doktor biologické vedy, Kandidát fyzikálnych a matematických vied K. BOGDANOV.

V každom okamihu v rôzne body Zem sa blýska viac ako 2000 búrkami. Každú sekundu udrie na zemský povrch asi 50 bleskov a v priemere do každého jeho štvorcového kilometra zasiahne blesk šesťkrát do roka. B. Franklin tiež ukázal, že blesk zasahujúci Zem z mrakov sú elektrické výboje, ktoré sa na ňu prenášajú záporný náboj niekoľko desiatok príveskov a amplitúda prúdu pri údere blesku je od 20 do 100 kA. Vysokorýchlostná fotografia ukázala, že výboj blesku trvá niekoľko desatín sekundy a pozostáva z niekoľkých ešte kratších výbojov. O blesky sa vedci zaujímali už dlho, no v dnešnej dobe vieme o ich povahe len o niečo viac ako pred 250 rokmi, hoci ich dokázali zaznamenať aj na iných planétach.

Veda a život // Ilustrácie

Schopnosť elektrifikovať trením rôznych materiálov. Materiál z trecieho páru, ktorý je v tabuľke vyššie, je nabitý kladne a pod ním záporne.

Záporne nabitá spodná časť oblaku polarizuje povrch Zeme pod sebou tak, že je kladne nabitý, a keď sa objavia podmienky na elektrický prieraz, dôjde k výboju blesku.

Rozloženie frekvencie búrok na povrchu pevniny a oceánov. Najtmavšie miesta na mape zodpovedajú frekvenciám nie viac ako 0,1 búrky za rok na kilometer štvorcový a najjasnejšie - viac ako 50.

Dáždnik s bleskozvodom. Model sa predával v 19. storočí a bol žiadaný.

Streľba kvapalinou alebo laserom na búrkový mrak visiaci nad štadiónom odkloní blesk na stranu.

Niekoľko úderov bleskov spôsobených štartom rakety do búrkového mraku. Ľavá zvislá čiara je stopa rakety.

Veľký „rozvetvený“ fulgurit s hmotnosťou 7,3 kg, ktorý autor našiel na okraji Moskvy.

Duté valcové úlomky fulguritu vytvorené z roztaveného piesku.

Biely fulgurit z Texasu.

blesk - večný zdroj dobíjanie elektrické pole Zem. Začiatkom 20. storočia sa meralo elektrické pole Zeme pomocou atmosférických sond. Jeho sila na povrchu sa ukázala byť asi 100 V/m, čo zodpovedá celkovému náboju planéty asi 400 000 C. Ako nosiče náboja v zemskej atmosfére slúžia ióny, ktorých koncentrácia s výškou stúpa a dosahuje maximum vo výške 50 km, kde pri pôsobení kozmického žiarenia vznikla elektricky vodivá vrstva – ionosféra. Preto je elektrické pole Zeme poľom guľového kondenzátora s aplikovaným napätím asi 400 kV. Pôsobením tohto napätia preteká z horných vrstiev do spodných vrstiev prúd 2-4 kA, ktorého hustota je 1-2. 10 -12 A/m 2 a uvoľňuje sa energia až 1,5 GW. A toto elektrické pole by zmizlo, keby nebolo blesku! Preto sa za dobrého počasia elektrický kondenzátor - Zem - vybíja a počas búrky sa nabíja.

Človek necíti elektrické pole Zeme, pretože jeho telo je dobrý vodič. Preto je náboj Zeme aj na povrchu ľudského tela a lokálne skresľuje elektrické pole. V búrkovom mraku sa hustota kladných nábojov indukovaných na zemi môže výrazne zvýšiť a intenzita elektrického poľa môže presiahnuť 100 kV / m, čo je 1000-násobok jeho hodnoty za dobrého počasia. V dôsledku toho sa kladný náboj každého vlasu na hlave človeka stojaceho pod mrakom zvyšuje o rovnakú hodnotu a navzájom sa odpudzujú a stoja na konci.

Elektrifikácia - odstránenie "nabitého" prachu. Aby sme pochopili, ako oblak oddeľuje elektrické náboje, spomeňme si, čo je elektrizácia. Najjednoduchší spôsob, ako nabiť telo, je trieť ho o niečo iné. Elektrifikácia trením je najviac starý spôsob prijímanie elektrických nábojov. Samotné slovo "elektrón" v preklade z gréčtiny do ruštiny znamená jantár, pretože jantár bol vždy negatívne nabitý pri trení o vlnu alebo hodváb. Veľkosť náboja a jeho znamienko závisí od materiálov trecích telies.

Predpokladá sa, že telo predtým, ako sa trelo o iné, je elektricky neutrálne. Ak totiž vo vzduchu zostane nabité teleso, začnú sa naň lepiť opačne nabité prachové častice a ióny. Na povrchu akéhokoľvek telesa sa teda nachádza vrstva „nabitého“ prachu, ktorý náboj telesa neutralizuje. Preto elektrifikácia trením je proces čiastočného odstraňovania „nabitého“ prachu z oboch telies. V tomto prípade bude výsledok závisieť od toho, ako lepšie alebo horšie sa "nabitý" prach odstráni z trecích telies.

Cloud je továreň na výrobu elektrických nábojov. Je ťažké si predstaviť, že existuje niekoľko materiálov uvedených v tabuľke v cloude. Na telesách sa však môže objaviť rôzne „nabitý“ prach, aj keď sú z rovnakého materiálu – stačí, že sa líši povrchová mikroštruktúra. Napríklad, keď sa hladké telo obtrie o drsné, obe budú elektrifikované.

