С давних времен человек поклонялся стихиям и давал им имена. У многих народов были боги-громовержцы, небесные колесницы, копья-молнии и множество легенд и мифов, связанных с явлением молнии.
Хотя электрические явления люди пытались объяснить еще до нашей эры, но только после открытия Закона Кулона начинается научное изучение электрических разрядов. Одним из примеров электрического разряда огромной силы служит молния. Молния – это очень мощный искровой разряд природного происхождения. Как правило, он сопровождается мощной звуковой волной и вспышкой яркого света.
Молния возникает в грозовых тучах. Ее формирование связано с микроскопическими процессами. С научной точки зрения, причиной молнии служит ударная ионизация, которая возникает в процессе столкновения свободных электронов с атомами и молекулами. А так как напряженность электрического поля тучи очень велика, то при столкновении электронов и атомов, возникает огромное количество быстрых электронов образующих электрический разряд. Среди всех видов разрядов, самый опасный для человека разряд между землей и тучей, он получил название наземной молнии.
Наземные молнии имеют несколько этапов. Первый этап – это формирование узкого светящегося канала ионизованного газа (стримера) из лавины электронов. После чего стримеры сливаются и формируют проводящий канал – лидер молнии. Движение лидера к земле происходит ступенчато, с периодическими задержками и затуханиями. При достижении определенной напряженности лидера, навстречу ему с земли выходит ответный стример. Когда они встречаются, начинается окончательный этап – обратный разряд. Причем процесс может повторяться многократно, поэтому такие молнии получили название затяжных.
Электрические характеристики молнии
Наряду с наблюдениями за формированием заряда и протекающими процессами во время грозы, не меньшего внимания заслуживают электрические характеристики молнии: величина тока в канале молнии, величина переносимого заряда, количество повторных ударов, а также интенсивность грозовой деятельности.
Величина тока
Статистические наблюдения за грозовыми разрядами говорят о том, что молнии имеют различную величину тока. При этом молнии с большими токами (около 200 кА) составляют не более 1% от общего количества. Основное же количество молний происходит с токами около 20 кА.
Переносимый заряд
Переносимый заряд может колебаться от десятых долей до десятков единиц электрического тока за единицу времени, измеряемую в кулонах. Средний заряд при многократной молнии составляет около 20 Кл. Принимая во внимание, что в среднем молния имеет кратность равную трем, то при одном ударе переносится заряд в 6-8 Кл. Причем около 3-5 Кл из них стекает в канал лидера.
Интенсивность грозовой деятельности
Интенсивность грозовой деятельности оценивают исходя из продолжительности и периодичности гроз. Но самой важной характеристикой служит плотность ударов молнии в землю. Плотность ударов можно выразить как отношение количества ударов молнии на одном квадратном километре в течение года.
Производя расчет числа ударов молнии, учитывают, что объект принимает на себя те разряды, которые при его отсутствии поразили бы поверхность земли называемую поверхностью стягивания, которая для сосредоточенных объектов имеет форму круга, а для протяженных – прямоугольника. Согласно исследованиям было определено, что радиус площади стягивания в три раза больше высоты объекта. Данные о плотности ударов молнии можно получить у метеорологической службы или рассчитать по формуле: N = 6.7 * T / 100. Где Т – среднегодовая продолжительность гроз, которую определяют по картам интенсивности грозовой деятельности.
Грозовая деятельность напрямую зависит от климатической зоны и рельефа местности. В связи с этим периодичность образования грозовых туч и число поражений молнией в разных районах земли может сильно отличаться.
Как видно, молния является очень сложным физическим явлением с множеством характеристик. Все эти параметры учитываются при проектировании молниезащитных устройств, которые позволяют чувствовать себя намного уверенней во время разгула стихии.
Оцените статью!