхностью Земли и отскакивать, планеты двигаться по орбитам вокруг звёзд.
Световые явления связаны с особенностями светового луча. Например, прямолинейность его распространения объясняет образование теней. Способность света отражаться от тел, на которые он падает, даёт нам возможность видеть их.
Удивительно красивы световые явления в природе (например, радуга). Она образуется в результате разложения света в каплях дождя. Когда луч света «натыкается» на прозрачную преграду — каплю воды или стекло — он распадается на различные цвета.
К звуковым относят явления, связанные с распространением звука в различных средах, поведением звуковых волн при столкновении с препятствиями, и другие явления, связанные со звуком.
Где быстрее распространяется звук ― в воде или воздухе? Любопытно, что скорость распространения звука в воде почти в четыре раза выше, чем в воздухе. То есть рыбы «слышат» быстрее, чем мы.
Что такое эхо? Звуковое эхо — это отражённый звук. Эхо обусловлено тем, что звуковые волны могут отражаться твёрдыми поверхностями.
Животные используют эхолокацию для ориентации в пространстве и для определения местоположения объектов вокруг (в основном при помощи высокочастотных звуковых сигналов).
Химические явления
К ним относится, например, образование в зелёных листьях растений крахмала и кислорода из углекислого газа и воды.
По-другому такие явления называют химическими превращениями или химическими реакциями. В результате таких реакций образуются новые вещества, которые отличаются от исходных по ряду признаков.
Некоторые химические реакции протекают очень медленно, и мы их не замечаем, они длятся миллиарды лет. Например, твёрдый камень горных пород — известняк ― под действием воды и углекислого газа разрушается и превращается в другие вещества. Вода вымывает их — так в горах образуются пустоты, пещеры.
Другие реакции происходят очень быстро (например, горение). Так, сгорает топливо в газовой горелке. При горении выделяется много тепла и света.
При гниении тоже выделяется тепло, но оно рассеивается в окружающем пространстве.
Это тепло мы обычно не замечаем, но учитывать его должны. Например, неправильно сложенный стог сена, нарушенные условия хранения соломы приводят к развитию процесса гниения. Это может вызвать даже самовозгорание материала.
Как происходит гром в небе. Что такое молния и отчего возникает? Что такое молния
16.05.2017 18:00 5990
Откуда берутся гром и молния.
Все знают, что такое гроза — это сверкание молнии и грохот грома. Многие люди (особенно дети) даже очень ее боятся. Но откуда же берутся гром и молния? И вообще, что это за явление такое?
Гроза — это и впрямь довольно неприятное и даже жутковатое природное явление, когда мрачные, тяжелые тучи закрывают собой солнце, сверкает молния, грохочет гром, а с неба потоками льет дождь…
А звук, возникающий при этом, — не что иное, как волна, вызванная сильными колебаниями воздуха. В большинстве случаев громкость увеличивается к концу раската. Это происходит из-за отражения звука от облаков.
Вот это и есть гром.
Молния — это очень мощный электрической разряд энергии. Она возникает в результате сильной электризации туч или земной поверхности. Электрические разряды происходят либо в самих облаках, либо между двумя соседними облачками, или же между облаком или землей.
Процесс возникновения молнии разделяют на первый удар и все последующие за ним. Причина в том, что самый первый удар молнии создает путь для электорического разряда. В нижней части тучи накапливается отрицательный электрический разряд.
А земная поверхность обладает положительным зарядом. Поэтому электроны (отрицательно заряженные частицы, одни из основных единиц вещества), расположенные в туче, как магнитом притягиваются к земле и устремляются вниз.
Как только первые электроны достигают поверхности земли, создается свободный для пропуска электрических разрядов канал (своеобразный проход), по которому оставшиеся электроны устремляются вниз.
Электроны возле земли первыми уходят из канала.
На их место спешат попасть другие. В результате, создается условие, при котором весь отрицательный разряд энергии выходит из тучи, создавая мощный поток электричества, направленный в землю.
Именно в такой момент и происходит вспышка молнии, которая сопровождается раскатами грома.
Наэлектризованные облака создают молнию. Но далеко не в каждом облаке содержится достаточная мощность, для того, чтобы пробить атмосферный слой. Для проявления силы, стихии необходимы определенные обстоятельства.
Массы воздуха находятся в постоянном движении.Теплый воздух уходит вверх, а холодный – опускается. При движении частиц они электризуются,то есть напитываются электричеством.
В разных частях облака накапливается неодинаковый запас энергии. Когда ее становится слишком много, происходит вспышка, которую сопровождают раскаты грома. Это и есть гроза
Какие бывают молнии? Кто-то может подумать, что молнии все одинаковые, мол гроза и есть гроза. Однако, существует несколько видов молний, которые очень отличаются друг от друга.
Линейная молния – это наиболее часто встречающаяся разновидность. Она выглядит как перевернутое разросшееся дерево. От главного канала (ствола) отходит несколько более тонких и коротких «отростков».
Длина такой молнии может достигать до 20 километров, а сила тока — 20 000 ампер. Скорость ее движения составляет 150 километров в секунду. Температура плазмы, наполняющей канал молнии, доходит до 10 000 градусов.
Внутриоблачная молния — возникновение этого вида сопровождается изменением электрических и магнитных полей, и излучением радиоволн.Такую молнию с наибольшей вероятностью можно встретить ближе к экватору. В умеренном климате она появляется крайне редко.
Если в облаке находится молния, то заставить ее выбраться наружу может и посторонний объект, нарушающий целостность оболочки, например наэлектризованный самолет. Ее длина может колебаться от 1 до 150 километров.
Наземная молния — Это самый продолжительный по времени вид молнии, поэтому последствия от нее могут быть разрушительными.
Поскольку на ее пути встречаются преграды, чтобы их обойти, молния вынуждена менять свое направление. Поэтому земли она достигает в виде небольшой лестницы. Скорость ее движения составляет примерно 50 тысяч километров в секунду.
После того как молния пройдет свой путь, она на несколько десятков микросекунд, заканчивает движение, при этом ее свет ослабевает. Затем начинается следующая стадия: повторение пройденного пути.
Самый последний разряд превосходит по яркости все предыдущие, а сила тока в нем может достигать сотен тысяч ампер. Температура же внутри молнии колеблется в районе 25 000 градусов.
Спрайт-молния . Эта разновидность была открыта учеными относительно недавно — в 1989 году. Данная молния очень редкая и была обнаружена совершенно случайно.Тем более, что длится она всего лишь какие-то десятые доли 1-й секунды.
От других электрических разрядов Спрайт отличается высотой, на которой она появляется – примерно 50-130 километров, в то время как другие виды не преодолевают 15-километровый рубеж.
Кроме того, спрайт-молния отличается огромным диаметром, который может достигать 100 км.
Выглядит такая молния как вертикальный столб света и вспыхивает не по одиночке, а группами. Ее цвет может быть разным, и зависит от состава воздуха: ближе к земле, где больше кислорода, она зеленая, желтая или белая.А под влиянием азота, на высоте более 70 км, она приобретает ярко-красный оттенок.
Жемчужная молния . Эта молния, также, как и предыдущая, является редким природным явлением. Чаще всего она появляется после линейной и полностью повторяет ее траекторию. Она представляет собой шары, находящиеся на расстоянии друг от друга и напоминающие собой бусы.
Шаровая молния . Это особая разновидность. Природное явление, когда молния имеет форму шара, светящего и плывущего по небу. В этом случае траектория ее полета становится непредсказуемой, что делает ее еще опаснее для человека.
В большинстве случаев, шаровая молния возникает в сочетании с другими видами. Однако известны случаи, когда она появлялась даже в солнечную погоду.
Размер шара может быть от десяти до двадцати сантиметров.
Цвет ее бывает голубой, либо оранжевый или белый. А температура настолько велика, что при неожиданном разрыве шара окружающая его жидкость испаряется, а металлические или стеклянные предметы плавятся.
Шар такой молнии способен существовать довольно длительное время. При перемещении он может неожиданно сменить свое направление, зависнуть в воздухе на несколько секунд, резко отклониться в одну из сторон. Она появляется в одном экземпляре, но всегда неожиданно. Шар может спуститься с туч, или внезапно появиться в воздухе из-за столба или дерева.
И если обычная молния может лишь ударить во что-либо — дом, дерево и т.д, то шаровая молния способна проникать внутрь замкнутого пространства (например комнату) через розетку, или вклученные бытовые приборы — телевизор и т.д.
Какие молнии считаются наиболее опасными?
Обычно за первым ударом грома и молнии следует второй. Это связано с тем, что электроны на первой вспышке создают возможность второму прохождению электронов.
Поэтому последующие вспышки происходят одна за другой почти без временных промежутков, ударяя в одно и то же место.
Появляющаяся из тучи молния своим электрическим разрядом способна причинить серьезный вред человеку и даже убить. И даже если ее удар не попадет прямо в человека, а придется рядом, последствия для здоровья могут быть очень плохими.
Чтобы обезопасить себя, необходимо соблюдать некоторые правила:
Так во время грозы ни в коем случае нельзя купаться в реке или море! Непременно нужно всегда находиться на суше. При этом необходимо быть как можно ближе к поверхности земли. То есть не нужно забираться на дерево и ужтем более стоятьпод ним, особенно если оно одно посреди открытого места.
Кроме того, нельзя пользоваться любыми мобильными устройствами (телефонами, планшетами и т.д.), потому что они могут притягивать к себе молнию.
Часто весной и летом бывают грозы — красивое, но опасное явление природы. Дети боятся грозы, их пугает вспышка молний и грохот грома.
Им интересно узнать, что такое гроза, какие бывают молнии, почему сначала мы видим молнию, а потом слышим гром.
Чтобы гроза не казалась такой страшной, расскажите о ней подробнее. Знакомое явление уже не так пугает. Объясните детям, как нужно себя вести во время грозы, о мерах безопасности. Прочитайте стихи о грозе, отгадайте загадки, чтобы это явление природы стало более понятным.
Рассказываем детям про грозу
Дети должны иметь элементарные знания о природных явлениях, с которыми мы сталкиваемся часто: дождь, гроза, радуга, ветер, листопад.
В теплое время года часто бывают грозы, которые сопровождаются молниями.
Гроза — красивое, но очень опасное явление природы. Раньше люди не могли объяснить природу грозы. Они считали, что боги гневаются на людей и посылают »огненные стрелы » на землю.
Сейчас людям известно, что гроза — физическое явление. Возникают они от того, что в одном месте воздух сильно нагревается, в другом — сильно охлаждается. И там, где встречается теплый и влажный воздух с сухим и холодным, образуется грозовая туча.
В них возникают электрические разряды — молнии.
Ученые М. В. Ломоносов и Г. В. Рихман доказали электрическую природу грозы.
Грозы образуются в кучевых дождевых облаках. Во время грозы идет дождь и дует сильный ветер.
Молнии — это электрический разряд, проявляется сильной вспышкой света и сопровождается громом. Длина молнии достигает 1-10 км, а температура внутри ее канала — до 30000 градусов. Она сильно нагревает воздух. Он расширяется и с грохотом преодолевает звуковой барьер. Гремит гром.
Вспышки молнии распространяются со скоростью света. Мы ее видим сразу, а потом слышим грохот грома. За 3 секунды звук преодолевает примерно 1 км. Если гром гремит сразу после вспышки молнии, значит, гроза совсем рядом. А если вспышка молнии опережает гром, то гроза — на расстоянии. Чем дальше гроза, тем дольше не слышно грома. Свет распространяется быстрее, чем звук.
Молнии бывают разные:
- линейные
- наземные
- шаровые.
Молнии способны намагничивать металлические предметы, менять направление компаса.
Часто по этой причине корабли терпели крушение.
В городе есть громоотводы — металлические стержни, по которым молния уходит в землю.
Молнии очень опасны. Если они попадут в человека или животное, то способны привести к смерти.
Ребенок боится грозы. Что делать
Гроза всегда пугает детей. Дети боятся ярких вспышек молнии и грохот грома. Возможно, дети уже слышали, что гроза очень опасна и может нанести вред человеку.
Родители с пониманием должны отнестись к страхам малыша перед грозой, не высмеивать его. Рассказать о грозе простым языком, понятным ребенку.
Что делать, чтобы ребенку не было страшно во время грозы?
Во-первых, нужно обязательно остаться дома, если вы видите, что приближается гроза.
Во-вторых, отвлеките малыша чем-нибудь интересным. Можно поиграть в игры с воздушными шарами, похлопать в ладоши, показать, как гремит гром, постучать крышкой от кастрюли.
Отгадайте загадки с малышом про грозу, прочитайте ему стихотворение, расскажите сказку.
Можно вместе сочинить новую сказку про грозу, не страшную.
Не стоит обманывать ребенка, что гроза совсем не опасна.
Обычно пугает неизвестное явление. Если ребенок боится грозы, нужно ему рассказать о ней и о том, какие есть меры безопасности. Понаблюдайте, как можно определить приближение грозы.
П ризнаки приближающейся грозы
- Появление темных кучевых облаков ;
- понижение температуры воздуха ;
- становится очень душно, безветренно ;
- слышны далекие звуки ;
- приближаются раскаты грома.
М еры безопасности во время грозы
Если гроза застала вас дома
Закрыть все окна и двери
отключить все электроприборы, отключить антенну от телевизора ,
не прикасаться к металлическим предметам, они проводят электрический ток.
Отключить мобильные телефоны.
Если через окно или дверь влетела шаровая молния, не двигайтесь, не трогайте ее руками, сидите спокойно.
Если во время грозы вы оказались на улице :
Постарайтесь войти в какое-то здание — магазин, подъезд дома, не оставайтесь на улице.
Если вы в машине, то нужно остановиться, закрыть все окна и оставаться в машине, отключить радио.
Во время грозы нельзя купаться в реке, море. Нужно выйти на берег. Если вы в лодке, старайтесь отплыть к берегу, если не получается, лягте на дно лодки.
Гроза застала вас в лесу — не прячьтесь под одиночными деревьями. Молния всегда ищет ближайшую высокую точку. Нельзя находиться в палатке во время грозы, т. к. молния может ударить в металлическую конструкцию.
Найдите невысокие кусты, деревья и укройтесь на время.
В поле — найти низкое место, лечь, снять все металлические предметы с себя и отключить мобильник.
Об этих важных мерах предосторожности не стоит никогда забывать. И учите своих детей мерам безопасности
Гроза — природное явление, при котором образуется электрический разряд.
- Одновременно на земном шаре наблюдается около 1500 гроз, а молний около 100 в секунду.
- Чаще грозы бывают в тропиках. В Арктике и Антарктиде их почти нет.
- Сначала появляется вспышка света. Потом гремит гром. Скорость света 300000 м/с а скорость звука — 340 м/с.
- Энергию грозы сравнивают с энергией атомной бомбы.
- Длина молнии может достигать до 20 км
Стихи про грозу для детей
Читаем стихи про грозу детям, чтобы побольше узнать об этом природном явлении.
Ах, гроза-егоза.
Молний рыжие глаза.
Дождь не брит и колюч.
Бородой торчит из туч.
А. Тесленко
В тучках прячется гроза,
Злится, будто бы коза.
Только рожки у нее.
Молний острое копье.
Л. Громова
Не боюсь я грома,
Пусть гремит сильней.
Ведь сейчас я дома,
С мамочкой моей.
Молнии, сверкая,
Мне слепят глаза.
Но за чашкой чая
Не страшна гроза!
В небе гром, гроза.
Закрывай глаза.
Дождь прошел,
Трава блестит,
В небе радуга горит.
Весенняя гроза
Ф.И. Тютчев
Люблю грозу в начале мая,
Когда весенний, первый гром,
Как бы резвяся и играя,
Грохочет в небе голубом.
Гремят раскаты молодые,
Вот дождик брызнул, пыль летит,
Повисли перлы дождевые,
И солнце нити золотит.
С горы бежит поток проворный,
В лесу не молкнет птичий гам,
И гам лесной и шум нагорный,
Все вторит весело громам.
Ты скажешь: ветреная Геба,
Кормя завесова орла,
Громокипящий кубок с неба,
Смеясь, на землю пролила.
Т. Керстен
Погулять гроза решила,
Гром с цепи она спустила.
Гром гремит, гремит, гремит.
Стрелка молнии блестит.