Thundercloud je veľké množstvo para, z ktorej časť kondenzuje na drobné kvapôčky alebo ľadové kryhy. Horná časť búrkového mraku môže byť vo výške 6-7 km a spodná časť visí nad zemou vo výške 0,5-1 km. Oblaky nad 3-4 km tvoria ľadové kryhy rôzne veľkosti pretože teplota je vždy pod nulou. Tieto kocky ľadu sú v neustálom pohybe spôsobené stúpajúcimi prúdmi teplého vzduchu z ohriateho povrchu zeme. Malé kúsky ľadu sa dajú ľahšie unášať stúpajúcimi prúdmi vzduchu ako veľké. Preto „pohybujte“ malými kúskami ľadu, nasťahujte sa dovnútra vyššia časť mraky sa neustále zrážajú s veľkými. Pri každej takejto zrážke dochádza k elektrifikácii, pri ktorej sa veľké kusy ľadu nabijú negatívne a malé kladne. V priebehu času sú pozitívne nabité malé kúsky ľadu v hornej časti oblaku a negatívne nabité veľké v spodnej časti. Inými slovami, horná časť búrky je nabitá kladne, zatiaľ čo spodná časť je nabitá záporne. Všetko je pripravené na výboj blesku, pri ktorom dôjde k rozpadu vzduchu a na Zem prúdi záporný náboj zo spodnej časti búrkového mraku.

Blesk - ahoj z vesmíru a zdroja röntgenové žiarenie. Samotný oblak však nie je schopný zelektrizovať sa tak, aby spôsobil výboj medzi svojimi dno a zem. Intenzita elektrického poľa v hromový oblak nikdy neprekročí 400 kV/m a elektrický prieraz na vzduchu nastáva pri napätí vyššom ako 2500 kV/m. Na vznik blesku je preto okrem elektrického poľa potrebné aj niečo iné. V roku 1992 ruský vedec A. Gurevič z Ústav fyziky ich. P. N. Lebedev z Ruskej akadémie vied (FIAN) naznačil, že kozmické žiarenie, vysokoenergetické častice, ktoré dopadajú na Zem z vesmíru rýchlosťou blízkou svetla, môže byť akýmsi zápalom pre blesk. Každú sekundu bombardujú tisíce takýchto častíc meter štvorcový zemská atmosféra.

Podľa Gurevichovej teórie častica kozmického žiarenia, ktorá sa zrazí s molekulou vzduchu, ju ionizuje, čo vedie k vytvoreniu obrovského množstva vysokoenergetických elektrónov. Akonáhle sú elektróny v elektrickom poli medzi mrakom a zemou, sú zrýchlené na rýchlosť takmer svetla, ionizujúc dráhu ich pohybu, a tak spôsobujú lavínu elektrónov pohybujúcich sa s nimi k Zemi. Ionizovaný kanál vytvorený touto lavínou elektrónov využíva blesk na výboj (pozri „Veda a život“ č. 7, 1993).

Každý, kto videl blesky, si všimol, že nejde o jasne žiariacu priamku spájajúcu oblak a zem, ale o prerušovanú čiaru. Preto sa proces vytvárania vodivého kanála pre výboj blesku nazýva jeho "krokový vodca". Každý z týchto „krokov“ je miestom, kde sa elektróny zrýchlené na rýchlosť blízku svetlu zastavili v dôsledku zrážok s molekulami vzduchu a zmenili smer pohybu. Dôkazom takejto interpretácie stupňovitého charakteru blesku sú röntgenové záblesky zhodujúce sa s okamihmi, keď blesk, akoby zakopne, zmení svoju dráhu. Nedávne štúdie ukázali, že blesk je pomerne silným zdrojom röntgenového žiarenia, ktorého intenzita môže byť až 250 000 elektrónvoltov, čo je asi dvojnásobok toho, čo sa používa pri röntgene hrudníka.

Ako spustiť blesk? Je veľmi ťažké študovať, čo a kedy sa stane na nepochopiteľnom mieste. Totiž počas rokov pracovali vedci skúmajúci povahu blesku. Verí sa, že búrku na oblohe vedie prorok Eliáš a nie je nám dané poznať jeho plány. Vedci sa však už veľmi dlho snažia nahradiť proroka Eliáša a vytvoriť vodivý kanál medzi búrkovým mrakom a zemou. Na tento účel B. Franklin počas búrky spustil šarkana, ktorý končil drôtom a zväzkom kovových kľúčov. Tým spôsobil slabé výboje stekajúce po drôte a ako prvý dokázal, že blesk je negatívny elektrický výboj prúdiaci z oblakov na zem. Franklinove experimenty boli mimoriadne nebezpečné a jeden z tých, ktorí sa ich pokúšali zopakovať - ruský akademik G. V. Richman - v roku 1753 zomrel na úder blesku.

V 90. rokoch sa vedci naučili privolať blesky bez toho, aby to ohrozilo ich život. Jedným zo spôsobov, ako spôsobiť blesk, je vystreliť malú raketu zo zeme priamo do búrkového mraku. Pozdĺž celej trajektórie raketa ionizuje vzduch a vytvára tak vodivý kanál medzi mrakom a zemou. A ak je záporný náboj spodnej časti oblaku dostatočne veľký, dôjde k výboju blesku pozdĺž vytvoreného kanála, ktorého všetky parametre zaznamenávajú zariadenia umiestnené v blízkosti odpaľovacej rampy rakety. Ak chcete vytvoriť viac Lepšie podmienky pre výboj blesku je k rakete pripevnený kovový drôt, ktorý ju spája so zemou.

Blesk: darca života a motor evolúcie. V roku 1953 biochemici S. Miller (Stanley Miller) a G. Urey (Harold Urey) ukázali, že jeden zo „stavebných kameňov“ života – aminokyseliny je možné získať prechodom elektrického výboja cez vodu, v ktorej vznikajú plyny tzv. "primitívne" atmosféry Zeme sú rozpustené (metán, čpavok a vodík). O 50 rokov neskôr iní ​​výskumníci zopakovali tieto experimenty a dosiahli rovnaké výsledky. teda vedecká teória pôvod života na Zemi pripisuje zásadnú úlohu úderu blesku.

Pri prechode krátkych prúdových impulzov cez baktérie sa v ich obale (membráne) objavia póry, cez ktoré môžu dovnútra prejsť fragmenty DNA iných baktérií, čím sa spustí jeden z mechanizmov evolúcie.

Prečo sú búrky v zime také zriedkavé? F. I. Tyutchev, ktorý napísal „Milujem búrku začiatkom mája, keď prvý hrom na jar ...“, vedel, že v zime nie sú takmer žiadne búrky. Na vytvorenie búrkového mraku sú potrebné vzostupné prúdy vlhkého vzduchu. Koncentrácia nasýtené pary s teplotou stúpa a maximum dosahuje v lete. Teplotný rozdiel, od ktorého závisia stúpavé prúdy vzduchu, je tým väčší, čím je jeho teplota pri zemskom povrchu vyššia, keďže vo výške niekoľkých kilometrov jeho teplota nezávisí od ročného obdobia. To znamená, že intenzita stúpavých prúdov je maximálna aj v lete. Preto máme búrky najčastejšie v lete a na severe, kde je v lete chladno, sú búrky dosť zriedkavé.

