Блискавка її природи. Базові знання про блискавкозахист. Блискавковідведення як основний захист від блискавок

Хмари розкинули крила і сонце від нас закрили.

Чому іноді під час дощу ми чуємо грім та бачимо блискавку? Звідки беруться ці спалахи? Ось зараз ми докладно про це розповімо.

Що ж таке – блискавка?

Що таке блискавка? Це дивовижне і дуже загадкове явищеприроди. Вона майже завжди буває під час грози. Когось дивує, когось лякає. Пишуть про блискавку поети, вивчають це явище вчені. Але багато залишилося нерозгаданим.

Одне відомо точно – це величезна іскра. Мов вибухнув мільярд електричних лампочок! Довжина її величезна – кілька сотень кілометрів! І від нас вона дуже далека. Ось чому спочатку ми бачимо її, а лише потім – чуємо. Грім – це «голос» блискавки. Адже світло долітає до нас швидше ніж звук.

А ще блискавки бувають на інших планетах. Наприклад, на Марсі чи Венері. Звичайна блискавка триває лише частку секунди. Складається вона з кількох розрядів. З'являється блискавка іноді зовсім несподівано.

Як утворюється блискавка?

Народжується блискавка зазвичай у грозовій хмарі, високо над землею. Грозові хмари з'являються коли повітря починає сильно нагріватися. Ось чому після сильної спеки бувають чудові грози. Мільярди заряджених частинок буквально злітаються на те місце, де вона зароджується. І коли їх збирається дуже-дуже багато, вони спалахують. Ось звідки береться блискавка з грозової хмари. Вона може вдарити у землю. Земля приваблює її. Але може розірватися і в самій хмарі. Все залежить від того, яка це блискавка.

Які блискавки бувають?

Види блискавок бувають різні. І знати про це треба. Це не лише «стрічка» на небі. Всі ці «стрічки» відрізняються одна від одної.

Блискавка – це завжди удар, це завжди розряд між чимось. Їх налічують понад десять! Назвемо поки що лише основні, додаючи до них картинки блискавки:

• Між грозовою хмарою та землею. Це ті самі стрічки, до яких ми звикли.

Між високим деревом та хмарою. Та сама «стрічка», але удар спрямований в інший бік.

Стрічкова блискавка – коли не одна стрічка, а дещо паралельно.

• Між хмарою та хмарою, або просто «розіграється» в одній хмарі. Такий вид блискавки часто можна побачити під час грози. Просто треба бути уважним.

• Бувають і горизонтальні блискавки, які землі взагалі не торкаються. Вони наділені колосальною силою і вважаються найнебезпечнішими.

• А про кульові блискавки чули всі! Мало лише, хто їх бачив. Ще менше тих, хто хотів би їх побачити. А є й такі люди, які в їхнє існування не вірять. Але кульові блискавки існують! Сфотографувати таку блискавку складно. Вибухає вона швидко, хоча може й «погуляти», а от людині поруч із нею краще не рухатися – небезпечно. Тож – не до фотоапарата тут.

• Вид блискавки з дуже гарною назвою- "Вогні Святого Ельма". Але це зовсім блискавка. Це сяйво, яке з'являється наприкінці грози на гострих будівлях, ліхтарях, корабельних щоглах. Теж іскра, тільки не згасаюча і не небезпечна. Вогні Святого Ельма – це дуже гарно.

• Вулканічні блискавки з'являються при виверженні вулкана. Сам вулкан має заряд. Це, мабуть, і є причиною виникнення блискавки.

• Спрайтові блискавки – це такі, що з Землі не побачиш. Вони виникають над хмарами та їх вивченням поки що мало хто займається. Блискавки ці схожі на медуз.

• Пунктирна блискавка майже не вивчена. Спостерігати її можна дуже рідко. Візуально вона справді схожа на пунктир – ніби блискавка-стрічка тане.

Ось такі бувають блискавки різні. Лише закон для них один – електричний розряд.

Висновок.

Ще в давнину блискавка вважалася і знаком, і люттю Богів. Вона була загадкою раніше і залишається нею зараз. Як би не розкладали її на найдрібніші атоми та молекули! І завжди це – дуже красиво!

Ці короткі статті для тих, хто знайомий принаймні зі шкільним курсом фізики працює в техніці або будівництві, але ніколи не зустрічався раніше з проблемою захисту від блискавки. Наш читач повинен розуміти, що познайомившись із цими сторінками, він не спроектує блискавкозахист і не уникне звернення до фахівців, але зуміє сформулювати їм своє завдання та відрізнити пропозиції справді важливих технічних заходів від глибокодумних задумів, націлених на збільшення обсягу робіт та викачування грошей.
Наведені чисельні оцінки свідомо спрощені. Чотири дії арифметики – це все, що використовується. У будь-якому випадку результатом і метою оцінки малося на увазі не суворе число, а розуміння суті фізичного явищата його значущості для блискавкозахисту.
Ми раді побачити Ваші запитання та зауваження. Вони не залишаться поза увагою та будуть використані для подальшого коригування тексту. Сподіваємося, що лікнеп, який затіяний на цьому сайті, зрештою буде майже однаково корисним і читачам, і укладачам.

Це питання ставиться фахівцям чи не частіше за інших. Відповідь начебто проста. Всім відомо, що блискавка – гігантський електричний розряд у електричному полі грозової хмари. Просуваючись до землі, канал блискавки створює з непровідного повітря плазму, що високо проводить. Це відбувається завдяки іонізації. За нормальних атмосферних умов для іонізації повітря потрібно електричне поле близько 30000 В/см, або 3000 кВ/м. Здавалося б, щоб знайти напругу, достатньо помножити цю цифру на середню довжину каналу блискавки між хмарою та землею – 3000 м у наших помірних широтах. Отримуємо щось непомірне - 9000000 кВ або, що теж саме - 9 мільярдів вольт.
Насправді блискавки потрібно приблизно в 100 разів менше. Причина в тому, що канал створюється не одночасно по всій довжині від хмари до землі, а послідовно. Область сильного поля існує лише на голівці каналу, а вже створеної плазмі за головкою воно незрівнянно слабше. У міру подовження каналу, область сильного поля переміщається від хмари до землі. Хорошою аналогією може бути екскаватор, що копає дренажну канаву. Земний шарпорушується лише у місці розміщення ковша. Проте по всій трасі руху машини залишається готовий канал. Він може простягтися хоч на десятки кілометрів, якщо ґрунт закріплений і не обсипається.
Із зоною іонізації блискавки картина аналогічна. Вона просувається від хмари до землі дуже швидко, зі швидкістю (2 – 3)´105 м/с, витрачаючи весь шлях 10 – 15 мс. Але в масштабі іонізаційних процесів мілісекунду – чималий час. Плазмовий канал за головкою повинен обов'язково зберігати свою спочатку високу провідність протягом усього розвитку. Для цього повітря в каналі має бути розігріте як мінімум до 5000 – 60000. Тому холодних блискавок не буває.
100 мільйонів вольт – типова напруга, яка доставляє до землі канал блискавки.

