Doctor Științe biologice, Candidat la Științe Fizice și Matematice K. BOGDANOV.

În fiecare moment în puncte diferite Pământul strălucește cu fulgere peste 2000 de furtuni. În fiecare secundă, aproximativ 50 de fulgere lovesc suprafața pământului și, în medie, fiecare kilometru pătrat al acestuia este lovit de fulgere de șase ori pe an. B. Franklin a arătat, de asemenea, că fulgerele care lovesc pământul din nori sunt descărcări electrice care se transferă la acesta. sarcina negativa câteva zeci de pandantive, iar amplitudinea curentului în timpul unui fulger este de la 20 la 100 kA. Fotografia de mare viteză a arătat că descărcarea fulgerului durează câteva zecimi de secundă și constă în câteva descărcări și mai scurte. Fulgerele sunt de multă vreme de interes pentru oamenii de știință, dar în timpul nostru știm doar puțin mai multe despre natura lor decât acum 250 de ani, deși au fost capabili să le detecteze chiar și pe alte planete.

Știință și viață // Ilustrații

Capacitatea de a se electriza prin frecarea diferitelor materiale. Materialul din perechea de frecare, care este mai sus în tabel, este încărcat pozitiv, iar dedesubt este încărcat negativ.

Fundul încărcat negativ al norului polarizează suprafața Pământului de sub acesta, astfel încât acesta este încărcat pozitiv, iar atunci când apar condițiile de defecțiune electrică, apare o descărcare de fulger.

Distribuția frecvenței furtunilor pe suprafața uscatului și a oceanelor. Cele mai întunecate locuri de pe hartă corespund unor frecvențe de cel mult 0,1 furtuni pe an pe kilometru pătrat, iar cele mai luminoase - mai mult de 50.

Umbrelă cu paratrăsnet. Modelul a fost vândut în secolul al XIX-lea și a fost solicitat.

Tragerea cu un lichid sau cu laser la un nor de tunete care atârnă deasupra stadionului deviază fulgerul în lateral.

Mai multe fulgere cauzate de lansarea unei rachete într-un nor de tunete. Linia verticală din stânga este urma rachetei.

O mare fulgurită „ramificată” cu o greutate de 7,3 kg, găsită de autor la periferia Moscovei.

Fragmente cilindrice goale de fulgurit formate din nisip topit.

Fulgurit alb din Texas.

fulger - izvor etern reîncărcare câmp electric Pământ. La începutul secolului al XX-lea, sondele atmosferice erau folosite pentru măsurarea câmpului electric al Pământului. Puterea sa la suprafață s-a dovedit a fi de aproximativ 100 V/m, ceea ce corespunde încărcăturii totale a planetei de aproximativ 400.000 C. Ionii servesc ca purtători de sarcină în atmosfera Pământului, a căror concentrație crește odată cu înălțimea și atinge un maxim la o altitudine de 50 km, unde, sub acțiunea radiații cosmice s-a format un strat conductiv electric – ionosfera. Prin urmare, câmpul electric al Pământului este câmpul unui condensator sferic cu o tensiune aplicată de aproximativ 400 kV. Sub acțiunea acestei tensiuni, un curent de 2-4 kA curge din straturile superioare către cele inferioare, a căror densitate este de 1-2. 10 -12 A/m 2 și se eliberează energie de până la 1,5 GW. Și acest câmp electric ar dispărea dacă nu ar fi fulgerul! Prin urmare, pe vreme bună, condensatorul electric - Pământul - este descărcat, iar în timpul unei furtuni este încărcat.

O persoană nu simte câmpul electric al Pământului, deoarece corpul său este un bun conductor. Prin urmare, încărcătura Pământului se află și pe suprafața corpului uman, distorsionând local câmpul electric. Sub un nor de tunete, densitatea sarcinilor pozitive induse pe sol poate crește semnificativ, iar puterea câmpului electric poate depăși 100 kV/m, de 1000 de ori valoarea sa pe vreme bună. Ca urmare, sarcina pozitivă a fiecărui fir de păr de pe capul unei persoane care stă sub un nor de tunete crește cu aceeași cantitate, iar ei, respingându-se unul de celălalt, stau pe cap.

Electrificare - îndepărtarea prafului „încărcat”. Pentru a înțelege cum separă un nor sarcinile electrice, să ne amintim ce este electrizarea. Cel mai simplu mod de a încărca un corp este frecându-l de altceva. Electrificarea prin frecare este cea mai mare mod vechi primind sarcini electrice. Cuvântul „electron” în traducere din greacă în rusă înseamnă chihlimbar, deoarece chihlimbarul a fost întotdeauna încărcat negativ atunci când este frecat de lână sau mătase. Mărimea sarcinii și semnul acesteia depind de materialele corpurilor de frecare.

Se crede că corpul, înainte de a fi frecat de altul, este neutru din punct de vedere electric. Într-adevăr, dacă un corp încărcat este lăsat în aer, atunci particulele de praf încărcate opus și ionii vor începe să se lipească de el. Astfel, pe suprafața oricărui corp există un strat de praf „încărcat”, care neutralizează încărcarea corpului. Prin urmare, electrificarea prin frecare este procesul de îndepărtare parțială a prafului „încărcat” din ambele corpuri. În acest caz, rezultatul va depinde de cât de mult mai bine sau mai rău este îndepărtat praful „încărcat” de pe corpurile de frecare.

Norul este o fabrică pentru producerea de încărcături electrice. Este greu de imaginat că există câteva materiale enumerate în tabel în cloud. Cu toate acestea, pe corpuri pot apărea diferite praf „încărcate”, chiar dacă sunt făcute din același material - este suficient ca microstructura suprafeței să difere. De exemplu, atunci când un corp neted se freacă de unul dur, ambele vor fi electrificate.