Prečo sú búrky bežnejšie nad pevninou ako nad morom? Aby sa oblak vybil, musí byť vo vzduchu pod ním dostatočný počet iónov. Vzduch, pozostávajúci len z molekúl dusíka a kyslíka, neobsahuje ióny a je veľmi ťažké ho ionizovať aj v elektrickom poli. Ale ak je vo vzduchu veľa cudzích častíc, ako je prach, potom je tam aj veľa iónov. Ióny vznikajú pohybom častíc vo vzduchu rovnakým spôsobom, ako sa elektrizujú trením o seba. rôzne materiály. Očividne je vo vzduchu nad pevninou oveľa viac prachu ako nad oceánmi. To je dôvod, prečo búrky dunia nad pevninou častejšie. Poznamenalo sa tiež, že blesky zasiahnu predovšetkým miesta, kde je koncentrácia aerosólov vo vzduchu obzvlášť vysoká - dym a emisie z odvetvia rafinácie ropy.

Ako Franklin odvrátil blesk. Našťastie väčšina bleskov sa odohráva medzi oblakmi, a preto nepredstavujú hrozbu. Predpokladá sa však, že blesk každoročne zabije na celom svete viac ako tisíc ľudí. Autor: najmenej, v Spojených štátoch, kde sa takéto štatistiky vedú, je každoročne zasiahnutých bleskom asi 1000 ľudí a viac ako sto z nich zomrie. Vedci sa už dlho snažia chrániť ľudí pred týmto „božím trestom“. Napríklad vynálezca prvého elektrického kondenzátora (Leidenská nádoba) Pieter van Muschenbroek (1692-1761) v článku o elektrine napísanom pre slávnu francúzsku encyklopédiu obhajoval tradičné metódy predchádzania blesku - zvonenie zvonov a streľba z kanónov, čo sa podľa neho ukázalo ako celkom efektívne.

Benjamin Franklin v snahe ochrániť Kapitol hlavného mesta Marylandu v roku 1775 pripevnil k budove hrubú železnú tyč, ktorá sa týčila niekoľko metrov nad kupolou a bola spojená so zemou. Vedec si svoj vynález odmietol patentovať a želal si, aby čo najskôr slúžil ľuďom.

Správa o Franklinovom hromozvode sa rýchlo rozšírila po celej Európe a bol zvolený do všetkých akadémií, vrátane ruskej. V niektorých krajinách sa však zbožné obyvateľstvo stretlo s týmto vynálezom s rozhorčením. Už samotná predstava, že by človek mohol tak ľahko a jednoducho skrotiť hlavnú zbraň „Božieho hnevu“, pôsobila rúhaním. Preto na rôznych miestach ľudia zo zbožných dôvodov lámali bleskozvody. Ku kurióznemu incidentu došlo v roku 1780 v malom mestečku Saint-Omer v severnom Francúzsku, kde obyvatelia mesta požadovali odstránenie železného bleskozvodu a prípad sa dostal pred súd. Mladý právnik, ktorý bránil hromozvod pred útokmi tmárov, postavil svoju obranu na tom, že ľudská myseľ a jej schopnosť podmaniť si prírodné sily božského pôvodu. Všetko, čo pomáha zachrániť život, je na dobro – tvrdil mladý právnik. Vyhral proces a získal veľkú slávu. Právnik sa volal Maximilián Robespierre. No a teraz je portrét vynálezcu bleskozvodu najžiadanejšou reprodukciou na svete, pretože zdobí známu stodolárovku.

Ako sa môžete chrániť pred bleskom vodným prúdom a laserom. Nedávno to bolo navrhnuté Nová cesta bojovať proti bleskom. Z ... prúdu kvapaliny sa vytvorí bleskozvod, ktorý bude vystreľovaný zo zeme priamo do mrakov. Lightning liquid je soľný roztok, do ktorého sa pridáva kvapalné polyméry: soľ je navrhnutá tak, aby zvyšovala elektrickú vodivosť a polymér zabraňuje „rozbitiu“ prúdu na samostatné kvapôčky. Priemer trysky bude asi centimeter a maximálna výška- 300 metrov. Po finalizácii tekutého bleskozvodu budú vybavené športoviská a ihriská, kde sa fontána automaticky zapne, keď bude intenzita elektrického poľa dostatočne vysoká a pravdepodobnosť úderu blesku bude maximálna. Náboj potečie prúdom kvapaliny z búrkového mraku, čím sa blesk stane bezpečným pre ostatných. Podobná ochrana pred výbojom blesku sa dá urobiť pomocou lasera, ktorého lúč ionizáciou vzduchu vytvorí kanál pre elektrický výboj ďaleko od davov ľudí.

Môže nás blesk zviesť z omylu?Áno, ak používate kompas. AT slávny román G. Melvila „Moby Dick“ opísal práve taký prípad, keď výboj blesku, ktorý vytvoril silné magnetické pole, premagnetizoval strelku kompasu. Kapitán lode však vzal ihlu na šitie, udrel ju, aby ju zmagnetizoval, a nahradil ju zlomenou ihlou kompasu.

Môže vás zasiahnuť blesk vo vnútri domu alebo lietadla? Bohužiaľ áno! Bleskový prúd môže vniknúť do domu cez telefónny drôt z neďalekého stĺpa. Preto sa počas búrky snažte nepoužívať bežný telefón. Predpokladá sa, že hovorenie cez rádiotelefón alebo mobilný telefón je bezpečnejšie. Počas búrky sa nedotýkajte potrubia ústredné kúrenie a vodovodné potrubie, ktoré spája dom so zemou. Z rovnakých dôvodov odborníci radia počas búrky všetko vypnúť. elektrické zariadenia vrátane počítačov a televízorov.

