Заметки к творческой работе «Молнии»

Вид материала

Документы

Содержание Многократные молнии Природа молний Виды молний Шаровая молния Токовые струи Огни святого Эльма Правила поведения Катушка Тесла

Подобный материал:

• Дополнительные заметки к самостоятельной творческой работе А. П. Чехов «Степь». Пробуждение, 103.42kb.
• Краткое содержание дисциплины, 84.21kb.
• Параметры шаровой молнии, вычисляемые с помощью двухтемпературной плазменной модели, 277.31kb.
• «разрушительная сила молнии» Автор: Козуля Вадим, 8 класс Швецов Сергей Петрович учитель, 322.61kb.
• Омерзительная Америка Заметки украинского эмигранта, 329.64kb.
• Тема: Формы рассказывания сказок, 629.15kb.
• «Вы привыкли работать в ненормированном рабочем дне, не так ли?», 47.97kb.
• Разработка урока по литературе в 5 классе на тему «Праздник сегодня!», 62.56kb.
• Потребность общества в творческой образованной личности, 180.95kb.
• Портфолио учащегося, 137.97kb.

Заметки к творческой работе «Молнии»

Введение

МОЛНИЯ, природный разряд больших скоплений электрического заряда в нижних слоях атмосферы. Одним из первых это установил американский государственный деятель и ученый Б.Франклин. В 1752 он провел опыт с бумажным змеем, к шнуру которого был прикреплен металлический ключ, и получил от ключа искры во время грозы. С тех пор молния интенсивно изучалась как интересное явление природы, а также из-за серьезных повреждений линий электропередачи, домов и других строений, вызываемых прямым ударом молнии или наведенным ею напряжением. Результаты таких исследований кратко излагаются ниже.

Теория. Разряды молний могут происходить между соседними наэлектризованными облаками или между наэлектризованным облаком и землей. Разряду предшествует возникновение значительной разности электрических потенциалов между соседними облаками или между облаком и землей вследствие разделения и накопления атмосферного электричества в результате таких природных процессов, как дождь, снегопад и т.д. Возникшая таким образом разность потенциалов может достигать миллиарда вольт, а последующий разряд накопленной электрической энергии через атмосферу может создавать кратковременные токи от 3 до 200 кА. Для объяснения электризации грозовых облаков был разработан ряд теорий. В 1929 Дж.Симпсон предложил теорию, которая объясняет электризацию дроблением дождевых капель потоками воздуха. В результате дробления, падающие более крупные капли заряжаются положительно, а остающиеся в верхней части облака более мелкие – отрицательно. В основе индукционной теории, предложенной в 1885, лежит предположение о том, что электрические заряды разделяются электрическим полем Земли, имеющей отрицательный заряд. В теории свободной ионизации Ч.Вильсона предполагается, что электризация возникает как результат избирательного накопления ионов находящимися в атмосфере капельками разных размеров. Возможно, что электризация грозовых облаков осуществляется совместным действием всех этих механизмов, а основным из них является падение достаточно крупных частиц, электризуемых трением об атмосферный воздух.

Разряд. На открытой местности разряды положительной и отрицательной полярности наблюдаются одинаково часто, но около 95% ударов в линии электропередачи и антенны исходят из отрицательно заряженных облаков. Разряд молнии характеризуется чрезвычайно быстрым нарастанием тока до пикового значения, как правило, достигаемого за время от 1 до 80 мкс (миллионных долей секунды), и последующим падением тока обычно за 3–200 мкс после пикового значения.

Канал. Канал молнии определяется электрическим полем на конце движущегося лидера и локальной ионизацией. Вблизи земли его движение определяется земными стримерами или коронным разрядом, возникающим над заостренными проводящими предметами, выступающими над поверхностью земли. Молния с большой вероятностью повторно ударяет в ту же самую точку, если только объект не разрушен предыдущим ударом. Диаметр ядра светящегося разряда – от 1 до 2 см, а наэлектризованная зона вокруг ядра составляет, по-видимому, несколько метров в диаметре. Разветвленность разряда молнии между облаками обусловлена ступенчатым характером движения лидера, направление каждого шага которого определяется локальными условиями ионизации и потому носит в значительной мере случайный характер. Государственный деятель и МОЛНИЯ, природный разряд больших скоплений электрического заряда в нижних слоях атмосферы. Одним из первых это установил американский государственный деятель и ученый Б.Франклин. В 1752 он провел опыт с бумажным змеем, к шнуру которого был прикреплен металлический ключ, и получил от ключа искры во время грозы. С тех пор молния интенсивно изучалась как интересное явление природы, а также из-за серьезных повреждений линий электропередачи, домов и других строений, вызываемых прямым ударом молнии или наведенным ею напряжением. Результаты таких исследований кратко излагаются ниже.

