Природа и причины возникновения молнии

Задание № 1.

Детальный анализ опасностей и средств защиты от них.

Молния.

Разряды молнии представляют большую опасность для людей, здании, сооружений, инженерных коммуникаций. Опасными проявлениями молнии являются как прямой удар, так и вторичные воздействия - электромагнитная и электростатическая индукции, занос высоких потенциалов через наземные и подземные металлические коммуникации. Вторичные проявления молнии приводят к наведению потенциалов на металлических элементах конструкций, оборудовании, к опасности образования искрения внутри объекта.

Природа и причины возникновения молнии

Гроза - сложный атмосферный процесс, и ее возникновение обусловлено образованием кучево-дождевых облаков. сильная облачность является следствием значительной неустойчивости атмосферы. для грозы характерен сильный ветер, часто интенсивный дождь (снег), иногда с градом. перед грозой (за час, два до грозы) атмосферное давление начинает быстро падать вплоть до внезапного усиления ветра, а затем начинает повышаться.

Грозы можно разделить на местные, фронтальные, ночные, в горах.

Наиболее часто человек сталкивается с местными или тепловыми грозами. эти грозы возникают только в жаркое время при большой влажности атмосферного воздуха. как правило, возникают летом в полуденное или послеполуденное время (12-16 часов). водяной пар в восходящем потоке теплого воздуха на высоте конденсируется, при этом выделяется много тепла и восходящие потоки воздуха подогреваются. по сравнению с окружающим восходящий воздух теплее, он увеличивается в объеме, пока не превратится в грозовое облако. в больших по размеру грозовых облаках постоянно витают кристаллики льда и капельки воды. в результате их дробления и трения между собой и о воздух образуются положительные и отрицательные заряды, под действием которых возникает сильное электростатическое поле (напряженность электростатического поля может достигать 100 000 В/м). и разница потенциалов между отдельными частями облака, облаками или облаком и землей достигает громадных величин. при достижении критической напряженности электрического воздуха возникает лавинообразная ионизация воздуха - искровой разряд молнии.

Фронтальная гроза возникает, когда массы холодного воздуха проникают в район, где преобладает теплая погода. холодный воздух вытесняет теплый, при этом последний поднимается на высоту 5-7 км. теплые слои воздуха вторгаются внутрь вихрей различной направленности, образуется шквал, сильное трение между слоями воздуха, что способствует накоплению электрических зарядов. длина фронтальной грозы может достигать 100 км. в отличие от местных гроз после фронтальных обычно холодает.
ночная гроза связана с охлаждением земли ночью и образованием вихревых токов восходящего воздуха.
гроза в горах объясняется разницей в солнечной радиации, которой подвергаются южные и северные склоны гор. ночные и горные грозы несильные и непродолжительные.

Грозовая активность в различных района нашей планеты различна. мировые очаги гроз: остров ява - 220, экваториальная африка - 150, южная мексика - 142, панама - 132, центральная бразилия - 106 грозовых дней в году. россия: мурманск - 5, архангельск - 10, с-петербург - 15, москва - 20 грозовых дней в году. Как правило, чем южнее (для северного полушария Земли) и севернее (для южного полушария Земли), тем выше грозовая активность. грозы в арктике и антарктике очень редки. на Земле в год происходит 16 миллионов гроз. на каждый квадратный километр поверхности Земли приходится 2-3 удара молнии в год. в землю чаще всего ударяют молнии из отрицательно заряженных облаков. По виду молнии различаются на линейные, жемчужные и шаровые. Жемчужные и шаровые молнии довольно редкое явление.