Pokiaľ ide o lietadlá, vo všeobecnosti sa snažia lietať okolo oblastí búrková aktivita. A predsa v priemere raz za rok zasiahne jedno z lietadiel blesk. Jeho prúd nemôže zasiahnuť cestujúcich, steká po vonkajšom povrchu lietadla, ale môže vypnúť rádiovú komunikáciu, navigačné vybavenie a elektroniky.

Fulgurit je skamenený blesk. Pri výboji blesku sa uvoľní 10 9 -10 10 joulov energie. Väčšina z nich sa minie na tvorbu rázová vlna(hrom), ohrev vzduchu, záblesk svetla a iné elektromagnetické vlny, a len malá časť vyčnieva v mieste, kde blesk vstupuje do zeme. Aj táto „malá“ časť však úplne stačí na to, aby spôsobila požiar, zabila človeka a zničila budovu. Blesk môže zohriať kanál, ktorým prechádza, až na 30 000 ° C, päťnásobok teploty na povrchu Slnka. Teplota vo vnútri blesku je oveľa vyššia ako teplota topenia piesku (1600-2000 °C), ale či sa piesok roztopí alebo nie, závisí aj od trvania blesku, ktoré sa môže pohybovať od desiatok mikrosekúnd až po desatiny sekundy. . Amplitúda impulzu bleskového prúdu sa zvyčajne rovná niekoľkým desiatkam kiloampérov, ale niekedy môže presiahnuť 100 kA. Najsilnejší blesk a spôsobí zrodenie fulguritov - dutých valcov z roztaveného piesku.

Slovo "fulgurit" pochádza z latinského fulgur, čo znamená blesk. Najdlhší z vykopaných fulguritov sa dostal pod zem do hĺbky viac ako päť metrov. Fulgurity sa tiež nazývajú pretavené tuhé látky skaly, vytvorený úderom blesku; niekedy sú vo veľkom počte nájdené na skalnatých vrcholkoch hôr. Fulgurity, zložené z pretaveného oxidu kremičitého, sú zvyčajne kužeľovité rúrky hrubé ako ceruzka alebo prst. ich vnútorný povrch hladký a roztavený a vonkajší je tvorený zrnkami piesku priľnutými k roztavenej hmote. Farba fulguritov závisí od minerálnych nečistôt v piesočnatej pôde. Väčšina z nich má svetlohnedú, sivú alebo čiernu farbu, ale nachádzajú sa aj zelenkavé, biele alebo dokonca priesvitné fulgurity.

Zdá sa, že prvý popis fulguritov a ich spojenia s údermi blesku urobil v roku 1706 pastor D. Hermann. Následne mnohí našli fulgurity v blízkosti ľudí zasiahnutých bleskom. Charles Darwin počas cestovanie po svete na lodi "Beagle", nájdenej na pieskové pobrežie v blízkosti Maldonada (Uruguaj) je niekoľko sklenených rúr, ktoré idú vertikálne viac ako meter do piesku. Opísal ich veľkosť a spojil ich vznik s výbojmi blesku. Slávny americký fyzik Robert Wood dostal „autogram“ blesku, ktorý ho takmer zabil:

"Prešla silná búrka a obloha nad nami sa už vyjasnila. Prešiel som cez pole, ktoré oddeľuje náš dom od domu mojej švagrinej. Prešiel som asi desať metrov po ceste, keď zrazu moja dcéra Margaret zavolal som. Zastavil som sa asi na desať sekúnd a sotva som sa pohol ďalej, keď zrazu oblohu prerezala jasná modrá čiara s hukotom 12-palcovej zbrane, ktorá narazila na cestu dvadsať krokov predo mnou a zdvihla obrovský stĺp. z pary. Pokračoval som, aby som zistil, akú stopu zanechal blesk. spálená ďatelina s priemerom päť palcov, s otvorom v strede pol palca.... Vrátil som sa do laboratória, roztopil osem libier cínu a nalial do diera... ako by mala byť, v rukoväti a postupne sa zbiehajúca ku koncu. Bola o niečo dlhšia ako tri stopy“ (cit. W. Seabrook. Robert Wood. - M.: Nauka, 1985, s. 285 ).

Vzhľad sklenenej trubice v piesku počas výboja blesku je spôsobený tým, že medzi zrnkami piesku je vždy vzduch a vlhkosť. Elektrický prúd blesku v zlomku sekundy zohreje vzduch a vodnú paru na obrovské teploty, čo spôsobí explozívne zvýšenie tlaku vzduchu medzi zrnkami piesku a jeho expanziu, čo Wood, ktorý sa len zázrakom nestal obeťou blesku, počul. a videl. Expandujúci vzduch vytvára vo vnútri roztaveného piesku valcovú dutinu. Následné rýchle ochladenie zafixuje fulgurit - sklenenú trubicu v piesku.

Často starostlivo vykopaný z piesku, fulgurit je tvarovaný ako koreň stromu alebo vetva s mnohými procesmi. Takéto rozvetvené fulgurity sa tvoria, keď výboj blesku zasiahne mokrý piesok, ktorý, ako viete, má vyššiu elektrickú vodivosť ako suchý piesok. V týchto prípadoch sa bleskový prúd vstupujúci do pôdy okamžite začne šíriť do strán a vytvorí štruktúra podobná koreňu stromu a výsledný fulgurit tento tvar iba opakuje. Fulgurit je veľmi krehký a pokusy o odstránenie priľnutého piesku často vedú k jeho zničeniu. To platí najmä pre rozvetvené fulgurity vytvorené vo vlhkom piesku.

Blesk

Často si myslíme, že elektrina je niečo, čo sa vyrába iba v elektrárňach a už vôbec nie vo vláknitých masách vodných oblakov, ktoré sú také riedke, že do nich ľahko strčíte ruku. V oblakoch je však elektrina, tak ako aj v ľudskom tele.

Povaha elektriny

Všetky telá sa skladajú z atómov, od oblakov a stromov až po Ľudské telo. Každý atóm má jadro obsahujúce kladne nabité protóny a neutrálne neutróny. Výnimkou je najjednoduchší atóm Vodík nemá vo svojom jadre neutrón, ale iba jeden protón.