Дождь летит вниз головой
И стучит по мостовой.
А за тучей. А за тучей
Прячет солнца желтый лучик.
Гонят прочь грозу все дети,
Пусть ромашкой солнце светит.
Загадки про грозу
(для дошкольников 5-7 лет)
Некоторые грозу боятся, другие любуются красивым явлением.
Чтобы еще интереснее было детям, отгадайте с ними загадки про грозу.
Нашумела, нагремела,
Все полила и ушла.
И сады, и огороды
Всей округи полила.
Рассыпала Лукерья
В небе огненные перья.
Огнекосая Девица.
На Девицу — мир дивится.
Небо вышив строчкою —
Катит гулкой бочкою.
Раскаленная стрела
Дуб спалила у села.
Загремел на небе гром,
Сотрясается весь дом.
Я зажмурила глаза,
Что на улице?
А. Алферова
Веселые тучки
Резвились, шутили —
Не вовремя тучки
Меня разбудили.
Я очень устал
И вставать не хочу,
На них рассердился,
Теперь грохочу.
Загремит, бабахнет. Ухнет,
Расшумится, стукнет, бухнет.
Расстарается. Как может,
Тучка удивится тоже.
Сперва — блеск.
За блеском — треск,
За треском — блеск.
Потемнело небо,
Тучами покрылось,
Будто колесница
В небе покатилась.
Муравьишки скрылись,
Гром гремит, пугает.
Дождь ручьями льется,
Молния сверкает.
Спрятались под крышу
Воробьи-зазнайки,
Что с природой стало.
Дети. Отгадайте…
Вот по небу мчится конь —
Из-под ног летит огонь.
Конь копытом бьет могучим.
И раскалывает тучи.
Так он тяжело бежит,
Что внизу земля дрожит.
Под понятием гроза дети понимают гром и молнию. Объясните каждое понятие ребенку.
Гром — это звук электрического разряда в небе.Его нельзя увидеть, но можно услышать. Чем ближе звук, тем ближе эпицентр грозы.
Его никто не видит.
Но все слышат.
А его подругу никто не слышит,
Но все видят.
Молния — это разряд электричества, который разрывает тучу на части. Яркий свет вспышки, который виден издалека за много километров.
Очень яркая стрела
Свалила липу у села.
С детьми можно посмотреть мультфильмы про грозу и другие природные явления:
»Котенок по имени Гав.
Гроза»
»Грибной дождь»
»Земляничный дождик»
»Истории облачка Оли».
Посмотрите еще видео про грозу.
Вывод:
Гроза — красивое природное явление, но очень опасное. Заметив приближение грозы, примете все меры предосторожности и научите детей.
Вот так можно рассказать детям про грозу.
Пишите свои комментарии, делитесь информацией с друзьями.
С уважением, Ольга.
Вот еще недавно чистое, ясное небо затянули облака. Упали первые капли дождя. А в скором времени стихия продемонстрировала земле свою силу. Гром и молния пронзили грозовое небо. Откуда приходят подобные явления? Человечество множество веков видело в них проявление божественной силы. Сегодня мы знаем о возникновении таких явлений.
Происхождение грозовых туч
Облака появляются в небе из конденсата, поднимающегося высоко над землей, и парят в небе. Тучи же более тяжелые и большие. Они приносят с собой все «спецэффекты», присущие непогоде.
Грозовые облака отличаются от обычных наличием заряда электричества.
Причем есть тучи с положительным зарядом, а есть с отрицательным.
Чтобы понять, откуда берутся гром и молния, следует подняться выше над землей. В небе, где нет препятствий для вольного полета, дуют ветра сильнее, чем на земле. Именно они провоцируют заряд в облаках.
Происхождение грома и молнии может объяснить всего одна капля воды. Она имеет положительный заряд электричества в центре и отрицательный снаружи. Ветер разбивает ее на части. Одна из них остается с отрицательным зарядом и имеет меньший вес. Более тяжелые положительно заряженные капли образуют такие же тучи.
Дождь и электричество
До того как в грозовом небе появятся гром и молния, ветер разделяет облака на положительно и отрицательно заряженные. Дождь, падающий на землю, уносит часть этого электричества с собой. Между тучей и поверхностью земли образовывается притяжение.
Отрицательный заряд тучи будет притягивать положительный на земле. Это притяжение будет располагаться равномерно на всех поверхностях, находящихся на возвышенности, и проводящих ток.
И вот дождь создает все условия для появления грома и молнии. Чем выше предмет к туче, тем легче молнии пробиться к нему.
Происхождение молнии
Погода подготовила все условия, которые помогут появиться всем ее эффектам. Она создала тучи, откуда берутся гром и молния.
Заряженная отрицательным электричеством крыша притягивает к себе положительный заряд наиболее возвышенного предмета. Его отрицательное электричество уйдет в землю.
Обе эти противоположности стремятся притянуться друг к другу. Чем больше в туче электричества, тем больше его и в самом возвышенном предмете.
Накапливаясь в туче, электричество может прорвать слой воздуха, находящийся между ней и предметом, и появится сверкающая молния, прогремит гром.
Как развивается молния
Когда бушует гроза, молния, гром сопровождают ее беспрестанно. Чаще всего искра происходит из отрицательно заряженной тучи. Она развивается постепенно.
Сначала из тучи по каналу, направленному к земле, течет небольшой поток электронов.
В этом месте тучи скапливаются электроны, двигающиеся с большой скоростью. Благодаря этому электроны сталкиваются с атомами воздуха и разбивают их. Получаются отдельные ядра, а также электроны. Последние также устремляются к земле. Пока они движутся по каналу, все первичные и вторичные электроны снова расщепляют стоящие у них на пути атомы воздуха на ядра и электроны.
Весь процесс похож на лавину. Он двигается по нарастающей. Воздух разогревается, его проводимость увеличивается.
Все сильнее электричество из тучи стекается к земле со скоростью 100 км/с. В этот момент молния пробивает себе канал к земле. По этой дороге, проложенной лидером, электричество начинает течь еще быстрее. Происходит разряд, имеющий огромную силу. Достигая своего пика, разряд уменьшается. Канал, разогретый таким мощным током, светится. И в небе становится видно молнию. Протекает такой разряд недолго.
После первого разряда часто следует второй по проложенному каналу.
Как появляется гром
Гром, молния, дождь неразлучны при грозе.
Гром возникает по следующей причине. Ток в канале молнии образуется очень быстро. Воздух при этом очень нагревается. От этого он расширяется.
Это происходит так быстро, что напоминает взрыв. Такой толчок сильно сотрясает воздух. Эти колебания и приводят к появлению громкого звука. Вот откуда берутся молния и гром.
Как только электричество из тучи достигнет земли и исчезнет из канала, он очень быстро охлаждается. Сжатие воздуха также приводит к раскатам грома.
Чем больше молний прошло по каналу (их может быть до 50 штук), тем продолжительнее сотрясения воздуха. Этот звук отражается от предметов и туч, и происходит эхо.
Почему есть интервал между молнией и громом
В грозу за появлением молнии следует гром. Опоздание его от молнии происходит из-за разных скоростей их движения. Звук движется с относительно небольшой скоростью (330 м/с). Это всего в 1,5 раза быстрее движения современного «Боинга». Скорость света гораздо больше скорости звука.
Благодаря такому интервалу можно определить, как далеко от наблюдателя находятся сверкающие молнии и гром.
Например, если между молнией и громом прошло 5 с, это значит, что звук прошел 330 м 5 раз. Путем умножения легко посчитать, что молнии от наблюдателя были на расстоянии 1650 м. Если гроза проходит ближе, чем 3 км от человека, она считается близкой. Если расстояние в соответствии с появлением молнии и грома дальше, то и гроза дальняя.
Молния в цифрах
Гром и молния были изменены учеными, и результаты их исследований представлены общественности.
Было установлено, что разница потенциалов, предшествующих молнии, достигает миллиардов вольт. Сила тока при этом в момент разряда достигает 100 тыс. А.
Температура в канале разогревается до 30 тыс. градусов и превышает температуру на поверхности Солнца. От облаков до земли молния проходит со скоростью 1000 км/с (за 0,002 с).
Внутренний канал, по которому течет ток, не превышает 1 см, хотя видимый достигает 1 м.
В мире непрерывно происходит около 1800 гроз. Вероятность быть убитым молнией составляет 1:2000000 (такая же, как умереть при падении с кровати). Вероятность увидеть шаровую молнию равна 1 к 10000.
Шаровая молния
На пути изучения того, откуда гром и молния происходят в природе, самым загадочным явлением выступает шаровая молния. Эти круглые огненные разряды до конца еще не изучены.
Чаще всего форма такой молнии напоминает грушу или арбуз. Она существует до нескольких минут. Появляется в конце грозы в виде красных сгустков от 10 до 20 см в поперечнике. Наибольшая шаровая молния, сфотографированная однажды, была около 10 м в диаметре. Она издает жужжащий, шипящий звук.
Исчезнуть может тихо или с небольшим треском, оставляя запах гари и дымок.
Движение молнии не зависит от ветра. Их тянет в закрытые помещения через окна, двери и даже щели. Если соприкасаются с человеком, оставляют сильные ожоги и могут привести к летальному исходу.
До сих пор причины появления шаровой молнии были неизвестны. Однако это не является свидетельством ее мистического происхождения. В этой области ведутся исследования, которые смогут объяснить сущность такого явления.
Ознакомившись с такими явлениями, как гром и молния, можно понять механизм их возникновения. Это последовательный и довольно сложный физико-химический процесс. Он представляет собой одно из самых интересных явлений природы, которое встречается повсеместно и потому затрагивает практически каждого человека на планете. Ученые разгадали загадки практически всех видов молний и даже измеряли их. Шаровая молния на сегодняшний день выступает единственной нераскрытой тайной природы в области образования подобных явлений природы.
Многие люди боятся страшного явления природы — грозы. Это обычно происходит, когда солнце закрывается мрачными тучами, гремит жуткий гром и идет сильный дождь.
Конечно, бояться молнии следует, ведь она может даже убить или стать Это известно давно, поэтому и придумали различные средства для защиты от молний и грома (например, металлические шесты).
Что же происходит там наверху и откуда берется гром? И молния как возникает?
Грозовые тучи
Обычно огромные.
По высоте они достигают нескольких километров. Визуально не видно, как внутри этих гремучих туч все бурлит и кипит. Это воздуха, включающие в себя капельки воды, с большой скоростью перемещаются снизу вверх и наоборот.
Самая верхняя часть этих туч по температуре достигает -40 градусов, и капли воды, попадающие в эту часть тучи, замерзают.
О происхождении грозовых туч
Прежде чем мы узнаем, откуда берется гром и молния как возникает, вкратце опишем, как формируются грозовые тучи.
Большая часть этих явлений происходит не над водной гладью планеты, а над континентами. Кроме того, грозовые облака интенсивно формируются над континентами тропических широт, где у поверхности земли воздух (в отличие от воздуха над водной поверхностью) сильно прогревается и поднимается быстро вверх.
Обычно на склонах разных возвышенностей образуется подобный прогретого воздуха, который втягивает в себя влажный воздух с обширных площадей земной поверхности и поднимает его вверх.
Таким образом и образуются так называемые кучевые облака, превращающиеся в грозовые облака, описанные чуть выше.
А теперь проясним, что же такое молния, откуда берется она?
Молния и гром
Из тех самых замерзших капель образуются кусочки льда, которые также перемещаются в облаках с огромной скоростью, сталкиваясь, разрушаясь и заряжаясь электричеством. Те льдинки, которые легче и меньше, остаются наверху, а те, что крупнее, — тают, спускаясь вниз, вновь превращаясь в капельки воды.
Таким образом, в грозовой туче возникают два электрических заряда. В верхней части отрицательный, в нижней — положительный. При встрече разных зарядов возникает мощный и происходит молния. Откуда берется она, стало понятно. А дальше что происходит? Вспышка молнии мгновенно разогревает и расширяет вокруг себя воздух. Последний нагревается так сильно, что происходит эффект взрыва. Это и есть гром, пугающий все живое на земле.
Выходит, что все это — проявления Тогда возникает следующий вопрос о том, последнее откуда берётся, причем в таких больших количествах.
И куда оно девается?
Ионосфера
Что такое молния, откуда берется она, выяснили. Теперь немного о процессах, сохраняющих заряд Земли.
Ученые выяснили, что заряд Земли в общем невелик и составляет всего лишь 500 000 кулонов (как у 2 автомобильных аккумуляторов). Тогда куда исчезает тот отрицательный заряд, которые переносится молниями ближе к поверхности Земли?
Обычно в ясную погоду Земля потихоньку разряжается (постоянно между ионосферой и поверхностью Земли проходит слабый ток через всю атмосферу). Хоть и воздух считается изолятором, в нем есть небольшая доля ионов, которая позволяет существовать току в объёме всей атмосферы. Благодаря этому, хоть и медленно, но отрицательный заряд переносится с земной поверхности на высоту. Поэтому и объем суммарного заряда Земли всегда сохраняется неизменным.
На сегодня самым распространенным мнением является то, что молния шаровая представляет собой особый вид заряда в форме шара, причем существующий довольно продолжительное время и перемещающийся по непредсказуемой траектории.
Единой теории возникновения этого явления на сегодня нет. Существует много гипотез, но пока ни одна не получила признания в среде ученых.
Обычно, как свидетельствуют очевидцы, возникает в грозу или в шторм. Но имеются и случаи её возникновения и в солнечную погоду. Чаще она порождается обычной молнией, иногда возникает и спускается с облаков, а реже появляется неожиданно в воздухе или даже может выйти из какого-то предмета (столб, дерево).
Некоторые интересные факты
Откуда берется гроза и молния, мы выяснили. Теперь немного о любопытных фактах, касающихся вышеописанных природных явлений.
1. Ежегодно Земля испытывает приблизительно 25 миллионов вспышек молний.
2. Молния имеет среднюю длину приблизительно в 2,5 км. Есть и разряды, простирающиеся в атмосфере на 20 км.
3. Есть поверье, что молния не может дважды ударить в одно место. В действительности это не так. Результаты анализа (по географической карте) мест ударов молний за предшествующие несколько лет показывают, что молния и несколько раз может ударить в одно и то же место.
Вот и выяснили что такое молния, откуда берется она.
Грозы образуются как следствие сложнейших атмосферных явлений планетарного масштаба.
Каждую секунду на планете Земля происходит примерно 50 вспышек молниий.
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.:max_bytes(150000):strip_icc()/GettyImages-556447377-56a50fb45f9b58b7d0dabab0.jpg)
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 любой вид работы
Виды молний и факты о молнияхМолния 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.
Науки о природе — урок. География, 5 класс.
Название науки происходит от греческих слов «астер, астрон» — «звезда» и «номос» — «обычай, установление, закон».
Астрономия — это наука, которая занимается изучением строения Вселенной и всех небесных тел.
Астрономия изучает планеты, звёзды, кометы, астероиды, метеориты и другие космические тела. Астрономия — одна из древнейших и старейших наук. По расположению созвездий первые земледельцы определяли поры года. Кочевые племена ориентировались по Солнцу и звёздам во время своих путешествий. И сегодня астрономия разгадывает всё новые и новые загадки нашей Вселенной.
Слово «физис» с древнегреческого языка означает «природа».
Физика — это наука, которая изучает все явления, происходящие в неживой природе.
Физические явлению окружают нас повсюду.
Движение, нагревание и охлаждение тел, электричество, свет, звук — всё это физические явления. Благодаря науке физике, мы знаем причины возникновения эха, грома, молнии, радуги и других явлений.
Физика помогла изобрести то, без чего не представляет себе жизнь современный человек: автомобиль, самолёт, телевизор, холодильник, микроволновую печь, компьютер, мобильный телефон и т. д.
Греческое слово «химевсис» переводится как «смешивание».
Химия — наука, которая изучает вещества и их превращения.
С помощью химии люди получают вещества, обладающие нужными свойствами. Эти вещества человек затем использует в быту и своей хозяйственной деятельности.
География (от др.-греч. γεω — «земля», γραφо — «пишу») — наука, которая изучает поверхность Земли и всё что на ней расположено.
Объектами географии являются: континенты и океаны, моря и острова, реки и озёра, горы и равнины, государства, города и деревни. Также география изучает население и его хозяйственную деятельность.