Thundercloud este o cantitate mare abur, dintre care o parte se condensează în picături minuscule sau slouri de gheață. Vârful unui nor de tunete poate fi la o înălțime de 6-7 km, iar partea de jos atârnă deasupra solului la o înălțime de 0,5-1 km. Peste 3-4 km norii sunt formați din slocuri de gheață dimensiune diferită deoarece temperatura este întotdeauna sub zero. Aceste cuburi de gheață sunt în continuă mișcare cauzate de curenții ascendenți de aer cald de pe suprafața încălzită a pământului. Bucățile mici de gheață sunt mai ușor decât cele mari să fie duse de curenții de aer ascendenți. Prin urmare, „agile” bucăți mici de gheață, deplasându-se înăuntru partea de sus norii, tot timpul se ciocnesc cu cei mari. Cu fiecare astfel de coliziune are loc electrificarea, în care bucățile mari de gheață sunt încărcate negativ, iar cele mici sunt încărcate pozitiv. De-a lungul timpului, bucăți mici de gheață încărcate pozitiv se află în partea de sus a norului, iar cele mari încărcate negativ în partea de jos. Cu alte cuvinte, partea superioară a unei furtuni este încărcată pozitiv, în timp ce partea de jos este încărcată negativ. Totul este pregătit pentru o descărcare de fulger, în care are loc o defalcare a aerului și o sarcină negativă din partea de jos a norului de tunete curge către Pământ.

Fulger - salut din spațiu și sursă radiații cu raze X. Cu toate acestea, norul în sine nu este capabil să se electrifice astfel încât să provoace o descărcare între el partea de josși pământ. Intensitatea câmpului electric în nor de tunete nu depășește niciodată 400 kV/m, iar defecțiunea electrică în aer are loc la o tensiune mai mare de 2500 kV/m. Prin urmare, pentru ca fulgerele să apară, este nevoie de altceva în afară de un câmp electric. În 1992, savantul rus A. Gurevich din Institutul de Fizică lor. P. N. Lebedev de la Academia Rusă de Științe (FIAN) a sugerat că razele cosmice, particulele de înaltă energie care cad pe Pământ din spațiu la viteze apropiate de lumina, pot fi un fel de aprindere pentru fulgere. Mii de astfel de particule bombardează fiecare secundă metru patrat atmosfera pământului.

Conform teoriei lui Gurevich, o particulă de radiație cosmică, care se ciocnește cu o moleculă de aer, o ionizează, ducând la formarea unui număr imens de electroni de înaltă energie. Odată ajunși în câmpul electric dintre nor și pământ, electronii sunt accelerați la viteze apropiate de lumina, ionizând calea mișcării lor și, astfel, provocând o avalanșă de electroni care se deplasează odată cu ei pe pământ. Canalul ionizat creat de această avalanșă de electroni este folosit de fulger pentru a se descărca (vezi „Știința și viața” nr. 7, 1993).

Toți cei care au văzut fulgerele au observat că nu este o linie dreaptă strălucitoare care leagă norul și pământul, ci o linie întreruptă. Prin urmare, procesul de formare a unui canal conductiv pentru o descărcare de fulger este numit „liderul său de pas”. Fiecare dintre acești „pași” este locul în care electronii s-au accelerat până la viteze apropiate de lumina oprită din cauza ciocnirilor cu moleculele de aer și au schimbat direcția de mișcare. Dovada pentru o astfel de interpretare a caracterului în trepte al fulgerului sunt fulgerele de raze X care coincid cu momentele în care fulgerul, parcă se poticnește, își schimbă traiectoria. Studii recente au arătat că fulgerul este o sursă destul de puternică de raze X, a cărei intensitate poate fi de până la 250.000 de electroni volți, ceea ce este aproximativ de două ori mai mare decât cea utilizată în razele X toracice.

Cum se declanșează un fulger? Este foarte greu să studiezi ce se va întâmpla într-un loc de neînțeles și când. Și anume, în timpul ani oameni de știință au lucrat investigând natura fulgerului. Se crede că furtuna de pe cer este condusă de profetul Ilie și nu ne este dat să cunoaștem planurile lui. Cu toate acestea, oamenii de știință au încercat să-l înlocuiască pe profetul Ilie de foarte mult timp, creând un canal conducător între un nor de tunete și pământ. Pentru aceasta, B. Franklin a lansat un zmeu în timpul unei furtuni, care se termină cu o sârmă și o grămadă de chei metalice. Făcând acest lucru, el a provocat descărcări slabe care curgeau pe fir și a fost primul care a demonstrat că fulgerul este o descărcare electrică negativă care curge din nori către sol. Experimentele lui Franklin au fost extrem de periculoase, iar unul dintre cei care a încercat să le repete - academician rus G. V. Richman - în 1753 a murit în urma unui fulger.

În anii 1990, cercetătorii au învățat cum să invoce fulgerul fără a le pune viața în pericol. O modalitate de a provoca fulgere este să lansați o rachetă mică de la sol direct într-un nor de tunete. De-a lungul întregii traiectorii, racheta ionizează aerul și creează astfel un canal conductiv între nor și sol. Și dacă sarcina negativă a fundului norului este suficient de mare, atunci are loc o descărcare de fulger de-a lungul canalului creat, toți parametrii cărora sunt înregistrați de dispozitive situate în apropierea rampei de lansare a rachetei. Pentru a crea mai multe Condiții mai bune pentru o descărcare de fulger, un fir metalic este atașat de rachetă, conectându-l la pământ.

Fulgerul: dătătorul de viață și motorul evoluției. În 1953, biochimiștii S. Miller (Stanley Miller) și G. Urey (Harold Urey) au arătat că unul dintre „componentele de bază” ale vieții - aminoacizii poate fi obținut prin trecerea unei descărcări electrice prin apă, în care gazele din atmosfera „primitivă” a Pământului este dizolvată (metan, amoniac și hidrogen). Cincizeci de ani mai târziu, alți cercetători au repetat aceste experimente și au obținut aceleași rezultate. Prin urmare, teorie științifică originea vieții pe Pământ atribuie un rol fundamental fulgerului.

Atunci când pulsurile de curent scurte sunt trecute prin bacterii, în învelișul lor (membrană) apar pori prin care fragmentele de ADN ale altor bacterii pot trece în interior, declanșând unul dintre mecanismele evoluției.