2. Заряд грозової хмари та блискавки
Відповідь на запитання про заряд Qдає знання електричного потенціалу U. Вони пов'язані між собою через електричну ємність C, Q =CU. У нашому випадку, мова повинна йти про ємність грозової хмари та каналу блискавки. Дослідження показали, що хмара заряджена неоднорідно. У його обсязі очевидно виділяються окремі області з великим електричним зарядом. Їх називають грозовими осередками. Характерний радіус грозового осередку – 1 км.. При відомому радіусі rелектрична ємність осередку приблизно дорівнює З» 4pe0 r. Тут e0 = (36p'109)-1 Ф/м – діелектрична проникність вакууму. Наближену оцінку можна зробити і простіше, запам'ятавши, що ємність тіла в пикофарада близька до його радіусу в сантиметрах. Отже, ємність грозового осередку радіусом 1 км (105 див) оцінюється як 105 пФ чи 0,1 мкФ. Множенням на 100 МВ отримуємо 10 Кл - цілком достовірна оцінка для мінімального заряду осередку грозової хмари.
Осередки можуть бути різного радіусу (аж до десятків кілометрів) і нести потенціал, що помітно перевищує 100 МВ. Тому заряд 100 Кл теж цілком реальний.
Сам канал блискавки, як і будь-який провідник малого радіусу, має ємність близько 10 пікофарад на метр довжини. При довжині 3000 м це дає приблизно 0,03 мкФ для блискавки загалом. Заряджена до потенціалу 100 МВ блискавка опускає на землю заряд Q =CU = 0,03 · 10-6 '108 = 3 Кл. І знову одержана цифра добре відповідає реальності.

Цей розділ не принесе задоволення любителям ненаукової фантастики, яким до душі ідея використовувати блискавку як дармовий електроенергії. Енергії зовсім небагато. Її величину дає добуток потенціалу на заряд блискавки, W =UQ» 108 * 3 = 3 · 108 Дж = 3 · 105 кДж. Сучасній квартирі з навантаженням 2 кВтг такого вистачить приблизно на 40 годин.
Залишається нагадати, що вся ця енергія не доставляється блискавкою на землю, а більш менш рівномірно розподілена вздовж каналу довжиною в кілька кілометрів.
Як джерело енергії блискавка марна.
"Тільки ламати - не робити, для великих неприємностей енергії у блискавки цілком достатньо."

Коли канал блискавки стосується землі або наземної споруди, він набуває їхнього нульового потенціалу. Для цього заряд каналу має стекти у землю. Швидкий процес нейтралізації заряду називають головною стадією блискавки.
Навіть за ідеальної провідності канал не може втратити свій заряд миттєво. По каналу поширюється хвильовий процес, що характеризується хвильовим опором Z. Параметр такого роду має будь-який довгий провідник, наприклад, телевізійний кабель. Там хвильовий опір дорівнює 75 Ом. У каналу блискавки величина Zприблизно 7 –10 разів більше, близько 500 Ом. Грубу оцінку струму блискавки дає закон Ома I M = U/Z»108/500 = 200000 А.
У гранично сильних блискавок струм саме такий. Для багатьох інших він помітно слабший через обмежену провідність плазмового каналу і часткову втрату напруги каналом при русі від хмари до землі. Прямі вимірювання показують, що з ймовірністю 50% струм блискавки не менше 30 кА, у 5% блискавок (сильні блискавки) він перевищує 80 кА і в тих же 5% слабкі блискавки менше 15 кА. Блискавка зі струмом 100 кА фіксується менше 2%, а блискавки зі струмом 200 кА настільки рідкісні, що їхня ймовірність оцінюється тільки дуже приблизно. Швидше за все, вона на рівні 0,1%.

Вона визначається тим зарядом, який блискавка доставляє землі. Для помірних широт, у т.ч. і практично на всій території Росії, приблизно 90% блискавок негативні. Цифри, представлені у попередньому розділі, характеризують саме їх струми. Інші 10% блискавок середньої смугипозитивні. Сьогодні не зовсім зрозуміло, чому вони сильніші. З ймовірністю щонайменше 5% їх струм перевищує 250 кА. Середній струм позитивних блискавок відрізняється не так сильно. Імовірності 50% тут відповідає струм 35 кА, тоді як негативних блискавок ця величина дорівнює 30 кА.

Канал блискавки часто здається мерехтливим. Це не дефект зору, а цілком об'єктивний ефект. Часто по тому самому сліду йде кілька розрядів з інтервалами аж до 0,1 с. Такі великі паузи вже відрізняються оком. Блискавки з кількома послідовними розрядами називають багатокомпонентними. У негативних блискавок у середньому 3 – 4 компоненти. У позитивних блискавок наступних компонентів немає.
Наступні компоненти спостерігають приблизно 65% блискавок. Струм наступних компонентів у середньому приблизно в 2 рази менше, ніж у першого, параметри якого наведено у розділі 4.

Швидкість зростання імпульсу струму блискавки є дуже важливим параметром. Він визначає ЕРС магнітної індукції в електричних ланцюгах ураженої блискавкою споруди. Не менш важлива тривалість імпульсу струму блискавки. З нею пов'язані термічні та електромеханічні впливи. Середня тривалість фронту першого компонента негативної блискавки близька до 5 мкс, середня тривалість імпульсу (за рівнем 0,5) становить близько 75 мкс. У наступних компонентів імпульс струму приблизно вдвічі коротший, зате він може наростати дуже швидко, в середньому – менш ніж за 1 мкс, а іноді на порядок швидше.
Найбільший за тривалістю струм мають позитивні блискавки, аж до 1000 – 2000 мкс. Їх же відрізняють найбільш пологі фронти – до 100 мкс.

Цей параметр найбільш значущий для практичного захисту від блискавки. У нормативні документи всіх країн включено карти інтенсивності грозової діяльності. За ними можна визначити середнє протягом року кількість ударів блискавки в одиницю поверхні землі для даного регіону. Жаль тільки, що на таких картах важко розрізнити деталі. У разі можна оцінювати область країни у середньому. У заполярних регіонах Росії грозова діяльність до уваги не береться. На основній частині території спостерігається 2 - 4 удари блискавки на рік на 1 км2 поверхні землі. У найбільш грозоносних районах Кавказу питома кількість ударів наближається до десяти.
Багато розвинуті країниохоплено системою дистанційної пеленгації грозових розрядів, яка працює у режимі on line. Така система надає комерційні послуги, зокрема, можна замовити вибірки по частоті ураження конкретної ділянки землі за необхідний термін спостереження. Похибка прив'язки місць удару блискавки вбирається у 200 – 500 м. Територія Росії входить повністю у сферу спостереження подібних систем.

За досвідом експлуатації чим вища споруда, тим більше блискавок вона на себе збирає. Останнє словопоставлено невипадково. Високі об'єкти дійсно стягують на себе блискавки. Це відбувається в такий спосіб. Електричний заряд блискавки, що наближається до землі, посилює електричне поле біля поверхні землі і у вершини наземної споруди. Якщо блискавка видалена в радіальному напрямку не надто далеко, посилене поле виявляється достатнім не тільки для іонізації повітря біля вершини споруди, але і для розвитку від неї плазмового каналу. Це так званий зустрічний лідер. Він рухається назустріч каналу блискавки. Зустріч каналів завершує процес.
Чим вищий об'єкт, тим сильніше електричне поле біля його вершини, тим раніше стартує зустрічний лідер і тим ефективніше просувається він назустріч блискавці. Отже, зустріч каналів може статися більшій відстані від об'єкта. Ось чому висота об'єкта безпосередньо визначає радіус стягування блискавок. Для оціночних розрахунків з досвіду експлуатації приймається, що радіус стягування Rмовляв приблизно дорівнює потрійнийвисоті об'єкта.