Название науки произошло от древнегреческих слов βίος — «жизнь» и λόγος — «учение, наука».
Биология — это наука о живых существах и их взаимодействии с окружающей средой.
Биология изучает разнообразные живые существа на нашей планете: животных и растения, грибы и бактерии, а также человека. Биология рассказывает нам о видах живых организмов, их строении, развитии и размножении, о том как они взаимодействуют друг с другом и объектами неживой природы.
Экология
Древнегреческих слово οἶκος переводится как «дом, жилище, имущество».
Экология — это наука о взаимоотношениях живых организмов между собой и с объектами неживой природы, о взаимодействии людей с окружающей средой.
Знания по экологии помогут каждому человеку научиться беречь природу — наш общий дом.
Как происходит гром в небе. Как возникает молния? Как появляется гром
Еще 250 лет назад знаменитый американский ученый и общественный деятель Бенджамин Франклин установил, что молния — это электрический разряд.
Но до сих пор раскрыть до конца все тайны, которые хранит молния, не удается: изучать это природное явление сложно и опасно.
(20 фото молний + видео Молния в замедленной съёмке)
Внутри тучи
Грозовую тучу не спутаешь с обычным облаком. Ее мрачный, свинцовый цвет объясняется большой толщиной: нижний край такой тучи висит на расстоянии не более километра над землей, верхний же может достигать высоты 6-7 километров.
Что происходит внутри этой тучи? Водяной пар, из которого состоят облака, замерзает и существует в виде ледяных кристаллов. Восходящие потоки воздуха, идущие от нагретой земли, увлекают мелкие льдинки вверх, заставляя их все время сталкиваться с крупными, оседающими вниз.
Кстати, зимой земля нагревается меньше, и в это время года, практически, не образуется мощных восходящих потоков. Поэтому зимние грозы — крайне редкое явление.
В процессе столкновений льдинки электризуются, точно так же, как это происходит при трении различных предметов один о другой, — например, расчески о волосы.
Причем, мелкие льдинки приобретают заряд положительный, а крупные — отрицательный. По этой причине верхняя часть молниеобразующего облака приобретает положительный заряд, а нижняя — отрицательный. Возникает разность потенциалов в сотни тысяч вольт на каждом метре расстояния — как между облаком и землей, так и между частями облака.
Развитие молнии
Развитие молнии начинается с того, что в некотором месте облака возникает очаг с повышенной концентрацией ионов — молекул воды и, составляющих воздух, газов, от которых отняли или к которым добавили электроны.
По одним гипотезам, такой очаг ионизации получается из-за разгона в электрическом поле свободных электронов, всегда имеющихся в воздухе в небольших количествах, и соударением их с нейтральными молекулами, которые сразу же ионизируются.
По другой гипотезе, начальный толчок вызывается космическими лучами, которые все время пронизывают нашу атмосферу, ионизируя молекулы воздуха.
Ионизированный газ служит неплохим проводником электричества, поэтому через ионизированные области начинает течь ток.
Дальше — больше: проходящий ток нагревает область ионизации, вызывая всё новые высокоэнергетичные частицы, которые ионизируют близлежащие области, — канал молнии очень быстро распространяется.
Вслед за лидером
На практике процесс развития молнии происходит в несколько стадий. Сначала передний край проводящего канала, называемый «лидером», продвигается скачками по нескольку десятков метров, каждый раз, немного меняя направление (от этого молния получается извилистой). Причем скорость продвижения «лидера» может, в отдельные моменты, достигать 50 тысяч километров за одну-единственную секунду.
В конце концов, «лидер» достигает земли или другой части облака, но это еще не главная стадия дальнейшего развития молнии. После того, как ионизированный канал, толщина которого может достигать нескольких сантиметров, оказывается «пробит», по нему с огромной скоростью — до 100 тысяч километров всего за одну секунду — устремляются заряженные частицы, это и есть сама молния.
Ток в канале составляет сотни и тысячи ампер, а температура внутри канала, при этом, достигает 25 тысяч градусов — потому молния и дает столь яркую вспышку, видимую за десятки километров. А мгновенные перепады температур, в тысячи градусов, создают сильнейшие перепады давления воздуха, распространяющиеся в виде звуковой волны — грома. Этот этап длится очень недолго — тысячные доли секунды, но энергия, которая при этом выделяется, огромна.
Конечная стадия
На конечной стадии скорость и интенсивность движения зарядов в канале снижается, но, все равно, остаются достаточно большими. Именно этот момент наиболее опасен: конечная стадия может длиться только десятые (и даже меньше) доли секунды. Такое, достаточно длительное, воздействие на предметы на земле (например, на сухие деревья) часто приводит к пожарам и разрушениям.
Причем, как правило, одним разрядом дело не ограничивается — по проторенному пути могут двинуться новые «лидеры», вызывая в том же самом месте повторные разряды, по количеству доходящих до нескольких десятков.
Несмотря на то, что человечеству известна молния с момента появления самого человека на Земле, до настоящего времени она до конца еще не изучена.
Часто весной и летом бывают грозы — красивое, но опасное явление природы. Дети боятся грозы, их пугает вспышка молний и грохот грома. Им интересно узнать, что такое гроза, какие бывают молнии, почему сначала мы видим молнию, а потом слышим гром.
Чтобы гроза не казалась такой страшной, расскажите о ней подробнее. Знакомое явление уже не так пугает. Объясните детям, как нужно себя вести во время грозы, о мерах безопасности. Прочитайте стихи о грозе, отгадайте загадки, чтобы это явление природы стало более понятным.
Рассказываем детям про грозу
Дети должны иметь элементарные знания о природных явлениях, с которыми мы сталкиваемся часто: дождь, гроза, радуга, ветер, листопад.
В теплое время года часто бывают грозы, которые сопровождаются молниями.
Гроза
— красивое, но очень опасное явление природы.
Раньше люди не могли объяснить природу грозы. Они считали, что боги гневаются на людей и посылают »огненные стрелы » на землю.
Сейчас людям известно, что гроза — физическое явление. Возникают они от того, что в одном месте воздух сильно нагревается, в другом — сильно охлаждается. И там, где встречается теплый и влажный воздух с сухим и холодным, образуется грозовая туча. В них возникают электрические разряды — молнии.
Ученые М. В. Ломоносов и Г. В. Рихман доказали электрическую природу грозы.
Грозы образуются в кучевых дождевых облаках. Во время грозы идет дождь и дует сильный ветер.
Молнии — это электрический разряд, проявляется сильной вспышкой света и сопровождается громом. Длина молнии достигает 1-10 км, а температура внутри ее канала — до 30000 градусов. Она сильно нагревает воздух. Он расширяется и с грохотом преодолевает звуковой барьер. Гремит гром.
Вспышки молнии распространяются со скоростью света. Мы ее видим сразу, а потом слышим грохот грома.
За 3 секунды звук преодолевает примерно 1 км. Если гром гремит сразу после вспышки молнии, значит, гроза совсем рядом. А если вспышка молнии опережает гром, то гроза — на расстоянии. Чем дальше гроза, тем дольше не слышно грома. Свет распространяется быстрее, чем звук.
Молнии бывают разные:
- линейные
- наземные
- шаровые.
Молнии способны намагничивать металлические предметы, менять направление компаса. Часто по этой причине корабли терпели крушение.
В городе есть громоотводы — металлические стержни, по которым молния уходит в землю.
Молнии очень опасны. Если они попадут в человека или животное, то способны привести к смерти.
Ребенок боится грозы. Что делать
Гроза всегда пугает детей. Дети боятся ярких вспышек молнии и грохот грома. Возможно, дети уже слышали, что гроза очень опасна и может нанести вред человеку.
Родители с пониманием должны отнестись к страхам малыша перед грозой, не высмеивать его.
Рассказать о грозе простым языком, понятным ребенку.
Что делать, чтобы ребенку не было страшно во время грозы?
Во-первых, нужно обязательно остаться дома, если вы видите, что приближается гроза.
Во-вторых, отвлеките малыша чем-нибудь интересным. Можно поиграть в игры с воздушными шарами, похлопать в ладоши, показать, как гремит гром, постучать крышкой от кастрюли.
Отгадайте загадки с малышом про грозу, прочитайте ему стихотворение, расскажите сказку. Можно вместе сочинить новую сказку про грозу, не страшную.
Не стоит обманывать ребенка, что гроза совсем не опасна.
Обычно пугает неизвестное явление. Если ребенок боится грозы, нужно ему рассказать о ней и о том, какие есть меры безопасности. Понаблюдайте, как можно определить приближение грозы.
П ризнаки приближающейся грозы
- Появление темных кучевых облаков ;
- понижение температуры воздуха ;
- становится очень душно, безветренно ;
- слышны далекие звуки ;
- приближаются раскаты грома.
М еры безопасности во время грозы
Если гроза застала вас дома
Закрыть все окна и двери
отключить все электроприборы, отключить антенну от телевизора ,
не прикасаться к металлическим предметам, они проводят электрический ток.
Отключить мобильные телефоны.
Если через окно или дверь влетела шаровая молния, не двигайтесь, не трогайте ее руками, сидите спокойно.
Если во время грозы вы оказались на улице :
Постарайтесь войти в какое-то здание — магазин, подъезд дома, не оставайтесь на улице.
Если вы в машине, то нужно остановиться, закрыть все окна и оставаться в машине, отключить радио.
Во время грозы нельзя купаться в реке, море. Нужно выйти на берег. Если вы в лодке, старайтесь отплыть к берегу, если не получается, лягте на дно лодки.
Гроза застала вас в лесу
— не прячьтесь под одиночными деревьями. Молния всегда ищет ближайшую высокую точку. Нельзя находиться в палатке во время грозы, т.
к. молния может ударить в металлическую конструкцию.
Найдите невысокие кусты, деревья и укройтесь на время.
В поле — найти низкое место, лечь, снять все металлические предметы с себя и отключить мобильник.
Об этих важных мерах предосторожности не стоит никогда забывать. И учите своих детей мерам безопасности
Гроза — природное явление, при котором образуется электрический разряд.
- Одновременно на земном шаре наблюдается около 1500 гроз, а молний около 100 в секунду.
- Чаще грозы бывают в тропиках. В Арктике и Антарктиде их почти нет.
- Сначала появляется вспышка света. Потом гремит гром. Скорость света 300000 м/с а скорость звука — 340 м/с.
- Энергию грозы сравнивают с энергией атомной бомбы.
- Длина молнии может достигать до 20 км
Стихи про грозу для детей
Читаем стихи про грозу детям, чтобы побольше узнать об этом природном явлении.
Ах, гроза-егоза.
Молний рыжие глаза.
Дождь не брит и колюч.
Бородой торчит из туч.
А. Тесленко
В тучках прячется гроза,
Злится, будто бы коза.
Только рожки у нее.
Молний острое копье.
Л. Громова
Не боюсь я грома,
Пусть гремит сильней.
Ведь сейчас я дома,
С мамочкой моей.
Молнии, сверкая,
Мне слепят глаза.
Но за чашкой чая
Не страшна гроза!
В небе гром, гроза.
Закрывай глаза.
Дождь прошел,
Трава блестит,
В небе радуга горит.
Весенняя гроза
Ф.И. Тютчев
Люблю грозу в начале мая,
Когда весенний, первый гром,
Как бы резвяся и играя,
Грохочет в небе голубом.
Гремят раскаты молодые,
Вот дождик брызнул, пыль летит,
Повисли перлы дождевые,
И солнце нити золотит.
С горы бежит поток проворный,
В лесу не молкнет птичий гам,
И гам лесной и шум нагорный,
Все вторит весело громам.
Ты скажешь: ветреная Геба,
Кормя завесова орла,
Громокипящий кубок с неба,
Смеясь, на землю пролила.
Т. Керстен
Погулять гроза решила,
Гром с цепи она спустила.
Гром гремит, гремит, гремит.
Стрелка молнии блестит.
Дождь летит вниз головой
И стучит по мостовой.
А за тучей. А за тучей
Прячет солнца желтый лучик.
Гонят прочь грозу все дети,
Пусть ромашкой солнце светит.
Загадки про грозу
(для дошкольников 5-7 лет)
Некоторые грозу боятся, другие любуются красивым явлением. Чтобы еще интереснее было детям, отгадайте с ними загадки про грозу.
Нашумела, нагремела,
Все полила и ушла.
И сады, и огороды
Всей округи полила.
Рассыпала Лукерья
В небе огненные перья.
Огнекосая Девица.
На Девицу — мир дивится.
Небо вышив строчкою —
Катит гулкой бочкою.
Раскаленная стрела
Дуб спалила у села.
Загремел на небе гром,
Сотрясается весь дом.
Я зажмурила глаза,
Что на улице?
А. Алферова
Веселые тучки
Резвились, шутили —
Не вовремя тучки
Меня разбудили.
Я очень устал
И вставать не хочу,
На них рассердился,
Теперь грохочу.
Загремит, бабахнет. Ухнет,
Расшумится, стукнет, бухнет.
Расстарается. Как может,
Тучка удивится тоже.
Сперва — блеск.
За блеском — треск,
За треском — блеск.
Потемнело небо,
Тучами покрылось,
Будто колесница
В небе покатилась.
Муравьишки скрылись,
Гром гремит, пугает.
Дождь ручьями льется,
Молния сверкает.
Спрятались под крышу
Воробьи-зазнайки,
Что с природой стало.
Дети. Отгадайте…
Вот по небу мчится конь —
Из-под ног летит огонь.
Конь копытом бьет могучим.
И раскалывает тучи.
Так он тяжело бежит,
Что внизу земля дрожит.
Под понятием гроза дети понимают гром и молнию. Объясните каждое понятие ребенку.
Гром — это звук электрического разряда в небе.Его нельзя увидеть, но можно услышать. Чем ближе звук, тем ближе эпицентр грозы.
Его никто не видит.
Но все слышат.
А его подругу никто не слышит,
Но все видят.
Молния — это разряд электричества, который разрывает тучу на части. Яркий свет вспышки, который виден издалека за много километров.
Очень яркая стрела
Свалила липу у села.
С детьми можно посмотреть мультфильмы про грозу и другие природные явления:
»Котенок по имени Гав. Гроза»
»Грибной дождь»
»Земляничный дождик»
»Истории облачка Оли».
Посмотрите еще видео про грозу.
Вывод:
Гроза — красивое природное явление, но очень опасное. Заметив приближение грозы, примете все меры предосторожности и научите детей.
Вот так можно рассказать детям про грозу.
Пишите свои комментарии, делитесь информацией с друзьями.
С уважением, Ольга.
Вот еще недавно чистое, ясное небо затянули облака. Упали первые капли дождя. А в скором времени стихия продемонстрировала земле свою силу. Гром и молния пронзили грозовое небо.
Откуда приходят подобные явления? Человечество множество веков видело в них проявление божественной силы. Сегодня мы знаем о возникновении таких явлений.
Происхождение грозовых туч
Облака появляются в небе из конденсата, поднимающегося высоко над землей, и парят в небе. Тучи же более тяжелые и большие. Они приносят с собой все «спецэффекты», присущие непогоде.
Грозовые облака отличаются от обычных наличием заряда электричества. Причем есть тучи с положительным зарядом, а есть с отрицательным.
Чтобы понять, откуда берутся гром и молния, следует подняться выше над землей. В небе, где нет препятствий для вольного полета, дуют ветра сильнее, чем на земле. Именно они провоцируют заряд в облаках.
Происхождение грома и молнии может объяснить всего одна капля воды. Она имеет положительный заряд электричества в центре и отрицательный снаружи. Ветер разбивает ее на части. Одна из них остается с отрицательным зарядом и имеет меньший вес. Более тяжелые положительно заряженные капли образуют такие же тучи.
Дождь и электричество
До того как в грозовом небе появятся гром и молния, ветер разделяет облака на положительно и отрицательно заряженные. Дождь, падающий на землю, уносит часть этого электричества с собой. Между тучей и поверхностью земли образовывается притяжение.
Отрицательный заряд тучи будет притягивать положительный на земле. Это притяжение будет располагаться равномерно на всех поверхностях, находящихся на возвышенности, и проводящих ток.
И вот дождь создает все условия для появления грома и молнии. Чем выше предмет к туче, тем легче молнии пробиться к нему.