De ce sunt furtunile atât de rare iarna? F. I. Tyutchev, după ce a scris „Îmi place o furtună la începutul lunii mai, când primul tunet în primăvară...”, știa că aproape că nu există furtuni iarna. Pentru a forma un nor de tunete, sunt necesari curenți ascendenți de aer umed. Concentraţie vapori saturati creste cu temperatura si atinge maximul vara. Diferența de temperatură de care depind curenții de aer ascendenți este cu atât mai mare, cu atât temperatura acestuia este mai mare lângă suprafața pământului, deoarece la o altitudine de câțiva kilometri temperatura sa nu depinde de anotimp. Aceasta înseamnă că intensitatea curenților ascendente este maximă și vara. Prin urmare, avem furtuni cel mai des vara, iar în nord, unde vara este frig, furtunile sunt destul de rare.

De ce sunt mai frecvente furtunile pe uscat decât pe mare? Pentru ca norul să se descarce, trebuie să existe un număr suficient de ioni în aer sub el. Aerul, constând doar din molecule de azot și oxigen, nu conține ioni și este foarte dificil să-l ionizezi chiar și în câmp electric. Dar dacă există o mulțime de particule străine în aer, cum ar fi praful, atunci există și o mulțime de ioni. Ionii se formează prin mișcarea particulelor în aer în același mod în care sunt electrificați prin frecare unul împotriva celuilalt. diverse materiale. Evident, este mult mai mult praf în aer deasupra pământului decât peste oceane. De aceea furtunile bubuie mai des pe uscat. S-a remarcat, de asemenea, că, în primul rând, fulgerul lovește acele locuri în care concentrația de aerosoli în aer este deosebit de mare - fum și emisii din industria de rafinare a petrolului.

Cum Franklin a deviat fulgerul. Din fericire, majoritatea fulgerelor au loc între nori și, prin urmare, nu reprezintă o amenințare. Cu toate acestea, se crede că fulgerul ucide peste o mie de oameni în întreaga lume în fiecare an. De macar, în Statele Unite, unde se țin astfel de statistici, aproximativ 1000 de oameni sunt afectați de fulgere în fiecare an și peste o sută dintre ei mor. Oamenii de știință au încercat de mult să protejeze oamenii de această „pedeapsă a lui Dumnezeu”. De exemplu, inventatorul primului condensator electric (borcanul Leiden), Pieter van Muschenbroek (1692-1761), într-un articol despre electricitate scris pentru celebra Enciclopedie Franceză, a apărat metodele tradiționale de prevenire a fulgerelor - sunetul clopoteilor și tragerea de tunuri, care, credea el, s-a dovedit a fi destul de eficient.

Benjamin Franklin, încercând să protejeze Capitoliul capitalei Maryland, în 1775 a atașat clădirii o tijă groasă de fier, care se ridica la câțiva metri deasupra domului și era conectată la pământ. Omul de știință a refuzat să-și breveteze invenția, dorind ca aceasta să fie de folos oamenilor cât mai curând posibil.

Vestea despre paratrăsnetul lui Franklin s-a răspândit rapid în toată Europa, iar acesta a fost ales în toate academiile, inclusiv în cea rusă. Cu toate acestea, în unele țări, populația devotată a întâmpinat această invenție cu indignare. Însăși ideea că o persoană ar putea îmblânzi atât de ușor și simplu arma principală a „mâniei lui Dumnezeu” părea o blasfemie. Prin urmare, în diferite locuri, oamenii au spart paratrăsnet din motive pioase. Un incident curios s-a petrecut în 1780 în orășelul Saint-Omer din nordul Franței, unde orășenii au cerut îndepărtarea unui catarg de paratrăsnet de fier, iar cazul a intrat în judecată. Tânărul avocat care a apărat paratrăsnetul de atacurile obscurantiştilor şi-a construit apărarea pe faptul că atât mintea umană, cât şi capacitatea ei de a cuceri forţele naturii au origine divină. Tot ceea ce ajută la salvarea unei vieți este spre bine – a susținut tânărul avocat. A câștigat procesul și a câștigat o mare faimă. Numele avocatului era Maximilian Robespierre. Ei bine, acum portretul inventatorului paratrăsnetului este cea mai râvnită reproducere din lume, pentru că împodobește binecunoscuta bancnotă de o sută de dolari.

Cum te poți proteja de fulgere cu un jet de apă și un laser. Recent a fost propus nouă cale lupta împotriva fulgerelor. Un paratrăsnet va fi creat dintr-un... jet de lichid, care va fi împușcat de la sol direct în nori de tunete. Lichidul fulger este o soluție salină la care se adaugă polimeri lichizi: sarea este concepută pentru a crește conductivitatea electrică, iar polimerul împiedică jetul să se „despartă” în picături separate. Diametrul jetului va fi de aproximativ un centimetru și inaltime maxima- 300 de metri. Când paratrăsnetul lichid este finalizat, acesta va fi dotat cu locuri de sport și joacă, unde fântâna se va aprinde automat atunci când intensitatea câmpului electric devine suficient de mare și probabilitatea ca trăsnetul să fie maximă. O sarcină va curge într-un curent de lichid dintr-un nor de tunete, făcând fulgerul sigur pentru alții. O protecție similară împotriva unei descărcări electrice se poate face cu ajutorul unui laser, al cărui fascicul, prin ionizarea aerului, va crea un canal pentru o descărcare electrică departe de mulțimile de oameni.

Ne poate duce fulgerul în rătăcire? Da, dacă folosești o busolă. LA roman celebru G. Melvila „Moby Dick” a descris exact un astfel de caz când o descărcare de fulger, care a creat un câmp magnetic puternic, a remagnetizat acul busolei. Cu toate acestea, căpitanul navei a luat un ac de cusut, l-a lovit pentru a-l magnetiza și l-a înlocuit cu un ac de busolă rupt.