^ Многократные молнии. Многократные молнии – обычное явление, они могут насчитывать до 40 разрядов с интервалами от 500 мкс до 0,5 с, а полная продолжительность многократного разряда может достигать 1 с. С помощью фоторегистратора с временной разверткой было детально изучено развитие разряда молнии от облака до земли. Разряд развивается лавинообразно, сначала в виде ионизованного канала, получившего название лидера молнии, который ступенчато продвигается от облака к земле. Скорость ступенчатого движения лидера к земле равна приблизительно 45·106 м/с, причем интервал между ступенями составляет около 100 мкс. Длина каждой ступени лидера – около 45 м, так что полное время движения до земли может достигать 0,02 с. Затем, по этому ионизованному каналу от земли к облаку движется основной разряд со скоростью от 2·107 м/с до 15·107 м/с. Он обычно глубоко проникает внутрь облака, образуя множество разветвленных каналов. Свечение этого яркого разряда, обусловленное рекомбинацией ионизованных атомов, может продолжаться более секунды.
^

Природа молний

Чтобы понять природу молнии нужно вспомнить школьную программу физики. Помните те не хитрые эксперименты, например, с пластмассовой палочкой и шерстяной тканью. При трении происходит электризация. На самом деле сложный процесс можно объяснить довольно просто. В обычном состоянии каждый предмет заряжен нейтрально. Это по тому, что на нём находятся частички противоположно «заряженной» пыли, которая нейтрализует заряд тела. Как только частички снимаются (в процессе трения – это самый простой способ зарядить тело), тело приобретает заряд. Поэтому после трения палочки о шерстяную ткань, пластмассовое тело приобретает заряд, действие которого видно, если поднести палочку к волосам. Волосы начинают прилипать к ней, как бы заменяя собой снятую пыль, чтобы пластиковое тело снова стало нейтрально заряженным. Поэтому электризацию можно понимать как снятие с предмета «заряженной» пыли.

Кроме этого нужно понять и что представляет собой грозовое облако. Ведь именно оно является «создателем» такого природного явления, как молния. Облако состоит из пара. Но часть этого пара конденсировалась и превратилась в капельки и льдинки. По сути, облако имеет несколько слоёв: на расстоянии до 3-4 км оно состоит из пара, капель, выше из льдинок. Ведь на высоте нескольких километров температура значительно ниже, чем на земле. Пытаясь понять происхождение молнии, мы должны уделить внимание именно верхнему слою, то есть льдинкам. Под воздействием потоков тёплого воздуха, поднимающихся с земли эти замёрзшие капли находятся в постоянном движении. Естественно, льдинки имеют различные размеры, а значит и массу, поэтому самые лёгкие и маленькие из них всё тем же тёплым воздухом поднимаются вверх облака, а те, что потяжелее остаются внизу. Конечно, путь вверх труден, льдинки поменьше постоянно сталкиваются с льдинками более крупными, в результате чего происходит трение. При этом крупные частички, те, что остаются внизу заряжаются отрицательно, а те, что стремятся вверх, заряжаются положительно. Таким образом, слоёное облако приобретает положительно заряженный верхний слой, и отрицательно заряженный нижний. Такая напряжённая обстановка должна разрядиться, поэтому поток отрицательного заряда спускается на землю. Мы при этом наблюдаем молнию. После того, как облако разрядилось, снова начинается тот же процесс. Маленькие льдинки поднимаются вверх, трутся о более тяжёлые крупные, создают разряд и мы снова наблюдаем молнию.