Záporne nabité elektróny obiehajú okolo jadra. Kladné a záporné náboje sa navzájom priťahujú, takže elektróny sa točia okolo jadra atómu ako včely okolo sladkého koláča. Príťažlivosť medzi protónmi a elektrónmi je spôsobená elektromagnetickými silami. Preto je elektrina prítomná všade, kam sa pozrieme. Ako vidíme, je obsiahnutý aj v atómoch.

AT normálnych podmienkach Kladné a záporné náboje každého atómu sa navzájom vyrovnávajú, takže telá zložené z atómov zvyčajne nenesú žiadny čistý náboj, či už kladný alebo záporný. Výsledkom je, že kontakt s inými predmetmi nespôsobí elektrický výboj. Ale niekedy môže byť narušená rovnováha elektrických nábojov v tele. Môžete to zažiť na vlastnej koži, keď ste doma počas chladného zimného dňa. Dom je veľmi suchý a horúci. Ty, šúchajúc bosými nohami, kráčaš po paláci. Bez toho, aby ste o tom vedeli, časť elektrónov z vašich podrážok prešla do atómov koberca.

Súvisiace materiály:

Ako vzniká krupobitie?

Teraz nesiete nabíjačka, keďže počet protónov a elektrónov vo vašich atómoch už nie je vyvážený. Teraz sa pokúste chytiť kovovú kľučku dverí. Medzi vami a ňou preletí iskra a pocítite elektrický šok. Stalo sa to – vaše telo, ktoré nemá dostatok elektrónov na dosiahnutie elektrickej rovnováhy, sa snaží obnoviť rovnováhu vďaka silám elektromagnetickej príťažlivosti. A obnovuje sa. Medzi rukou a kľučkou smerom k ruke prúdi elektróny. Keby bola miestnosť tmavá, videli by ste iskry. Svetlo je viditeľné, pretože elektróny pri skoku vyžarujú svetelné kvantá. Ak je v miestnosti ticho, budete počuť jemné praskanie.

Elektrina nás obklopuje všade a je obsiahnutá vo všetkých telách. Mraky v tomto zmysle nie sú výnimkou. Na pozadí modrá obloha vyzerajú veľmi neškodne. Ale rovnako ako vy v miestnosti, môžu niesť elektrický náboj. Ak áno, majte sa na pozore! Keď oblak obnoví elektrickú rovnováhu v sebe, vypukne celý ohňostroj.

Ako sa objavuje blesk?

Deje sa to takto: v obrovskom tmavom búrkovom oblaku neustále cirkulujú silné prúdy vzduchu, ktoré k sebe tlačia rôzne častice – zrnká oceánskej soli, prach atď. Rovnakým spôsobom, ako sa vaše chodidlá zbavia elektrónov pri trení o koberec, a častice v oblaku sa pri zrážke zbavia elektrónov, ktoré preskočia na iné častice. Dochádza teda k prerozdeleniu poplatkov. Niektoré častice, ktoré stratili svoje elektróny, majú kladný náboj, zatiaľ čo iné, ktoré prijali ďalšie elektróny, majú teraz záporný náboj.

Súvisiace materiály:

Ako sa objavuje guľový blesk?

Z dôvodov, ktoré nie sú celkom jasné, sú ťažšie častice nabité záporne, zatiaľ čo ľahšie častice sú nabité kladne. Tým sa ťažšia spodná časť oblaku nabije záporne. Záporne nabitá spodná časť oblaku odpudzuje elektróny smerom k zemi, pretože podobné náboje sa odpudzujú. Pod mrakom tak vzniká kladne nabitá časť zemského povrchu. Potom presne podľa toho istého princípu, podľa ktorého medzi vami a kľučkou preskočí iskra, preskočí tá istá iskra medzi oblakom a zemou, len veľmi veľká a mocná, to je blesk. Elektróny lietajú obrovským kľukatým smerom k Zemi a nachádzajú tam svoje protóny. Namiesto sotva počuteľného praskania, potiahnite prstom hrom.

Každú sekundu, približne 700 blesk, a každý rok o 3000 ľudia sú zabíjaní údermi blesku. fyzickej povahy Blesk nebol úplne vysvetlený a väčšina ľudí má len približnú predstavu o tom, čo to je. Nejaké výboje sa zrážajú v oblakoch, alebo niečo podobné. Dnes sme sa obrátili na našich autorov fyziky, aby sme sa dozvedeli viac o povahe blesku. Ako sa objavujú blesky, kde udierajú blesky a prečo hromy dunia. Po prečítaní článku budete poznať odpoveď na tieto a mnohé ďalšie otázky.

Čo je to blesk

Blesk- iskrový elektrický výboj v atmosfére.

elektrický výboj- ide o proces toku prúdu v médiu, spojený s výrazným zvýšením jeho elektrickej vodivosti voči normálny stav. Existovať odlišné typy elektrické výboje v plyne: iskra, oblúk, tlejúci.

K iskrovému výboju dochádza pri atmosferický tlak a je sprevádzané charakteristickým praskaním iskry. Iskrový výboj je súbor miznúcich a nahrádzajúcich sa navzájom vláknitých iskrových kanálov. Spark kanály sú tiež tzv streamery. Iskrové kanály sú naplnené ionizovaným plynom, t.j. plazmou. Blesk je obrovská iskra a hrom je veľmi hlasné prasknutie. Ale nie všetko je také jednoduché.

Fyzikálna podstata blesku

Ako sa vysvetľuje pôvod blesku? systém oblak-zem alebo cloud-cloud je druh kondenzátora. Vzduch hrá úlohu dielektrika medzi oblakmi. Spodná časť oblaku má záporný náboj. Pri dostatočnom potenciálnom rozdiele medzi oblakom a zemou vznikajú podmienky, pri ktorých sa v prírode vyskytujú blesky.

Stupňovitý vodca

Pred hlavným bleskom môžete pozorovať malú škvrnu, ktorá sa pohybuje z oblaku na zem. Toto je takzvaný krokový vodca. Elektróny pri pôsobení rozdielu potenciálov sa začnú pohybovať smerom k zemi. Pri pohybe sa zrážajú s molekulami vzduchu a ionizujú ich. Ionizovaný kanál je položený z oblaku na zem. V dôsledku ionizácie vzduchu voľnými elektrónmi sa elektrická vodivosť v zóne trajektórie vodcu výrazne zvyšuje. Vedúci, ako to bolo, pripravuje pôdu pre hlavný výboj a pohybuje sa z jednej elektródy (oblaku) na druhú (zem). Ionizácia prebieha nerovnomerne, takže náväzec sa môže rozvetvovať.

