Еще 250 лет назад знаменитый американский ученый и общественный деятель Бенджамин Франклин установил, что молния — это электрический разряд. Но до сих пор раскрыть до конца все тайны, которые хранит молния, не удается: изучать это природное явление сложно и опасно.

(20 фото молний + видео Молния в замедленной съёмке)

Внутри тучи

Грозовую тучу не спутаешь с обычным облаком. Ее мрачный, свинцовый цвет объясняется большой толщиной: нижний край такой тучи висит на расстоянии не более километра над землей, верхний же может достигать высоты 6-7 километров.

Что происходит внутри этой тучи? Водяной пар, из которого состоят облака, замерзает и существует в виде ледяных кристаллов. Восходящие потоки воздуха, идущие от нагретой земли, увлекают мелкие льдинки вверх, заставляя их все время сталкиваться с крупными, оседающими вниз.

Кстати, зимой земля нагревается меньше, и в это время года, практически, не образуется мощных восходящих потоков. Поэтому зимние грозы — крайне редкое явление.

В процессе столкновений льдинки электризуются, точно так же, как это происходит при трении различных предметов один о другой, — например, расчески о волосы. Причем, мелкие льдинки приобретают заряд положительный, а крупные — отрицательный. По этой причине верхняя часть молниеобразующего облака приобретает положительный заряд, а нижняя — отрицательный. Возникает разность потенциалов в сотни тысяч вольт на каждом метре расстояния — как между облаком и землей, так и между частями облака.

Развитие молнии

Развитие молнии начинается с того, что в некотором месте облака возникает очаг с повышенной концентрацией ионов — молекул воды и, составляющих воздух, газов, от которых отняли или к которым добавили электроны.

По одним гипотезам, такой очаг ионизации получается из-за разгона в электрическом поле свободных электронов, всегда имеющихся в воздухе в небольших количествах, и соударением их с нейтральными молекулами, которые сразу же ионизируются.

По другой гипотезе, начальный толчок вызывается космическими лучами, которые все время пронизывают нашу атмосферу, ионизируя молекулы воздуха.

Ионизированный газ служит неплохим проводником электричества, поэтому через ионизированные области начинает течь ток. Дальше — больше: проходящий ток нагревает область ионизации, вызывая всё новые высокоэнергетичные частицы, которые ионизируют близлежащие области, — канал молнии очень быстро распространяется.

Вслед за лидером

На практике процесс развития молнии происходит в несколько стадий. Сначала передний край проводящего канала, называемый «лидером», продвигается скачками по нескольку десятков метров, каждый раз, немного меняя направление (от этого молния получается извилистой). Причем скорость продвижения «лидера» может, в отдельные моменты, достигать 50 тысяч километров за одну-единственную секунду.

В конце концов, «лидер» достигает земли или другой части облака, но это еще не главная стадия дальнейшего развития молнии. После того, как ионизированный канал, толщина которого может достигать нескольких сантиметров, оказывается «пробит», по нему с огромной скоростью — до 100 тысяч километров всего за одну секунду — устремляются заряженные частицы, это и есть сама молния.

Ток в канале составляет сотни и тысячи ампер, а температура внутри канала, при этом, достигает 25 тысяч градусов — потому молния и дает столь яркую вспышку, видимую за десятки километров. А мгновенные перепады температур, в тысячи градусов, создают сильнейшие перепады давления воздуха, распространяющиеся в виде звуковой волны — грома. Этот этап длится очень недолго — тысячные доли секунды, но энергия, которая при этом выделяется, огромна.

Конечная стадия

На конечной стадии скорость и интенсивность движения зарядов в канале снижается, но, все равно, остаются достаточно большими. Именно этот момент наиболее опасен: конечная стадия может длиться только десятые (и даже меньше) доли секунды. Такое, достаточно длительное, воздействие на предметы на земле (например, на сухие деревья) часто приводит к пожарам и разрушениям.

Причем, как правило, одним разрядом дело не ограничивается — по проторенному пути могут двинуться новые «лидеры», вызывая в том же самом месте повторные разряды, по количеству доходящих до нескольких десятков.

Несмотря на то, что человечеству известна молния с момента появления самого человека на Земле, до настоящего времени она до конца еще не изучена.

Как правило, наблюдается после молнии. Подобные явления вызывали жуткое чувство страха у наших предков, они считали их проявлением гнева богов. Во времена древних славян было распространено язычество. Они поклонялись разным богам, в том числе и Перуну - богу грозы, молнии и грома. Он был главным в древнеславянском пантеоне. И, как любому великому посвящался персональный праздник. День Перуна праздновали 21 июля. Бог почитался как дающий живительный для природы дождь. В этот день предки славили его, после освящали свое оружие, производили жертвоприношение, проводили обряд поминовения павших в боях воинов. Завершением дня была обильная трапеза и игрища.