Використовуючи радіус стягування, легко оцінити очікувану кількість ударів блискавки в об'єкт заввишки. h. У плані окресліть зовнішній периметр об'єкта лінією, що віддаляється від нього на Rмовляв = 3 h. Лінія обмежить площу стягування блискавок. Обчисліть її (можна дуже приблизно) будь-яким доступним способом і, дотримуючись розмірності, помножте на питому число ударів блискавки для даного регіону. Отримайте середнє очікуване число прямих ударів блискавки протягом року експлуатації. Нехай, наприклад, йдеться про вишку заввишки h = 100 м. Тоді площа стягування обмежена колом радіусом. Rмовляв = 3 h= 300 м і займає площу Sмовляв = p Rмол2 = 282 600 м2 » 0,282 км2. Для району, де щільність ударів блискавки дорівнює nмовляв = 2 удари на км2 на рік, слід очікувати N= nмовляв Sмовляв » 0,56 ударів блискавки протягом року, тобто. трохи частіше ніж 1 удар за кожні 2 роки експлуатації.
Ще приклад. Індивідуальний житловий будинок 6 х 10 м2 та висотою h = 6 м. Якщо не зважати на заокруглення в кутах, площу стягування з деяким завищенням можна оцінити в 42х46 = 1932 м2» 0,02 км2. За тієї ж щільності ударів блискавки nмовляв = 2 удари на км2 на рік це дає 0,04 удари блискавки на рік або 1 удар за 25 років експлуатації будівлі.
Розрахунок за площею стягування дає хороші результати для відкритої плоскої місцевості. У районі суцільної забудови, наприклад у місті, реальна кількість ударів може бути помітно меншою за оцінену, оскільки близько розташовані будівлі взаємно екранують одна одну (їх площі стягування перекриваються). Навпаки, в горбистій чи гірській місцевості, коли до справжньої висоті будівлі додається висота земної нерівності, реальна кількість ударів може перевищити розрахункове. У таких умовах потрібно звертатися до фахівців та користуватися розрахунковими програмами.

У назві захована серйозна помилка. Споруди висотою понад 200 м у рівнинній місцевості не так приймають він удари блискавки, скільки посилають їх у грозову хмару. Це так звані блискавки, що сходять. На відміну від звичайних, низхідних вони стартують від вершини висотного об'єкта і рухаються в напрямку грозової хмари. Рухаючою силоюЗнову є електричне поле атмосфери. У грозової обстановці його напруженість біля землі лежить у межах 20 кВ/м. Скажімо, вздовж Останкінської телевежі на довжині 500 м набирається 20х500 = 10000 кВ = 10 МВ. Це поле витісняється з металу вежі до її вершини, де і збуджується блискавка, що сходить. Дослідження показали, що як запал тут виступають не дуже далекі звичайні блискавки. Самі собою вони не потрапляють у висотну споруду, але сприяють старту висхідного розряду. Тому методику рахунку числа ударів блискавок можна не змінювати і знову скористатися поняттям площі стягування . Зрештою байдуже, чи вдарить в об'єкт блискавка, що сама сходить, або його вразить спровокована нею висхідна. Результат розрахунку виходить цілком достовірним. Наприклад, Останкинська телевежа заввишки h = 540 м має радіус стягування. Rмовляв = 3 h = 1,62 км, що обмежує площу стягування Sмовляв = p Rмол2 = 8,2 км2. При питомій щільності грозових розрядів у Москві nмовляв = 3 це дає близько 25 ударів блискавки на рік, що дуже близько до результатів багаторічних спостережень (у сукупності 27 – 28 блискавок за рік, у тому числі лише близько 10% “справжні” низхідні).

11. Термічний вплив блискавки
Температура в каналі блискавки може підніматися до 30000 К. Звідси її здатність підпалювати та пропалювати.
Блискавка - досить специфічний палій, тому що продукти горіння забирає сильна ударна хвиля. Проте пожежа від блискавки можлива. У багатокомпонентних блискавок між компонентами і після останнього з них протягом десятих часток секунди по каналу проходить струм в 100 - 200 А. Такий слабкий струм ударної хвилі не створює, але температура в каналі утримується ним в межах 6000 - 7000 К. Порівняно з дугою зварювального апарату.
Гігантський масштаб блискавки націлює побачити якісь абсолютно циклопічні ушкодження через проплавлення та пропалювання металевих поверхонь. Насправді вони більш ніж скромні. Коли з вершини телевежі в Москві зняли кілька років металевий наконечник флагштока, що простояв там, на ньому побачили сліди розплавленого металу, кожен діаметром не більше сантиметра.

Енергія, що виділяється з усього каналу блискавки, безцільно гріє повітря, а метал нагрівається тим, що випускається у місці контакту плазми з металевою поверхнею. Як правило, "корисно" витрачається не більше 2000 Дж. Випробування показали, що металева стінка товщиною 4 мм і більше за жодних обставин не може бути пропалена блискавкою. Тому правила пристрою блискавкозахисту у всіх країнах дозволяють не встановлювати блискавковідводів у об'єктів з металевою оболонкою такої товщини.
Покрівельне залізо або металеве покриття із металочерепиці блискавка може пропалити. У розплав йде приблизно 2 г металу, а характерний радіус отвору в більшості випадків не перевищує 1 см. Всередину діри, що утворилася, канал блискавки не проникає.
Велику неприємність становлять перехідні контакти у місцях з'єднання струмопроводів, якими проходить струм блискавки. Струм блискавки завбільшки I M при усередненій тривалості імпульсу D tвиділяє у опорі контакту Rкін енергію
Wкін = Rкін I M2D t. Для потужної блискавки зі струмом 100 кА при D t= 100 мкс у контакті з Rкін = 0,01 Ом (дуже якісне з'єднання) виділяється 10 кДж. Цього достатньо для нагрівання провідника масою 0,1 кг на 2100. Залишається помітити, що через малу тривалість дії струму блискавки від контакту практично не відводиться тепло.
При необхідності контакти все-таки використовують, але робити їх треба максимально ретельно. Площа контакту має бути великою, а натискне зусилля гранично сильним. Тоді перехідний опір контакту виявиться низьким, а тепло розподілиться по великій масі металу і не підніме температуру до небезпечної риси.

12. Електрогідравлічний ефект
На лісових узліссях чи галявинах можна зустріти дивно пошкоджені дерева. Враження таке, ніби гігантський звір широкою кігтястою лапою вирвав смугу кори завширшки кілька сантиметрів від верхівки майже до кореня. Так працювала блискавка. Жива деревина наповнена вологою та здатна проводити електричний струм. Найбільша частина струму йде зовнішньою частиною стовбура, що примикає до кори. Енергія, що виділяється там, бурхливо випаровує вологу. Майже миттєво утворена пара різко підвищує тиск і рве кору.
Подібне явище властиве багатьом газогенеруючим матеріалам, які широко використовуються у техніці. Наприклад, руйнування підземних кабелів часто пов'язане з випаровуванням їх пластикової оболонки або бітумного просочення. Не менший ефект і від випаровування матеріалів, що містять епоксидний компаунд. Композиційні та стільникові склопластикові матеріали також страждають від електрогідравлічного впливу. Ударна хвиля виникає й у повітрі. Її народжує дуже швидке розширення плазмового каналу із сильним струмом (звідси і грім). Різкий перепад тиску відбувається у будь-якій порожнині, у тому числі й у двигуні літака. Коли блискавка зовсім поряд, ударна хвиля може зірвати полум'я та зупинити реактивний двигун. Таке явище в авіації відоме як помпаж двигуна.На щастя, це відбувається рідко, а пасажирський авіалайнер з кількома двигунами - дуже рідко. До того ж, двигун, що зупинився, можна запустити прямо в повітрі.

13. Механічне вплив струму блискавки
Безпосереднє механічне вплив струму блискавки рідко призводить до серйозних руйнувань. Протікаючи по порожній трубці, струм блискавки може стиснути її, змінити кут нахилу провідників, деформувати антену тощо. Зазвичай йдеться про якісь відносно слабкі технологічні елементи на зовнішніх облаштуваннях об'єкта. Пошкодити конструкції, відповідальні за механічну міцність будівлі, блискавки не під силу. Заходи захисту від механічних впливів зазвичай застосовують лише тому випадку, коли пошкоджена деталь є датчиком будь-якої вимірювальної системи і тому збереження її геометрії важливо задля забезпечення необхідної апаратурної похибки.