Происхождение молнии
Погода подготовила все условия, которые помогут появиться всем ее эффектам. Она создала тучи, откуда берутся гром и молния.
Заряженная отрицательным электричеством крыша притягивает к себе положительный заряд наиболее возвышенного предмета. Его отрицательное электричество уйдет в землю.
Обе эти противоположности стремятся притянуться друг к другу.
Чем больше в туче электричества, тем больше его и в самом возвышенном предмете.
Накапливаясь в туче, электричество может прорвать слой воздуха, находящийся между ней и предметом, и появится сверкающая молния, прогремит гром.
Как развивается молния
Когда бушует гроза, молния, гром сопровождают ее беспрестанно. Чаще всего искра происходит из отрицательно заряженной тучи. Она развивается постепенно.
Сначала из тучи по каналу, направленному к земле, течет небольшой поток электронов. В этом месте тучи скапливаются электроны, двигающиеся с большой скоростью. Благодаря этому электроны сталкиваются с атомами воздуха и разбивают их. Получаются отдельные ядра, а также электроны. Последние также устремляются к земле. Пока они движутся по каналу, все первичные и вторичные электроны снова расщепляют стоящие у них на пути атомы воздуха на ядра и электроны.
Весь процесс похож на лавину. Он двигается по нарастающей. Воздух разогревается, его проводимость увеличивается.
Все сильнее электричество из тучи стекается к земле со скоростью 100 км/с.
В этот момент молния пробивает себе канал к земле. По этой дороге, проложенной лидером, электричество начинает течь еще быстрее. Происходит разряд, имеющий огромную силу. Достигая своего пика, разряд уменьшается. Канал, разогретый таким мощным током, светится. И в небе становится видно молнию. Протекает такой разряд недолго.
После первого разряда часто следует второй по проложенному каналу.
Как появляется гром
Гром, молния, дождь неразлучны при грозе.
Гром возникает по следующей причине. Ток в канале молнии образуется очень быстро. Воздух при этом очень нагревается. От этого он расширяется.
Это происходит так быстро, что напоминает взрыв. Такой толчок сильно сотрясает воздух. Эти колебания и приводят к появлению громкого звука. Вот откуда берутся молния и гром.
Как только электричество из тучи достигнет земли и исчезнет из канала, он очень быстро охлаждается. Сжатие воздуха также приводит к раскатам грома.
Чем больше молний прошло по каналу (их может быть до 50 штук), тем продолжительнее сотрясения воздуха.
Этот звук отражается от предметов и туч, и происходит эхо.
Почему есть интервал между молнией и громом
В грозу за появлением молнии следует гром. Опоздание его от молнии происходит из-за разных скоростей их движения. Звук движется с относительно небольшой скоростью (330 м/с). Это всего в 1,5 раза быстрее движения современного «Боинга». Скорость света гораздо больше скорости звука.
Благодаря такому интервалу можно определить, как далеко от наблюдателя находятся сверкающие молнии и гром.
Например, если между молнией и громом прошло 5 с, это значит, что звук прошел 330 м 5 раз. Путем умножения легко посчитать, что молнии от наблюдателя были на расстоянии 1650 м. Если гроза проходит ближе, чем 3 км от человека, она считается близкой. Если расстояние в соответствии с появлением молнии и грома дальше, то и гроза дальняя.
Молния в цифрах
Гром и молния были изменены учеными, и результаты их исследований представлены общественности.
Было установлено, что разница потенциалов, предшествующих молнии, достигает миллиардов вольт.
Сила тока при этом в момент разряда достигает 100 тыс. А.
Температура в канале разогревается до 30 тыс. градусов и превышает температуру на поверхности Солнца. От облаков до земли молния проходит со скоростью 1000 км/с (за 0,002 с).
Внутренний канал, по которому течет ток, не превышает 1 см, хотя видимый достигает 1 м.
В мире непрерывно происходит около 1800 гроз. Вероятность быть убитым молнией составляет 1:2000000 (такая же, как умереть при падении с кровати). Вероятность увидеть шаровую молнию равна 1 к 10000.
Шаровая молния
На пути изучения того, откуда гром и молния происходят в природе, самым загадочным явлением выступает шаровая молния. Эти круглые огненные разряды до конца еще не изучены.
Чаще всего форма такой молнии напоминает грушу или арбуз. Она существует до нескольких минут. Появляется в конце грозы в виде красных сгустков от 10 до 20 см в поперечнике. Наибольшая шаровая молния, сфотографированная однажды, была около 10 м в диаметре.
Она издает жужжащий, шипящий звук.
Исчезнуть может тихо или с небольшим треском, оставляя запах гари и дымок.
Движение молнии не зависит от ветра. Их тянет в закрытые помещения через окна, двери и даже щели. Если соприкасаются с человеком, оставляют сильные ожоги и могут привести к летальному исходу.
До сих пор причины появления шаровой молнии были неизвестны. Однако это не является свидетельством ее мистического происхождения. В этой области ведутся исследования, которые смогут объяснить сущность такого явления.
Ознакомившись с такими явлениями, как гром и молния, можно понять механизм их возникновения. Это последовательный и довольно сложный физико-химический процесс. Он представляет собой одно из самых интересных явлений природы, которое встречается повсеместно и потому затрагивает практически каждого человека на планете. Ученые разгадали загадки практически всех видов молний и даже измеряли их. Шаровая молния на сегодняшний день выступает единственной нераскрытой тайной природы в области образования подобных явлений природы.
Среди множества атмосферных явлений молния, несомненно, занимает особое место. Она чрезвычайно красива и зрелищна, а невероятная мощь ее ударов и сегодня приводит в ужас многих людей.
И это несмотря на то, что все они учились в школе и представляют, что такое электричество.
Древние представления о молнии
В древности молния вызывала у людей не менее сильные чувства. Ею восхищались и ее боялись, считая ее оружием богов. Не зря наиболее грозные и воинственные божества практически у всех народов были вооружены именно молниями: Зевс — у древних греков, Юпитер – у римлян, Перун – у славян.
В древнеиндийском пантеоне богов молнией были вооружены Шива-Разрушитель и Индра-Воин, у которого для метания молний даже имелось специальное оружие – ваджра.
В то же время молния нередко считалась символом пробуждения жизненных сил и энергии. Так, по верованиям древних китайцев, погодой управляла специальная небесная управа из четырех богов.
Молнией заведовала богиня Дянь-му, которая сближала и разводила небесные зеркала, начиная вспышкой молнии неуклонное движение жизни на полях и в сердцах людей.
В христианстве молния символизирует Божественное откровение и Божественный суд.
Как образуется молния?
Сегодня всем известно, что молния – это мощный электрический разряд, возникающий между тучами. Но как именно он образуется, представляют далеко не все.
Грозовая туча – это облако водяного пара, имеющее размеры подчас в десятки километров. Его верхняя часть может находиться на высоте 6-7 км, в то время как нижняя – всего в полукилометре от земли.
На высоте 4 км всегда царит отрицательная температура, поэтому капельки пара там превращаются в льдинки. Хаотично перемещаясь, они постоянно трутся друг о друга, благодаря чему большинство из них приобретают электрический заряд: мелкие – положительный, крупные – отрицательный.
Под действием тяготения крупные льдинки опускаются в нижние слои тучи, скапливаясь там, а мелкие остаются наверху. Постепенно суммарная величина зарядов становится достаточно большой для того, чтобы возникшее между ними поле приобрело гигантскую напряженность.
Когда разнозаряженные части тучи сближаются, отдельные ионы и электроны, сорванные с места взаимным притяжением, устремляются навстречу друг другу, увлекая за собой соседей. Возникает плазменный канал разряда, распространяющийся по участкам тучи со скоростью в сотые доли секунды.
Иногда нижний край тучи нависает над землей достаточно низко, чтобы электрический пробой случился между тучей и поверхностью земли. Особенно «везет» в этом отношении отдельно стоящим пригоркам или деревьям, столбам и вышкам линий электропередач, которые становятся катализаторами разряда. Вот почему опасно в грозу оставаться под одиноким деревом на пригорке или электрическим столбом.
Температура внутри канала молнии достигает десяти тысяч градусов, а электрическое напряжение – нескольких сотен миллионов вольт. В то же время емкость облачного «конденсатора» совсем невелика – всего около 0,15 микрофарад. Раскаленная плазма выжигает воздух вокруг канала, который затем схлопывается, вызвав ударную волну, которую мы воспринимаем как гром.
Зарница
Молнии возникают не только в обычных облаках, состоящих из водяного пара. Для их образования необходимо, чтобы в воздухе находилась мелкодисперсная взвесь любого вещества, частицы которого будут тереться друг о друга и приобретать электрический заряд.
Так, в засушливое лето иногда можно увидеть «сухую грозу» — молнии, образованные в огромных тучах поднятой ветром пыли. Эти молнии называют зарницами.
Шаровая молния
Иногда во время грозы происходит образование шаровой молнии – шарообразного сгустка энергии небольшого размера. Это одно из наиболее малоизученных атмосферных явлений, повторить которое в лабораторных условиях, в отличие от обычной молнии, до сих пор не удалось.
Шарообразная молния может причинить вред человеку, которого она коснется, но немало и случаев, когда контакт с нею не приносил никаких неприятных ощущений.
Туман, поднявшийся высоко над землёй, состоит из частичек воды и образует облака. Более крупные и тяжёлые облака называются тучами.
Одни тучи являются простыми — они молнии и грома не вызывают. Другие же называются грозовыми, так как именно они создают грозу, образуют молнию и гром. От простых дождевых туч грозовые тучи отличаются тем, что они заряжены электричеством: одни — положительным, другие — отрицательным.
Как же образуются грозовые тучи?
Всякий знает, какой сильный ветер бывает во время грозы. Но ещё более сильные воздушные вихри образуются выше над землёй, где движению воздуха не мешают леса и горы. Этот ветер, главным образом, и образует положительное и отрицательное электричество в облаках. Чтобы понять это, рассмотрим, как распределено электричество в каждой водяной капле. Такая капля изображена в увеличенном виде на рис. 8. В центре её находится положительное электричество, а равное ему отрицательное электричество располагается на поверхности капли. Падающие капли дождя подхватываются ветром, попадают в воздушные потоки. Ветер, с силой ударяющий в каплю, разбивает её на части. При этом отколовшиеся наружные частицы капли оказываются заряженными отрицательным электричеством.
Оставшаяся более крупная и тяжёлая часть капли заряжена положительным электричеством. Та часть тучи, в которой скапливаются тяжёлые частицы капель, заряжается положительным электричеством.
Рис. 8. Так распределено электричество в дождевой капле. Положительное электричество внутри капли изображено одним (большим) знаком «+».
Чем сильнее ветер, тем скорее туча заряжается электричеством. Ветер затрачивает определенную работу, которая уходит на то, чтобы разделить положительное и отрицательное электричества.
Дождь, выпадающий из тучи, уносит часть электричества тучи на землю и, таким образом, между тучей и землёй создаётся электрическое притяжение.
На рис. 9 показано распределение электричества в туче и на поверхности земли. Если туча заряжена отрицательным электричеством, то, стремясь притянуться к нему, положительное электричество земли будет распределяться на поверхности всех возвышенных предметов, проводящих электрический ток. Чем выше предмет, стоящий на земле, тем меньше расстояние между его верхом и низом тучи и тем меньше остающийся здесь слой воздуха, разделяющий разноимённые электричества.
Очевидно, что в таких местах молнии легче пробиться к земле. Об этом мы расскажем ещё подробнее дальше.
Рис. 9. Распределение электричества в грозовой туче и наземных предметах.
2. Отчего происходит молния?
Подходя близко к высокому дереву или дому, грозовая туча, заряженная электричеством, действует на него совершенно так же, как в рассмотренном нами последнем опыте заряженная палочка действовала на электроскоп. На верхней части дерева или на крыше дома получается через влияние электричество иного рода, чем то, которое несёт на себе туча. Так, например, на рис. 9 туча, заряженная отрицательным электричеством, притягивает к крыше положительное электричество, а отрицательное электричество дома уйдёт в землю.
Оба электричества — в туче и в крыше дома — стремятся притянуться друг к другу. Если электричества в туче много, то и на доме образуется через влияние много электричества. Подобно тому, как прибывающая вода может размыть плотину и ринуться бурным потоком, затопляя долину в своём безудержном движении, так и электричество, всё в большем количестве накапливающееся в туче, в конце концов, может прорвать слой воздуха, отделяющий его от поверхности земли, и устремиться вниз навстречу земле, к противоположному электричеству.
Произойдёт сильный разряд — между тучей и домом проскочит электрическая искра.
Это и есть молния, ударившая в дом.
Разряды молнии могут происходить не только между тучей и землёй, но и между двумя тучами, заряженными электричествами разного рода.
3. Как развивается молния?
Чаще всего молнии, ударяющие в землю, происходят от туч, заряженных отрицательным электричеством. Молния, ударяющая из такой тучи, развивается так.
Сначала из тучи по направлению к земле начинают течь электроны в небольшом количестве, в узком канале, образуя в воздухе нечто подобное ручейку. На рис. 10 показано это начало образования молнии. В той части тучи, где начинается образование канала, скопились электроны, обладающие большой скоростью движения, благодаря которой они, сталкиваясь с атомами воздуха, разбивают их на ядра и электроны. Освобождающиеся при этом электроны устремляются также по направлению к земле и, снова сталкиваясь с атомами воздуха, расщепляют их. Это похоже на падение снега в горах, когда сначала небольшой ком, катясь вниз, обрастает прилипающими к нему снежинками, и, всё ускоряя свой бег, превращается в грозную лавину.
И здесь электронная лавина захватывает всё новые объёмы воздуха, расщепляя его атомы на части. При этом воздух разогревается, а при повышении температуры его проводимость усиливается; он из изолятора превращается в проводник. Через полученный проводящий канал воздуха из тучи начинает стекать электричество всё в большем количестве. Электричество приближается к земле с огромной скоростью, достигающей 100 километров в секунду. Для сравнения напомним, что скорость полёта снаряда из современных орудий не превышает двух километров в секунду.
Рис. 10. В туче начинается образование молнии.
Через сотые доли секунды электронная лавина достигает земли. Этим заканчивается только первая, так сказать, «подготовительная» часть молнии: молния пробила себе дорогу к земле. Вторая, главная часть развития молнии ещё впереди.
Рассмотренную часть образования молнии называют лидером. Это иностранное слово означает по-русски «ведущий». Лидер проложил дорожку второй, более мощной части молнии; эту часть называют главной.
Как только канал дошёл до земли, электричество начинает протекать через него гораздо более бурно и быстро. Теперь происходит соединение отрицательного электричества, скопившегося в канале, и положительного электричества, которое попало в землю с каплями дождя и путём электрического влияния — происходит разряд электричества между тучей и землёй. Такой разряд представляет собою электрический ток огромной силы — эта сила гораздо больше, чем сила тока в обычной электрической сети. Ток, протекающий в канале, очень быстро нарастает, а достигнув наибольшей силы, начинает постепенно спадать. Канал молнии, через который протекает такой сильный ток, очень разогревается и поэтому ярко светится. Но время протекания тока в грозовом разряде очень мало. Разряд длится очень малые доли секунды, и поэтому электрическая энергия, которая получается при разряде, сравнительно невелика.
На рис. 11 показано постепенное продвижение лидера молнии по направлению к земле (первые три рисунка слева). На трёх последних рисунках видны отдельные моменты образования второй (главной) части молнии.
Рис. 11. Постепенное развитие лидера молнии (первые три рисунка) и её главной части (последние три рисунка).
Человек, смотрящий на молнию, конечно, не сможет различить её лидера от главной части, так как они следуют друг за другом чрезвычайно быстро, по одному и тому же пути. Но с помощью фотографического аппарата можно отчётливо видеть оба процесса. Фотографический аппарат применяется в этих случаях особенный. Главное его отличие от обычных фотоаппаратов заключается в том, что его пластинка имеет круглую форму и во время съёмки вращается — совершенно так же, как граммофонная пластинка. Поэтому снимок, сделанный таким аппаратом, растягивается, «размазывается».
После соединения двух электричеств разного рода ток обрывается. Однако, молния обычно на этом не заканчивается. Часто по пути, проложенному первым разрядом, сразу же устремляется новый лидер, а за ним, по тому же пути, идёт снова главная часть разряда. Так завершается второй разряд.