Эти времена канули в Лету, а гром и молния остались. Заглянем в специализированные справочники или учебники природоведения. Там мы можем прочитать, что такое гром - это звук колеблющегося воздуха вокруг молнии, который быстро нагревается и расширяется. Наверное, вы не раз обращали внимание на то, что иногда мы сначала видим электрический разряд, а только потом слышим грохот. Происходит так потому, что световые волны распространяются со скоростью около 300000 км/с, а звуковые - намного медленнее, около 335 м/с. Но не всегда гром и молния едины во время грозы. Бывает так, что вспышка молнии произошла, а звуков не слышно. Такое может быть, если гроза довольно далеко. Случается, что гремит гром, но молнии не видно - ее будет трудно рассмотреть в ясный день и тогда, когда она образуется внутри тучи.

Если вы захотите узнать, как далеко находится гроза, сделать это не составит никакого труда. Вам необходимо всего лишь посчитать, сколько секунд пройдет между вспышкой электрического разряда и звуком грома, разделить на три, и вы будете знать, на расстоянии скольких километров от вас идет гроза. Если произвести несколько подобных расчетов, то вы сможете узнать, приближается или удаляется от вас туча. В случае, когда гром не слышен, можно утверждать, что грозовой фронт находится от вас более чем в двадцати километрах.

Чтобы разобраться, как образуется молния, следует вспомнить школьную программу - раздел об электричестве. Известно, что все предметы заряжены либо положительно, либо отрицательно. Во время грозы в облаке капли, конденсируясь, забирают положительно заряженные частицы. Туча становится отрицательно заряженной относительно Земли. В случае, когда заряд в облаке дождя слишком большой, происходит разряд молнии. Такое же явление вы можете наблюдать, когда подобное возникает между облаками.

Теперь давайте разберемся, что такое гром? Во время электрического разряда воздух очень быстро расширяется, потом сжимается, при этом происходит быстрое перемещение воздушных потоков. Когда происходит соприкосновение между ними, слышен звук грома. Громкость этих раскатов может достигать 120 децибел.

Прочитав эту статью, вы узнали сами и сможете объяснить маленьким почемучкам, что такое гром, молния, как они образуются и почему раздается грохот.

Узнать: Что такое гром? Что такое молния?

Может ли быть гром без молнии и наоборот, молния без грома?

Может ли быть гроза в другое время года, например, зимой?

Как влияют гром и молния на психику человека?

Как соответствуют действительности народные приметы о грозе?

Цель статьи:

Выяснить происхождение грома и молнии и узнать, что страшнее и опаснее – гром или молния?

Проверить соответствие народных примет о грозе

Найти научную информацию о происхождении молнии и грома;

Найти народные приметы об этих явлениях природы;

Пронаблюдать: почему бывает гроза, как она проходит; ее влияние на состояние человека и животных; состояние природы после грозы;

Сделать свои выводы.

Гипотезы:

1. Если несколько дней стоит жаркая погода, то непременно будет гроза.

2. Приближение грозы чувствуют животные и птицы.

3. Молния – это очень большой электрический заряд, поэтому она опасна для жизни человека.

Продукт исследовательской деятельности:

Составить сборник народных примет и загадок о грозе.

Методы исследования:

Анализ литературы, наблюдения

Многим природным явлениям мы не придаем особого значения, воспринимая их как что-то само собой разумеющееся. А вот гроза, видимо, не оставляет равнодушным ни одного человека на земле.

Многие боятся грозы, особенно когда она проходит прямо над головой, когда все небо в молниях и грохочет гром.

Мне всегда бывает очень страшно, когда идет гроза.

Однажды, возвращаясь с юга на машине, мы попали под сильную грозу. Стоял жаркий июльский день. Было очень душно. Вдруг стали собираться тучи, послышался гром. Хлынул дождь. Было очень страшно. Мы продолжали ехать под проливным дождем. Я очень боялась грома. Как гром ударит – кажется земля раскололась. А почему он гремит? Отчего получается гром? Мне стало интересно узнать об этом.

О грозе в древней мифологии

Самый главный бог у древних греков – Зевс – был также богом молнии и грома. Его называли громовержцем, тучегонителем. Зевс хмурит брови – и сгущаются тучи. В гневе он поражает молнией, устрашает громом.

У римлян богом-громовержцем был Юпитер. Как у древних греков Зевс, так у римлян Юпитер считался главным богом. У индусов богом-громовержцем был бог Индра, у скандинавов – бог Тор, у славян – бог Перун.

Перун – бог грозовых туч, грома и молнии. Очень выразительный портрет Громовержца дал поэт Константин Бальмонт:

У Перуна мысли быстры,

Что захочет – так сейчас.

Сыплет искры, мечет искры

Из зрачков сверкнувших глаз.

Перун был вооружен палицей, луком со стрелами (молнии это стрелы, которые метал бог), и топором. Топор считался одним из главных символов бога.