Но всё-таки такой процесс образования моли не совсем верен. Ведь для того, чтобы образовался нужный разряд, напряжение в облаке должно достигать 2500 кВ/м. На самом же деле в облаке образуется лишь около 400 кВ/м. Так откуда же берутся те необходимые недостающие кВ? Чтобы понять это, нужно учесть, что планету нельзя рассматривать отдельно от космоса. Ведь многие природные явления зависят именно от влияний из вне, то есть из космоса. В случае с молниями, так же может играть свою роль то неизведанное далёко. Существует теория, которая находит те недостающие кВ. Дело в том, что существуют космические лучи, которые попадают на землю каждую секунду. Они представляют собой частицы высоких энергий. Столкнувшись с молекулой воздуха, космический луч ионизирует её. В результате появляется огромное количество электронов с высокой энергией. При попадании в электронное поле между землёй и облаком они развивают околосветовую скорость, вызывая тем самым массу электронов, которые движутся с ними к земле. Их ионизированный путь использует грозовое облако, чтобы выпустить разряд.

Молния имеет вид ломаной прямой. Термин «ступенчатый лидер» означает образования пути молнии. Почему же он ступенчатый? Всё дело в том, что каждая такая ступенька – это место, где электроны, которые разогнались практически до скорости света, сталкиваются с молекулами воздуха. Из-за этого меняется траектория пути разряда. Молния - своеобразная батарейка для земли. Она подзаряжает электрическое поле земли. В спокойную погоду земля разряжается, а гроза помогает ей зарядиться.
^

Виды молний

Сколько видов молний знаете вы? Многие люди знают лишь о линейной и шаровой молнии. Естественно, ведь в средней полосе они самые распространенные. На самом же деле видов молний намного больше. Линейная, шаровая, чёточная, токовые струи, голубые струи, спрайты, формы сидящих разрядов и огней святого Эльма. Все они опасны и имеют значительные отличия по внешнему виду.

Зачастую люди встречаются с непонятными свечениями или вспышками, принимая их за НЛО. А ведь это может оказаться один из видов молнии.
^

Шаровая молния

Считается, что «прожить» шаровая молния может лишь несколько секунд. Однако очевидцы утверждают, что Шаровая молния представляет собой светящийся шар. Диаметр его обычно от 12 до 25 см. Шар свободно плавает по воздуху. Образовавшийся шар может просуществовать и 30 секунд. Много историй говорит о разрушительных результатах появления шаровых молний. Это и сгоревшие дома, и сильные ожоги, и смертельные исходы. Но дело в том, что истории остаются историями. Среди них и рассказы о том, как умело, не причиняя ожогов, шаровая молния снимает с руки кольца. На самом деле этот феномен доказан. Золотое или серебряное кольцо, встретившееся на пути у огненного шара, теряет вес. Это можно проверить обычным взвешиванием.

К сожалению, шаровая молния сегодня недостаточно изучена. Она возникает непредсказуемо и так же исчезает. Хотя есть специальные мастерские, в которых создаются шаровые молнии и изучаются.
^

Токовые струи

Токовые струи встречаются очень редко. Такое явление более распространено в горах. Частыми жертвами становятся альпинисты, покоряющие высоты. По сути это сток электрического заряда по пути, оставленному линейной молнией. Специально получить их можно, запустив в грозовое облако ракету с проволочным хвостом. Заряд в этом случае будет стекать по проволоке. В дом такая молния может попасть через дымоход, открытую форточку, по проводам. Хотя иногда электрические струи проделывают в окне дыру, через которую и проникают в дом.


В хорошую погоду токовые струи тоже могут появляться. Правда, необходимое условие для этого – сильный ветер. В таком случае токовые струи еле заметны голубоватым свечением.
^

Огни святого Эльма

Это необыкновенное явление природы, поражающее своей красотой. Обычно оно появляется ночью в виде свечения на шпилях, башнях, мачтах кораблей. Уже по названию можно догадаться, что и этот тип молний воспринимался, как знак, данный богами. Всё дело в том, что однажды прихожане церкви Св. Эльма увидели странное сияние, охватывающее крест и часть купола. Этот феномен был воспринят как знамение божие. Отсюда и появилось название. Вот только подобные зрелища встречались и раньше. Например, в Древней Греции. Там молнию называли «огнями Кастора и Пуллукса», считая свечения теми самыми звёздами, в которые Зевс превратил двух братьев близнецов.

