Как появляются молния и гром

Как происходит молния и гром

Электрические разряды во время грозы случаются не только на Земле, но и на других планетах. В 1750 году американский физик Б. Франклин объяснил природу молний. Это помогло людям создать защитные приборы, сохранившие много жизней. Однако опасность от грозы остается, ежегодно пополняя статистику смертей и травм. Как происходит небесный разряд и что представляет собой явление, далее в статье.

Линейная искра

Грозовая молния наблюдается чаще всего. Это электрическая искра, возникающая от разницы внутренних зарядов облаков. Длина такого разряда может составлять от 1 до 320 км. Это явление сопровождается яркой кратковременной вспышкой и грохотом. Чаще всего появляется молния и за ней следует грохот, т.к. скорость света быстрее звука.

Условия для образования небесного электричества зарождаются в грозовом облаке следующими этапами:

1. Влага испаряется с поверхности Земли и скапливается в атмосферных слоях;
2. Далее одни молекулы воды соединяются в тяжелые капли, а другие устремляются вверх и кристаллизуются в льдинки. Разность масс образует положительный и отрицательный заряды;
3. Наиболее тяжелые капли не выдерживают и падают вниз в виде дождя или града, в зависимости от атмосферной температуры;
4. Грозовые заряженные воздушные массы движутся по небу и взаимодействуют между собой: под влиянием нижнего уровня в верхних начинают образовываться стримеры – поток быстрых электронов;
5. В отрицательно заряженном облаке образуется канал разряда по которому движется импульс тока;
6. Энергия стремится по плазменному коридору, достигает точки положительно заряженного поля и отбрасывает снизу основной поток тока – происходит молния;
7. Воздух вокруг искры накаляется до нескольких тысяч градусов, вызывая расширение кислородных частиц. Ударная атмосферная волна сопровождается сильным грохотом.

Порой конфликт зарядов происходит между небом и землей, вследствие сильной ионизации воздуха. В таком случае из облака вырывается молния, которая бьет в землю.

Внешний изломанный вид молнии обусловлен ее ступенчатым образованием. Когда стримеры прокладывают путь от минуса к плюсу, то создают плазменный коридор хаотичным скачками по кривой. Однако случается редкое явление − ленточная молния. При этом наблюдается такая картина, когда рядом возникают несколько почти одинаковых линейных искр сдвинутых относительно друг друга. Поэтому говорить, что рисунок небесного электричества всегда уникальный для каждого разряда неправильно.

Возникнуть линейная молния может в кучевом облаке, реже в слоистом на высоте не более 16 км. При этом небесные разряды бывают и других видов, возникающих на разных уровнях:

• Эльфы – конусообразные вспышки диаметром до 400 км, возникающие выше 100 км;
• Спрайты – электрическое свечение идущие вверх от облака на расстоянии 50-130 км;
• Джеты – синие трубки-конусы сверкающие в 40-70 км от Земли.

Заметить такие типы разрядов сложно, однако они часто зарождаются, когда началась гроза. Существует и самый наземный тип линейных искр – вулканические. Они зарождаются во время извержения вулкана среди пепла. Разность энергетических потенциалов возникает между золой и газами. А наличие воды во время взрыва, подпитывает электрическую энергию.

У линейной искры, которую наблюдают люди, существует особенность − ударять в высокий предмет или металлическую конструкцию. Именно поэтому молния часто бьет в дерево. Она может рассечь до корня не только хрупкую березу, но и мощный столетний дуб. Иногда разряд попадает в человека, что приводит к смертельному исходу или сильной травме. При этом на теле пострадавшего несколько дней остается рисунок в виде разветвлений.

Ранее от попадания молнией сильно страдали самолеты и корабли. Сейчас их оборудовали системой распределения тока, сделав практически безопасными. Машина тоже не лучшая цель для удара, т.к. она заземлена. Однако когда случается гроза и молния сверкает в небе, то безопаснее оставаться дома. Никогда не стоит прятаться под одиночными деревьями или оставаться на открытом пространстве.

Физики вывели линейную молнию в лабораторных условиях и раскрыли ее природу, благодаря чему обезопасили жизнь людей от небесной стихии. Но существует другой тип молний, поведение которых трудно объяснять, а потому они более опасны.

Огненные шары

В Санкт-Петербурге в 1752 году, во время физических экспериментов погиб профессор Г.В. Рихман от удара в лоб горячей субстанцией. Очевидцы заметили, как линейная молния метнулась в металлический стержень на крыше лаборатории, после чего послышались крики. Гравер, который фиксировал работы Рихмана, сказал, что из опытного прибора отделился сгусток плазмы, ударил в лоб профессора и взорвался.