Перун часто оказывается тесно связан помимо огня с культом воды, дерева и камня. Он считается родоначальником небесного огня, который нисходя на землю, дает жизнь. С наступлением весеннего тепла он оплодотворяет землю дождями и выводит из-за туч ясное солнце. Его усилиями мир всякий раз как бы рождается заново.

Славяне представляли Перуна в образе всадника, скачущего по небесам на коне или едущего на колеснице. Грохот от колесницы люди принимали за раскаты грома. А так же Перуна представляли себе в виде немолодого разгневаного мужчины с рыжей клубящейся бородой. Отмечают, что рыжая борода - непременная черта Бога грозы у самых разных народов. В частности, рыжебородым считали Громовержца Тора в скандинавском пантеоне. У Перуна точно известно что волосы были как грозовая туча - черно -серебряные. Колесница Перуна была запряжена крылатыми жеребцами, белыми и воронами.

Само имя Перуна очень древнее. В переводе на современный язык оно означает "Тот кто сильнее бьет", "разящий". Перуна считали учредителем нравственого закона и самым первым защитником Правды.

Люди верили что Перун, гуляя по белому свету охотно принимает облик лесного быка Тура, поэтому бык считался священным животным Перуна.

Святилища Перуна устраивались под открытым небом. Они имели форму цветка; в тех святилищах, что раскопаны археологами, "лепестков" обычно восемь, но в древнейшие времена, по мнению ученых, их было шесть. "Лепестки" представляли собой ямы, в которых горел неугасимые священные костры. Посередине ставилось скульптурное изображение Перуна. Перед изображением Бога помещался алтарь, обычно в виде каменного кольца. Туда складывались приношения и проливали жертвенную кровь: чаще всего животную.

Научное объяснение происхождения грома и молнии

Гром получается от молний. Это из-за них весь шум и треск. А молнии получаются из-за столкновения туч. Влажный воздух поднимается вверх, получаются дождевые облака. Так как вверху холодно, то капельки превращаются в кристаллы льда. Кристаллы в облаках трутся друг о друга, образуется электричество, и получается вспышка – это молния. Небо освещается молнией, воздух на ее пути нагревается и быстро расширяется. Возникает взрывная волна, и мы слышим гром. Об этом даже есть стихотворение:

Говорила туча туче:

Прочь с дороги, пар летучий!

Ты не видишь – я спешу.

Налечу и сокрушу!

Отвечала туча туче:

Ты сама сверни-ка лучше.

Не уйдешь с дороги прочь –я

Разнесу тебя на клочья.

Раскатился смех в ответ:

Уступить дорогу? Нет!

Гряну саблей громовой –

И простишься с головой!

Не пугай, на этот случай

У меня заряд гремучий.

Буду биться я с тобой

Электрической стрелой.

Почернели обе тучи,

Лбы - что каменные кручи.

И, как в поле два быка,

Сшиблись в небе облака.

Вмиг вокруг все потемнело,

В страхе мир закрыл глаза.

Обе тучи то и дело

Мечут огненные стрелы,

Насмерть саблями разя.

Покатил по небу гром,

Сотрясая все кругом,

Тут сверкает, блещет там –

Трах! – и небо пополам!

И дрожат леса, поля:

Вдруг расколется земля?!

Бывает ли гром без молний? При грозе гром и молния возникают одновременно, но мы видим сначала молнию, а потом слышим гром. Гром – это всего лишь звук грозового разряда, который вызывает молнию.

Что правильно: громоотводы или молниеотводы?

Что страшнее: гром или молния?

От настоящего грома нет никакого вреда. Опасаться надо молнии, которая его породила. Молния – это огромная электрическая искра. В считанные доли секунды она пролетает несколько километров. Воздух на ее пути мгновенно раскаляется. Происходит взрыв. Звук от него – гром. С молнией шутки плохи.

Ударит в копну сена – подожжет, пожар устроит. Поэтому жилые дома, заводские трубы защищают молниеотводами. Это такой металлический стержень. Один его конец возвышается над постройками, другой закопан в землю. Молния сразу находит короткую дорожку и, не причинив никому и ничему вреда, уходит в землю. По привычке люди говорят - громоотводы. Но это неправильно. Правильно – молниеотводы.

Мои наблюдения и выводы

Летом я вела наблюдения, по каким признакам можно ожидать наступление грозы, постаралась соотнести их с народными приметами.

Я проанализировала результаты и сделала выводы:

1. Гроза чаще всего ожидается после продолжительной жары.

2. Перед грозой: С утра жарко и душно. «Парит! Будет гроза», - говорят люди.

К вечеру надвигается на небосвод огромная черная туча. Она ширится, растет на глазах и вот уже зловеще нависает над головой. Порывы сильного ветра поднимают с земли столбы пыли, обломанные ветки, срывают листья. Сгущаются сумерки. Ярко вспыхивает молния, ослепляя мгновенным светом. Оглушительно гремит гром. И вот сверху обрушиваются потоки воды.