Таких отдельных разрядов, состоящих каждый из своего лидера и главной части, может образовываться до 50 штук.
Чаще же всего их бывает 2–3 штуки. Появление отдельных разрядов делает молнию прерывистой, и часто человек, смотрящий на молнию, видит её мерцание.
Вот какова причина мерцания молнии.
Так как молния состоит из нескольких быстро чередующихся вспышек света, то на вращающейся фотографической пластинке появляются отдельные изображения, находящиеся на определённом расстоянии одно от другого. Расстояние между изображениями будет тем большим, чем быстрее вращается пластинка.
Время между образованием отдельных разрядов очень мало; оно не превышает сотых долей секунды. Если число разрядов очень велико, то длительность молнии может достигать целой секунды и даже нескольких секунд. Уж не так «быстра» молния, как это представляли себе раньше!
Мы рассмотрели лишь один вид молнии, который наиболее часто встречается. Эта молния называется линейной молнией, потому что невооружённому глазу она представляется в виде линии — узкой яркой полосы белого, светло-голубого или ярко-розового цвета.
Линейная молния имеет длину от сотен метров до многих километров. Путь молнии обычно зигзагообразный. Часто молния имеет много разветвлений. Как было уже сказано, разряды линейной молнии могут происходить не только между тучей и землёй, но и между тучами.
На рис. 12 изображена линейная молния.
Рис. 12. Линейная молния.
4. Отчего происходит гром?
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.
Как всякий звук, гром распространяется в воздухе с сравнительно небольшой скоростью — приблизительно 330 метров в секунду. Эта скорость лишь в полтора раза больше скорости современного самолёта. Если наблюдатель видит сначала молнию и только через некоторое время слышит гром, то он может определить расстояние, которое отделяет его от молнии. Пусть, например, между молнией и громом прошло 5 секунд. Так как за каждую секунду звук пробегает 330 метров, то за пять секунд гром прошёл расстояние в пять раз большее, а именно 1650 метров. Значит, молния ударила меньше чем в двух километрах от наблюдателя.
В тихую погоду гром доносится через 70–90 секунд, проходя 25–30 километров.
Грозы, которые проходят от наблюдателя на расстоянии меньшем, чем три километра, считаются близкими, а грозы, проходящие на большем расстоянии — дальними.
5. Шаровая молния
Кроме линейной, бывают, правда гораздо реже, молнии других видов. Из них мы рассмотрим одну, наиболее интересную — шаровую молнию.
Иногда наблюдаются грозовые разряды, представляющие собой огненные шары. Как образуются шаровые молнии — пока ещё не изучено, но имеющиеся наблюдения над этим интересным видом грозового разряда позволяют сделать некоторые выводы. Приведём здесь одно из наиболее интересных описаний шаровой молнии.
Вот что сообщает знаменитый французский учёный Фламмарион:
«7-го июня 1886 года в половине восьмого вечера, во время грозы, разразившейся над французским городом Грей, небо вдруг осветилось широкой красной молнией, и при страшном треске с неба упал огненный шар, поперечником, повидимому, в 30–40 сантиметров. Рассыпая искры, он ударился о конец конька крыши, отбил от её главной балки кусок более чем в полметра длиной, расщепил его на мелкие кусочки, засыпал чердак обломками и обрушил штукатурку с потолка верхнего этажа.
Затем этот шар перескочил на крышу подъезда, пробил в ней дыру, упал на улицу и, прокатившись по ней на некоторое расстояние, постепенно исчез. Пожара шар не произвёл и никому не повредил, несмотря на то, что на улице было много народа».На рис. 13 изображена шаровая молния, заснятая фотографическим аппаратом, а на рис. 14 изображена картина художника, нарисовавшего шаровую молнию, которая упала во двор.
Рис. 13. Шаровая молния.
Рис. 14. Шаровая молния. (С картины художника.)
Чаще всего шаровая молния имеет форму арбуза или груши. Длится она сравнительно долго — от небольшой доли секунды до нескольких минут. Наиболее обычное время длительности шаровой молнии — от 3 до 5 секунд. Шаровая молния чаще всего появляется в конце грозы в виде красных светящихся шаров поперечником от 10 до 20 сантиметров. В более редких случаях она имеет и большие размеры. Была, например, сфотографирована молния поперечником около 10 метров.
Шар может быть иногда ослепительно белым и иметь очень резкий контур. Обычно шаровая молния издаёт свистящий, жужжащий или шипящий звук.
Шаровая молния может исчезать тихо, но может издавать при этом слабый треск или даже оглушающий взрыв. Исчезая, она часто оставляет остро пахнущую дымку. Вблизи земли или в закрытых помещениях шаровая молния движется со скоростью бегущего человека — приблизительно два метра в секунду. Она может оставаться в покое в течение некоторого времени, и такой «осевший» шар шипит и выбрасывает искры до тех пор, пока не исчезнет. Иногда кажется, что шаровую молнию гонит ветер, но обычно её движение от ветра не зависит.
Шаровые молнии притягиваются к закрытым помещениям, в которые они проникают через открытые окна или двери, а иногда даже через небольшие щели. Трубы представляют для них хороший путь; поэтому шаровые молнии часто появляются из печей в кухнях. Покружившись по комнате, шаровая молния оставляет помещение, уходя часто по тому самому пути, по которому она вошла.
Иногда молния два-три раза поднимается и опускается на расстояния от нескольких сантиметров до нескольких метров. Одновременно с этими подъёмами и спусками огненный шар передвигается иногда и в горизонтальном направлении, и тогда кажется, что шаровая молния делает скачки.
Часто шаровые молнии «оседают» на проводниках, предпочитая наиболее высокие точки, или катятся вдоль проводников, например — по водосточным трубам. Двигаясь по телам людей, иногда под одеждами, шаровые молнии вызывают сильные ожоги и даже смерть. Имеются многие описания случаев смертельного поражения людей и животных шаровой молнией. Шаровые молнии могут причинить очень сильные разрушения зданий.
Законченного научного объяснения шаровой молнии ещё нет. Учёные упорно изучали шаровую молнию, однако до сих пор все разнообразные её проявления объяснить не удалось. В этой области предстоит ещё большая научная работа. Конечно, ничего таинственного, «сверхъестественного» и в шаровой молнии нет. Это — электрический разряд, происхождение которого такое же, как и у линейной молнии.
Несомненно, в недалёком будущем учёные смогут объяснить все подробности шаровой молнии так же хорошо, как они сумели объяснить все подробности линейной молнии.
Суровая погода 101: Основы молнии
Суровая погода 101
Основы молнии
- Что такое молния?
- Молния — это гигантская электрическая искра в атмосфере между облаками, воздухом или землей. На ранних стадиях развития воздух действует как изолятор между положительными и отрицательными зарядами в облаке и между облаком и землей. Когда противоположные заряды накапливаются достаточно, эта изолирующая способность воздуха разрушается, и происходит быстрый разряд электричества, известный нам как молния.Вспышка молнии временно выравнивает заряженные области в атмосфере, пока противоположные заряды не накапливаются снова.
Молния может возникать между противоположными зарядами в грозовом облаке (внутриоблачная молния) или между противоположными зарядами в облаке и на земле (облако-земля).
Молния — одно из древнейших наблюдаемых природных явлений на Земле. Его можно увидеть в извержениях вулканов, чрезвычайно интенсивных лесных пожарах, поверхностных ядерных взрывах, сильных метелях, в сильных ураганах и, очевидно, в грозах..
- Узнайте больше об исследованиях молнии NSSL здесь.
- Что вызывает гром?
- Молния вызывает гром! Энергия канала молнии кратковременно нагревает воздух примерно до 50 000 градусов по Фаренгейту, что намного горячее, чем поверхность солнца. Это заставляет воздух взрываться наружу. Огромное давление в начальной ударной волне, направленной наружу, быстро уменьшается с увеличением расстояния и в пределах десяти ярдов или около того становится достаточно маленьким, чтобы его можно было воспринимать как звук, который мы называем громом.
Гром можно услышать на расстоянии до 25 миль от разряда молнии, но частота звука меняется с расстоянием от каналов молнии, которые его производят, потому что более высокие частоты быстрее поглощаются воздухом.
Очень близко к молнии, первый гром, который вы слышите, исходит от ближайших каналов, которые производят разрывающий звук, потому что этот гром содержит высокие частоты. Через несколько секунд вы слышите резкий щелчок или громкий треск из каналов молнии чуть дальше, а еще через несколько десятков секунд гром из самой дальней части вспышки стихает до низкочастотного рокота.Поскольку свет распространяется по воздуху примерно в миллион раз быстрее звука, вы можете использовать гром для оценки расстояния до молнии. Просто посчитайте количество секунд с момента, когда вы увидите вспышку, до момента, когда вы услышите гром. Звук проходит примерно одну пятую мили в секунду или одну треть километра в секунду, поэтому деление количества секунд на 5 дает количество миль до вспышки, а деление на 3 дает количество километров.
- Куда ударяет молния?
- Большинство, если не все, молнии, вызванные бурями, начинаются внутри облака.Если вспышка молнии ударит в землю, канал образуется вниз к поверхности. Когда он достигает менее ста ярдов от земли, такие объекты, как деревья, кусты и здания, начинают испускать искры навстречу ему. Когда одна из искр соединяет развивающийся вниз канал, мощный электрический ток быстро устремляется вниз по каналу к объекту, вызвавшему искру. Высокие объекты, такие как деревья и небоскребы, с большей вероятностью, чем окружающая земля, образуют одну из связующих искр и, следовательно, с большей вероятностью могут быть поражены молнией.Горы также являются хорошими целями. Однако это не всегда означает, что будут поражены высокие предметы. Молния может ударить в землю в открытом поле, даже если рядом находится линия деревьев.
- Что вызывает молнию?
- Создание молнии — сложный процесс. Обычно мы знаем, какие условия необходимы для возникновения молнии, но до сих пор ведутся споры о том, как именно облако накапливает электрические заряды и как формируется молния. Ученые считают, что первоначальный процесс создания областей заряда во время грозы включает в себя мелкие частицы града, называемые крупой, диаметром примерно от одной четверти миллиметра до нескольких миллиметров, которые растут, собирая еще более мелкие капли переохлажденной жидкости. Когда эти частицы крупы сталкиваются и отскакивают от более мелких частиц льда, крупа приобретает один знак заряда, а меньшая частица льда получает другой знак заряда. Поскольку более мелкие частицы льда поднимаются восходящими потоками быстрее, чем частицы крупы, заряд частиц льда отделяется от заряда частиц крупы, и заряд частиц льда накапливается выше заряда крупы.
Лабораторные исследования показывают, что крупа приобретает положительный заряд при температурах немного ниже 32 градусов по Фаренгейту, но получает отрицательный заряд при более низких температурах во время шторма.Ученые считают, что две самые большие области заряда в большинстве штормов вызваны в основном крупой, несущей отрицательный заряд в середине шторма, и частицами льда, несущими положительный заряд в верхней части шторма. Однако небольшая область положительного заряда часто находится ниже основной области отрицательного заряда из-за того, что крупа приобретает положительный заряд на более низких и более теплых высотах.
Мелкие ледяные частицы, столкнувшиеся с отрицательной крупой в нижней части, могут внести положительный заряд в середину шторма.Концептуальная модель показывает распределение электрического заряда внутри глубокой конвекции (грозы), разработанная учеными NSSL и университета. В основном восходящем потоке (в красной стрелке и выше) есть четыре основных области заряда. В конвективной области, но за пределами оттока (в синей стрелке и над ней), имеется более четырех областей заряда.
Подробнее о молниях можно узнать в онлайн-школе погоды JetStream Национальной метеорологической службы.
- Как распространяется электрический заряд во время грозы?
Распределение заряда в грозовых облаках [+]
Концептуальная модель показывает распределение электрического заряда внутри глубокой конвекции (грозы), разработанная учеными NSSL и университета.В основном восходящем потоке (в красной стрелке и выше) есть четыре основных области заряда. В конвективной области, но за пределами оттока (в синей стрелке и над ней), имеется более четырех областей заряда.
Очень близко к молнии, первый гром, который вы слышите, исходит от ближайших каналов, которые производят разрывающий звук, потому что этот гром содержит высокие частоты. Через несколько секунд вы слышите резкий щелчок или громкий треск из каналов молнии чуть дальше, а еще через несколько десятков секунд гром из самой дальней части вспышки стихает до низкочастотного рокота.
Когда он достигает менее ста ярдов от земли, такие объекты, как деревья, кусты и здания, начинают испускать искры навстречу ему. Когда одна из искр соединяет развивающийся вниз канал, мощный электрический ток быстро устремляется вниз по каналу к объекту, вызвавшему искру. Высокие объекты, такие как деревья и небоскребы, с большей вероятностью, чем окружающая земля, образуют одну из связующих искр и, следовательно, с большей вероятностью могут быть поражены молнией.Горы также являются хорошими целями. Однако это не всегда означает, что будут поражены высокие предметы. Молния может ударить в землю в открытом поле, даже если рядом находится линия деревьев.
Когда эти частицы крупы сталкиваются и отскакивают от более мелких частиц льда, крупа приобретает один знак заряда, а меньшая частица льда получает другой знак заряда. Поскольку более мелкие частицы льда поднимаются восходящими потоками быстрее, чем частицы крупы, заряд частиц льда отделяется от заряда частиц крупы, и заряд частиц льда накапливается выше заряда крупы.
Мелкие ледяные частицы, столкнувшиеся с отрицательной крупой в нижней части, могут внести положительный заряд в середину шторма.
NSSL используют трехмерную модель облаков для изучения полного жизненного цикла гроз. Модель показала, как крупа или другие капли могут помочь сформировать области с более низким зарядом внутри шторма.
Команда NSSL запускает метеозонд с приборами для изучения молний в северной Флориде.[+]
Исследователи NSSL были пионерами в науке о запуске метеозондов с приборами в грозу. Эта возможность позволила NSSL собирать данные о погоде в непосредственной близости от торнадо и сухих линий, а также во время грозы, собирая критически необходимые наблюдения в условиях, близких к грозам. Кроме того, эти мобильные лаборатории и воздушные шары предоставили первые вертикальные профили электрических полей внутри грозы, что привело к новой концептуальной модели электрических структур внутри конвективных гроз.
Одним из способов, которым исследователи проверяют свои теории, является измерение сильных гроз в полевых условиях и последующий анализ результатов.
Крупномасштабные полевые эксперименты с использованием многих инструментов с основным акцентом на атмосферное электричество включают эксперимент по глубоким конвективным облакам и химии (DC3), исследование электрификации и поляриметрического радара MCS, исследование электрификации и осадков при сильной грозе и исследование электрификации грозы и молнии. Эксперимент.
Более суровая погода 101:
← Часто задаваемые вопросы о наводнениях Типы молний →Что вызывает молнию?
В сельской местности обрушилась гроза. Кредит: noaanews.noaa.gov Гром и молния. Когда дело доходит до сил природы, мало что вызывает столько страха, благоговения или восхищения, не говоря уже о легендах, мифах и религиозных представлениях. Как и все вещи в мире природы, то, что первоначально рассматривалось как действие богов (или других сверхъестественных причин), с тех пор стало признаваться естественным явлением.
Но, несмотря на все, что человечество узнало за столетия, молния остается загадочной. Эксперименты проводились со времен Бенджамина Франклина; однако мы по-прежнему сильно полагаемся на теории о том, как ведет себя освещение.
Описание:
По определению, молния — это внезапный электростатический разряд во время грозы.Этот разряд позволяет заряженным областям в атмосфере временно выравниваться, когда они ударяются о предмет на земле. Хотя молния всегда сопровождается звуком грома, отдаленная молния может быть видна, но быть слишком далеко, чтобы гром был слышен.
Типы:
Молния может принимать одну из трех форм, которые определяются тем, что находится в «конце» ответвления канала (т. е. разряд молнии). Например, внутриоблачное освещение (IC), возникающее между электрически заряженными областями облака; освещение от облака к облаку (CC), когда оно происходит между одной функциональной грозовой тучей и другой; и молния «облако-земля» (CG), которая в основном возникает в грозовом облаке и заканчивается на поверхности Земли (но может также происходить в обратном направлении).