14. Поразки блискавкою людей та тварин
Струм 0,1 А, що проходить через тіло людини протягом 1 с, безумовно смертельний. Струм блискавки на 4 – 5 порядків більше. І хоча час його дії вимірюється десятками мікросекунд, у людини мало шансів уціліти при прямому ударі блискавки. На щастя, прямий удар дуже рідкісна подія. Людина зростанням 2 м на відкритій місцевості стягує він блискавки з площі, обмеженої радіусом лише 6 м. Площа стягування у своїй близька до 100 м2. При питомій щільності блискавок, що дорівнює 3 ударам на рік на квадратний кілометр, потрібно розраховувати приблизно на 0,0003 блискавок на рік, що еквівалентно одному удару за 3300 років життя. Якщо прямі удари блискавки в людину все-таки трапляються, це через надзвичайно велику чисельність населення Землі.
Набагато ймовірніший непрямий вплив блискавки. Яку б споруду вона не вразила, її струм зрештою потрапить у ґрунт і розтікається там. Далі все залежить від питомого опору ґрунту r. Воно варіює у дуже широких межах. У прісної води r = 20 - 40 Ом м, у чорнозему r » 100 Ом м, у вологих пісків та суглинків 200 - 400 Ом м, у гірських порід 1000 - 10000 Ом м (а іноді й багато більше). Опір та струм визначають електричне поле у ​​ґрунті. Його напруженість дорівнює E = r J, а щільність струму Jможе бути оцінена з припущення, що струм блискавки Iмовляв, розтікається від точки удару симетрично в напівсферичному обсязі. На відстані rщільність струму дорівнюватиме
,
а напруженість відповідно

На довжині кроку D dполе створює крокову напругу
,
що впливає на людину. Якщо, наприклад, Iмовляв = 100 кА, то в ґрунті помірної провідності (r = 200 Ом м) на відстані 20 м від точки удару на довжині кроку 0,7 м набирається приблизно 5500 В, що ніяк не можна вважати безпечним.
Ось чому не рекомендується перебувати в грозу у високих дерев, особливо окремо стоять або на узліссі. Висота дерева в 10 разів більша, ніж людини, і тому блискавка вдаряє в неї в 100 разів частіше. Розтікання струму кореневою системою і далі землею стають причиною небезпечних крокових напруг.
Оскільки діюча напруга пропорційна довжині кроку, а точніше відстані між точками контакту тіла з грунтом, небезпечніше сидіти або лежати в грозу, ніж стояти зі стиснутими ногами (по стійці смирно). З тієї ж причини крокова напруга небезпечніша для великих чотирилапих, ніж для людини.
Блискавка може впливати на людину та своїм електромагнітним полем. Про це можна прочитати у розділі нижче.

Ваш відгук дуже важливий для нас! Будь ласка, оцініть цю статтю.

Багато людей бояться страшного явищаприроди – грози. Це зазвичай відбувається, коли сонце закривається похмурими хмарами, гримить моторошний грім і йде сильний дощ.

Звичайно, боятися блискавки слід, адже вона може навіть убити або стати. Це відомо давно, тому й вигадали різні засоби для захисту від блискавок і грому (наприклад, металеві жердини).

Що ж відбувається там нагорі і звідки береться грім? І блискавка, як виникає?

Грозові хмари

Зазвичай величезні. По висоті вони сягають кількох кілометрів. Візуально не видно, як усередині цих гримучих хмар все вирує та кипить. Це бурхливі потоки повітря, що включають крапельки води, з великою швидкістюпереміщаються знизу нагору і навпаки.

Найвища частина цих хмар за температурою сягає -40 градусів, і краплі води, які у цю частину хмари, замерзають.

Про походження грозових хмар

Перш ніж ми дізнаємося, звідки береться грім і блискавка, як виникає, коротко опишемо, як формуються грозові хмари.

Більшість цих явищ відбувається над водної гладдю планети, а над континентами. Крім того, грозові хмари інтенсивно формуються над континентами тропічних широт, де у поверхні землі повітря (на відміну від повітря над водною поверхнею) сильно прогрівається і швидко піднімається вгору.

Зазвичай на схилах різних височин утворюється подібний висхідний потік прогрітого повітря, який втягує в себе вологе повітря з великих площ земної поверхні і піднімає його вгору.

Таким чином і утворюються так звані купові хмари, що перетворюються на грозові хмари, описані трохи вище.

А тепер прояснимо, що таке блискавка, звідки береться вона?

Блискавка та грім

З тих самих замерзлих крапель утворюються шматочки льоду, які також переміщаються у хмарах з величезною швидкістю, зіштовхуючись, руйнуючись та заряджаючи електрикою. Ті крижинки, які легші і менші, залишаються нагорі, а ті, що більші, - тануть, спускаючись вниз, знову перетворюючись на крапельки води.

Таким чином, у грозовій хмарі виникають два електричні заряди. У верхній частині негативний, у нижній – позитивний. Під час зустрічі різних зарядів виникає потужний електричний розряд і відбувається блискавка. Звідки береться вона, зрозуміло. А що далі відбувається? Спалах блискавки миттєво розігріває та розширює навколо себе повітря. Останній нагрівається так сильно, що відбувається ефект вибуху. Це і є грім, який лякає все живе на землі.

Виходить, що все це - прояви. Тоді виникає наступне питання про те, останнє звідки береться, причому в таких великих кількостях. І куди воно подінеться?

Іоносфера

Що таке блискавка, звідки вона береться, з'ясували. Тепер трохи про процеси, що зберігають заряд Землі.

Вчені з'ясували, що заряд Землі загалом невеликий і становить лише 500 000 кулонів (як у 2 автомобільних акумуляторів). Тоді куди зникає той негативний заряд, який переноситься блискавками ближче до Землі?

Зазвичай у ясну погоду Земля потихеньку розряджається (постійно між іоносферою та поверхнею Землі проходить слабкий струм через усю атмосферу). Хоча повітря вважається ізолятором, у ньому є невелика частка іонів, яка дозволяє існувати струму в обсязі всієї атмосфери. Завдяки цьому хоч і повільно, але негативний заряд переноситься із земної поверхні на висоту. Тому обсяг сумарного заряду Землі завжди зберігається незмінним.

На сьогодні найпоширенішою думкою є те, що кульова блискавка є особливим видом заряду у формі кулі, причому існуючий досить тривалий час і переміщається по непередбачуваній траєкторії.

Єдиної теорії виникнення цього явища сьогодні немає. Існує багато гіпотез, але поки що жодна не отримала визнання в середовищі вчених.

Зазвичай, як свідчать очевидці, виникає у грозу чи шторм. Але є й випадки її виникнення та у сонячну погоду. Частіше вона породжується звичайною блискавкою, іноді виникає і спускається з хмар, а рідше з'являється несподівано у повітрі або навіть може вийти з якогось предмета (стовп, дерево).

Деякі цікаві факти

Звідки береться гроза та блискавка, ми з'ясували. Тепер трохи про цікаві факти щодо вищеописаних природних явищ.

1. Щорічно Земля відчуває приблизно 25 мільйонів спалахів блискавок.

2. Блискавка має середню довжину приблизно 2,5 км. Є й розряди, що тягнуться в атмосфері на 20 км.

3. Є повір'я, що блискавка не може двічі вдарити на одне місце. Насправді, це не так. Результати аналізу (за географічної карти) місць ударів блискавок за попередні кілька років показують, що блискавка і кілька разів може вдарити в те саме місце.

Ось і з'ясували, що таке блискавка, звідки береться вона.

Грози утворюються як наслідок найскладніших атмосферних явищ планетарного масштабу.

Щосекундно на планеті Земля відбувається приблизно 50 спалахів блискавок.