3. Во время грозы. Проливной дождь идет. Кругом ничего не видно. На земле образуются лужи, заполняются водой все ямки и углубления. Они переполняются водой и потекли ручьи. Постепенно светлеет. Дождь стихает. Появляется ласковое солнышко.

4. После грозы.

Свежесть в воздухе. Чувство облегчения. Радость в душе. Щебет птиц. Хочется сказать грозе: «Спасибо! Как стало свежо! Уже совсем не страшно!». Она, как-будто, услышав благодарные слова, посылает нам чудесную радугу.

Я проверила некоторые народные приметы. Действительно:

1. Комары кусаются сильнее перед дождем.

2. Ласточки низко летают – к дождю.

3. Лягушки прыгают на суше – перед дождем.

4. Птицы приумолкли – перед грозой, ждут грома.

Гром и молнию можно сравнить с работой электросварщика. При сварке тоже вспыхивает искра – молния. А треск от нее – это как бы гром. От удара такой молнии сварщика защищают брезентовые рукавицы, от ослепительного света – черные очки. Я тоже видела летом как работают сварщики.

Однажды у мамы перегорел утюг – засверкало и затрещало.

В неисправленной розетке при включении электроприбора тоже засверкало и послышался треск. Папа сказал, что это тоже молния и гром, только маленькие, но точно также опасны как и настоящие.

Правила безопасного поведения во время грозы

Как вести себя во время грозы?

Я читала рассказ Льва Николаевича Толстого «Как меня в лесу застала гроза» В этом рассказе автор рассказывает случай из своего детства. Как он ходил в лес за грибами и попал под грозу. Он спрятался под большой дуб, а в него попала молния и разбила дуб в щепки. Мальчик упал и лежал до тех пор, пока не закончилась гроза. А потом он взял грибы и побежал домой.

Вывод: нельзя прятаться во время грозы под деревьями!

Я составила правила безопасного поведения во время грозы:

1. Если гроза застала тебя в открытом месте, ложись на землю, спрячься в яму или ложбинку, беги в укрытие – машину или здание. Ведь молния всегда ударяет в возвышенные места.

2. Если гроза застала тебя в воде, незамедлительно выходи на берег.

При попадании молнии в водоем, можно сильно пострадать.

3. Во время грозы нельзя прятаться под отдельно стоящими деревьями. Не стоит прятаться под высокими деревьями. В них чаще всего попадает молния.

4. Лучше всего переждать грозу в кустарнике. Туда молния не попадет.

Еще мне очень понравилось стихотворение по правилам безопасности во время грозы:

Люблю грозу в начале мая,

Когда весенний первый гром,

Как будто ласково играя,

Как бахнет издали ведром.

Но знает вся моя деревня,

И знают все мои друзья,

Что под высокие деревья

От молний прятаться нельзя.

Пусть далеко идти до дома,

Но нам, друзья, не ведом страх,

И я бегу из водоема

И прячусь от грозы в кустах.

Люблю грозу в начале мая.

Пусть гром гремит и дождь идет,

И ярко молния сверкает

В меня она не попадет!

Сборник загадок, народных примет о грозе

1. Подходила – грохотала, стрелы на поле метала.

Нам казалось - шла бедой, оказалось шла с водой.

Подошла и пролилась. Вдоволь пашня напилась. (Туча).

2. Сперва – блеск, за блеском – треск, за треском – плеск. (Гроза).

3. Громко стучит,

Звонко кричит,

А что говорит,

Никому не понять

И мудрецам не узнать. (Гром).

4. Раскаленная стрела

Дуб свалила у села. (Молния).

5. Сверкнет, громыхнет,

Мигнет, всех напугает. (Гром и молния).

7. Конь бежит, земля дрожит. (Гром).

8. На небе стукнет, на земле слышно. (Гром).

9. От небесного стука земля дрожит. (Гром).

10. Летит орлица по синему небу,

Крылья распластала,

Солнышко застлала. (Туча).

11. Ног нет, а идет,

Глаз нет, а плачет. (Туча).

12. Огнем сыплет, водой брызжет. (Грозовая туча).

13. Меня никто не видит, но всякий слышит, а верную спутницу мою всякий может видеть, но никто не слышит. (Гром и молния).

14. Летит птица орел, несет в зубах огонь, посередине его – человечья смерть. (Молния).

15. Заревел медведь на все горы, на все моря. (Гром).

16. Конь бежит, земля дрожит. (Гром).

17. Каркнул ворон

На сто городов,

На тысячу озер. (Гром).

18. Трах – тарарах! – едет баба на горах, батогом стучит, на весь свет ворчит. (Туча грозовая).

19. Без огня горит, без крыл летит, без ног бежит. (Туча грозовая).

20. Летит птица без крыла,

Бьет охотник без ружья,

Повар жарит без огня,

Баран ест безо рта. (Туча, гром, солнце и земля).