Внутриоблачные молнии чаще всего возникают между верхней (или «наковальней») частью и нижней частью данной грозы. В таких случаях наблюдатель может увидеть только вспышку света, не слыша грома. Здесь часто применяется термин «тепловая молния» из-за связи между локально ощущаемым теплом и отдаленными вспышками молнии.
В случае молнии от облака к облаку заряд обычно возникает из-под или внутри наковальни и карабкается через верхние слои облаков грозы, обычно генерируя молнию с несколькими ответвлениями.
«Облако-земля» (CG) — самый известный тип молнии, хотя и третий по распространенности — на него приходится примерно 25% случаев во всем мире. В этом случае молния имеет вид разряда между грозовым облаком и землей, имеет обычно отрицательную полярность и инициируется ступенчатой ветвью, спускающейся от облака.
МолнияCG наиболее известна, потому что, в отличие от других форм молнии, она заканчивается на физическом объекте (чаще всего на Земле) и, следовательно, поддается измерению с помощью инструментов.Кроме того, он представляет наибольшую угрозу жизни и имуществу, поэтому понимание его поведения рассматривается как необходимость.
Свойства:
Освещение возникает, когда в атмосфере возникают восходящие и нисходящие потоки ветра, создавая зарядный механизм, который разделяет электрические заряды в облаках, оставляя отрицательные заряды внизу и положительные заряды вверху. По мере того, как заряд в нижней части облака продолжает расти, растет и разность потенциалов между облаком и землей, которая заряжена положительно.
Когда пробой на дне облака создает очаг положительного заряда, формируется канал электростатического разряда, который начинает двигаться вниз ступенями длиной в десятки метров. В случае молнии IC или CC этот канал затем притягивается к другим карманам областей положительного заряда. В случае ударов ЦТ ступенчатый лидер притягивается к положительно заряженной земле.
Многие факторы влияют на частоту, распределение, силу и физические свойства «типичной» вспышки молнии в конкретном регионе мира.К ним относятся высота над уровнем моря, широта, преобладающие ветровые течения, относительная влажность, близость к теплым и холодным водоемам и т. д. В определенной степени соотношение между молниями IC, CC и CG также может варьироваться в зависимости от сезона в средних широтах.
Около 70 % молний происходит над сушей в тропиках, где атмосферная конвекция является наибольшей. Это происходит как от смешения более теплых и более холодных воздушных масс, так и от разности концентраций влаги, и происходит это, как правило, на границах между ними.В тропиках, где уровень замерзания в атмосфере обычно выше, только 10% вспышек молний являются CG. На широте Норвегии (около 60 ° северной широты), где высота замерзания ниже, 50% молний приходится на центральную планету.
Эффекты:
В целом молния оказывает три измеримых воздействия на окружающую среду. Во-первых, это прямое воздействие самого удара молнии, которое может привести к повреждению конструкции или даже физическому ущербу. Когда молния попадает в дерево, он испаряет сок, что может привести к взрыву ствола или отламыванию больших ветвей и их падению на землю.
Когда молния ударяет в песок, почва, окружающая плазменный канал, может расплавиться, образуя трубчатые структуры, называемые фульгуритами. Здания или высокие конструкции, пораженные молнией, могут быть повреждены, поскольку молния ищет непреднамеренные пути к земле. И хотя примерно 90% людей, пораженных молнией, выживают, люди или животные, пораженные молнией, могут получить серьезные травмы из-за повреждения внутренних органов и нервной системы.
Гром также является прямым результатом электростатического разряда. Поскольку плазменный канал перегревает воздух в непосредственной близости, молекулы газа подвергаются быстрому увеличению давления и, таким образом, расширяются наружу от молнии, создавая слышимую ударную волну (т.гром). Поскольку звуковые волны распространяются не от одного источника, а по всей длине пути молнии, различные расстояния от источника могут создавать эффект качения или грохота.
Высокоэнергетическое излучение также возникает в результате удара молнии. К ним относятся рентгеновские и гамма-лучи, которые были подтверждены наблюдениями с использованием детекторов электрического поля и рентгеновских лучей, а также космических телескопов.
Учеба:
Первое систематическое и научное исследование молнии было проведено Бенджамином Франклином во второй половине 18 века.До этого ученые поняли, как электричество можно разделить на положительные и отрицательные заряды и сохранить. Они также отметили связь между искрами, произведенными в лаборатории, и молнией.
Франклин предположил, что облака электрически заряжены, из чего следовало, что сама молния была электрической. Первоначально он предложил проверить эту теорию, поместив железный стержень рядом с заземленным проводом, который будет удерживаться поблизости изолированной восковой свечой. Если бы облака были электрически заряжены, как он ожидал, то между железным стержнем и заземляющим проводом проскакивали бы искры.
В 1750 году он опубликовал предложение, в соответствии с которым во время шторма запускали воздушного змея, чтобы привлечь молнию. В 1752 году Томас Франсуа Д’Алибар успешно провел эксперимент во Франции, но вместо воздушного змея использовал 12-метровый железный стержень для создания искр. Считается, что к лету 1752 года Франклин сам провел эксперимент во время сильного шторма, обрушившегося на Филадельфию.
В своей усовершенствованной версии эксперимента Франклин атаковал ключ к воздушному змею, который был соединен влажной нитью с изолирующей шелковой лентой, обернутой вокруг суставов рук Франклина.Тем временем тело Франклина обеспечивало проводящий путь для электрических токов на землю. В дополнение к показу того, что гроза содержит электричество, Франклин смог сделать вывод, что нижняя часть грозы обычно также была отрицательно заряжена.
В понимании свойств молнии не было достигнуто значительного прогресса до конца 19 века, когда для исследования молнии стали доступны фотография и спектроскопические инструменты. В этот период многие ученые использовали фотографии с временным разрешением для идентификации отдельных ударов молнии, составляющих грозовой разряд в землю.
Множественные пути молнии от облака к облаку, Свифтс-Крик, Австралия. Фото: fir0002/flagstaffotos.com.auИсследование молний в наше время начинается с работы C.T.R. Wilson (1869 – 1959), который первым использовал измерения электрического поля для оценки структуры грозовых зарядов, участвующих в разрядах молнии. Уилсон также получил Нобелевскую премию за изобретение облачной камеры, детектора частиц, используемого для обнаружения присутствия ионизированного излучения.
К 1960-м годам интерес вырос благодаря острой конкуренции, вызванной космической эрой. Когда космические корабли и спутники отправлялись на орбиту, существовали опасения, что молния может представлять угрозу для аэрокосмических аппаратов и твердотельной электроники, используемой в их компьютерах и приборах. Кроме того, улучшенные возможности измерений и наблюдений стали возможными благодаря совершенствованию космических технологий.
Помимо наземного обнаружения молний, на борту спутников было сконструировано несколько инструментов для наблюдения за распространением молний.К ним относятся оптический детектор переходных процессов (OTD) на борту спутника OrbView-1, запущенного 3 апреля 1995 г., и последующий датчик визуализации молний (LIS) на борту TRMM, который был запущен 28 ноября 1997 г.
Вулканическая молния:
Вулканическая активность может создавать благоприятные для молнии условия несколькими способами. Например, мощный выброс огромного количества вещества и газов в атмосферу создает плотный шлейф высокозаряженных частиц, что создает идеальные условия для молнии.Кроме того, плотность пепла и постоянное движение внутри шлейфа постоянно вызывают электростатическую ионизацию. Это, в свою очередь, приводит к частым и мощным вспышкам, поскольку шлейф пытается нейтрализовать себя.
Этот тип грозы часто называют «грязной грозой» из-за высокого содержания твердых частиц (золы). На протяжении всей истории было зарегистрировано несколько случаев вулканических молний. Например, во время извержения Везувия в 79 г. н.э. Плиний Младший заметил несколько мощных и частых вспышек, происходящих вокруг вулканического шлейфа.
Внеземная молния:
Частота ударов молнии по всему миру, по данным НАСА. Кредит: Википедия/Городской шумМолнии наблюдались в атмосферах других планет Солнечной системы, таких как Венера, Юпитер и Сатурн. В случае Венеры первые признаки того, что молния может присутствовать в верхних слоях атмосферы, были обнаружены советскими миссиями «Венера» и американскими миссиями «Пионер» в 1970-х и 1980-х годах.Было подтверждено, что радиоимпульсы, зарегистрированные космическим кораблем Venus Express (в апреле 2006 г.), исходят от молний на Венере.
На Юпитере наблюдались грозы, похожие на земные. Считается, что они являются результатом влажной конвекции с тропосферой Юпитера, где конвективные шлейфы поднимают влажный воздух из глубин в верхние части атмосферы, где он затем конденсируется в облака размером около 1000 км.
Серия ударов молнии, снятая камерой Nightpod на борту МКС над Римом в 2012 году.Предоставлено: ESA/NASA/André Kuipers.Изображение ночного полушария Юпитера, сделанное Галилео в 1990 году и космическим кораблем Кассини в декабре 2000 года, показало, что бури всегда связаны с молниями на Юпитере. Хотя удары молнии в среднем в несколько раз мощнее, чем на Земле, они, по-видимому, случаются реже. В полярных регионах было обнаружено несколько вспышек, что сделало Юпитер второй известной планетой после Земли, на которой наблюдаются полярные молнии.
Освещение также наблюдалось на Сатурне. Первый случай произошел в 2010 году, когда космический зонд «Кассини» зафиксировал вспышки на ночной стороне планеты, что совпало с обнаружением мощных электростатических разрядов. В 2012 году снимки, сделанные зондом «Кассини» в 2011 году, показали, как мощная буря, охватившая северное полушарие, также вызывала мощные вспышки молний.
- Фульгерит образовался на песчаном участке в результате удара молнии.Кредит: blogs.discovermagazine.com
- Вулкан Колима (Volcán de Colima) с молнией, сделанный 29 марта 2015 года. Кредит: Сезар Канту.
- Художественная концепция грозы Венеры. Кредит: НАСА
Ученый ищет новые идеи для изучения молнии
Цитата : Что вызывает молнию? (2015, 10 июля) получено 6 февраля 2022 г. с https://физ.org/news/2015-07-lightning.html
Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.
молнии | Национальное географическое общество
Молния — это электрический заряд или ток.Оно может прийти с облаков на землю, с облака на облако или с земли на облако.
Молния — продукт атмосферы планеты. Капли дождя высоко в небе превращаются в лед. Когда множество маленьких кусочков этих замерзших капель дождя сталкиваются друг с другом в грозовом облаке, они создают электрический заряд. Через некоторое время все облако наполняется электрическим зарядом. Отрицательные заряды (электроны) концентрируются в нижней части облака. Положительные и нейтральные заряды (протоны и нейтроны) собираются в верхней части облака.
Отрицательные и положительные заряды притягиваются друг к другу. Грозовые облака полны электрических зарядов, соединяющихся друг с другом. Эти соединения видны как молнии.
На земле под отрицательными зарядами облака накапливаются положительные заряды. Положительный заряд на земле концентрируется вокруг всего, что выступает или торчит вверх, например, деревьев, телефонных столбов, травинок и даже людей. Положительные заряды от этих объектов поднимаются выше в небо.Отрицательные заряды в грозовом облаке опускаются ниже. В конце концов, они соприкасаются. Когда они соприкасаются, между двумя зарядами возникает молния.
Это соединение также создает гром. Гром — это просто шум, который производит молния. Громкий гул вызван жаром молнии. Когда воздух становится очень, очень горячим, тепло заставляет воздух взрываться. Поскольку свет распространяется намного быстрее звука, вы увидите молнию раньше, чем услышите гром. Чтобы понять, как далеко гроза, начните считать секунды, как только увидите молнию.Остановитесь, когда услышите гром. Число, которое вы получите, разделив его на пять, примерно равно количеству миль от бури. Например, если вы видите молнию и достигаете 10 до того, как услышите гром, гроза находится примерно в двух милях от вас.
Молниезащита
Все грозы и грозы опасны. Молния очень, очень горячая — горячее, чем поверхность солнца. Она может достигать 28 000 градусов по Цельсию (50 000 градусов по Фаренгейту). Молния любит поражать предметы, торчащие из земли, в том числе и людей.В США молния ежегодно убивает в среднем 58 человек. Это больше смертей, чем вызвано торнадо и ураганами.
Если вы слышите гром или видите молнию, вы можете быть в опасности. Если вы слышите гром, буря рядом. Войдите в безопасное место. Держитесь подальше от открытых мест, таких как поля, и высоких объектов, таких как деревья или телефонные столбы. Также держитесь подальше от чего-либо металлического, например, заборов из сетки-рабицы, велосипедов и металлических навесов. Поскольку вода является отличным проводником электричества, вам следует выходить из бассейна, если вы плаваете, и держаться подальше от луж и любой другой воды.Если вы находитесь в месте, где нет укрытия, присядьте низко к земле, но не ложитесь плашмя. Если вы находитесь в группе, стойте на расстоянии не менее 5 метров (15 футов) от всех остальных.
Что происходит, когда бьет молния? | Метеорология
Новая теория российских исследователей предполагает, что молния может быть побочным продуктом космических лучей. Удивительно, но, несмотря на то, что молнии изучаются веками, мы до сих пор не уверены, что их вызывает.
Божественная атрибуцияВ древние времена драма грома и молнии настолько явно выходила за рамки человеческого масштаба, что это явление полностью отдавалось на откуп богам.У греков был Зевс, у римлян Юпитер. Во главе индуистского пантеона стоял Индра, а скандинавская мифология дала нам Тора — всех обладателей молний. Даже когда грозы не приписывались непосредственно деятельности божественного существа, они считались тревожным предчувствием. Плиний Старший, писавший в первом веке нашей эры, называл их пророческими, ужасными и проклятыми.
Традиционно гром и молния рассматривались как отдельные взаимосвязанные явления, поскольку звук распространяется гораздо медленнее света.Когда рябь молнии раскалывает небо, свет движется к нам со скоростью 300 000 километров в секунду. Для сравнения, шум распространяется со скоростью всего 340 метров в секунду. После почти мгновенной вспышки нам нужно дождаться, пока звук наверстает упущенное. Если гроза находится на расстоянии 10 км, задержка составит около 29 секунд.
Известно, что американский политик и ученый Бенджамин Франклин проверил природу молнии, запустив воздушного змея во время грозы. У этого эксперимента темная история.Франклин определенно предложил его в 1750 году, но нет достоверных документов о его практической работе с воздушным змеем. Предложение состояло в том, чтобы использовать электрический заряд в грозовых облаках, чтобы вызвать накопление электричества на ключе, привязанном к веревке воздушного змея. Затем заряд передавался на примитивное запоминающее устройство, называемое лейденской банкой, где можно было продемонстрировать, что сила шторма ведет себя точно так же, как электричество, вырабатываемое на земле.
Теория зарядаОстается неясным, как в первую очередь накапливается заряд.Наиболее подтвержденная теория состоит в том, что молния вызывается частицами льда и переохлажденными каплями воды, толкающими крупу (зародыши града) в облаке, передавая электроны от одного к другому. Кристофер Эмерсик из Манчестерского университета отмечает: «Наше текущее понимание, которое лучше всего подтверждается в лаборатории, состоит в том, что эти два типа частиц сталкиваются друг с другом и в результате между ними передается заряд. тайны (и умопомрачительно сложной).»
В этой модели более тяжелые крупинки, несущие отрицательный заряд, движутся к нижней части облака, в то время как более легкие положительно заряженные частицы уносятся вверх. Модель восходит к 1954 году, когда она была предложена немецким физиком Дитером Мюллером-Гиллебрандом в базовая форма, позже разработанная Джоном Лэтэмом и Джоном Мейсоном из Манчестерского университета, где механизм изучался в камерах Вильсона в течение 40 лет.
Грэм Андерсон из Метеорологического бюро говорит: Считается, что частицы льда приводят к обмену зарядом, и, поскольку это происходит много раз, более крупные частицы несут избыточный отрицательный заряд к основанию облака, а мелкие частицы несут положительный заряд вверх к вершине облака.Альтернативная теория состоит в том, что заряд образуется на поверхности в хороших погодных условиях, а затем уносится восходящим потоком воздуха во время шторма, создавая заряженное облако, которое притягивает к себе еще больше заряда». За прошедшие годы было предложено много механизмов, но только теория столкновения частиц «способна объяснить наблюдения и подтверждается исследованиями по моделированию», говорит он. Даже эта модель может включать данные от космических лучей, смеси высоко энергетические частицы и электромагнитное излучение из дальнего космоса.«Электрические поля грозы недостаточно сильны, чтобы допустить электрический пробой в воздухе, и поэтому для его запуска требуется катализатор. Одной из гипотез, объясняющих это, являются космические лучи». Но новая теория из России отводит космическим лучам более широкую роль.
