Блискавки (стор. 1 із 3)

Складні процеси тертя, ударів, розщеплення крапель або крижаних кристаликів на частини призводять до утворення у хмарах електричних зарядів. При цьому позитивно заряджені крапельки зазвичай відносяться повітряним потоком у верхню частину хмари. Перетворюючись на крижані кристалики, вони утворюють шапку грозової хмари.

Нагромадження в грозовій хмарі великих зарядів призводить до потужних іскрових розрядів як між окремими частинами хмари, так між двома різними хмарами або між хмарою та поверхнею Землі. Ці розряди ми й спостерігаємо як блискавок. Напругу між хмарами та землею оцінюють у десятки та сотні мільйонів вольт. Довжина іскри сягає 10 км. Блискавки передує поява каналу, що слабо світиться, що поширюється в напрямку до землі. Коли канал досягне землі, ним спрямовується головний розряд блискавки зі швидкістю в десятки тисяч кілометрів на секунду.

Таким чином, тривалість блискавки близько 0,001 с. Тому якщо вам колись трапиться спостерігати рух пішоходів і автомашин вночі в грозу, при світлі блискавки, то вам представиться вражаюча картина. Рух ніби припинився, колеса нерухомі. Пішоходи ніби застигли в тій позі, як їх застав блиск блискавки. Слабосвітящийся канал, що передує блискавки, являє собою скупчення іонізованих частинок. У повітрі завжди є кілька таких частинок.

Під впливом сильного електричного поля між хмарою та землею число частинок лавиноподібно зростає. При розщепленні молекул у процесі утворення нових іонів виникає випромінювання, що розповсюджується зі швидкістю світла. Ці випромінювання викликають нові розщеплення та появу нових лавин.

Лавини, що раніше утворилися, наганяють їх і зливаються з ними в ледве світиться електропровідний канал,якому й прямує потужний потік електронів - головний розряд блискавки. Його швидкість близько десятків тисяч кілометрів на секунду. Сила струму вимірюється десятками та сотнями тисяч ампер. Температура блискавки досягає 30 000 градусів. Вона так сильно розігріває навколишнє повітря, що воно стрімко розширюється і з гуркотом долає звуковий бар'єр, подібно до надзвукового радіоактивного літака. Грох цей доходить до нас, і ми говоримо: гримить грім.

Спалах блискавки поширюється в повітряному середовищі зі швидкістю світла, так що ми бачимо її практично в ту ж мить, коли відбувається розряд, а гуркіт повітря, що розширюється, пролітає кілометр приблизно за три секунди.

Блискавка і грім спочатку сприймалися людьми як вираження волі богів і, зокрема, як прояви божого гніву. Разом з тим допитливий людський розум з давніх-давен намагався осягнути природу блискавок і грому, зрозуміти їх природні причини.

У давнину над цим розмірковував Аристотель. Над природою блискавок думав Лукрецій. Дуже наївно надаються його спроби пояснити грім як наслідок того, що "хмари збиваються там під натиском вітрів".

Багато століть, включаючи і середні віки, вважалося, що блискавка - це вогненна пара, затиснута у водяних парах хмар. Розширюючись, він прориває їх у найслабшому місці і швидко спрямовується вниз, до землі.

В 1752 Бенджамін Франклін експериментально довів, що блискавка - це сильний електричний розряд. Поруч із Франклиным дослідженням електричної природи блискавки займалися М.В. Ломоносов та Г.В.Ріхман.

Завдяки їхнім дослідженням у середині 18 століття було доведено електричну природу блискавки. З цього часу стало ясно, що блискавка є потужним електричним розрядом,що виникає за досить сильної електризації хмар.

Більшість блискавок виникає між хмарою і земною поверхнею, однак є блискавки, що виникають між хмарами. Всі ці блискавки прийнято називатилінійними.Довжина окремої лінійної блискавки може вимірюватися кілометрами (лінійну блискавку можна отримати штучно - ковзний заряд). Ще одним видом блискавки є стрічкова блискавка. При цьому наступна картина, ніби виникли кілька майже однакових лінійних блискавок, зрушених щодо один одного.