Лікар біологічних наук, кандидат фізико-математичних наук К. БОГДАНОВ.

У кожний момент часу в різних точках Землі виблискують блискавки понад 2000 гроз. Кожної секунди близько 50 блискавок вдаряються в поверхню землі, і в середньому кожен її квадратний кілометр блискавки вражає шість разів на рік. Ще Б. Франклін показав, що блискавки, що б'ють по землі з грозових хмар, - це електричні розряди, що переносять на неї негативний заряд завбільшки кілька десятків кулонів, а амплітуда струму при ударі блискавки становить від 20 до 100 кА. Швидкісне фотозйомка показало, що розряд блискавки триває кілька десятих часток секунди і складається з кількох ще більш коротких розрядів. Блискавки здавна цікавлять вчених, але й у наш час про їхню природу ми знаємо лише трохи більше, ніж 250 років тому, хоча змогли їх знайти навіть на інших планетах.

Здатність електризації тертя різних матеріалів. Матеріал з пари, що труться, що знаходиться вище в таблиці, заряджається позитивно, а нижче - негативно.

Негативно заряджений низ хмари поляризує поверхню Землі під собою так, що вона заряджається позитивно, і коли з'являються умови для електричного пробою, виникає розряд блискавки.

Розподіл частоти гроз на поверхні суші та океанів. Найтемніші місця на карті відповідають частотам не більше 0,1 грози на рік на квадратний кілометр, а найсвітліші - понад 50.

Парасолька з громовідведенням. Модель продавалася в XIX столітті та мала попит.

Постріл рідиною або лазером по грозової хмарі, що нависла над стадіоном, веде розряд блискавки убік.

Декілька розрядів блискавок, викликаних пуском ракети в грозову хмару. Ліва вертикальна пряма – слід ракети.

Великий «гіллястий» фульгурит вагою 7,3 кг, знайдений автором на околиці Москви.

Порожнисті циліндричні фрагменти фульгуриту, утворені з оплавленого піску.

Білий фульгурит із Техасу.

Блискавка - вічне джерело підзарядки електричного поля Землі. На початку XX століття за допомогою атмосферних зондів виміряли електричне поле Землі. Його напруженість біля поверхні дорівнювала приблизно 100 В/м, що відповідає сумарному заряду планети близько 400 000 Кл. Переносником зарядів в атмосфері Землі є іони, концентрація яких збільшується з висотою і досягає максимуму на висоті 50 км, де під дією космічного випромінювання утворився електропровідний шар - іоносфера. Тому електричне поле Землі – це поле сферичного конденсатора з прикладеною напругою близько 400 кВ. Під дією цієї напруги з верхніх шаріву нижні весь час тече струм силою 2-4 кА, щільність якого становить 1-2. 10 -12 А/м 2 і виділяється енергія до 1,5 ГВт. І це електричне поле зникло б, якби не було блискавок! Тому в гарну погодуелектричний конденсатор – Земля – розряджається, а при грозі заряджається.

Людина не відчуває електричного поля Землі, тому що його тіло - добрий провідник. Тому заряд Землі перебуває і поверхні тіла людини, локально спотворюючи електричне полі. Під грозовим хмарою щільність наведених землі позитивних зарядів може значно зростати, а напруженість електричного поля - перевищувати 100 кВ/м, в 1000 разів більше її значення хорошу погоду. В результаті в стільки ж разів збільшується позитивний заряд кожної волосинки на голові людини, що стоїть під грозовою хмарою, і вони, відштовхуючись один від одного, встають дибки.

Електризація - видалення "зарядженого" пилу.Щоб зрозуміти, як хмара поділяє електричні заряди, пригадаємо, що таке електризація. Найлегше зарядити тіло, втративши його інше. Електризація тертям - найстаріший спосіб отримання електричних зарядів. Саме слово "електрон" у перекладі з грецької на російську означає бурштин, оскільки бурштин завжди заряджався негативно при терті про шерсть або шовк. Величина заряду і його знак залежать від матеріалів тіл, що труться.

Вважається, що тіло, перш ніж його стали терти інше, електронейтрально. Дійсно, якщо залишити заряджене тіло у повітрі, то до нього почнуть прилипати протилежно заряджені частинки пилу та іони. Таким чином, на поверхні будь-якого тіла знаходиться шар "зарядженого" пилу, що нейтралізує заряд тіла. Тому електризація тертям - це процес часткового зняття "зарядженого" пилу з обох тіл. При цьому результат залежатиме від того, наскільки краще або гірше знімається "заряджений" пил з тіл, що труться.

Хмара – фабрика з виробництва електричних зарядів.Важко уявити, що у хмарі є пара матеріалів з перелічених у таблиці. Однак на тілах може виявитися різний "заряджений" пил, навіть якщо вони зроблені з одного того ж матеріалу, - достатньо, щоб мікроструктура поверхні відрізнялася. Наприклад, при терті гладкого тіла про шорстке обидва електризуватимуться.

Грозова хмара - це величезна кількість пари, частина якої конденсувалася у вигляді дрібних крапель або крижинок. Верх грозової хмари може бути на висоті 6-7 км, а низ нависати над землею на висоті 0,5-1 км. Вище 3-4 км хмари складаються з крижинок різного розміру, тому що температура там завжди нижча за нуль. Ці крижини знаходяться в постійному русі, викликаному висхідними потоками теплого повітря від нагрітої поверхні землі. Дрібні крижинки легше, ніж великі, захоплюються висхідними потоками повітря. Тому "спритні" дрібні крижинки, рухаючись у верхню частину хмари, весь час стикаються з великими. При кожному такому зіткненні відбувається електризація, коли великі крижинки заряджаються негативно, а дрібні - позитивно. З часом позитивно заряджені дрібні крижинки опиняються у верхній частині хмари, а негативно заряджені великі – внизу. Інакше кажучи, верхівка грози заряджена позитивно, а низ - негативно. Все готове для розряду блискавки, при якому відбувається пробій повітря та негативний заряд із нижньої частини грозової хмари перетікає на Землю.

Блискавка - привіт із космосу та джерело рентгенівського випромінювання.Проте сама хмара не може так наелектризувати себе, щоб викликати розряд між своєю нижньою частиною і землею. Напруженість електричного поля у грозовій хмарі ніколи не перевищує 400 кВ/м, а електричний пробій у повітрі відбувається при напруженості більше 2500 кВ/м. Тому для виникнення блискавки необхідно ще щось крім електричного поля. У 1992 році російський вчений А. Гуревич із Фізичного інституту ім. П. М. Лебедєва РАН (ФІАН) припустив, що своєрідним запалюванням для блискавки можуть бути космічні промені- Частки високих енергій, що обрушуються на Землю з космосу з навколосвітловими швидкостями. Тисячі таких частинок щосекунди бомбардують кожен квадратний метр земної атмосфери.

Відповідно до теорії Гуревича, частка космічного випромінювання, зіштовхуючись із молекулою повітря, іонізує її, у результаті утворюється величезна кількість електронів, які мають високої енергією. Потрапивши в електричне поле між хмарою і землею, електрони прискорюються до навколосвітніх швидкостей, іонізуючи шлях свого руху і таким чином викликаючи лавину електронів, що рухаються разом з ними до землі. Іонізований канал, створений цією лавиною електронів, використовується блискавкою для розряду (див. "Наука життя" № 7, 1993 р.).