Poți fi lovit de fulger în interiorul unei case sau unui avion? Din pacate, da! Curentul de fulger poate intra într-o casă printr-un fir de telefon de la un stâlp din apropiere. Prin urmare, în timpul unei furtuni, încercați să nu folosiți un telefon obișnuit. Se crede că vorbirea la radiotelefon sau la telefonul mobil este mai sigur. Nu atingeți conductele în timpul furtunilor încălzire centralăși instalații sanitare care leagă casa de pământ. Din aceleași motive, experții sfătuiesc să opriți totul în timpul unei furtuni. Dispozitive electrice inclusiv computere și televizoare.

În ceea ce privește avioanele, în general, ele încearcă să zboare în jurul zonelor cu activitate de furtună. Și totuși, în medie, unul dintre avioane este lovit de fulger o dată pe an. Curentul său nu poate lovi pasagerii, curge pe suprafața exterioară a aeronavei, dar poate dezactiva comunicațiile radio, echipamente de navigațieși electronice.

Fulguritul este un fulger pietrificat.În timpul descărcării unui fulger, se eliberează 10 9 -10 10 jouli de energie. Cea mai mare parte este cheltuită pentru creare unda de soc(tunet), încălzire cu aer, fulger și altele undele electromagnetice, și doar o mică parte iese în evidență în punctul în care fulgerul pătrunde în pământ. Cu toate acestea, chiar și această parte „mică” este suficientă pentru a provoca un incendiu, a ucide o persoană și a distruge o clădire. Fulgerul poate încălzi canalul prin care se deplasează până la 30.000 ° C, de cinci ori temperatura de la suprafața Soarelui. Temperatura din interiorul fulgerului este mult mai mare decât temperatura de topire a nisipului (1600-2000°C), dar dacă nisipul se topește sau nu depinde și de durata fulgerului, care poate varia de la zeci de microsecunde la zecimi de secundă. . Amplitudinea impulsului curentului fulgerului este de obicei egală cu câteva zeci de kiloamperi, dar uneori poate depăși 100 kA. Cel mai puternic fulger și provoacă nașterea fulguritelor - cilindri goale de nisip topit.

Cuvântul „fulgurit” provine din latinescul fulgur, care înseamnă fulger. Cel mai lung dintre fulguritele excavate a intrat în subteran la o adâncime de peste cinci metri. Fulguritele mai sunt numite și solide de reflow stânci, format dintr-un fulger; sunt uneori în număr mare găsite pe vârfurile stâncoase ale munților. Fulguritele, compuse din silice retopită, sunt de obicei tuburi în formă de con groase ca un creion sau un deget. Lor suprafata interioara netedă și topită, iar cea exterioară este formată din granule de nisip care aderă la masa topită. Culoarea fulguritelor depinde de impuritățile minerale din solul nisipos. Cele mai multe sunt de culoare cafeniu, gri sau negru, dar se găsesc și fulgurite verzui, albe sau chiar translucide.

Se pare că prima descriere a fulguritelor și asocierea lor cu loviturile de fulgere a fost făcută în 1706 de pastorul D. Hermann. Ulterior, mulți au găsit fulgurite în apropierea oamenilor loviti de fulgere. Charles Darwin în timpul călătorii în lume pe nava „Beagle”, aflată pe mal nisipos lângă Maldonado (Uruguay) există mai multe tuburi de sticlă care coboară vertical mai mult de un metru în nisip. El a descris dimensiunea lor și a legat formarea lor cu descărcări de fulgere. faimos fizician american Robert Wood a primit un „autograf” al fulgerului care aproape l-a ucis:

"A trecut o furtună puternică, iar cerul de deasupra noastră se limpezise deja. Am trecut prin câmpul care ne desparte casa de casa cumnatei mele. Am mers vreo zece metri de-a lungul cărării, când deodată fiica mea Margareta M-am sunat.M-am oprit vreo zece secunde și abia m-am deplasat mai departe, când deodată o linie albastră strălucitoare a tăiat cerul, cu vuietul unui pistol de douăsprezece inci, lovind poteca la douăzeci de pași în fața mea și ridicând o coloană uriașă. de abur.Am continuat sa vad ce urma a lasat fulgerul.trifoi ars de cinci centimetri in diametru, cu o gaura in mijloc jumatate de inch.... M-am intors la laborator, am topit opt ​​kilograme de cositor si am turnat in gaura... așa cum ar trebui să fie, în mâner și convergând treptat spre capăt. Era puțin mai lung de trei picioare" (citat de W. Seabrook. Robert Wood. - M .: Nauka, 1985, p. 285 ).

Apariția unui tub de sticlă în nisip în timpul unei descărcări de fulgere se datorează faptului că există întotdeauna aer și umiditate între boabele de nisip. Curentul electric al fulgerului într-o fracțiune de secundă încălzește aerul și vaporii de apă la temperaturi enorme, provocând o creștere explozivă a presiunii aerului între boabele de nisip și expansiunea acestuia, pe care Wood, care în mod miraculos nu a devenit victima fulgerului, a auzit-o. și am văzut. Aerul în expansiune formează o cavitate cilindrică în interiorul nisipului topit. Răcirea rapidă ulterioară fixează fulgurita - un tub de sticlă în nisip.

Adesea excavat cu grijă din nisip, fulguritul are forma unei rădăcini de copac sau o ramură cu numeroase ramuri. Astfel de fulgurite ramificate se formează atunci când o descărcare de fulger lovește nisipul umed, care, după cum știți, are o conductivitate electrică mai mare decât nisipul uscat.În aceste cazuri, curentul de fulgere, care intră în sol, începe imediat să se răspândească în lateral, formând un structură similară cu rădăcina unui copac și fulguritul rezultat doar repetă această formă. Fulguritul este foarte fragil, iar încercările de a îndepărta nisipul care aderă duc adesea la distrugerea acestuia. Acest lucru este valabil mai ales pentru fulguritele ramificate formate în nisip umed.

Fulger

Ne gândim adesea că electricitatea este ceva ce se generează doar în centralele electrice, și cu siguranță nu în masele fibroase de nori de apă, care sunt atât de rarefiate încât poți să bagi cu ușurință mâna în ei. Cu toate acestea, există electricitate în nori, așa cum există chiar și în corpul uman.