Народные приметы:

1. Птицы приумолкли – жди грома.

2. Утки надрывно кричат, хлопают крыльями, ныряют – грозу кличут.

3. Ласточки низко летают – к дождю, к грозе.

4. Жаворонки нахохлились – быть грозе.

5. Комары кусаются сильнее обычного обычно к грозе.

6. Муравьи прячутся в свои домики – к грозе.

7. Если ночью звезды сильно мерцают, а с утра небо покрыто тучами, то в полдень будет гроза.

8. Лягушки расквакались перед дождем.

9. Лягушки на суше прыгают – к дождю.

10. Утром слышен гром – вечером дождь.

11. Молния на западе – дождь следом.

12. Гром гремит долго и не резко – к ненастью; если же отрывисто и непродолжительно – будет ясно.

13. Если же гром гремит беспрерывно – будет град.

14. Если летом при холодной дождливой погоде гремит гром, следует ожидать длительной прохладной погоды, часто с дальнейшим понижением температуры.

15. Вода темнеет в реках перед грозой.

16. Лучи солнца темнеют – к сильной грозе.

17. Гром ранней весной – перед холодом.

18. Первый гром при северном ветре – холодная весна, при восточном – сухая и теплая, при южном – теплая, при западном – мокрая.

19. Гром в сентябре – теплая осень.

Бояться грозы не надо, но соблюдать осторожность во время грозы необходимо. Разряды атмосферного электричества могут нанести большой ущерб народному хозяйству и оказаться опасным для жизни, если своевременно не принять мер предосторожности. Опасаться надо молнии, а не грома. Известный американский специалист по грозам доктор К. В. Макихрон сказал, что, если вы услышите гром, молния вас уже не ударит; если вы увидели молнию, она уже не попадет в вас, а если она в вас ударит, вы об этом не узнаете.

Так я узнала, как получается гром и молния и что из них страшнее?

Теперь я не боюсь грома, а чтобы защититься от молнии, буду соблюдать правила. Я сделала вывод: бояться грома не надо, опасна молния.

Мои гипотезы подтвердились

Молния - это мощный электрический разряд. Он возникает при сильной электризации туч или земли. Поэтому разряды молнии могут происходить или внутри облака, или между соседними наэлектризованными облаками, или между наэлектризованным облаком и землей. Разряду молнии предшествует возникновение разности электрических потенциалов между соседними облаками или между облаком и землей.

Электризация, то есть образование сил притяжения электрической природы, всем хорошо знакома из повседневного опыта.

Если расчесать чистые сухие волосы пластмассовой расческой, они начинают притягиваться к ней, или даже искрят. После этого расческа может притягивать и другие мелкие предметы, например, мелкие бумажки. Это явление называется электризация трением .

Что вызывает электризацию облаков? Ведь они не трутся друг о друга, как это происходит при образовании электростатического заряда на волосах и на расческе.

Грозовое облако - это огромное количество пара, часть которого сконденсирована в виде мельчайших капелек или льдинок. Верх грозового облака может находиться на высоте 6-7 км, а низ нависать над землей на высоте 0,5-1 км. Выше 3-4 км облака состоят из льдинок разного размера, так как температура там всегда ниже нуля. Эти льдинки находятся в постоянном движении, вызванном восходящими потоками теплого воздуха от нагретой поверхности земли. Мелкие льдинки легче, чем крупные, увлекаются восходящими потоками воздуха. Поэтому "шустрые" мелкие льдинки, двигаясь в верхнюю часть облака, все время сталкиваются с крупными. Каждое такое столкновение приводит к электризации. При этом крупные льдинки заряжаются отрицательно, а мелкие - положительно. Со временем положительно заряженные мелкие льдинки оказываются в верхней части облака, а отрицательно заряженные крупные - внизу. Другими словами, верх грозовой тучи заряжен положительно, а низ - отрицательно.

Электрическое поле тучи имеет огромную напряженность - около миллиона В/м. Когда большие противоположно заряженные области подходят достаточно близко друг к другу, некоторые электроны и ионы, пробегая между ними, создают светящийся плазменный канал, по которому за ними устремляются остальные заряженные частицы. Так происходит молниевый разряд.

Во время этого разряда выделяется огромная энергия - до миллиарда Дж. Температура канала достигает 10 000 К, что и рождает яркий свет, который мы наблюдаем при разряде молнии. Облака постоянно разряжаются по этим каналам, и мы видим внешние проявления данных атмосферных явлений в виде молний.

Раскаленная среда взрывообразно расширяется и вызывает ударную волну, воспринимаемую как гром.

Мы и сами можем смоделировать молнию, пусть миниатюрную. Опыт следует производить в темном помещении, иначе ничего не будет видно. Нам потребуется два продолговатых воздушных шарика. Надуем их и завяжем. Затем, следя, чтобы они не соприкасались, одновременно натрем их шерстяной тряпочкой. Воздух, наполняющий их, электризуется. Если шарики сблизить, оставив между ними минимальный зазор, то от одного к другому через тонкий слой воздуха начнут проскакивать искры, создавая световые вспышки. Одновременно мы услышим слабое потрескивание - миниатюрную копию грома при грозе.