Кожен, хто бачив блискавку, помітив, що це пряма, що яскраво світиться, що з'єднує хмару і землю, а ламана лінія. Тому процес утворення провідного каналу для розряду блискавки називають її "ступінчастим лідером". Кожна з таких "сходинок" - це місце, де електрони, що розігналися до навколосвітніх швидкостей, зупинилися через зіткнення з молекулами повітря і змінили напрямок руху. Доказ для такої інтерпретації ступінчастого характеру блискавки - спалахи рентгенівського випромінювання, що збігаються з моментами, коли блискавка, ніби спотикаючись, змінює свою траєкторію. Нещодавні дослідження показали, що блискавка є досить потужним джерелом рентгенівського випромінювання, інтенсивність якого може становити до 250 000 електронвольт, що приблизно вдвічі перевищує ту, яку використовують при рентгені грудної клітки.

Як викликати розряд блискавки?Вивчати те, що станеться незрозуміло, де і коли, дуже складно. Саме так протягом довгих років працювали вчені, які досліджують природу блискавок. Вважається, що грозою на небі керує Ілля-пророк і нам не дано знати його плани. Проте вчені дуже давно намагалися замінити Іллю-пророка, створюючи провідний канал між грозовою хмарою та землею. Б. Франклін для цього під час грози запускав повітряний змій, що закінчувався дротом та зв'язкою металевих ключів. Цим він викликав слабкі розряди, що стікають униз по дроту, і першим довів, що блискавка - це негативний електричний розряд, що стікає з хмар на землю. Досліди Франкліна були надзвичайно небезпечними, і один із тих, хто їх намагався повторити, - російський академік Г. В. Ріхман - у 1753 році загинув від удару блискавки.

У 1990-х роках дослідники навчилися викликати блискавки, не наражаючи на небезпеку своє життя. Один із способів викликати блискавку – запустити з землі невелику ракету прямо в грозову хмару. Вздовж усієї траєкторії ракета іонізує повітря і створює таким чином провідний канал між хмарою і землею. І якщо негативний заряд низу хмари досить великий, то вздовж створеного каналу відбувається розряд блискавки, всі параметри якого реєструють прилади, розташовані поруч із стартовим майданчиком ракети. Щоб створити ще найкращі умови для розряду блискавки, до ракети приєднують металевий провід, що з'єднує її із землею.

Блискавка: подарувала життя і двигун еволюції. В 1953 біохіміки С. Міллер (Stanley Miller) і Г. Юрі (Harold Urey) показали, що одні з "цеглинок" життя - амінокислоти можуть бути отримані шляхом пропускання електричного розряду через воду, в якій розчинені гази "первісної" атмосфери Землі ( метан, аміак та водень). Через 50 років інші дослідники повторили ці досліди і отримали самі результати. Таким чином, наукова теорія зародження життя Землі відводить удару блискавки основну роль.

При пропущенні коротких імпульсів струму через бактерії в їх оболонці (мембрані) з'являються пори, через які можуть проходити всередину фрагменти ДНК інших бактерій, запускаючи один з механізмів еволюції.

Чому взимку грози дуже рідкісні?Ф. І. Тютчев, написавши "Люблю грозу на початку травня, коли весняний перший грім ...", знав, що взимку гроз майже не буває. Щоб утворилася грозова хмара, необхідні висхідні потоки вологого повітря. Концентрація насиченої пари зростає з підвищенням температури і максимальна влітку. Різниця температур, від якої залежать висхідні потоки повітря, тим більше, чим вища його температура біля поверхні землі, тому що на висоті кількох кілометрів його температура не залежить від пори року. Значить, інтенсивність висхідних потоків максимальна також влітку. Тому й грози у нас найчастіше влітку, а на півночі, де й улітку холодно, грози досить рідкісні.

Чому грози частіше над суходолом, ніж над морем?Щоб хмара розрядилася, у повітрі під нею має бути достатня кількість іонів. Повітря, що складається тільки з молекул азоту та кисню, не містить іонів, і його дуже важко іонізувати навіть у електричному полі. А от якщо в повітрі багато сторонніх частинок, наприклад, пилу, то й іонів теж багато. Іони утворюються при русі частинок у повітрі аналогічно тому, як електризуються при терті один про одного різні матеріали. Очевидно, що пилу в повітрі набагато більше над суходолом, ніж над океанами. Тому грози і гримлять над сушею частіше. Помічено також, що насамперед блискавки б'ють тими місцями, де в повітрі особливо велика концентрація аерозолів - димів і викидів підприємств нафтопереробної промисловості.

Як Франклін відхилив блискавку.На щастя, більшість розрядів блискавки відбуваються між хмарами і тому загрози не становлять. Однак вважається, що щороку блискавки вбивають понад тисячу людей по всьому світу. Принаймні у США, де ведеться така статистика, щороку від удару блискавки страждають близько 1000 людей і більше ста з них гинуть. Вчені давно намагалися захистити людей від цієї "кари божої". Наприклад, винахідник першого електричного конденсатора (лейденської банки) Пітер ван Мушенбрук (1692-1761) у статті про електрику, написану для знаменитої французької Енциклопедії, захищав традиційні способи запобігання блискавці. дзвіні стрілянину з гармат, які, як він вважав, виявляються досить ефективними.

Бенджамін Франклін, намагаючись захистити Капітолій столиці штату Меріленд, у 1775 році прикріпив до будівлі товстий залізний стрижень, який височів над куполом на кілька метрів і був з'єднаний із землею. Вчений відмовився патентувати свій винахід, бажаючи, щоб він якнайшвидше почав служити людям.

Звістка про громовідвід Франкліна швидко рознеслася Європою, і його обрали в усі академії, включаючи і Російську. Однак у деяких країнах побожне населення зустріло цей винахід із обуренням. Сама думка, що людина так легко і просто може приборкати головну зброю "божого гніву", здавалася блюзнірською. Тому в різних місцяхлюди з благочестивих міркувань ламали громовідводи. Цікавий випадок стався у 1780 році у невеликому містечку Сент-Омер на півночі Франції, де городяни зажадали знести залізну щоглу громовідводу, і справа дійшла до судового розгляду. Молодий адвокат, який захищав громовідведення від нападок мракобісів, побудував захист на тому, що і розум людини, і її здатність підкорювати сили природи мають божественне походження. Все, що допомагає врятувати життя на благо - доводив молодий адвокат. Він виграв процес і здобув велику популярність. Адвоката звали Максиміліан Робесп'єр. Ну а зараз портрет винахідника громовідводу - найбажаніша репродукція у світі, адже вона прикрашає відому стодоларову купюру.

Як можна захиститися від блискавки за допомогою водяного струменя та лазера. Нещодавно було запропоновано принципово новий спосіб боротьби з блискавками. Громовідвід створять із... струменя рідини, якою стрілятимуть із землі безпосередньо в грозові хмари. Громовідвідна рідина являє собою сольовий розчин, який додані рідкі полімери: сіль призначена для збільшення електропровідності, а полімер перешкоджає "розпаду" струменя на окремі крапельки. Діаметр струменя становитиме близько сантиметра, а максимальна висота – 300 метрів. Коли рідкий громовідвід доопрацюють, їм оснастять спортивні та дитячі майданчики, де фонтан увімкнеться автоматично, коли напруженість електричного поля стане досить високою, а ймовірність удару блискавки – максимальною. По струмені рідини з грозової хмари стікатиме заряд, роблячи блискавку безпечною для оточуючих. Аналогічний захист від розряду блискавки можна зробити і за допомогою лазера, промінь якого, іонізуючи повітря, створить канал для електричного розряду далеко від скупчення людей.

Чи може блискавка збити нас зі шляху?Так, якщо ви користуєтесь компасом. У відомому романі Г. Мелвіла "Мобі Дік" описаний саме такий випадок, коли розряд блискавки, який створив сильне магнітне поле, перемагнітив компасову стрілку. Однак капітан судна взяв швейну голку, вдарив по ній, щоб намагнітити, і поставив її замість зіпсованої компасової стрілки.