Natura energiei electrice

Toate corpurile sunt formate din atomi, de la nori și copaci până la corpul uman. Fiecare atom are un nucleu care conține protoni încărcați pozitiv și neutroni neutri. Excepția este cel mai simplu atom Hidrogenul nu are neutron în nucleu, ci doar un proton.

Electronii încărcați negativ se rotesc în jurul nucleului. Sarcinile pozitive și negative se atrag reciproc, astfel încât electronii se învârt în jurul nucleului unui atom, ca albinele în jurul unei plăcinte dulce. Atractia dintre protoni si electroni se datoreaza fortelor electromagnetice. Prin urmare, electricitatea este prezentă oriunde ne uităm. După cum putem vedea, este conținut și în atomi.

LA conditii normale Sarcinile pozitive și negative ale fiecărui atom se echilibrează reciproc, astfel încât corpurile formate din atomi de obicei nu poartă nicio sarcină netă, fie pozitivă, fie negativă. Ca urmare, contactul cu alte obiecte nu provoacă o descărcare electrică. Dar uneori echilibrul sarcinilor electrice din corpuri poate fi perturbat. S-ar putea să experimentezi asta chiar și când ești acasă într-o zi rece de iarnă. Casa este foarte uscată și caldă. Tu, frământându-ți picioarele goale, te plimbi prin palat. Fără să știi, unii dintre electronii din tălpile tale au trecut la atomii covorului.

Materiale conexe:

Cum se formează grindina?

Acum porți incarcare electrica, deoarece numărul de protoni și electroni din atomii tăi nu mai este echilibrat. Acum încercați să prindeți mânerul metalic al ușii. O scânteie va zbura între tine și ea și vei simți un șoc electric. Așa s-a întâmplat – corpul tău, care nu are suficienți electroni pentru a atinge echilibrul electric, caută să restabilească echilibrul datorită forțelor de atracție electromagnetică. Și este în curs de restaurare. Există un flux de electroni între mână și clanța ușii spre mână. Dacă camera ar fi întunecată, ai vedea scântei. Lumina este vizibilă deoarece electronii emit cuante de lumină atunci când sar. Dacă camera este liniștită, veți auzi un mic trosnet.

Electricitatea ne înconjoară peste tot și este conținută în toate corpurile. Norii în acest sens nu fac excepție. Pe fundalul cer albastru arată foarte inofensiv. Dar la fel cum te afli într-o cameră, ele pot transporta o sarcină electrică. Dacă da, atenție! Când norul restabilește echilibrul electric în sine, un întreg foc de artificii izbucnește.

Cum apare fulgerul?

Iată ce se întâmplă: curenți puternici de aer circulă în mod constant într-un uriaș nor întunecat, care împing diferite particule împreună - boabe de sare oceanică, praf și așa mai departe. În același mod în care tălpile tale sunt eliberate de electroni atunci când te freci de un covor, iar particulele dintr-un nor sunt eliberate de electroni atunci când se ciocnesc, care sar la alte particule. Deci există o redistribuire a taxelor. Unele particule care și-au pierdut electronii au o sarcină pozitivă, în timp ce altele care au preluat electroni suplimentari au acum o sarcină negativă.

Materiale conexe:

Cum apare fulgerul cu minge?

Din motive care nu sunt complet clare, particulele mai grele sunt încărcate negativ, în timp ce particulele mai ușoare sunt încărcate pozitiv. Astfel, partea inferioară mai grea a norului devine încărcată negativ. Partea inferioară a norului încărcată negativ respinge electronii către sol, deoarece sarcinile asemănătoare resping. Astfel, sub nor se formează o parte încărcată pozitiv suprafața pământului. Apoi, exact după același principiu, conform căruia o scânteie sare între tine și clanța ușii, aceeași scânteie va sări între nor și pământ, doar foarte mare și puternică, acesta este un fulger. Electronii zboară în zig-zag uriaș spre pământ, găsindu-și protonii acolo. În loc de un trosnet abia auzit, beţivan tunet.

În fiecare secundă, aproximativ 700 fulger, și în fiecare an aproximativ 3000 oameni sunt uciși de lovituri de fulger. natura fizica Fulgerul nu a fost explicat pe deplin și majoritatea oamenilor au doar o idee aproximativă despre ce este. Unele descărcări se ciocnesc în nori sau ceva de genul ăsta. Astăzi am apelat la autorii noștri de fizică pentru a afla mai multe despre natura fulgerului. Cum apar fulgerele, unde lovește fulgerele și de ce bubuie tunetul. După ce ați citit articolul, veți ști răspunsul la aceste și multe alte întrebări.

Ce este fulgerul

Fulger- scânteie de descărcare electrică în atmosferă.

descărcare electrică- acesta este procesul de curgere a curentului în mediu, asociat cu o creștere semnificativă a conductibilității sale electrice față de stare normală. Exista tipuri diferite descărcări electriceîn gaz: scânteie, arc, mocnit.

Descărcarea de scânteie are loc când presiune atmosfericăși este însoțită de un trosnet caracteristic al unei scântei. O descărcare de scânteie este o colecție de canale de scânteie filamentoase care dispar și se înlocuiesc reciproc. Se mai numesc și canalele Spark streamers. Canalele de scânteie sunt umplute cu gaz ionizat, adică plasmă. Fulgerul este o scânteie uriașă, iar tunetul este un trosnet foarte puternic. Dar nu totul este atât de simplu.

Natura fizică a fulgerului

Cum se explică originea fulgerului? Sistem nor-pământ sau nor-nor este un fel de condensator. Aerul joacă rolul unui dielectric între nori. Partea inferioară a norului are o sarcină negativă. Cu o diferență de potențial suficientă între nor și sol, apar condiții în care fulgerele apar în natură.

Lider în trepte

Înainte de fulgerul principal, puteți observa un mic loc care se mișcă de la nor spre sol. Acesta este așa-numitul lider de pas. Electronii sub acțiunea unei diferențe de potențial încep să se deplaseze spre sol. Pe măsură ce se mișcă, se ciocnesc cu moleculele de aer, ionizându-le. Un canal ionizat este așezat de la nor până la pământ. Datorită ionizării aerului de către electroni liberi, conductivitatea electrică în zona traiectoriei conducătorului crește semnificativ. Liderul, parcă, deschide calea pentru descărcarea principală, trecând de la un electrod (nor) la altul (sol). Ionizarea are loc inegal, astfel încât liderul se poate ramifica.

