Физика атмосферы: понимание молнии и ее причин

Молния - что это?

Постоянно, в атмосфере земли возникают молнии, около 700 молний возникает каждую секунду. Ежегодно около 3000 человек погибают от ударов молнии. Не смотря на долго и плотное изучение этого явления, физическая природа молний не объяснена окончательно до сих пор. А большинство людей имеют достаточно слабое представление о том, что такое молния.

В этой статье мы проанализируем знания и выводы ученых физиков и постараемся дать ответ, что же такое молния?

Не смотря на то,что процесс образования молнии досрочно сложный, мы постараемся объяснить все простыми словами, превратив сложный научный язык в физику для чайников.

Молния - искровой электрический разряд в атмосфере Электрический разряд, это процесс протекания тока в среде, который связан с существенным увеличением ее электропроводности в сравнении с нормальным состоянием.

Можно выделить несколько видом электрических разрядов в газе:

• искровой.
• дуговой.
• тлеющий

Искровой вид молнии происходит при атмосферном давлении и всегда сопровождается характерным треском искры. Это совокупность исчезающих и сменяющие друг друга нитевидные искровых каналы. Эти каналы также называют стримерами. Каналы заполнены ионизированным газом, т.е. плазмой. Молния же, это огромная искра, а гром - это сильны трест.

Но все не так просто.

Природа молнии. Взгляд со стороны физики

Систему туча – земля или туча-туча можно рассмотреть как своеобразный конденсатор.

Воздух тут является диэлектриком между облаками. Нижняя часть облака имеет отрицательный заряд. При необходимой разности потенциалов между тучей и землей возникают условия, в которых и образуется молния.

Ступенчатый лидер

Если внимательно следить за молнией, то незадолго до образования молнии можно увидеть небольшое пятно, которое движется от тучи к земле.

Это и есть так называемый «ступенчатый лидер».

Электроны начинаются двигаться к земле под действием разности потенциалов. Двигаясь, электроны сталкиваются с молекулами воздуха и ионизируют их. От тучи к земле прокладывается как бы ионизированный канал. Т.к воздух, ионизирован свободными электронами электропроводность в зоне траектории лидера существенно возрастает. Для основного разряда, лидер прокладывает себе путь, двигаясь от тучи (от одного электрона) к земле (другому электрону). Т.к ионизация происходит неравномерно, лидер может разветвляться.

Обратная вспышка

Напряженность на конце лидера возрастает в тот момент, когда он приближается к земле.

В этот момент, из предметом, выступающих над поверхностью (деревья, крыши зданий) или из земли на встречу лидера выбрасывается ответный канал (стример).

На основе этого свойства разработана защита от молнии путем установки громоотводов.

Многие задаются вопросом, почему молния бьет в человека или дерево? Молнии все равно куда бить.

Молния всегда ищет короткий путь между тучей и землей.

Именно поэтому, нельзя во время грозы находится на открытом пространстве или на поверхности воды. Когда лидер достигает земли ( либо точки которая находится выше) то по каналу начинается течь ток.

Именно этот момент является самым ярким, появляется яркая вспышка молнии, этот процесс сопровождается выделением тока и выделением энергии.

Интересно будет знать, что та вспышка, которую мы видим во время молнии идет не от тучи к земле, а наоборот. Утверждение, что молния идет от неба к земле не верное, точнее будет сказать что молния образуется между небом и землей.

Молния гремит. Почему?

Если молния часто завораживает и притягивает взгляды, то гром, который всегда ее сопровождает напротив, пугает. Гром возникает в результате ударной волны, который зарождается быстрым расширением ионизированных каналов.

Частый вопрос, который задают студенты, и не только, это вопрос: почему сначала мы видим молнию а потом слышим гром.

Полезно знать: Если посчитать секунды между молнией и громом и умножив из на скорость звука, на каком расстоянии от вас ударила молния.

Инетересные факты о молниях и виды молний

Как не удивительно, но самой распространенной молнией является не молния возникающая между небом и землей, а молнии возникающие между облаками и не несут грозы.

Кроме наземных и внутриоблачных молний есть еще и молнии, которые образуются в верхних слоях атмосферы

Виды молний:

• наземные молнии
• внутриоблачные молнии
• шаровые молнии
• «эльфы»
• Джеты ,
• Спрайты.

Последние три вида молний самостоятельно нельзя наблюдать, для этого потребуются специальные приборы.

Некоторые факты о молниях.

Самая длинная молния которая была зафиксирована на земле составила 321 км в Оклахоме в 2007 году. Самая долгая молния длилась 7,74 секунды зафиксирована в альпах.

Молнии есть не только на нашей планете, но они также есть и на Венере, Сатурне, Уране и Юпитере. На Сатурне молнии в миллионы раз мощнее земных. Температура молний может достигать 30000 градусов Цельсия – что больше в 6 раз температуры поверхности Солнца.

Шаровая молния- что это?

Шаровая молния - отдельный вид молнии, природа которой остается до сих пор загадкой.

Внешне, молния представляет собой постоянно движущийся объект в виде шара. Движется молния по непредсказуемой траектории, может самостоятельно неожиданно исчезнуть , а может и разделиться на несколько молний.

О происхождении этого явления споры в ученых кругах до сих пор не утихают. В мире есть много гипотез, которые пытаются объяснить происхождение шаровой молнии. Часть гипотез сводится к тому, что эти молнии являются галлюцинациями. В лабораторных условиях не разу не удавалось наблюдать шаровую молнию.

Все знания для анализа и изучения ученые получают только из свидетельств очевидцев.