Opaľovať sa

V momente, keď sa vodca priblíži k zemi, napätie na jeho konci stúpa. Zo zeme alebo z predmetov vyčnievajúcich nad povrch (stromy, strechy budov) sa smerom k vodcovi vrhá odpoveďový streamer (kanál). Táto vlastnosť blesku sa využíva na ochranu pred nimi inštaláciou bleskozvodu. Prečo udrie blesk do človeka alebo do stromu? V skutočnosti je jej jedno, kde udrie. Blesk si predsa hľadá najkratšiu cestu medzi zemou a nebom. Preto je počas búrky nebezpečné byť na rovine alebo na hladine vody.

Keď sa vodca dostane na zem, cez položený kanál začne pretekať prúd. V tomto okamihu je pozorovaný hlavný blesk, sprevádzaný prudkým zvýšením sily prúdu a uvoľnením energie. Tu je otázka, odkiaľ pochádza blesk? Je zaujímavé, že vodca sa šíri z oblaku na zem, ale spätný jasný záblesk, na ktorý sme zvyknutí, sa šíri zo zeme na oblak. Správnejšie je povedať, že blesky nejdú z neba na zem, ale vyskytujú sa medzi nimi.

Prečo udrie blesk?

Hrom je výsledkom rázovej vlny generovanej rýchlou expanziou ionizovaných kanálov. Prečo najskôr vidíme blesk a potom počujeme hrom? Všetko je to o rozdiele v rýchlosti zvuku (340,29 m/s) a svetla (299 792 458 m/s). Počítaním sekúnd medzi hromom a bleskom a ich vynásobením rýchlosťou zvuku zistíte, v akej vzdialenosti od vás blesk udrel.

Potrebujete prácu v oblasti fyziky atmosféry? Pre našich čitateľov je teraz zľava 10%.

Druhy bleskov a fakty o bleskoch

Blesk medzi nebom a zemou nie je najbežnejším bleskom. Najčastejšie sa blesk vyskytuje medzi oblakmi a nepredstavuje hrozbu. Okrem pozemských a vnútrooblakových bleskov existujú blesky, ktoré vznikajú vo vyšších vrstvách atmosféry. Aké sú typy bleskov v prírode?

• Blesky v oblakoch;
• guľový blesk;
• "Elfovia";
• Trysky;
• Škriatkovia.

Bez nich nie je možné pozorovať posledné tri typy bleskov špeciálne zariadenia, keďže vznikajú v nadmorskej výške 40 kilometrov a viac.

Tu sú fakty o blesku:

• Dĺžka najdlhšieho zaznamenaného blesku na Zemi bola 321 km. Tento blesk bol videný v Oklahome, 2007.
• Najdlhšie trval blesk 7,74 sekúnd a bol zaznamenaný v Alpách.
• Blesk sa tvorí nielen na Zem. Presne vedieť o zapnutom blesku Venuša, Jupiter, Saturn a Urán. Saturnove blesky sú miliónkrát silnejšie ako zemské.
• Prúd v blesku môže dosiahnuť stovky tisíc ampérov a napätie môže dosiahnuť miliardy voltov.
• Teplota bleskového kanála môže dosiahnuť 30000 stupňov Celzia je 6 násobok povrchovej teploty slnka.

Ohnivá guľa

ohnivá guľa - samostatný pohľad blesk, ktorého povaha zostáva záhadou. Takéto blesky sa pohybujú vo vzduchu svietiaci objekt vo forme lopty. Podľa mála svedectiev ohnivá guľa môže sa pohybovať po nepredvídateľnej trajektórii, rozdeliť sa na menšie blesky, môže explodovať alebo jednoducho nečakane zmiznúť. Existuje veľa hypotéz o pôvode guľového blesku, ale žiadna nemôže byť uznaná ako spoľahlivá. Faktom je, že nikto nevie, ako guľový blesk vyzerá. Niektoré hypotézy redukujú pozorovanie tohto javu na halucinácie. Guľový blesk nebol nikdy v laboratóriu pozorovaný. Všetko, s čím sa vedci môžu uspokojiť, sú výpovede očitých svedkov.

Na záver vás pozývame pozrieť si video a pripomenúť vám: ak vám papier alebo kontrola padli na hlavu ako blesk za slnečného dňa, nezúfajte. Špecialisti študentských služieb pomáhajú študentom od roku 2000. Kedykoľvek vyhľadajte kvalifikovanú pomoc. 24 hodiny denne, 7 dni v týždni sme pripravení vám pomôcť.

Blesk je nádherný a vzrušujúci prírodný jav. Zároveň je jedným z najnebezpečnejších a nepredvídateľných prirodzený fenomén. Čo však naozaj vieme o bleskoch? Vedci z celého sveta zbierajú bleskové fakty, pokúšajú sa ich reprodukovať vo svojich laboratóriách, merať ich výkon a teplotu, no stále nie sú schopní určiť povahu blesku a predpovedať jeho správanie. Ale aj tak sa pozrime Zaujímavosti o bleskoch, ktoré sú už známe.

V tejto chvíli zúri vo svete asi 1800 búrok.

Každý rok zažije Zem v priemere 25 miliónov bleskov alebo viac ako stotisíc búrok. To je viac ako 100 bleskov za sekundu.

Priemerný úder blesku trvá štvrť sekundy.

Hromy môžete počuť vo vzdialenosti 20 kilometrov od blesku.

Výboj blesku sa šíri rýchlosťou asi 190 000 km/s.

Priemerná dĺžka výboja blesku je 3-4 kilometre.

Niektoré blesky sa pohybujú vo vzduchu po skrútenej dráhe, ktorá v priemere nesmie presiahnuť hrúbku vášho prsta a dĺžka dráhy blesku bude 10-15 kilometrov.

Teplota typického blesku môže presiahnuť 30 000 stupňov Celzia – to je asi 5-násobok povrchovej teploty slnka.

"Blesk nikdy neudrie dvakrát do toho istého miesta." Bohužiaľ, toto je mýtus. Blesk často udrie do toho istého miesta viackrát.