Retur

În momentul în care liderul se apropie de pământ, tensiunea de la capătul lui crește. Din sol sau din obiectele care ies deasupra suprafeței (copaci, acoperișuri ale clădirilor), un streamer de răspuns (canal) este aruncat către lider. Această proprietate a trăsnetului este folosită pentru a proteja împotriva lor prin instalarea unui paratrăsnet. De ce fulgerul lovește o persoană sau un copac? De fapt, nu-i pasă unde să lovească. La urma urmei, fulgerul caută cea mai scurtă cale între pământ și cer. De aceea, în timpul unei furtuni este periculos să fii pe câmpie sau la suprafața apei.

Când liderul ajunge la sol, un curent începe să curgă prin canalul așezat. În acest moment se observă fulgerul principal, însoțit de o creștere bruscă a puterii curentului și a eliberării de energie. Iată întrebarea, de unde fulgerul? Este interesant că liderul se răspândește de la nor la pământ, dar fulgerul luminos invers, pe care suntem obișnuiți să-l vedem, se răspândește de la pământ la nor. Este mai corect să spunem că fulgerul nu merge din cer pe pământ, ci are loc între ele.

De ce lovește fulgerul?

Tunetul este rezultatul unei unde de șoc generate de expansiunea rapidă a canalelor ionizate. De ce vedem mai întâi fulgere și apoi auzim tunete? Este vorba despre diferența dintre vitezele sunetului (340,29 m/s) și ale luminii (299.792.458 m/s). Numărând secundele dintre tunet și fulger și înmulțindu-le cu viteza sunetului, poți afla la ce distanță a lovit fulgerul față de tine.

Ai nevoie de un loc de muncă în fizica atmosferei? Pentru cititorii noștri există acum o reducere de 10% la

Tipuri de fulgere și fapte despre fulgere

Fulgerul dintre cer și pământ nu este cel mai frecvent fulger. Cel mai adesea, fulgerele apar între nori și nu reprezintă o amenințare. Pe lângă fulgerele terestre și intranori, există fulgere care se formează în atmosfera superioară. Care sunt tipurile de fulgere din natură?

• fulgere intra-nori;
• fulger cu minge;
• „Elfi”;
• Jeturi;
• Sprites.

Ultimele trei tipuri de fulgere nu pot fi observate fără dispozitive speciale, deoarece se formează la o altitudine de 40 de kilometri și mai sus.

Iată faptele despre fulger:

• Lungimea celui mai lung fulger înregistrat de pe Pământ a fost 321 km. Acest fulger a fost văzut în Oklahoma, 2007.
• Cel mai lung fulger a durat 7,74 secunde și a fost înregistrată în Alpi.
• Fulgerul se formează nu numai pe Pământ. Aflați exact despre fulgerul aprins Venus, Jupiter, Saturnși Uranus. Fulgerele lui Saturn sunt de milioane de ori mai puternice decât cele ale Pământului.
• Curentul din fulger poate ajunge la sute de mii de amperi, iar tensiunea poate ajunge la miliarde de volți.
• Temperatura canalului fulgerului poate atinge 30000 grade Celsius este 6 ori mai mare decât temperatura de suprafață a soarelui.

Bolid

Minge de foc - vedere separată fulgerul, a cărui natură rămâne un mister. Un astfel de fulger este o mișcare în aer obiect luminos sub forma unei mingi. După câteva mărturii bolid se poate mișca pe o traiectorie imprevizibilă, se poate împărți în fulgere mai mici, poate exploda sau poate dispărea pur și simplu pe neașteptate. Există multe ipoteze despre originea fulgerului cu minge, dar niciuna nu poate fi recunoscută ca fiind de încredere. Cert este că nimeni nu știe cum apar fulgerul cu minge. Unele ipoteze reduc observarea acestui fenomen la halucinații. Fulgerul cu minge nu a fost observat niciodată în laborator. Tot ce se pot mulțumi oamenii de știință sunt relatările martorilor oculari.

În sfârșit, vă invităm să vizionați videoclipul și să vă reamintim: dacă lucrarea de curs sau controlul v-a căzut în cap ca fulgerul într-o zi însorită, nu disperați. Specialiștii în servicii pentru studenți îi ajută pe studenți din anul 2000. Căutați oricând ajutor calificat. 24 ore pe zi, 7 zile pe săptămână suntem gata să vă ajutăm.

Fulgerul este un fenomen natural încântător și captivant. În același timp, este una dintre cele mai periculoase și imprevizibile fenomene naturale. Dar ce știm cu adevărat despre fulgere? Oamenii de știință din întreaga lume colectează fapte fulgerătoare, încearcă să le reproducă în laboratoarele lor, să le măsoare puterea și temperatura, dar totuși nu sunt capabili să determine natura fulgerului și să prezică comportamentul acestuia. Dar totuși, să ne uităm la Fapte interesante despre fulgere, care sunt deja cunoscute.

În acest moment, aproximativ 1800 de furtuni năvălesc în lume.

În fiecare an, Pământul se confruntă cu o medie de 25 de milioane de fulgere sau peste o sută de mii de furtuni. Adică peste 100 de fulgere pe secundă.

O lovitură de fulger durează în medie un sfert de secundă.

Puteți auzi tunete la 20 de kilometri distanță de fulgere.

Descărcarea fulgerului se propagă cu o viteză de aproximativ 190.000 km/s.

Lungimea medie a unei descărcări de fulger este de 3-4 kilometri.

Unele fulgere se deplasează în aer pe o cale răsucită, care nu poate depăși grosimea degetului în diametru, iar lungimea traseului fulgerului va fi de 10-15 kilometri.

Temperatura unui fulger tipic poate depăși 30.000 de grade Celsius - adică de aproximativ 5 ori temperatura de suprafață a soarelui.