Александр Гуревич из Физического института им. П.Н. Лебедева Российской академии наук в Москве и Анатолий Караштин из Радиофизического научно-исследовательского института в Нижнем Новгороде предполагают, что заряженные частицы в космических лучах создают поток электронов в облаках, которые запускают цепную реакцию, сталкиваясь с атомами и производя дополнительные электроны.Само по себе этого было бы недостаточно, чтобы вызвать мощный электрический разряд молнии. Но Гуревич и Караштин предполагают, что частицы льда становятся достаточно электрически поляризованными, чтобы вызывать свои собственные мини-разряды, увеличивая энергию космических лучей, чтобы вызвать молнию.
Несмотря на то, что этой теории еще предстоит пройти определенный путь, прежде чем она будет подтверждена, она подтверждается короткими резкими радиоимпульсами, которые были обнаружены перед ударом молнии и которые можно было бы ожидать от лавины электронов.Джозеф Дуайер, исследователь молний из Технологического института Флориды, говорит: «Это интересная идея, но для установления связи между космическими лучами и молнией требуется гораздо больше работы, например, эксперименты по одновременному измерению радиоимпульсов и атмосферных ливней».
Другие менее оптимистичны. Клайв Сондерс из Манчестерского университета указывает, что мы должны увидеть некоторые изменения в активности молний, основанные на солнечном цикле, который ограничивает доступ космических лучей к Земле, но ничего не наблюдалось, в то время как Мартин Уман из Университета Флориды прямо описывает теорию как « бред какой то».
Вулканские искрыОдна особая форма молнии имеет известную причину. Плиний Старший не только считал молнии ужасными, но и замечал, что они часто сопровождают извержения вулканов. Это явление было подробно изучено с использованием горы Редут на Аляске и исландского извержения вулкана Эйяфьядлайёкюдль в 2010 году. Там было обнаружено, что молния в шлейфе срабатывала только в том случае, если температура опускалась ниже -20°C, что означало значительное образование льда. потому что это температура, при которой переохлажденные капли воды замерзают в воздухе.Масштаб шторма соответствовал высоте пеплового шлейфа, что позволяет предположить, что мониторинг молний может дать предупреждение об облаках пепла до того, как они вызовут нарушение воздушного движения.
Как бы ни накапливался атмосферный заряд, он начинает влиять на окружающую среду. Поднесите заряженный предмет к другому, и он индуцирует во втором предмете противоположный заряд. Потрите шарик о волосы, и он приобретет отрицательный заряд, вытягивая электроны из волос. Поднесите воздушный шар к маленьким кусочкам бумаги, и ближние части кусочков бумаги станут положительно заряженными, потому что отрицательный заряд на воздушном шаре отталкивает электроны к дальней стороне бумаги.Точно так же огромный отрицательный заряд в нижней части облака индуцирует положительный заряд в других облаках или в земле. (Четыре из пяти ударов молнии идут от облака к облаку, а не от более знакомого облака к земле.)
После индуцирования значительного вторичного заряда возникает относительно слабый электрический поток между грозовым облаком и его целью. . Этот ток производит ионы. Эти электрически заряженные атомы в воздухе значительно улучшают проводимость. Слабый разряд из облака, называемый лидером, прокладывает путь для основного всплеска молнии, обратного удара, идущего в обратном направлении.
Это означает, что при наземном ударе основная видимая вспышка проходит от земли до облака. Ученые, изучающие молнию, используют этот эффект, запуская небольшие ракеты в грозовые тучи. Ракеты тянут медную проволоку, обеспечивая искусственный лидер, чтобы произвести обратный удар именно там и тогда, где они этого хотят.
Электромагнитная суперзвездаСила молнии феноменальна. Чтобы запустить 100-ваттную лампочку в течение секунды, требуется 100 джоулей энергии.Типичная вспышка молнии несет более полумиллиарда джоулей, мощность электростанции среднего размера составляет секунду. Это приводит молекулы воздуха в неистовую активность. Температура вблизи молнии может достигать от 20 000 до 30 000 градусов, что намного горячее, чем на поверхности Солнца. Воздух сильно расширяется от этого внезапного повышения температуры, что приводит к ударной волне, которую мы слышим как гром.
Видимая вспышка молнии не является электрическим током. Причина, по которой нагретый материал светится, заключается в том, что электроны в его атомах получают дополнительную энергию, а затем возвращаются на более низкий уровень, теряя энергию в виде фотона света.Именно заряженные атомы в воздухе обеспечивают характерное свечение молнии. Однако свет, который мы видим, — это лишь крошечная часть электромагнитного спектра, который простирается от радиоволн до высокоэнергетического рентгеновского и гамма-излучения, а недавние исследования показали, что существует форма молнии, излучающая невидимый свет.
Многие молнии излучают некоторое количество рентгеновского излучения, особенно в момент обратного удара от земли. Но также могут быть интенсивные всплески гамма-излучения — чрезвычайно высокоэнергетического излучения — из центра шторма.Примерно в одной из тысячи гроз электроны врезаются в молекулы воздуха на чрезвычайно высокой скорости, генерируя дополнительные электроны и испуская гамма-лучи, некоторые из которых производят электрон и позитрон, частицу антиматерии.
Сигнатура позитронов была обнаружена гамма-телескопом Ферми над штормами, и аннигиляция этого антивещества с обычным веществом увеличивает интенсивность вспышек гамма-излучения. Эти вспышки производят очень мало видимого света, что вдохновило Джозефа Дуайера на название их «темная молния».Дуайер говорит: «Следующий шаг — провести прямые измерения с помощью самолетов и воздушных шаров во время грозы». Это не без риска. В принципе, пассажиры ближайшего самолета могут получить эквивалент 100 рентгеновских снимков грудной клетки от одной вспышки гамма-излучения, хотя коммерческие пилоты обычно избегают больших грозовых облаков.
Грозы не являются чем-то необычным — обычно в любой момент времени по всему миру происходит около 2000 гроз, и в день происходит около 8 миллионов ударов. Довольно часто молния рассматривается как свечение в небе, а не как явный раздвоенный электрический удар.Это не другое явление — просто молния скрыта облаком и поэтому дает рассеянное свечение, — но где-то над облачным покровом все равно будет яркая вспышка.
Также было много сообщений о шаровой молнии, обычно это светящаяся сфера диаметром от 20 до 30 сантиметров, которая плывет по воздуху довольно медленно, с внезапными изменениями направления. Обычно их можно увидеть во время обычной грозы, и было замечено, что они проникают в здания. При контакте с людьми имеют свойство исчезать, иногда с громким шумом и жжением.Несмотря на множество свидетельств очевидцев, прямых научных доказательств существования шаровой молнии мало, но нет никаких сомнений ни в ее существовании, ни в таинственности и благоговении, которые вызывает это явление.
Основы явления грозового разряда
Грозовой разряд: начальная разработка, экспериментальное исследование микроструктуры и радиочастотного изображения грозового облака, лабораторное и компьютерное моделирование Физика
Статус
3 Утвержден без финансирования
Дата регистрации
07.063 12.2000
Головной институт
Российская академия наук / Институт прикладной физики, Россия, Н. Новгородская обл., Н. Новгород
Опорные институты
обр.- Научно-исследовательский радиофизический институт, Россия, Н. Новгород ., Н. Новгород
Сотрудники
- Университет электросвязи / Факультет электронной техники, Япония, Токио\nУниверситет Обирин, Япония, Токио\nНиагарский университет, США, Нью-Йорк\nУниверситет Миссисипи, США, Огайо, Оксфорд\nУниверситет Флориды / Факультет электротехники и вычислительной техники, США, Флорида, Гейнсвилл\nJAXA / Центр исследований Земли (EORC), Япония, Токио
Краткое описание проекта
опасные атмосферные явления, привлекающие большое внимание людей и ученых на протяжении многих лет.Хотя существует большое количество исследований, посвященных многочисленным аспектам грозового разряда, до сих пор не достигнуто полное понимание физических процессов, касающихся электрической структуры грозы, инициирования пробоя и распространения вспышки. В последнее время роль молнии привлекла к себе еще больший интерес со стороны метеорологических и физических обществ из-за новой экспериментальной информации, полученной в результате измерений на месте (на воздушном шаре и с самолета), радиолокационных наблюдений, картографирования молний с помощью наземных и спутниковых систем, запуска экспериментов с молниями, лабораторные исследования процессов переноса заряда и разряда.Кроме того, светящиеся элементы в верхних слоях атмосферы над грозами, а именно спрайты, эльфы и джеты, недавно привлекли внимание ученых, занимающихся атмосферными и ионосферными исследованиями. Теоретический анализ всей этой информации требует достаточно новых подходов, основанных на современных представлениях электродинамики, нелинейной динамики и статистических теорий.Проект предназначен для объединения экспериментальных исследований грозовых облаков аэростатными и радиолокационными методами, лабораторных исследований мелкомасштабных процессов, теоретических исследований, основанных на результатах этих экспериментов, современных методов математического моделирования и предшествующих обширных опыт участников по проблемам атмосферного электричества.Будут разработаны оригинальные подходы авторов к фундаментальным проблемам генерации и структуры пространственного заряда в грозовом облаке, инициации разряда и электромагнитного излучения, а также новые математические модели для лучшего понимания грозовых процессов в различных метеорологических условиях.
Одной из основных проблем грозового электричества до сих пор является очень быстрый (в течение времени порядка 100 мс) переход в идеально проводящее состояние («металлизация») существенной части облака, сопровождающийся накоплением первоначально распределенный по объемному заряду облака на нижней стороне облака, что приводит к инициированию разрыва облака с землей (CG).Более количественно объяснить это явление затруднительно, поскольку среднее значение внутриоблачного крупномасштабного электрического поля на порядок меньше локального критического поля пробоя. Как следует из многочисленных наблюдений, вспышка КГ молнии состоит из нескольких составных разрядов, а именно: процессов пробоя, предшествующих ступенчатым лидерам, ступенчатых лидеров, обратных ударов, дротиковых лидеров и межударных процессов [ Электромагнетизм молнии , Ред.Р.Гарднер , 1990]. Первая (предпробойная) стадия разряда длится несколько десятков миллисекунд и характеризуется генерацией широкополосного КВ и УКВ электромагнитного излучения. Последний состоит из множества вспышек коротких импульсов, предполагающих возникновение многочисленных (до сотен тысяч за время всего 100 мс) электрических разрядов с характерными длинами каналов от 60 до 300 м. На предварительном этапе эти разряды не меняют сколько-нибудь существенного изменения общего поля в грозовом облаке; они аналогичны стримерным каналам лабораторного искрового разряда.Тем не менее между природной вспышкой молнии и лабораторной длинной искрой есть большая разница: в случае грозового облака микроразряды гораздо интенсивнее и занимают весь объем облака. Предварительная стадия вспышки завершается, когда один из этих лидеров достигает нижней части грозового облака, что приводит к возникновению стадии ступенчатого лидера, за которой следует обратный удар. При обратном ходе происходит быстрая нейтрализация накопленного на предварительных этапах заряда.
Таким образом, очевидно, что в грозовых облаках очень важную роль играет мелкомасштабное структурирование разряда молнии и быстрый переход в проводящее состояние. Проект направлен на понимание этих фундаментальных процессов .
Задача об электрической структуре грозового облака основана на двухмасштабном подходе. Простая концептуальная модель общей структуры заряда грозовых облаков была выведена из измерений и теории до середины 1980-х годов, и ее обычно называют дипольно-трипольной структурой.Он был описан во всестороннем обзоре Williams [1989] и преобладает до настоящего времени. Takahashi [1978, 1984] подчеркивал, что электризация изнашивания является основным процессом в формировании трипольной структуры. К настоящему времени опубликован ряд моделей электрической структуры облаков. Распространенным способом улучшения подобного моделирования является увеличение сложности с учетом различных механизмов начисления платы, их различной параметризации и реальных моделей динамики облаков.
Авторы этого проекта разрабатывают дополнительную часть этой задачи [ Трахтенгерц , 1989; Мареев и др. , 1996; Трахтенгерц и др. , 1997; Юдин и др. ., 1998; Юдин, Трахтенгерц и Хаякава , 1999], основанный на поиске основных характерных структурных элементов динамики электрификации. В частности, рассматриваются специфические электродинамические свойства грозового облака, возникающие из-за интенсивного многопотокового движения заряженных частиц (тяжелых заряженных капель, легких кристаллов льда и др.).). На этой стадии грозовое облако обнаруживает способность к самоорганизации, которая проявляется в мелкомасштабной электрической стратификации, когда генерируются интенсивные электрические ячейки с масштабами порядка 10 – 100 м. Очень важной особенностью этого процесса является то, что электрическое поле в этих ячейках может существенно превышать среднее значение поля, достигая локально критического поля пробоя. Пробой внутри такой ячейки инициирует пробой в соседних ячейках, образуя широко разветвленную нестационарную проводящую сеть, занимающую весь объем облака.Эту сеть можно определить как «дренажную» систему сбора макроскопического пространственного заряда в облаке [ Юдин и Трахтенгерц , 1998]. Авторы проекта разработали фрактальный подход к количественному описанию этой дренажной системы. Дальнейшая разработка этих проблем будет осуществляться в рамках Проекта.
Подробные исследования структуры пространственного заряда в грозовых облаках необходимы, в частности, для понимания того, как электрические поля, которые измеряются внутри гроз, приводят к вспышкам молний и на них воздействуют.Светящиеся элементы в верхних слоях атмосферы во время грозы, а именно спрайты, эльфы и джеты, недавно привлекли внимание ученых, занимающихся атмосферными и ионосферными исследованиями [90–305]. Sentman et al. , 1993; Lyons , 1996]. Хуанг и др. [1999] сообщил о явных различиях в излучении ELF от положительных наземных вспышек, связанных с эльфами и спрайтами, и предположил, что различные типы структур пространственного заряда, приводящие к положительным наземным вспышкам, могут привести к генерации спрайтов или эльфов соответственно.Это подтверждается недавно полученными ранее теоретическими результатами Смирновой, Мареева и Чугунова [1999], которые моделировали переходные процессы электрического поля, генерируемого молнией, над грозовыми облаками. Представлена новая квазиэлектростатическая модель высотного электрического поля, генерируемого за счет изменения электрической структуры грозового облака, индуцированного молнией. Изучена максимально простая геометрия конструкции и канала молнии. Более сложные распределения заряда (соответствующие экспериментально полученным профилям из базы данных группы Такахаши) предназначены для исследования в настоящем проекте для установления корреляции между различными геометриями и генерацией спрайтов или эльфов, а также для сравнения исходного заряда и двунаправленного моделей молний с точки зрения их адекватности описанию нестационарного поля над грозовыми облаками.Развитие такой теории будет способствовать пониманию роли механизма убегающих электронов [ Гуревич, Руссель-Дюпре, 1993] в возникновении разрядов в тропосфере и мезосфере.
Наряду с теоретической обработкой и компьютерным моделированием авторы проекта имеют большой опыт лабораторных экспериментов с плазмой. Они разработали принципы лабораторного моделирования многопоточной неустойчивости высокозаряженных аэрозольных частиц и приступили к созданию установки для этого эксперимента.В рамках настоящего проекта планируется завершить строительство этой установки и провести эксперименты. Результаты этого эксперимента будут рассмотрены в тесной связи с результатами известных экспериментов Takahashi [1978, 1996] по лабораторному моделированию процессов переноса заряда в грозовых облаках. Они помогут понять природу формирования структуры объемного заряда и развития разряда молнии в грозу.
Особое внимание в проекте будет уделено следующим передовым аспектам, в последнее время уделяется большое внимание:
1.Анализ различных механизмов зарядки грозовых частиц с учетом электрической филаментации грозового облака. Предусматривается участие в обработке и анализе данных аэростатных измерений во время зимних гроз в Японии (выполняется группой Такахаши).
2. Лабораторное моделирование электрической филаментации многопоточных заряженных аэрозольных частиц в условиях грозовой облачности.