Starí Gréci verili, že keď blesk udrie do mora, objaví sa nová perla.

Stromy môžu niekedy udrieť blesk a napriek tomu nezapália. Elektrina totiž prechádza mokrým povrchom rovno do zeme.

Keď udrie blesk, piesok sa zmení na sklo. Po búrke môžete v piesku nájsť sklenené pruhy.

Ak máte mokré oblečenie, blesk vám menej ublíži.

Počas 6-hodinovej búrky naprieč Spojenými štátmi zažiarilo na oblohe 15 000 bleskov. Bolo cítiť, že blesky neustále horia.

Najvyššiu budovu sveta, CN Tower, zasiahne blesk približne 78-krát do roka.

Blesky možno vidieť aj na Venuši, Jupiteri, Saturne a Uráne.

V stredoveku sa verilo, že hromy a blesky sú potomkami diabla a kostolné zvony vystrašiť zlých duchov. Preto sa počas búrky mnísi neustále pokúšali zvoniť na zvony, a preto sa najčastejšie stali obeťami blesku.

Iracionálny strach z blesku sa nazýva keraunofóbia. Strach z hromu - brontofóbia.

Na Zemi je súčasne 100 až 1 000 guľových bleskov, ale šanca, že uvidíte aspoň jeden z nich, je 0,01 %.

V Rusku zomrie v priemere asi 550 ľudí na zásahy bleskom.

Približne štvrtina všetkých ľudí, ktorí sa stali obeťami blesku, zomrie.

Mužov zabíja blesk asi 6-krát častejšie ako ženy.

Telefón je jednou z najčastejších príčin zasiahnutia človeka bleskom. Počas búrky netelefonujte, dokonca ani vo vnútri. Po zásahu bleskom zostávajú na ľudskom tele rozvetvené pruhy – známky blesku. Po stlačení prstom zmizne.

Dotlač článkov a fotografií je povolená len s hypertextovým odkazom na stránku:

Dlho očakávaný ústup horúčav sprevádzajú silné búrky. pre Petrohrad minulý týždeň prehnali sa dve silné búrky. Pohľad bol hrozný. Obloha akoby praskala a trhala sa, blesky blikali ako výbuchy.
Prečo taká búrka vzniká, ako vzniká v atmosfére? Takéto otázky prichádzajú na myseľ práve v tejto búrlivej dobe. Skúsme na to prísť, spoliehajúc sa na kompetentné zdroje. Ako to uvidíte teplota tu zohráva dôležitú úlohu.

Kde sa najčastejšie vyskytujú búrky?

Nad kontinentmi v trópoch. Nad oceánom je rádovo menej búrok. Jedným z dôvodov tejto asymetrie je intenzívna konvekcia v kontinentálnych oblastiach, kde sa pôda efektívne ohrieva. slnečné žiarenie. Rýchly vzostup ohriateho vzduchu prispieva k tvorbe mohutných konvekčných vertikálnych oblakov, v ktorých hornej časti je teplota pod -40°C. V dôsledku toho sa vytvárajú častice ľadu, snehové pelety, krúpy, ktorých interakcia na pozadí rýchleho prúdenia smerom nahor vedie k oddeleniu náboja.

Približne 78 % všetkých úderov blesku nastane medzi 30 ° j. š. a 30° severnej šírky. Maximálne priemerná hustota počet ohnísk na jednotku zemského povrchu sa pozoruje v Afrike (Rwanda). Celé povodie rieky Kongo s rozlohou asi 3 milióny km 2 pravidelne vykazuje najvyššiu bleskovú aktivitu.

Ako sa nabíja búrkový mrak?

Toto je najviac záujem Spýtaj sa v "búrke". Búrkové mraky sú obrovské. Aby v rozsahu niekoľkých kilometrov mohlo vzniknúť elektrické pole porovnateľné s prierazným poľom (asi 30 kV/cm pre vzduch za normálnych podmienok), je potrebné, aby náhodná výmena nábojov pri zrážkach zakalenej pevnej látky alebo kvapaliny častice vedú ku konzistentnému, kolektívnemu efektu pridávania mikroprúdov do makroskopického prúdu veľmi veľkej hodnoty (niekoľko ampérov). Ako ukazujú merania elektrického poľa na zemskom povrchu, ako aj vo vnútri zakaleného prostredia (na balónoch, lietadlách a raketách), v typickom búrkovom oblaku „hlavný“ záporný náboj – v priemere niekoľko desiatok coulombov – zaberá výšku interval zodpovedajúci teplotám od 10 do 25 °C. "Hlavný" kladný náboj je tiež niekoľko desiatok príveskov, ale nachádza sa nad hlavným záporom, teda väčšina z bleskové výboje oblak-zem dáva Zemi záporný náboj. Na dne oblaku sa však často nachádza aj menší (10 C) kladný náboj.

Na vysvetlenie vyššie opísanej (trojpólovej) štruktúry poľa a náboja v búrkovom oblaku sa uvažuje o rôznych mechanizmoch separácie náboja. Závisia predovšetkým od faktorov, akými sú teplota a fázové zloženie média. Napriek množstvu rôznych mikrofyzikálnych mechanizmov elektrifikácie mnohí autori dnes považujú za hlavnú neindukčnú výmenu náboja pri zrážkach malých (s veľkosťou od niekoľkých do desiatok mikrometrov) ľadových kryštálikov a častíc snehových peliet. AT laboratórne pokusy zistilo sa, že má charakteristickú hodnotu teplota, pri ktorej sa mení znamienko náboja, tzv. bod obratu, zvyčajne medzi 15 a 20 °C. Bola to táto funkcia, ktorá spôsobila tento mechanizmus tak populárny, pretože vzhľadom na typický teplotný profil v oblaku vysvetľuje trojpólovú štruktúru distribúcie hustoty náboja.