Чи може вас вразити блискавка всередині будинку чи літака?На жаль так! Струм грозового розряду може увійти в будинок по телефонному проводу від стовпа, що стоїть поруч. Тому при грозі намагайтеся не скористатися звичайним телефоном. Вважається, що говорити по радіотелефону або мобільному безпечніше. Не слід під час грози торкатися труб центрального опалення та водопроводу, які з'єднують будинок із землею. З цих міркувань фахівці радять при грозі вимикати всі електричні прилади, у тому числі комп'ютери та телевізори.

Щодо літаків, то, взагалі кажучи, вони намагаються облітати райони з грозовою активністю. І все-таки в середньому щорічно до одного з літаків потрапляє блискавка. Її струм вразити пасажирів не може, він стікає зовнішньою поверхнею літака, але здатний вивести з ладу радіозв'язок, навігаційне обладнання та електроніку.

Фульгуріт - блискавка, що скам'яніла.При розряді блискавки виділяється 109-1010 джоулів енергії. Більшість її витрачається створення ударної хвилі (грім), нагрівання повітря, світловий спалах та інші електромагнітні хвилі, і лише невелика частина виділяється там, де блискавка входить у землю. Однак і цієї "маленької" частини цілком достатньо, щоб викликати пожежу, вбити людину та зруйнувати будівлю. Блискавка може розігріти канал, яким вона рухається, до 30 000 ° С, у п'ять разів вище за температуру на поверхні Сонця. Температура всередині блискавки набагато більша за температуру плавлення піску (1600-2000°C), але розплавиться пісок чи ні, залежить ще й від тривалості блискавки, яка може становити від десятків мікросекунд до десятих часток секунди. Амплітуда імпульсу струму блискавки зазвичай дорівнює кільком десяткам кілоампер, але іноді може перевищувати 100 кА. Найпотужніші блискавки викликають народження фульгуритів - порожніх циліндрів з оплавленого піску.

Слово "фульгуріт" походить від латинського fulgur, що означає блискавка. Найдовші з розкопаних фульгуритів вирушали під землю на глибину понад п'ять метрів. Фульгурити також називають оплавленості твердих гірських порід, утворені ударом блискавки; вони іноді у великій кількості трапляються на скелястих вершинах гір. Фульгурити, що складаються з переплавленого кремнезему, зазвичай є конусоподібні трубочки товщиною з олівець або з палець. Їх внутрішня поверхня гладка і оплавлена, а зовнішня утворена піщинками, що пристали до оплавленої маси. Колір фульгурит залежить від домішок мінералів в піщаному грунті. Більшість з них мають рудувато-коричневий, сірий або чорний колір, проте зустрічаються зелені, білі або напівпрозорі фульгурити.

Очевидно, перший опис фульгуритів та його зв'язку з ударами блискавки було зроблено 1706 року пастором Д. Германом (David Hermann). Згодом багато хто знаходив фульгурити поблизу людей, уражених розрядом блискавки. Чарльз Дарвін під час навколосвітньої подорожіна кораблі "Бігль", виявив на піщаному березі поблизу Мальдонадо (Уругвай) кілька скляних трубочок, що йдуть у пісок вертикально вниз на понад метр. Він описав їхні розміри та пов'язав їх освіту з розрядами блискавок. Відомий американський фізик Роберт Вуд отримав "автограф" блискавки, яка мало не вбила його:

"Пройшла сильна гроза, і небо над нами вже прояснилося. Я пішов через поле, яке відокремлює наш будинок від будинку моєї своячки. Я пройшов ярдів десять стежкою, як раптом мене покликала моя дочка Маргарет. Я зупинився секунд на десять і тільки-но рушив далі, як раптом небо прорізала яскрава блакитна лінія, з гуркотом дванадцятидюймової зброї вдаривши в стежку за двадцять кроків переді мною і піднявши величезний стовп пари.Я пішов далі, щоб подивитися, який слід залишила блискавка. обпаленої конюшини дюймів у п'ять діаметром, з діркою посередині о півдюйму... Я повернувся до лабораторії, розплавив вісім фунтів олова і залив у отвір... Те, що я викопав, коли олово затверділо, було схоже на величезний, злегка вигнутий собачий. як і належить, в рукоятці і поступово сходить до кінця. Він був трохи довше трьох футів "(цитується за В. Сібрук. Роберт Вуд. - М.: Наука, 1985, с. 285).

Поява скляної трубочки в піску при розряді блискавки пов'язана з тим, що між піщинками завжди знаходяться повітря та волога. Електричний струм блискавки за частки секунд розжарює повітря та водяні пари до величезних температур, викликаючи вибухоподібне зростання тиску повітря між піщинками та його розширення, що чув і бачив Вуд, який дивом не став жертвою блискавки. Повітря, що розширюється, утворює циліндричну порожнину всередині розплавленого піску. Подальше швидке охолодження фіксує фульгурит - скляну трубочку в піску.

Часто акуратно викопаний з піску фульгурит формою нагадує корінь дерева або гілка з численними відростками. Такі гіллясті фульгурити утворюються, коли розряд блискавки потрапляє у вологий пісок, який, як відомо, має більшу електропровідність, ніж сухий. Фульгурит, що народжується при цьому, лише повторює цю форму, Фульгурит дуже тендітний, і спроби очистити від прилиплого піску нерідко призводять до його руйнування, особливо це стосується гіллястих фульгуритів, що утворилися у вологому піску.

Блискавка – гігантська електрична іскра. Вдаряючи в будівлі, вона викликає пожежі, розщеплює великі дерева, вражає людей. У кожний момент часу в різних точках Землі виблискують блискавки понад 2000 гроз. Кожної секунди близько 50 блискавок ударяються в поверхню землі, і в середньому кожен її квадратний кілометр блискавка вражає шість разів на рік

Блискавка - гігантський електричний іскровий розряд в атмосфері, зазвичай відбувається під час грози, що проявляється яскравим спалахом світла і громом, що супроводжує її. Блискавки також були зафіксовані на Венері, Юпітері, Сатурні та Урані. Струм у розряді блискавки досягає 10-20 тисяч ампер, тому мало кому з людей вдається вижити після поразки їх блискавкою.

Поверхня земної кулі є більш електропровідною, ніж повітря. Однак з висотою електропровідність повітря зростає. Повітря зазвичай заряджено позитивно, а Земля негативно. Водяні краплі в грозовій хмарі заряджені за рахунок поглинання заряджених дрібних частинок (іонів), що знаходяться в повітрі. Крапля, що падає з хмари, має у верхній частині негативний заряд, а в нижній – позитивний. краплі, що падають здебільшогопоглинають негативно заряджені частинки і набувають негативного заряду. У процесі завихрення у хмарі крапельки води розбризкуються, причому дрібні бризки летять із негативним зарядом, а великі – з позитивним. Те саме відбувається з кристалами льоду у верхній частині хмари. При розколюванні їх дрібні частинки льоду набувають позитивного заряду і висхідними струмами відносяться у верхню частину хмари, а великі, заряджені негативно, опускаються в нижню частину хмари. З накопиченням у грозовій хмарі великих об'ємних зарядів між окремими частинами хмари або між хмарою та земною поверхнею виникають іскрові розряди (блискавки). Розряди блискавки на вигляд різні. Найчастіше спостерігається лінійна розгалужена блискавка, іноді кульова блискавката ін.

Блискавка представляє великий інтерес як як своєрідне явище природи. Вона дає можливість спостерігати електричний розряд у газовому середовищі при напрузі кілька сотень мільйонів вольт і відстані між електродами кілька кілометрів.