3. Разработка физических основ явления электрического пробоя при наличии электрических ячеек разной интенсивности.Анализ коронного разряда вблизи крупных гидрометеоров с учетом его вклада в электродинамику крупномасштабного облака до зарождения лидера.
4. Развитие фрактального подхода с точки зрения его применимости для количественного описания электрической системы сбора макроскопического заряда внутри грозового облака. Анализ экспериментальных данных, предоставленных сотрудником, позволит выявить фрактальные свойства и мелкомасштабную электрическую структуру в грозовых облаках.
5. Компьютерное моделирование динамики внутриоблачного разряда с учетом электрической филаментации грозового облака.
6. Моделирование электромагнитного излучения молнии в радиодиапазоне с учетом нестационарной динамики и фрактальной структуры крупномасштабных и мелкомасштабных течений в облаке. Планируется участие в проведении экспериментов по радиочастотному излучению грозового облака, проводимых сотрудниками, а также в обработке данных и анализе их результатов для получения новых данных о наличии когерентных токовых структур в облаке.
7. Полевые эксперименты по приему акустического излучения грозового облака.
8. Характеристика и моделирование высотных разрядов (спрайты и эльфы) для выявления связи между электрической структурой грозовых облаков и недавно зарегистрированными оптическими явлениями в средней атмосфере, коррелирующими с сильными положительными вспышками облаков на землю. Будут использованы данные Соавтора по КНЧ излучению высотного разряда.
Методы, разработанные в проекте, будут использованы для решения ряда практических задач, в частности для моделирования ползучего разряда на поверхности изолятора применительно к динамике летательного аппарата и компьютерного моделирования нисходящего лидерного канала под грозовым облаком.
По окончании проекта предполагается получить следующие результаты:
1. Создание единой базы данных профилей аэростатного зондирования электрических и метеорологических параметров в зимних грозовых облаках в Японии, теоретическое обоснование этих профилей.
2. Создание уникальной лабораторной установки для исследования мелкомасштабной электрической структуры грозовых облаков.
3. Разработка развитой теории явления электрического пробоя при наличии электрических ячеек разной интенсивности в грозовых облаках с учетом коронного разряда вблизи гидрометеоров.
4. Выявление фрактальных свойств и мелкомасштабной электрической структуры в грозовых облаках по результатам конкретных радиолокационных и зондирующих полевых экспериментов.
5. Количественное объяснение временной динамики, интенсивности и частотных спектров электромагнитного и акустического излучения грозовое облако.
6. Новые данные о наличии когерентных токовых структур в облаке. Оценка фрактальной размерности системы электрического дренажа грозовых облаков.
7. Лучшее понимание событий спрайтов (эльфов), их связи с положительной молнией и их роли в атмосферной динамике.
8. Создание развернутой численной модели распределения пространственного заряда и развития внутриоблачного разряда. Лучшее понимание процессов электрификации, которые отвечают за формирование различных видов профилей пространственного заряда.
В ходе реализации проекта будет проведено комплексное исследование грозовых разрядов.Мы надеемся создать общую модель возникновения и развития грозового разряда. Результат реализации проекта будет иметь практическое значение.
Предлагаемый проект будет осуществляться в рамках тесного сотрудничества ведущих команд в области проведения электрических измерений и их интерпретации. Консорциум проекта объединяет известные коллективы Университета Обирин (под руководством проф. Такахаси), Университета электросвязи (под руководством проф. Хаякавы), а также команду Института прикладной физики РАН под руководством проф. .Трахтенгерц. Команда RRI, возглавляемая доктором Юдиным, имеет обширную теоретическую подготовку и численное моделирование фрактальных процессов, а также экспериментальные исследования электромагнитного и акустического излучения от различных источников, включая грозы. Участники проекта из ИПФ РАН и ИРИ получили также большой опыт наблюдения и расчета электромагнитных процессов, связанных с генерацией и распространением мощных электромагнитных импульсов в атмосферах.В ходе выполнения Проекта участники будут обмениваться информацией с сотрудниками, совместно обсуждать полученные результаты. Деятельность по Проекту позволит ученым и специалистам из России, ранее занимавшимся разработкой и испытаниями ядерного оружия, переориентировать свои возможности на мирную деятельность, будет способствовать интеграции российских ученых в мировое научное сообщество, развитию фундаментальных и прикладных исследований. в мирных целях и будет способствовать решению национальных и международных технических проблем в области мониторинга окружающей среды, что отвечает целям и направлениям деятельности МНТЦ.
Все группы этого консорциума имеют большой опыт работы в данной области, и их совместное участие позволит нам усилить сотрудничество между японскими и российскими группами по анализу объемного заряда, электрического поля и грозового разряда в атмосфере. Это приведет к новым знаниям о структурах пространственного заряда в атмосфере и их воздействии.
Причудливое явление «Шаровой молнии» получило поразительное новое объяснение
Что касается загадок природы, то шаровая молния — одна из самых загадочных.Кажется, что существует столько же потенциальных объяснений, сколько и наблюдений, но, несмотря на десятилетия интенсивного интереса, ни одно из них не выделяется как явный победитель.
Одна из самых странных гипотез утверждает, что эти светящиеся шары — не что иное, как свет, заключенный в сферу разреженного воздуха. В новой статье к предложению были добавлены новые детали, устанавливающие физические параметры того, на что может быть похож такой световой пузырь.
На протяжении веков люди записывали сообщения о светящихся шарах размером с грейпфрут, которые медленно перемещались на небольшом расстоянии над землей, часто в разгар грозы, сохраняясь примерно 10 секунд или около того, прежде чем молча исчезнуть.
Иногда есть дополнительный эффект или два. Говорят, что некоторые из них проходят через оконное стекло закрытого окна. Другие могут исчезнуть с шумом или даже оставить после себя запах серы.
Более десяти лет назад Владимир Торчигин из Российской академии наук пришел к выводу, что атмосферное явление, которое мы называем шаровой молнией, вовсе не молния, а фотоны, рикошетящие внутри воздушного пузыря, созданного ими самими.
Чем бы ни была шаровая молния, история не лишена свидетельств очевидцев.
Однако отделить мифы от фактов непросто, и в прошлом к ним относились с изрядной дозой скептицизма. Сегодня исследователи с осторожным оптимизмом верят, что во множестве наблюдений, вероятно, что-то есть.
В 1970-х годах исследователь шаровой молнии Стэнли Сингер предположил, что любая успешная модель, объясняющая это явление, должна учитывать три основные особенности; продолжительность шаровой молнии, ее плавающее движение и внезапное исчезновение.
Всего несколько лет назад предполагаемое событие шаровой молнии в Китае было случайно зафиксировано на спектрографе после удара молнии о землю, предоставив исследователям анализ ее электромагнитного спектра.
Исследование подтверждает объяснение инженера Кентерберийского университета Джона Абрахамсона, который предположил, что светящийся воздух может быть результатом того, что испарившийся грунт поднимается ударной волной воздуха.
Другие предположения предполагают, что облака ионов, отталкивающих заряд, собираются на изоляторе, таком как стеклянный лист, обеспечивая основу для длительного срока службы, а также для дрейфующих и «подпрыгивающих» движений.
Идея Торчигина столь же проста, сколь и весьма умозрительна. Это не имеет ничего общего с заряженными ионами, а связано с интенсивным потоком фотонов, испускаемых яркой вспышкой внутри нашей атмосферы.
Поскольку любая частица поглощает и излучает электромагнитное излучение, возникает отдача, называемая силой Абрахама-Лоренца. Теоретически свет, исходящий от удара молнии, заставляет частицы воздуха колебаться, поскольку они поглощают и передают электромагнитное излучение.
Эта сила не так уж впечатляет в большинстве случаев, как признает даже Торчигин, заявляя, что «эти силы чрезвычайно малы для обычных интенсивностей света, и их действие справедливо игнорируется».
Но чрезвычайная сила удара молнии — это не обычная вспышка. Более того, эти оптические силы потенциально могут быть значительно увеличены при правильных условиях.
Эти «правильные условия», по словам Торчигина, связаны с образованием тонкого слоя воздуха, преломляющего свет обратно в себя.
Тонкий слой воздуха — мало чем отличающийся от пленки пузыря — может эффективно фокусировать свет, как линза, усиливая свет достаточно, чтобы оттолкнуть частицы воздуха к границе и создать долгоживущий пузырь, концентрирующий фотоны на несколько секунд за раз .
Не все «эмбрионы» шаровой молнии будут успешными, они немедленно исчезнут из-за недостатка света или достаточно закрытой оболочки. Но те, что зависали поблизости, выглядели бы эффектно, прокладывая призрачный путь практически через любую прозрачную среду.
Идея обсуждалась Владимиром и его коллегой по Российской академии наук Александром Торчигиным в десятках статей на протяжении многих лет.
Последняя дискуссия Владимира на эту тему сочетает в себе многочисленные предположения с физическими моделями для точного определения плотности света и давления воздуха, необходимых для получения подходящего показателя преломления.
Это может не объяснить некоторые из наиболее жестоких окончаний шаровой молнии, или спектроскопические наблюдения, подобные тем, что были захвачены в Китае, или даже обязательно сернистые запахи.
Но он дает некоторые цифры, которые могут привести к необходимым экспериментам, которые либо исключат гипотезу, либо придадут ей эмпирическую основу.
Вполне возможно, что идея Торчигина сама по себе пустая болтовня, конечно. Но пока у нас не будет единого мнения о том, что может скрываться за этими жуткими светящимися сферами, это останется одним из наиболее интересных претендентов на теорию шаровой молнии.
Это исследование было опубликовано в Optik .
Удар молнии – обзор
36.2.1 Грозовые перенапряжения
Молния является основной причиной отключения линии; например, на него приходится около 70% отключений в системе электропередачи высокого напряжения (275 кВ, 400 кВ, 500 кВ и т. д.). Физический феномен молнии показывает, что облака приобретают заряд или, по крайней мере, поляризуются. Электрические поля становятся чрезмерными до такой степени, что диэлектрик промежуточного пространства больше не может выдерживать электрическое напряжение, и происходит пробой или молниезащита; обычно это сильноточный разряд.
Удары молнии, создающие проблемы для энергетиков, это те, которые заканчиваются на линиях электропередач или рядом с ними. Их можно рассматривать как эквивалент замыкания переключателя между облаком и линией электропередач или соседней землей, что представляет собой условие изменения цепи. Это либо прямое подключение к линии, либо замыкание цепи с тесной взаимной связью с линией. Прямые последствия этого явления:
- •
очень часто линия будет поднята до такого потенциала, что дальнейшие вспышки будут происходить в заземленных конструкциях;
- •
заземленные конструкции могут быть подняты до такого потенциала, что они перекинутся на линию.
Помехи, создаваемые на линии электропередачи из-за явления молнии, включают бегущих волн . По сути, это скачки напряжения, которые, хотя и кратковременны, тем не менее могут вызвать перенапряжение, значительно превышающее изоляционные способности линий электропередач, что создает серьезную угрозу повреждения дорогостоящего оборудования и выхода из строя.
Основной формой волны удара молнии является волна 1,2/50 мкс, типичная волна молнии.Это показано на рис. 36.1 .
Рисунок 36.1. Типичная форма волны от молнии
На рис. 36.1 представлена форма волны тока, которая нарастает за 1,2 мкс и спадает до половины пикового значения за 50 мкс. Обычно важен только сильный ток, протекающий в течение первых 50 мкс, а величина пикового тока колеблется от 20 кА до 200 кА. Соотношение ток/время для вышеупомянутой формы волны определяется как:
(36.1)i=Ipeak(e-αt-e-βt)
, где t выражено в мкс.Значения констант α и β зависят от характера нагона и обычно составляют α = 0,002 и β = 3,0.
При ударе молнии по воздушному проводу равные импульсы тока формы волны, показанной на рис. 36.1 , распространяются в обоих направлениях от точки удара. Таким образом, величина каждого установленного выброса напряжения определяется формулой:
(36,2)V=Z0Ipeak[e−αt−e−βt]2
, где Z 0 — полное сопротивление проводника.
Настройка перенапряжения зависит от эффективного импеданса проводников, в которые протекает ток (и, конечно, от пикового тока), но это значение редко бывает меньше примерно 3 МВ пик. Такое напряжение намного превышает изоляционную способность изоляторов линий электропередачи. Однако было бы экономически невыгодно проектировать их так, чтобы они выдерживали такие высокие напряжения (можно показать, что стоимость α В 2 ). В связи с этим используются воздушные экранирующие (или заземляющие) провода, которые в значительной степени предотвращают прямые удары по фазным проводникам.
При наличии заземляющего провода над воздушной линией удар, приходящийся на опору или на сам провод, вызывает скачки напряжения в обоих направлениях вдоль провода. Достигнув соседних башен, они частично отражаются и передаются дальше, и этот процесс продолжается по всей длине линии по мере встречи башен. При этом броски напряжения, возникающие на основных фазных проводах, значительно меньше, чем в случае отсутствия заземляющего провода. Это связано с тем, что при наличии заземляющего провода скачки напряжения на фазных проводах возникают из-за эффекта взаимной связи между заземляющим проводом и фазными проводами.Коэффициент связи обычно находится в диапазоне от 0,15 < до < 0,3.
Начальный скачок напряжения на заземляющем проводе зависит как от импеданса опоры ( Z T ), так и от импеданса заземляющего провода ( Z EW ). В этом отношении разные конструкции башен имеют разное сопротивление перенапряжениям. Например, если вершины опор соединены одним заземляющим проводом с импедансом перенапряжения Z EW , тогда эффективное сопротивление перенапряжения определяется как:
(36.3)ZTE=ZT×1/2ZEWZT+1/2ZEW
Половина входит в комплект поставки Z EW , поскольку волна распространяется в обоих направлениях от пораженной точки.
Волны тока и напряжения излучаются от точки контакта в обоих направлениях вдоль заземляющего провода и вниз по мачте, если задействована мачта. Эти волны быстро сталкиваются с неоднородностями, такими как соседние башни в случае заземляющих проводов или сопротивление фундамента в случае башни.
Прямым следствием этого явления является то, что инициируются отраженные волны, которые вызывают еще другие волны, когда они возвращаются в пораженную точку.Эффект этих волн будет зависеть от изменения волнового сопротивления в точке разрыва. Например, если исходная волна, спускающаяся по башне, встречает малое сопротивление основания R , то отраженная волна будет противоположного знака и будет уменьшать потенциал башни. Обратное произойдет, если сопротивление основания велико.
Теория линий передачи 1 показывает, что коэффициент отражения ρ G на земле определяется как:
Также представляют интерес коэффициенты преломления (β E ) и отражения (ρ E ) отраженных волн возвращение на вершину башни с земли.Опять же, используя теорию линий передачи, можно показать, что они будут следующими:
(36,6)ρE=1/2ZEW-ZT1/2ZEW+ZT
36.2.1.1 Обратное перекрытие
Особое беспокойство вызывает разность потенциалов на изоляторах подвески. так как может произойти перекрытие и повреждение фазы, если это напряжение станет чрезмерным. Волны, распространяющиеся по заземляющему проводу, индуцируют волны на фазных проводах, проводник, ближайший к заземляющему проводу, подвергается наибольшему наведенному напряжению. Эффект этой связи между заземляющим проводом и фазными проводами (обычно между 0.15 и 0.3) для уменьшения нагрузки на линейные изоляторы. Наведенные напряжения добавляются к напряжениям промышленной частоты или вычитаются из них. В любой момент по крайней мере одна фаза будет иметь ту же полярность, что и грозовой выброс; такая фаза, скорее всего, перекроется. Это явление более известно как обратное перекрытие .
Поэтому желательно иметь более низкое сопротивление основания. Есть два соображения:
- •
локальное удельное сопротивление самой земли; и
- •
соединение между мачтой и землей.
Типичное значение сопротивления основания башни R составляет 25 Ом. После удара молнии время, необходимое для того, чтобы скачок напряжения прошел от вершины опоры до основания опоры и обратно со скоростью света, обычно составляет 0,25 мкс. Таким образом, результирующая величина скачка напряжения обычно снижается примерно до 500 кВ, что гораздо менее пугающе, чем упомянутый выше скачок напряжения в 3 МВ, возникающий в момент удара молнии.