Nedávne experimenty ukázali, že mnohé búrkové mraky sú ešte viac komplexná štruktúra vesmírny náboj (až šesť vrstiev). Vzostupný prúd v takýchto oblakoch môže byť slabý, ale elektrické pole má stabilnú viacvrstvovú štruktúru. V blízkosti nulovej izotermy (0 °C) sa tu vytvárajú pomerne úzke (niekoľko stoviek metrov hrubé) a stabilné vrstvy vesmírneho náboja, ktoré sú z veľkej časti zodpovedné za vysokú bleskovú aktivitu. Otázka mechanizmu a zákonitostí tvorby vrstiev kladný náboj v blízkosti nulovej izotermy zostáva diskutabilná. Model vyvinutý na IAP, založený na mechanizme separácie náboja pri topení ľadových častíc, potvrdzuje vznik kladnej nábojovej vrstvy pri topení ľadových častíc v blízkosti nulovej izotermy vo výške asi 4 km. Výpočty ukázali, že štruktúra poľa s maximom asi 50 kV/m sa vytvorí za 10 minút.

Ako udrie blesk?

Existuje viacero teórií. Nedávno bol navrhnutý a preštudovaný nový bleskový scenár, ktorý je spojený s dosiahnutím samoorganizovanej kritickosti cloudom. V modeli elektrických článkov (s charakteristickou veľkosťou ~1–30 m) s potenciálom, ktorý náhodne rastie v priestore a čase, môže samostatný drobný rozpad medzi párom článkov spôsobiť „epidémiu“ vnútrooblakových mikrovýbojov - stochastický proces fraktálnou „metalizáciou“ vnútrocloudového prostredia, t.j. rýchly prechod cloudového prostredia do stavu pripomínajúceho objemnú pavučinu dynamických vodivých vlákien, proti ktorým sa tzv okom viditeľný bleskový kanál - vodivý plazmový kanál, cez ktorý sa prenáša hlavný elektrický náboj

Podľa niektorých predstáv je výboj iniciovaný vysokoenergetickým kozmickým žiarením, ktoré spúšťa proces nazývaný runaway breakdown. Je zaujímavé, že prítomnosť bunkovej štruktúry elektrického poľa v búrkovom oblaku sa ukazuje ako nevyhnutná pre proces urýchľovania elektrónov na relativistické energie. Náhodne orientované elektrické články spolu so zrýchlením prudko zvyšujú životnosť relativistických elektrónov v oblaku v dôsledku difúzneho charakteru ich trajektórií. To umožňuje vysvetliť významné trvanie röntgenových a gama zábleskov a povahu ich vzťahu s bleskami. Role kozmické lúče pretože atmosférická elektrina by sa mala objasniť experimentmi, aby sa preskúmala ich korelácia s búrkami. Takéto experimenty sa v súčasnosti vykonávajú vo vysokej hore Tien Shan vedecká stanica Fyzikálny ústav Ruskej akadémie vied a na Baksan Neutrino Observatory inštitútu jadrový výskum RAN.

Všimli sme si tiež, že výbojové javy v strednej atmosfére, ktoré korelujú s búrkovou aktivitou, dostali rôzne názvy v závislosti od výšky nad Zemou. Sú to škriatkovia (oblasť žiary siaha od výšky 50-55 km do 85-90 km nad zemou a trvanie záblesku je niekoľko až desiatky milisekúnd), elfovia (výšky - 70-90 km, trvanie menej ako 100 μs) a výtrysky (výboje, oblaky, ktoré začínajú v hornej časti a niekedy sa šíria do mezosférických výšok rýchlosťou okolo 100 km/s).

Teplota blesku

V literatúre možno nájsť údaje, že teplota bleskového kanála pri hlavnom výboji môže presiahnuť 25 000 °C. Jasné dôkazy o tom, že teplota blesku môže dosiahnuť 1700 °C, nachádzame na skalnatých vrcholkoch hôr a v oblastiach so silnou búrkovou činnosťou fulgurity (z latinského fulgur – úder blesku) – kremenné trubice spekané po údere blesku, ktoré môžu byť rôzneho bizarné tvary.

Na fotografii je fulgurit nájdený v roku 2006 v Arizone v USA (podrobnosti na www.notjustrocks.com). Vzhľad sklenenej trubice je spôsobený skutočnosťou, že medzi zrnkami piesku je vždy vzduch a vlhkosť. Elektrický prúd blesku v zlomku sekundy zohreje vzduch a vodnú paru na obrovské teploty, čo spôsobí explozívne zvýšenie tlaku vzduchu medzi zrnkami piesku a jeho expanziu. Expandujúci vzduch vytvára vo vnútri roztaveného piesku valcovú dutinu. Následné rýchle ochladenie zafixuje fulgurit - sklenenú trubicu v piesku. Fulgurity, zložené z pretaveného oxidu kremičitého, sú zvyčajne kužeľovité rúrky hrubé ako ceruzka alebo prst. Ich vnútorný povrch je hladký a roztavený a vonkajší povrch tvoria zrnká piesku a cudzie inklúzie priľnuté k roztavenej hmote. Farba fulguritov závisí od minerálnych nečistôt v piesočnatej pôde. Fulgurit je veľmi krehký a pokusy o odstránenie priľnutého piesku často vedú k jeho zničeniu. To platí najmä pre rozvetvené fulgurity vytvorené vo vlhkom piesku. Priemer tubulárneho fulguritu nie je väčší ako niekoľko centimetrov, dĺžka môže dosiahnuť niekoľko metrov, fulgurit bol nájdený 5-6 metrov dlhý.

Štúdium blesku a atmosférickej elektriny vo všeobecnosti je veľmi zaujímavé a dôležité. vedecký smer. Na túto tému bolo vydaných množstvo publikácií. vedeckých prác a populárne články. Na konci našej poznámky je uvedený odkaz na jeden z najkomplexnejších prehľadov.

Na záver by som rád poznamenal, že blesk je vážnou hrozbou pre ľudský život. Porážka človeka alebo zvieraťa bleskom sa často vyskytuje na otvorených priestranstvách, od r elektriny ide spolu najkratšou cestou„búrkový oblak-zem“. Blesky často zasiahnu stromy a inštalácie transformátorov železnice spôsobí ich vznietenie. Vo vnútri budovy nie je možné zasiahnuť obyčajný lineárny blesk, existuje však názor, že takzvaný guľový blesk môže preniknúť cez trhliny a otvorené okná. Bežný blesk je nebezpečný pre televízne a rozhlasové antény umiestnené na strechách. výškové budovy, ako aj pre sieťové zariadenia.