У 1750 Б. Франклін запропонував Лондонському королівському суспільству поставити досвід із залізною штангою, укріпленою на ізолюючій основі і встановленою на високій вежі. Він очікував, що при наближенні грозової хмари до вежі на верхньому кінці спочатку нейтральної штанги зосередиться заряд протилежного знака, а на нижньому – заряд того самого знака, що біля хмари. Якщо напруженість електричного поля при розряді блискавки зросте досить сильно, заряд з верхнього кінця штанги частково стікатиме в повітря, а штанга придбає заряд того ж знака, що і хмара.

Запропонований Франкліном експеримент не був здійснений в Англії, однак його поставив у 1752 році в Марлі під Парижем французький фізик Жан д'Аламбер. його асистент повідомив, що коли грозова хмара знаходилася над штангою, при піднесенні до неї заземленого дроту виникали іскри.

Сам Франклін, не знаючи про успішний досвід, реалізований у Франції, у червні того ж року провів свій знаменитий експеримент з повітряним зміємі спостерігав електричні іскри на кінці прив'язаного до нього дроту. Наступного року, вивчаючи заряди, зібрані зі штанги, Франклін встановив, що основи грозових хмар зазвичай заряджені негативно.

Більш детальні дослідження блискавок стали можливі наприкінці 19 в. завдяки вдосконаленню методів фотографії, особливо після винаходу апарату з лінзами, що обертаються, що дозволило фіксувати швидко розвиваються процеси. Такий фотоапарат широко використовувався щодо іскрових розрядів. Було встановлено, що існує кілька типів блискавок, причому найбільш поширені лінійні, плоскі (внутрішньохмарні) та кульові (повітряні розряди).

Лінійна блискавка має довжину 2-4 км і має велику силу струму. Вона утворюється, коли напруженість електричного поля досягає критичного значення та виникає процес іонізації. Останній спочатку створюється вільними електронами, що завжди є в повітрі. Під дією електричного поля електрони набувають більших швидкостей і на шляху до Землі, стикаючись з атомами повітря, розщеплюють і іонізують їх. Іонізація відбувається у вузькому каналі, який стає провідним. Повітря розігрівається. Через канал нагрітого повітря заряд із хмари зі швидкістю понад 150 км/год стікає до земної поверхні. Це перша стадія процесу. Коли заряд досягає поверхні Землі між хмарою і землею, створюється провідний канал, через який назустріч один одному рухаються заряди: позитивні заряди від поверхні Землі і негативні - скупчені в хмарі. Лінійна блискавка супроводжується сильним гучним звуком - громом, що нагадує вибух. Звук з'являється в результаті швидкого нагрівання та розширення повітря в каналі, а потім такого ж швидкого його охолодження та стиснення.

Плоскі блискавки виникають усередині грозової хмари і виглядають як спалахи розсіяного світла.

Кульові блискавки складаються з маси, що світиться, у формі кулі, дещо менше футбольного м'яча, що рухається з невеликою швидкістю у напрямку вітру. Розриваються вони з великим тріском чи зникають безвісти. З'являється кульова блискавка після лінійної. Часто вона через відкриті двері та вікна проникає у приміщення. Повітряні розряди кульових блискавок, що починаються від грозової хмари, часто спрямовані горизонтально і не досягають земної поверхні.

Для захисту від блискавки створюються блискавки, за допомогою яких заряд блискавки вводиться в землю спеціально підготовленим безпечним шляхом.

Розряд блискавки зазвичай складається з трьох або більше повторних розрядів - імпульсів, що йдуть по тому самому шляху. Інтервали між послідовними імпульсами дуже короткі, від 1/100 до 1/10 с (цим обумовлено мерехтіння блискавки). Загалом спалах триває близько секунди чи менше. Типовий процес розвитку блискавки можна описати в такий спосіб. Спочатку зверху до земної поверхні спрямовується слабо світиться розряд-лідер. Коли він її досягне, зворотний або головний, що яскраво світиться, розряд проходить від землі вгору по каналу, прокладеному лідером.

Розряд-лідер, як правило, рухається зигзагоподібно. Швидкість його поширення коливається від ста до кількох сотень кілометрів на секунду. На своєму шляху він іонізує молекули повітря, створюючи канал з підвищеною провідністю, яким зворотний розряд рухається вгору зі швидкістю приблизно в сто разів більшою, ніж у розряду-лідера. Розмір каналу визначити важко, проте діаметр розряду-лідера оцінюється в 1-10 м, а зворотного розряду - кілька сантиметрів.

Розряди блискавки створюють радіоперешкоди, випромінюючи радіохвилі у широкому діапазоні – від 30 кГц до наднизьких частот. Найбільше випромінювання радіохвиль знаходиться, ймовірно, у діапазоні від 5 до 10 кГц. Такі низькочастотні радіоперешкоди «зосереджені» у просторі між нижньою межею іоносфери та земною поверхнею і здатні поширюватися на відстані тисячі кілометрів від джерела.

Блискавка: подарувала життя і двигун еволюції. В 1953 біохіміки С. Міллер (Stanley Miller) і Г. Юрі (Harold Urey) показали, що одні з "цеглинок" життя - амінокислоти можуть бути отримані шляхом пропускання електричного розряду через воду, в якій розчинені гази "первісної" атмосфери Землі ( метан, аміак та водень). Через 50 років інші дослідники повторили ці досліди і отримали самі результати. Таким чином, наукова теорія зародження життя Землі відводить удару блискавки основну роль. При пропущенні коротких імпульсів струму через бактерії в їх оболонці (мембрані) з'являються пори, через які можуть проходити всередину фрагменти ДНК інших бактерій, запускаючи один з механізмів еволюції.

Як можна захиститися від блискавки за допомогою водяного струменя та лазера. Нещодавно було запропоновано принципово новий спосіб боротьби з блискавками. Громовідвід створять із… струменя рідини, якою стрілятимуть із землі безпосередньо в грозові хмари. Громовідвідна рідина являє собою сольовий розчин, який додані рідкі полімери: сіль призначена для збільшення електропровідності, а полімер перешкоджає "розпаду" струменя на окремі крапельки. Діаметр струменя становитиме близько сантиметра, а максимальна висота – 300 метрів. Коли рідкий громовідвід доопрацюють, їм оснастять спортивні та дитячі майданчики, де фонтан увімкнеться автоматично, коли напруженість електричного поля стане досить високою, а ймовірність удару блискавки – максимальною. По струмені рідини з грозової хмари стікатиме заряд, роблячи блискавку безпечною для оточуючих. Аналогічний захист від розряду блискавки можна зробити і за допомогою лазера, промінь якого, іонізуючи повітря, створить канал для електричного розряду далеко від скупчення людей.

Чи може блискавка збити нас зі шляху? Так, якщо ви користуєтесь компасом. У відомому романі Г. Мелвіла "Мобі Дік" описаний саме такий випадок, коли розряд блискавки, який створив сильне магнітне поле, перемагнітив компасову стрілку. Однак капітан судна взяв швейну голку, вдарив по ній, щоб намагнітити, і поставив її замість зіпсованої компасової стрілки.

Чи може вас вразити блискавка всередині будинку чи літака? На жаль так! Струм грозового розряду може увійти в будинок по телефонному проводу від стовпа, що стоїть поруч. Тому при грозі намагайтеся не скористатися звичайним телефоном. Вважається, що говорити по радіотелефону або мобільному безпечніше. Не слід під час грози торкатися труб центрального опалення та водопроводу, які з'єднують будинок із землею. З цих міркувань фахівці радять при грозі вимикати всі електричні прилади, у тому числі комп'ютери та телевізори.

Щодо літаків, то, взагалі кажучи, вони намагаються облітати райони з грозовою активністю. І все-таки в середньому щорічно до одного з літаків потрапляє блискавка. Її струм вразити пасажирів не може, він стікає зовнішньою поверхнею літака, але здатний вивести з ладу радіозв'язок, навігаційне обладнання та електроніку.