„Fulgerul nu lovește niciodată de două ori același loc.” Din păcate, acesta este un mit. Fulgerul lovește adesea același loc de mai multe ori.

Grecii antici credeau că atunci când fulgerul lovește marea, apare o nouă perlă.

Copacii pot primi uneori lovituri de fulger și tot nu pot lua foc. Acest lucru se datorează faptului că electricitatea trece prin suprafața umedă direct în pământ.

Când lovește fulgerul, nisipul se transformă în sticlă. După o furtună, puteți găsi dungi de sticlă în nisip.

Dacă hainele tale sunt ude, atunci fulgerul îți va face mai puțin rău.

În timpul unei furtuni de 6 ore în Statele Unite, 15.000 de fulgere au strălucit pe cer. Avea senzația că fulgerul ardea constant.

Cea mai înaltă clădire din lume, Turnul CN, este lovită de fulgere de aproximativ 78 de ori pe an.

Fulgerele pot fi văzute și pe Venus, Jupiter, Saturn și Uranus.

În Evul Mediu, se credea că tunetele și fulgerele erau urmașii diavolului și clopotele bisericii sperie spiritele rele. Prin urmare, în timpul unei furtuni, călugării au încercat în mod constant să tragă clopotele și, în consecință, au devenit cel mai adesea victime ale fulgerelor.

Frica irațională de fulger se numește keraunofobie. Frica de tunet - brontofobie.

Există între 100 și 1000 de cazuri de fulgere cu bile pe Pământ în același timp, dar șansa de a vedea cel puțin unul dintre ele este de 0,01%.

În medie, aproximativ 550 de oameni mor din cauza fulgerelor în Rusia.

Aproximativ un sfert din toți oamenii care au devenit victime ale fulgerelor mor.

Bărbații sunt uciși de fulgere de aproximativ 6 ori mai des decât femeile.

Telefonul este una dintre cele mai frecvente cauze pentru care o persoană este lovită de fulger. Nu vorbiți la telefon în timpul unei furtuni, nici măcar în interior. După un fulger, pe corpul uman rămân dungi ramificate - semne de fulger. Dispare atunci când este apăsat cu un deget.

Retipărirea articolelor și fotografiilor este permisă numai cu un hyperlink către site:

Retragerea mult așteptată a căldurii este însoțită de furtuni puternice. Petersburg pentru săptămâna trecută au trecut două furtuni puternice. Vederea era îngrozitoare. Cerul părea că se sparge și se sfâșie, fulgere ca explozii.
De ce apare o astfel de furtună, cum își are originea în atmosferă? Astfel de întrebări îmi vin în minte tocmai în această perioadă furtunoasă. Să încercăm să ne dăm seama, bazându-ne pe surse competente. După cum veți vedea asta temperatura joacă un rol important aici.

Unde au loc cel mai des furtunile?

Peste continentele din tropice. Există un ordin de mărime mai puține furtuni peste ocean. Unul dintre motivele acestei asimetrii este convecția intensă în regiunile continentale, unde pământul este efectiv încălzit. radiatie solara. Creșterea rapidă a aerului încălzit contribuie la formarea unor nori verticali convectivi puternici, în partea superioară a cărora temperatura este sub -40°C. Ca rezultat, se formează particule de gheață, pelete de zăpadă, grindină, a căror interacțiune pe fundalul unui flux ascendent rapid duce la separarea sarcinii.

Aproximativ 78% din toate loviturile de fulgere au loc între 30°S. și 30°N. Maxim densitate medie numărul focarelor pe unitatea de suprafață a Pământului se observă în Africa (Rwanda). Întregul bazin al râului Congo cu o suprafață de aproximativ 3 milioane km 2 demonstrează în mod regulat cea mai mare activitate de fulger.

Cum se încarcă un nor de tunere?

Acesta este cel mai mult interes Întreabăîn „furtună”. Norii de tunsoare sunt uriași. Pentru ca un câmp electric comparabil ca mărime cu un câmp de defalcare (aproximativ 30 kV/cm pentru aer în condiții normale) să apară la o scară de câțiva kilometri, este necesar ca schimbul aleatoriu de sarcini în timpul ciocnirilor de solid sau lichid tulbure. particulele conduc la un efect colectiv consistent de adăugare a microcurenților în curent macroscopic de o valoare foarte mare (mai mulți amperi). După cum arată măsurătorile câmpului electric de pe suprafața pământului, precum și în interiorul mediului înnorat (pe baloane, avioane și rachete), într-un nor tipic de tunete sarcina negativă „principală” - în medie câteva zeci de coulombi - ocupă o înălțime. interval corespunzător temperaturilor de la 10 la 25 ° C. Sarcina pozitivă „principală” este, de asemenea, câteva zeci de pandantive, dar este situată deasupra negativului principal, prin urmare majoritatea fulgerul descărcă nor-pământul dă pământului o sarcină negativă. Cu toate acestea, o sarcină pozitivă mai mică (10 C) este adesea găsită și în partea de jos a norului.

Pentru a explica structura (tripolară) a câmpului și a sarcinii într-un nor de tunet descris mai sus, sunt luate în considerare o varietate de mecanisme de separare a sarcinii. Ele depind în primul rând de factori precum temperatura și compoziția de fază a mediului. În ciuda abundenței diferitelor mecanisme microfizice de electrificare, mulți autori consideră acum principalul schimb de sarcină neinductiv în timpul coliziunilor de cristale de gheață mici (cu dimensiuni de la câțiva până la zeci de micrometri) și particule de granule de zăpadă. LA experimente de laborator s-a constatat că are valoare caracteristică temperatura la care se modifică semnul sarcinii, așa-numita. punct de inversare, de obicei între 15 și 20°C. Această caracteristică a fost cea care a făcut acest mecanism atât de popular pentru că, având în vedere profilul tipic de temperatură în nor, explică structura tripolară a distribuției densității de sarcină.