Каждый, кто видел молнию, заметил, что это не ярко светящаяся прямая, а ломаная линия. Поэтому процесс образования проводящего канала для разряда молнии называют ее "ступенчатым лидером". Каждая из таких "ступенек" - это место, где разогнавшиеся до околосветовых скоростей электроны остановились из-за столкновений с молекулами воздуха и изменили направление движения.

Таким образом, молния - это пробой конденсатора, у которого диэлектриком является воздух, а обкладками - облака и земля. Емкость такого конденсатора невелика - примерно 0,15 мкФ, но запас энергии огромен, так как напряжение достигает миллиарда вольт.

Одна молния состоит обычно из нескольких разрядов, каждый из которых длится всего несколько десятков миллионных долей секунды.

Наиболее часто молния возникает в кучево-дождевых облаках. Молния бывает также при вулканических извержениях, торнадо и пылевых бурях.

Существует несколько видов молний по форме и по направлению разряда. Разряды могут происходить:

• между грозовым облаком и землей,
• между двумя облаками,
• внутри облака,
• уходить из облака в чистое небо.

Доклад

Гром и молния

Гром - звуковое явление в атмосфере, сопровождающее разряд молнии. Гром представляет собой колебания воздуха под влиянием очень быстрого повышения давления на пути молнии, вследствие нагревания приблизительно до 30 000 °С. Раскаты грома возникают из-за того, что молния имеет значительную длину и звук от разных её участков и доходит до уха наблюдателя не одновременно, кроме того возникновению раскатов способствует отражение звука от облаков, а также потому, что из-за рефракции звуковая волна распространяется по различным путям и приходит с различными запаздываниями, кроме того сам разряд происходит не мгновенно, а продолжается конечное время.

Громкость раскатов грома может достигать 120 децибел.

Измеряя интервал времени прошедший между вспышкой молнии и ударом грома можно приблизительно определить расстояние, на котором находится гроза. Так как скорость света очень вел ика по сравнению со скоростью звука, то ею можно пренебречь, учитывая лишь скорость звука, которая составляет приблизительно 350 метров в секунду. (Но скорость звука очень изменчива, зависит от температуры воздуха, чем она ниже, тем меньше скорость.) Таким образом, умножив время между вспышкой молнии и ударом грома в секундах на эту величину, можно судить о близости грозы, а сопоставляя подобные измерения, можно судить о том, приближается ли гроза к наблюдателю (интервал между молнией и громом сокращается) или удаляется (интервал увеличивается). Как правило, гром слышен на расстоянии до 15-20 километров, таким образом, если наблюдатель видит молнию, но не слышит грома, то гроза находится на расстоянии не менее 20 километров.

Искровой разряд (искра электрическая) - нестационарная форма электрического разряда, происходящая в газах. Такой разряд возникает обычно при давлениях порядка атмосферного и сопровождается характерным звуковым эффектом - «треском» искры. Температура в главном канале искрового разряда может достигать 10 000 К. В природе искровые разряды часто возникают в виде молний. Расстояние "пробиваемое" искрой в воздухе зависит от напряжения и считается равным 10 кВ на 1 сантиметр.

Иcкровой разряд обычно происходит, если мощность источника энергии недостаточна для поддержания стационарного дугового разряда или тлеющего разряда. В этом случае одновременно с резким возрастанием разрядного тока напряжение на разрядном промежутке в течение очень короткого времени (от несколько микросекунд до нескольких сотен микросекунд) падает ниже напряжения погасания искрового разряда, что приводит к прекращению разряда. Затем разность потенциалов между электродами вновь растет, достигает напряжения зажигания и процесс повторяется. В других случаях, когда мощность источника энергии достаточно велика, также наблюдается вся совокупность явлений, характерных для этого разряда, но они являются лишь переходным процессом, ведущим к установлению разряда другого типа - чаще всего дугового. Если источник тока не способен поддерживать самостоятельный электрический разряд в течение длительного времени, то наблюдается форма самостоятельного разряда, называемая искровым разрядом.

Искровой разряд представляет собой пучок ярких, быстро исчезающих или сменяющих друг друга нитевидных, часто сильно разветвленных полосок - искровых каналов. Эти каналы заполнены плазмой, в состав которой в мощном искровом разряде входят не только ионы исходного газа, но и ионы вещества электродов, интенсивно испаряющегося под действием разряда. Механизм формирования искровых каналов (и, следовательно, возникновения искрового разряда) объясняется стримерной теорией электрического пробоя газов. Согласно этой теории, из электронных лавин, возникающих в электрическом поле разрядного промежутка, при определенных условиях образуются стримеры - тускло светящиеся тонкие разветвленные каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщепленные от них свободные электроны. Среди них можно выделить т. н. лидер - слабо светящийся разряд, «прокладывающий» путь для основного разряда. Он, двигаясь от одного электрода к другому, перекрывает разрядный промежуток и соединяет электроды непрерывным проводящим каналом. Затем в обратном направлении по проложенному пути проходит главный разряд, сопровождаемый резким возрастанием силы тока и количества энергии, выделяющегося в них. Каждый канал быстро расширяется, в результате чего на его границах возникает ударная волна. Совокупность ударных волн от расширяющихся искровых каналов порождает звук, воспринимаемый как «треск» искры (в случае молнии - гром).