Було помічено, що в деяких випадках спалах блискавки розпадається на окремі ділянки, що світяться, завдовжки кілька десятків метрів. Це явище отримало назвучіткової блискавки.

Але бувають інші блискавки: розпливчасті, кульові. Розпливчасті блискавки не супроводжуються громом. Їх називають блискавицями, хоча правильніше назвати блискавкою відблиск, відбиття від повітряних шарів дуже віддалених блискавок, грім яких до нас не доходить.

Лінійна блискавка є кілька імпульсів, що швидко наступають один за одним. Кожен імпульс - це пробій повітряного проміжку між хмарою і землею, що у вигляді іскрового розряду. У його розвитку є дві стадії: спочатку утворюється канаал розряду між хмарою і землею, а потім по каналу, що утворився, швидко проходить імпульс основного струму.

Самостійний електричний розряд між грозовим хмарою і землею після кількох ударів блискавок сам собою припиняється, оскільки більшість надлишкових електричних зарядів в хмарі нейтралізується електричним струмом, що протікає по плазмовому каналу блискавки.

Імпульс струму триває приблизно 0,1 м/с. Сила струму каналі досягає значень порядку 10 000 - 20 000 А.

У разі збільшення сили струму в каналі блискавкивідбувається нагрівання плазми до температури понад 10 000 К. Саме в цей момент народжується те надзвичайно яскраве світло, яке ми спостерігаємо при розряді блискавки.

Зміна тиску в плазмовому каналі блискавки зі збільшенням сили струму і припинення розкиданню явище, зване звуковим громом.

Після того, як пройшов імпульс основного струму, пауза настає тривалістю від 10 до 50 мс. За цей час канал практично гасне, його температура падає приблизно до 1000 К, ступінь іонізації каналу суттєво зменшується.

Кульова блискавка – порівняно рідкісне явище. На тисячу лінійних блискавок припадає приблизно одна кульова. Розповіді "очевидців" часто прикрашені. Але в літературі є опис кількох сотень достовірно зареєстрованих випадків кульових блискавок. Очевидно, кульова блискавка - це вторинне явище, що супроводжує, за відповідних умов, удар основної лінійної блискавки. Часто вона з'являється і зникає безвісти, не завдавши шкоди, але були і трагічні випадки при вибуху такої блискавки.

Тривалість життя кульової блискавки – від кількох секунд до кількох хвилин. Кульові блискавки бувають червоні або білі. Очевидно, найбільш нешкідливі червоні. Рухаються вони зі швидкістю кілька метрів за секунду. У приміщеннях з'являються найчастіше у електричних проводів та металевих предметів.

Кульова блискавка абсолютно не схожа на звичайну (лінійну) блискавку і за своїм виглядом, не тому, як вона поводиться. Звичайна блискавка короткочасна; куля живе десятки секунд, хвилини. Звичайна блискавка супроводжується громом; кульова майже безшумна, у поведінці її багато непередбачуваного.

Кульова блискавка ставить нам безліч загадок, питань, на які немає чіткої відповіді. Нині можна лише припускати, робити гіпотези.

Єдиним методом вивчення кульової блискавки є систематизація та аналіз випадкових спостережень.

Сформулюємо основні висновки, які можна зробити із аналізу спостережень.

1) Щільність речовини кульової блискавки практично збігається з щільністю повітря і зазвичай лише трохи перевищує його, тобто становить приблизно ( 1-2 )х1/1000 г/куб. див. Недарма кульова блискавка прагне опуститися вниз, різницю між силою тяжіння і силою, що виштовхує (архімедовою), компенсує конвекційні повітряні потоки, а також сила, з якою діють на блискавку атмосферне та електричне поле.
2) Число кульових блискавок N (t), що розпалися за час t, визначається наступним виразом:

деa1+a2 =1;i1 =5-10с;i23. Однак ефекти вибуху можуть визначатися, принаймні в деяких випадках, не енергією самої кульової блискавки, а енергією, накопиченої під час грози в заряджених провідниках і електричних полях, що їх оточують. Кульова блискавка грає у разі роль триггерного механізму, що включає процес звільнення цієї энергии.