Experimente recente au arătat că multe nori cu tunete sunt chiar mai multe structura complexaîncărcare de spațiu (până la șase straturi). Curenții ascendenți în astfel de nori pot fi slabe, dar câmpul electric are o structură multistrat stabilă. În apropierea izotermei zero (0 °C), aici se formează straturi destul de înguste (de câteva sute de metri grosime) și stabile de încărcare spațială, care sunt în mare parte responsabile pentru activitatea mare a fulgerului. Întrebarea mecanismului și modelelor de formare a straturilor sarcină pozitivăîn vecinătatea izotermei zero rămâne discutabilă. Modelul dezvoltat la IAP, bazat pe mecanismul de separare a sarcinii în timpul topirii particulelor de gheață, confirmă formarea unui strat de sarcină pozitivă în timpul topirii particulelor de gheață în apropierea izotermei zero la o înălțime de aproximativ 4 km. Calculele au arătat că o structură de câmp cu maxim aproximativ 50 kV/m se formează în 10 minute.

Cum lovește fulgerul?

Există mai multe teorii. Recent, a fost propus și studiat un nou scenariu fulger, care este asociat cu atingerea criticității auto-organizate de către cloud. În modelul celulelor electrice (cu o dimensiune caracteristică de ~ 1–30 m) cu un potențial care crește aleatoriu în spațiu și timp, o defalcare separată la scară mică între o pereche de celule poate provoca o „epidemie” de microdescărcări intranori - proces stocastic„metalizarea” fractala a mediului intracloud, i.e. o tranziție rapidă a mediului nor într-o stare asemănătoare unei rețea voluminoasă de fire conductoare dinamice, față de care vizibil pentru ochi canal de fulger - un canal de plasmă conductiv prin care este transferată sarcina electrică principală

Potrivit unor idei, descărcarea este inițiată de razele cosmice de înaltă energie, care declanșează un proces numit defalcare fugitivă. Interesant este că prezența unei structuri celulare a câmpului electric într-un nor de tunere se dovedește a fi esențială pentru procesul de accelerare a electronilor la energii relativiste. Celulele electrice orientate aleatoriu, împreună cu accelerația, măresc brusc durata de viață a electronilor relativiști într-un nor datorită naturii de difuzie a traiectoriilor lor. Acest lucru face posibilă explicarea duratei semnificative a exploziilor de raze X și gama și natura relației lor cu fulgerele. Rol raze cosmice pentru că electricitatea atmosferică ar trebui clarificată prin experimente pentru a investiga corelarea lor cu furtunile. Astfel de experimente se desfășoară în prezent în muntele înalt Tien Shan stație științifică Institutul de fizică al Academiei Ruse de Științe și la Observatorul Baksan Neutrino al Institutului cercetare nucleară A FUGIT.

De asemenea, remarcăm că fenomenele de descărcare în atmosfera mijlocie, care se corelează cu activitatea furtunilor, au primit denumiri diferite în funcție de înălțimea deasupra Pământului. Acestea sunt sprites (zona de strălucire se extinde de la înălțimi de 50-55 km la 85-90 km deasupra solului, iar durata fulgerului este de la câteva până la zeci de milisecunde), spiriduși (înălțimi - 70-90 km, durata mai puțin de 100 μs) și jeturi (descărcări, nori care încep în partea superioară și uneori se propagă la înălțimi mezosferice cu o viteză de aproximativ 100 km/s).

Temperatura fulgerului

În literatură, se pot găsi date că temperatura canalului fulgerului în timpul descărcării principale poate depăși 25.000 °C. Dovezi clare că temperatura fulgerului poate ajunge la 1700 ° C se găsește pe vârfurile stâncoase ale munților și în zonele cu activitate puternică de furtună fulgurite (din latină fulgur - fulger) - tuburi de cuarț sinterizate de la o lovitură de fulger, care pot fi de diverse forme bizare.

Fotografia prezintă un fulgurit găsit în 2006 în Arizona, SUA (detalii pe www.notjustrocks.com). Aspectul unui tub de sticlă se datorează faptului că există întotdeauna aer și umiditate între boabele de nisip. Curentul electric al fulgerului într-o fracțiune de secundă încălzește aerul și vaporii de apă la temperaturi enorme, determinând o creștere explozivă a presiunii aerului între boabele de nisip și expansiunea acestuia. Aerul în expansiune formează o cavitate cilindrică în interiorul nisipului topit. Răcirea rapidă ulterioară fixează fulgurita - un tub de sticlă în nisip. Fulguritele, compuse din silice retopită, sunt de obicei tuburi în formă de con groase ca un creion sau un deget. Suprafața lor interioară este netedă și topită, iar suprafața exterioară este formată din granule de nisip și incluziuni străine care aderă la masa topită. Culoarea fulguritelor depinde de impuritățile minerale din solul nisipos. Fulguritul este foarte fragil, iar încercările de a îndepărta nisipul care aderă duc adesea la distrugerea acestuia. Acest lucru este valabil mai ales pentru fulguritele ramificate formate în nisip umed. Diametrul fulguritului tubular nu depășește câțiva centimetri, lungimea poate ajunge la câțiva metri; fulguritul a fost găsit cu lungimea de 5-6 metri.

Studiul fulgerului și al electricității atmosferice în general este foarte interesant și important. direcție științifică. Au fost publicate numeroase publicații pe această temă. lucrări științificeși articole populare. Un link către una dintre cele mai cuprinzătoare lucrări de revizuire este oferit la sfârșitul notei noastre.

În concluzie, aș dori să observ că fulgerele reprezintă o amenințare serioasă la adresa vieții umane. Înfrângerea unei persoane sau a unui animal de către fulgere are loc adesea în spații deschise, deoarece electricitate merge cu drumul cel mai scurt„nor de furtună-pământ”. Fulgerele lovesc adesea copacii și instalațiile de transformatoare calea ferata făcându-le să se aprindă. Este imposibil să fii lovit de un fulger liniar obișnuit în interiorul unei clădiri, totuși, există o părere că așa-numitul fulger cu bile poate pătrunde prin fisuri și ferestre deschise. Fulgerul obișnuit este periculos pentru antenele de televiziune și radio situate pe acoperișuri. zgârie-nori, precum și pentru echipamentele de rețea.