Напряжение зажигания искрового разряда, как правило, достаточно велико. Напряженность электрического поля в искре понижается от нескольких десятков киловольт на сантиметр (кв/см) в момент пробоя до ~100 вольт на сантиметр (в/см) спустя несколько микросекунд. Максимальная сила тока в мощном искровом разряде может достигать значений порядка нескольких сотен тысяч ампер.

Особый вид искрового разряда - скользящий искровой разряд, возникающий вдоль поверхности раздела газа и твёрдого диэлектрика, помещенного между электродами, при условии превышения напряженностью поля пробивной прочности воздуха. Области скользящего искрового разряда, в которых преобладают заряды какого-либо одного знака, индуцируют на поверхности диэлектрика заряды другого знака, вследствие чего искровые каналы стелются по поверхности диэлектрика, образуя при этом так называемые фигуры Лихтенберга. Процессы, близкие к происходящим при искровом разряде, свойственны также кистевому разряду, который является переходной стадией между коронным и искровым.

Молния - гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, обычно происходит во время грозы, проявляющийся яркой вспышкой света и сопровождающим её громом. Молнии также были зафиксированы на Венере, Юпитере, Сатурне и Уране. Ток в разряде молнии достигает 10-20 тысяч ампер, поэтому мало кому из людей удается выжить после поражения их молнией.

Электрическая природа молнии была раскрыта в исследованиях американского физика Б. Франклина, по идее которого был проведён опыт по извлечению электричества из грозового облака. Широко известен опыт Франклина по выяснению электрической природы молнии. В 1750 году им опубликована работа, в которой описан эксперимент с использованием воздушного змея, запущенного в грозу. Опыт Франклина был описан в работе Джозефа Пристли.

Средняя длина молнии 2,5 км, некоторые разряды простираются в атмосфере на расстояние до 20 км. Ток в разряде молнии достигает 10-20 тысяч ампер.

Формирование молнии

Наиболее часто молния возникает в кучево-дождевых облаках, тогда они называются грозовыми; иногда молния образуется в слоисто-дождевых облаках, а также при вулканических извержениях, торнадо и пылевых бурях.

Обычно наблюдаются линейные молнии, которые относятся к так называемым безэлектродным разрядам, так как они начинаются (и заканчиваются) в скоплениях заряженных частиц. Это определяет их некоторые до сих пор не объяснённые свойства, отличающие молнии от разрядов между электродами. Так, молнии не бывают короче нескольких сотен метров; они возникают в электрических полях значительно более слабых, чем поля при межэлектродных разрядах; сбор зарядов, переносимых молнией, происходит за тысячные доли секунды с миллиардов мелких, хорошо изолированных друг от друга частиц, расположенных в объёме несколько км³. Наиболее изучен процесс развития молнии в грозовых облаках, при этом молнии могут проходить в самих облаках - внутриоблачные молнии, а могут ударять в землю - наземные молнии. Для возникновения молнии необходимо, чтобы в относительно малом (но не меньше некоторого критического) объёме облака образовалось электрическое поле (см. атмосферное электричество) с напряжённостью, достаточной для начала электрического разряда (~ 1 МВ/м), а в значительной части облака существовало бы поле со средней напряжённостью, достаточной для поддержания начавшегося разряда (~ 0,1-0,2 МВ/м). В молнии электрическая энергия облака превращается в тепловую и световую.

Наземные молнии

Процесс развития наземной молнии состоит из нескольких стадий. На первой стадии, в зоне, где электрическое поле достигает критического значения, начинается ударная ионизация, создаваемая вначале свободными зарядами, всегда имеющимися в небольшом количестве в воздухе, которые под действием электрического поля приобретают значительные скорости по направлению к земле и, сталкиваясь с молекулами, составляющими воздух, ионизуют их. По более современным представлениям, разряд инициируют высокоэнергетические космические лучи, которые запускают процесс, получивший название пробоя на убегающих электронах. Таким образом возникают электронные лавины, переходящие в нити электрических разрядов - стримеры, представляющие собой хорошо проводящие каналы, которые, сливаясь, дают начало яркому термоионизованному каналу с высокой проводимостью - ступенчатому лидеру молнии.