С контактом шаровой молнии постоянно сталкиваются также обычные люди, которые не провоцируют ее появление физическими опытами. Такой тип электричества отличается от линейного вида следующими показателями:

• Бесшумность и хаотичность движения;
• Низкая скорость полета до 10 м/c;
• Срок существования от нескольких секунд до минут;
• Способность менять круглую форму;
• Диаметр окружности до метра;
• Окраска шаров может быть разных цветов: желтый, красный, голубой;
• Яркость не более 100 ватт;
• Температура не выше 400 градусов;
• Способность проникать внутрь здания;
• Поверхность может быть испещрена пятнами, нитями и каналами;
• Искрит языками пламени;
• В конце испаряется или взрывается.

Круглая молния способна растягиваться до формы эллипса с подвижными стенками. Чаще всего встречаются молнии окружностью 15-30 см. Изредка шипит или трещит во время искрения.

Шаровая молния всегда движется по своеобразному маршруту. Однако наблюдатели заметили некоторую закономерность в следующем:

• Сгусток стремится к земле;
• Движется горизонтально;
• Повторяет рельеф местности;
• Огибает проводники электричества, в т.ч. людей;
• Стремится попасть внутрь помещения.

Это можно объяснить чуткой реакцией на электрическое поле. Во время грозы земля и объекты на ней заряжаются положительно. Шаровая молния имеет такой же потенциал, поэтому не тянется к поверхности. Но она движется внутрь здания с низкой напряженностью поля. Если плазменный сгусток встретит объект с отрицательным зарядом, то взорвется. В случае однородности среды огненная энергия в результате растворится.

В поведении этого типа молнии много коварства. Неизвестно оттолкнется она от объекта или притянется к нему, взорвется или спокойно угаснет. Обезопасить себя от сферической плазмы невозможно. Но лучше закрывать окна во время грозы, чтобы усложнить ее путь проникновения внутрь помещения.

Что такое молния? Что такое гром?

Молния – это мощный электрический разряд. Он возникает при сильной электризации туч или земли. Поэтому разряды молнии могут происходить или внутри облака, или между соседними наэлектризованными облаками, или между наэлектризованным облаком и землей. Разряду молнии предшествует возникновение разности электрических потенциалов между соседними облаками или между облаком и землей.

Электризация, то есть образование сил притяжения электрической природы, всем хорошо знакома из повседневного опыта.

Если расчесать чистые сухие волосы пластмассовой расческой, они начинают притягиваться к ней, или даже искрят. После этого расческа может притягивать и другие мелкие предметы, например, мелкие бумажки. Это явление называется электризация трением.

Что вызывает электризацию облаков? Ведь они не трутся друг о друга, как это происходит при образовании электростатического заряда на волосах и на расческе.

Грозовое облако – это огромное количество пара, часть которого сконденсирована в виде мельчайших капелек или льдинок. Верх грозового облака может находиться на высоте 6-7 км, а низ нависать над землей на высоте 0,5-1 км. Выше 3-4 км облака состоят из льдинок разного размера, так как температура там всегда ниже нуля. Эти льдинки находятся в постоянном движении, вызванном восходящими потоками теплого воздуха от нагретой поверхности земли. Мелкие льдинки легче, чем крупные, увлекаются восходящими потоками воздуха. Поэтому “шустрые” мелкие льдинки, двигаясь в верхнюю часть облака, все время сталкиваются с крупными. Каждое такое столкновение приводит к электризации. При этом крупные льдинки заряжаются отрицательно, а мелкие – положительно. Со временем положительно заряженные мелкие льдинки оказываются в верхней части облака, а отрицательно заряженные крупные – внизу. Другими словами, верх грозовой тучи заряжен положительно, а низ – отрицательно.

Электрическое поле тучи имеет огромную напряженность – около миллиона В/м. Когда большие противоположно заряженные области подходят достаточно близко друг к другу, некоторые электроны и ионы, пробегая между ними, создают светящийся плазменный канал, по которому за ними устремляются остальные заряженные частицы. Так происходит молниевый разряд.

Во время этого разряда выделяется огромная энергия – до миллиарда Дж. Температура канала достигает 10 000 К, что и рождает яркий свет, который мы наблюдаем при разряде молнии. Облака постоянно разряжаются по этим каналам, и мы видим внешние проявления данных атмосферных явлений в виде молний.

Раскаленная среда взрывообразно расширяется и вызывает ударную волну, воспринимаемую как гром.

Мы и сами можем смоделировать молнию, пусть миниатюрную. Опыт следует производить в темном помещении, иначе ничего не будет видно. Нам потребуется два продолговатых воздушных шарика. Надуем их и завяжем. Затем, следя, чтобы они не соприкасались, одновременно натрем их шерстяной тряпочкой. Воздух, наполняющий их, электризуется. 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.

Каждый, кто видел молнию, заметил, что это не ярко светящаяся прямая, а ломаная линия. Поэтому процесс образования проводящего канала для разряда молнии называют ее “ступенчатым лидером”. Каждая из таких “ступенек” – это место, где разогнавшиеся до околосветовых скоростей электроны остановились из-за столкновений с молекулами воздуха и изменили направление движения.