На самом же деле всё намного прозаичнее. Свечение огней святого Эльмa появляется в сухой нaэлектризовaнной атмосфере, когда величина напряженности электрического поля достигает десятков или сотен тысяч вольт нa метр. При этом в воздухе должны находиться твёрдые диэлектрические частицы. Это может быть пыль, песок или даже снег. Под действием ветра частицы трутся друг о друга. Это приводит к локальному увеличению напряженности электрического поля. Именно так появляются «знамения» виде огней святого Эльма.

Спрайты

В начале 1990-х годов было обнаружено новое явление природы. На высоте 30-90 км от поверхности земли, над грозовыми облаками были замечены оптические вспышки. Продолжительность такого сияния очень мала (от сотых до десятых долей секунды). Такие вспышки получили название спрайты. Их формы и цвет всегда разные. Сами спрайты до конца не изучены. Известно лишь то, что появление вспышек связано с электрическими разрядами, возникающими между грозовыми облаками и ионосферой Земли. Трудность изучения данного явления состоит в отсутствии специального оборудования. Существуют спутники, зонды, ракеты, но первые не могут опуститься так низко, вторые не в состоянии подняться так высоко, а третьи слишком быстро преодолевают нужный слой. Поэтому сегодня изучение ведётся дистанционно.

Есть версия, что спрайты появляются лишь при самых сильных грозах и могут быть вызваны чрезмерно мощным электрическим разрядом между облаком и землей. Кроме этого необходима достаточная продолжительность электрического контакта между облаком и Землей. Она должна превысить 100 миллисекунд.
^

Правила поведения

Все мы знаем, что для каждого нашего действия существуют определённые правила. Они помогают нам избежать неприятностей, сохранить здоровье и жизнь. Мы знаем, как переходить дорогу. Знаем, как обращаться с электроприборами. Знаем, что можно и что нельзя при полёте в самолёте. Предупреждён – значит, вооружён. Но и природа диктует нам определённые правила, о которых мы часто забываем, считая себя повелителями мира. И, тем не менее, чтобы избежать неисправимого во время грозы, тоже нужно соблюдать правила.

Если гроза застигла вас в здании нужно закрыть окна, отключить антенну. Нельзя стоять у окна и держаться за железные предметы.

Находясь на улице во время грозы, помните: самые опасные места под высокими одинокими деревьями, особенно под тополем, сосной, дубом и елью; рядом с металлическими предметами; на возвышенностях.

Многие не могут отказать себе в искушении искупаться во время грозы. Находиться в воде очень опасно, поэтому лучше потерпеть и искупаться в спокойную погоду.

Во время грозы нельзя бежать, ехать в автомобиле. Находясь в машине, остановитесь и переждите непогоду.

Даже если очень страшно, а вы находитесь на открытой местности, ни в коем случае не ложитесь. Чем меньше площадь соприкосновения с землёй, тем лучше.

Если вы встретились с шаровой молнией, ведите себя осторожно. Не делайте резких движений. Шаровая молния не так опасна для человека, как линейная, поэтому паниковать не надо. Но если вдруг шар приблизился к вам слишком близко, учёные советуют интенсивно подуть на него. Считается, что молния обладает хорошей парусностью, поэтому непременно отлетит. Продолжительность жизни шаровой молнии не велика (до 30 секунд), поэтому совсем скоро она исчезнет. Правда, некоторые столкнувшиеся с этим явлением люди утверждают, что шаровая молния заканчивает свою жизнь взрывом. Он не большой, но при непосредственной близости может нанести ожоги. Поэтому в грозу нужно закрывать окна, дымоходы, вытаскивать антенны, не пользоваться электричеством.
^

Катушка Тесла

Трансформатор Тесла (катушка Тесла) — единственное из изобретений Николы Тесла. Это классический резонансный трансформатор, производящий высокое напряжение при высокой частоте. Оно использовалось Теслой в нескольких размерах и вариациях для его экспериментов. Прибор был заявлен, как “Аппарат для производства электрических токов высокой частоты и потенциала”

Для мощных трансформаторов Теслы наряду с обычными разрядниками (статическими) используются более сложные конструкции.

На крупных купюрах сербских динаров с портретом Теслы на реверсе изображён трансформатор Теслы. 1992 и 1993