Движение лидера к земной поверхности происходит ступенями в несколько десятков метров со скоростью ~ 50 000 километров в секунду, после чего его движение приостанавливается на несколько десятков микросекунд, а свечение сильно ослабевает; затем в последующей стадии лидер снова продвигается на несколько десятков метров. Яркое свечение охватывает при этом все пройденные ступени; затем следуют снова остановка и ослабление свечения. Эти процессы повторяются при движении лидера до поверхности земли со средней скоростью 200 000 метров в секунду.

По мере продвижения лидера к земле напряжённость поля на его конце усиливается и под его действием из выступающих на поверхности Земли предметов выбрасывается ответный стример, соединяющийся с лидером. Эта особенность молнии используется для создания молниеотвода.

Главный разряд разряжает нередко только часть облака. Заряды, расположенные на больших высотах, могут дать начало новому (стреловидному) лидеру, движущемуся непрерывно со скоростью в тысячи километров в секунду. Яркость его свечения близка к яркости ступенчатого лидера. Когда стреловидный лидер доходит до поверхности земли, следует второй главный удар, подобный первому. Обычно молния включает несколько повторных разрядов, но их число может доходить и до нескольких десятков. Длительность многократной молнии может превышать 1 сек. Смещение канала многократной молнии ветром создаёт так называемую ленточную молнию - светящуюся полосу.

Внутриоблачные молнии

Внутриоблачные молнии включают в себя обычно только лидерные стадии; их длина колеблется от 1 до 150 км. Доля внутриоблачных молний растет по мере смещения к экватору, меняясь от 0,5 в умеренных широтах до 0,9 в экваториальной полосе. Прохождение молнии сопровождается изменениями электрических и магнитных полей и радиоизлучением, так называемыми атмосфериками.

Вероятность поражения молнией наземного объекта растет по мере увеличения его высоты и с увеличением электропроводности почвы на поверхности или на некоторой глубине (на этих факторах основано действие громоотвода). Если в облаке существует электрическое поле, достаточное для поддержания разряда, но недостаточное для его возникновения, роль инициатора молнии может выполнить длинный металлический трос или самолёт - особенно, если он сильно электрически заряжен. Таким образом иногда «провоцируются» молнии в слоисто-дождевых и мощных кучевых облаках.

Молнии в верхней атмосфере

В 1989 году был обнаружен особый вид молний - эльфы, молнии в верхней атмосфере. В 1995 году был открыт другой вид молний в верхней атмосфере - джеты.

Эльфы (англ. Elves; Emissionsof Lightand VeryLow Frequency Perturbations from Electromagnetic PulseSources) представляют собой огромные, но слабосветящиеся вспышки-конусы диаметром около 400 км, которые появляются непосредственно из верхней части грозового облака. Высота эльфов может достигать 100 км, длительность вспышек - до 5 мс (в среднем 3 мс).

Джеты представляют собой трубки-конусы синего цвета. Высота джетов может достигать 40-70 км (нижняя граница ионосферы), живут джеты относительно дольше эльфов.

Взаимодействие молнии с поверхностью земли и расположенными на ней объектами

«В каждую секунду около 50 молний ударяются в поверхность земли, и в среднем каждый ее квадратный километр молния поражает шесть раз за год».

Самые мощные молнии вызывают рождение фульгуритов.

Люди и молния

Молнии - серьёзная угроза для жизни людей. Поражение человека или животного молнией часто происходит на открытых пространствах, так как электрический ток идёт по кратчайшему пути «грозовое облако-земля». Часто молния попадает в деревья и трансформаторные установки на железной дороге, вызывая их возгорание. Поражение обычной линейной молнией внутри здания невозможно, однако бытует мнение, что так называемая шаровая молния может проникать через щели и открытые окна. Обычный грозовой разряд опасен для телевизионных и радиоантенн, расположенных на крышах высотных зданий, а также для сетевого оборудования.

В организме пострадавших отмечаются такие же патологические изменения, как при поражении электротоком. Жертва теряет сознание, падает, могут отмечаться судороги, часто останавливается дыхание и сердцебиение. На теле обычно можно обнаружить «метки тока», места входа и выхода электричества. В случае смертельного исхода причиной прекращения основных жизненных функций является внезапная остановка дыхания и сердцебиения, от прямого действия молнии на дыхательный и сосудодвигательный центры продолговатого мозга. На коже часто остаются так называемые знаки молнии, древовидные светло-розовые или красные полосы, исчезающие при надавливании пальцами (сохраняются в течение 1 - 2 суток после смерти). Они - результат расширения капилляров в зоне контакта молнии с телом.

При поражении молнией первая медицинская помощь должна быть неотложной. В тяжёлых случаях (остановка дыхания и сердцебиения) необходима реанимация, её должен оказать, не ожидая медицинских работников, любой свидетель несчастья. Реанимация эффективна только в первые минуты после поражения молнией, начатая через 10 - 15 минут она, как правило, уже не эффективна. Экстренная госпитализация необходима во всех случаях.