Таким образом, молния – это пробой конденсатора, у которого диэлектриком является воздух, а обкладками – облака и земля. Емкость такого конденсатора невелика – примерно 0,15 мкФ, но запас энергии огромен, так как напряжение достигает миллиарда вольт.

Одна молния состоит обычно из нескольких разрядов, каждый из которых длится всего несколько десятков миллионных долей секунды.

Наиболее часто молния возникает в кучево-дождевых облаках. Молния бывает также при вулканических извержениях, торнадо и пылевых бурях.

Существует несколько видов молний по форме и по направлению разряда. Разряды могут происходить:

• между грозовым облаком и землей,
• между двумя облаками,
• внутри облака,
• уходить из облака в чистое небо.

Откуда берется гром и молния

Многие люди испытывают необъяснимый страх во время грозы. Особенно громкие раскаты грома и яркие вспышки пугают детей. Почему так происходит? Действительно ли гроза представляет собой опасность? Чтобы ответить на эти вопросы, нужно понять, откуда вообще появляется гроза.

• Гром и молния чаще всего бывают во время летних ливней после сильной жары.
• Зимой нет грозы из-за небольшой концентрации насыщенного пара в воздухе.

В другие сезоны по статистике каждый час на планете происходит около трех тысяч гроз. Это удивительно красивое и завораживающее природное явление. Но при определенных условиях гроза может принести массу неприятностей. Смотреть на молнию через окно намного безопаснее, чем находиться в это время на улице.

Как появляется гром и молния во время грозы

Чтобы понять, почему сверкает молния, нужно знать, что происходит в небе в этот момент. Грозовые облака представляют собой большое количество пара. Их высота составляет несколько километров. Снизу кажется, что темное плотное облако имеет однородную структуру и плавно перемещается по небу.

Маленькие льдинки уходят наверх, заряжаясь при этом положительно. А более крупные спускаются под собственной тяжестью, приобретая отрицательный заряд. Через какое-то время в туче появляется электрические заряды – наверху положительный, снизу отрицательный. Столкновение этих двух зарядов вызывает мощнейшую вспышку, которую мы называем молнией.

Когда разряд бьет близко, то человек слышит один единственный удар грома. Если же молния ударила далеко, то возникают длительные раскаты. Это громкий звук отражается от рельефа земли, зданий, лесов и т.д.

Наверное, самый частый детский вопрос о грозе:

Почему сначала молния, потом гром?

В небе появление искры и взрыв воздуха происходят одновременно. Но на земле мы слышим раскаты грома лишь через какое-то время после вспышки.

Существует легкий способ рассчитать, где находится молния во время грозы. Для этого нужно посчитать, через сколько секунд после удара возникает звук грома. Известно, что скорость звука в атмосфере составляет 300 м/с. Если количество секунд между разрядом и громом разделить на 3, получится расстояние в километрах.

Почему сверкает молния, а грома нет

Это так называемые «тихие грозы». Происходят они тогда, когда удар молнии случается на высоте более 20 км. Звук грома просто не доходит до поверхности земли. Молнии без грома могут длиться в течение нескольких часов.

Как защититься во время грозы

Гром кажется очень страшным явлением, особенно для детей. На самом же деле он не может нанести никакого вреда. Опасна молния, во время которой может случиться несчастье.

При ударе возникает тепловая энергия. Электрический разряд может спровоцировать пожар или убивает человека, когда бьет в дерево, в землю или в дом.

Поэтому люди стараются защитить свои жилища от удара. Длинные металлические стержни устанавливают на крышах зданий или вкапывают в землю. Обычно такую конструкцию называют громоотводом. Это не совсем правильно, так как на самом деле это защита от молнии.

Так же можно объяснить, почему молния бьет человека, если он идет по дороге или по полю.

В зависимости от формы и направления разряда, вспышки делятся на несколько типов:

• вертикальная (между небом и поверхностью земли);
• горизонтальная (между двумя тучами);
• внутриоблачная;
• ленточная (от облака в чистое небо).

Что такое шаровая молния

Чаще всего молния представляет собой прямую или зигзагообразную линию. Но иногда наблюдается шаровая молния. Она представляет собой светящийся клубок, пролетающий над поверхностью земли и разрывающийся при контакте с твердым предметом. Это явление является малоизученным. Многие даже не верят в существование шаровой молнии. Однако, удивительные истории, описанные в различных историях, доказывают обратное.

Для того, чтобы изучить механизм, ее нужно снять на фото или видео. Но так как явление это крайне редкое, то никому не удается поймать момент. Ученым приходится довольствоваться рассказами очевидцев. В отличие от обычной молнии, вспышка от которой длится доли секунды, шаровая может находиться в воздухе от нескольких секунд до минуты.

Подробнее о шаровой молнии

Источники:

http://udipedia.net/kak-proishodit-molniya-i-grom/

http://allforchildren.ru/why/whatis59.php

Откуда берется гром и молния