Разряд развивается за несколько тысячных долей секунды; при столь высоких токах воздух в зоне канала молнии практически мгновенно разогревается до температуры 30 000-33 000° С. в результате резко повышается давление, воздух расширяется - возникает ударная волна, сопровождающаяся звуковым импульсом - громом. перед и во время грозы изредка в темное время на вершинах высоких заостренных объектов (макушках деревьев, мачтах, вершинах острых скал в горах, крестах церквей, молниеотводах, иногда в горах у людей на голове, поднятой руке или у животных) можно наблюдать свечение, получившее название «огни святого эльма». это название дано в древности моряками, наблюдавшими свечение на вершинах мачт парусников. Свечение возникает из-за того, что на высоких заостренных предметах напряженность электрического поля, создаваемого статическим электрическим зарядом облака, особенно высока; в результате начинается ионизация воздуха, возникает тлеющий разряд и появляются красноватые языки свечения, временами укорачивающиеся и опять удлиняющиеся. не следует пытаться тушить эти огни, т.к. горения нет. при высокой напряженности электрического поля может появиться пучок светящихся нитей - коронный разряд, который сопровождается шипением. линейная молния также изредка может возникнуть и при отсутствии грозовых облаков. не случайно возникла поговорка - «гром среди ясного неба».

Существует такое явление как шаровая молния, но оно довольно редко. На тысячу обычных линейных молний приходится 2-3 шаровых. Шаровая молния, как правило, появляется во время грозы, чаще к ее концу, реже после грозы. Возникает, но очень редко, при полном отсутствии грозовых явлений. Может иметь форму шара, эллипсоида, груши, диска и даже цепи соединенных шаров. Цвет молнии — красный, желтый, оранжево-красный, окружена светящейся пеленой. иногда молния ослепительно белая с очень резкими очертаниями. Цвет определяется содержанием различных веществ в воздухе. Форма и цвет молнии могут меняться во время разряда. измерить параметры шаровой молнии и смоделировать ее в лабораторных условиях не удалось. по всей видимости, многие наблюдаемые неопознанные летающие объекты (НЛО) по своей природе аналогичны или близки шаровой молнии. В Ставропльском крае зафиксирован случай: во время грозы огненный шар величиной с футбольный мяч, подпрыгивая, катился по улице. При соприкосновении с землей он выбивал ямы полметра в глубину и полтора в диаметре. В итоге шар изрешетил всю улицу на протяжении двух кварталов, потом с шумом разорвался и огненной струей ушел в небо.

Размеры шаровой молнии бывают от нескольких сантиметров до нескольких метров. обычно шаровая молния легко парит или катится над землей, иногда подскакивает. она реагирует на ветер, сквозняк, восходящие и нисходящие потоки воздуха. однако отмечен случай, когда шаровая молния не реагировала на поток воздуха. Считается, что шаровая молния имеет температуру около 5000° С. Одним из поражающих факторов для шаровой молнии является аэротоксический. Молния порой выделяет столь токсичные вещества, что люди отравляются ими чрезвычайно быстро. Люди не сгорали и не получали поражения от электрического разряда, а были отравлены веществами, выделяемыми шаровой молнией. Шаровая молния имеет высокую температуру в своей внутренней части, но снаружи ее оболочка может быть совершенно холодной. Зарегистрировано много случаев, когда молния была на каком-то предмете, проходила через щели, но не оставила никаких следов, в то время как немало случаев, когда такая же молния расплавляла гранит, грунт, металлы и пр. Не исключено, что и человек мог быть просто испепелен, испарен молнией.

Одним из объяснений возникновения шаровой молнии может быть плазменный заряд при интерференции электромагнитных волн возникающих при грозовых разрядах. Экспериментальную проверку этого предположения провели физики Токийского университета И. Оцуки и Х.Офуруто. Пятикиловаттный магнетрон генерировал электромагнитное излучение на частоте 2,45 ГГц, которое направлялось на резонатор сечением 161х370 мм. Была сформирована стоячая волна с шестью узлами. В этих узлах - областях максимальной интенсивности поля - возникали плазменные разряды различного вида, которые порой сохранялись 1-2 с после выключения генератора. Разряды были неподвижными или перемещались, и своим поведением очень напоминали шаровую молнию. Так, плазменное образование светилось попеременно белым, синим, красным, оранжевым цветом, самопроизвольно выходило за пределы полости резонатора, по волноводу которого поступала энергия. Существует и такая версия, предложенная физиками из Гёттингена и основанная на строгих расчётах. Они полагают, что загадочные огненные шары обязаны своим появлениям ударам молнии в грунт, при которых возможны возгорания различных органических объектов. Это может быть древесина, трава, пух и прочее. При этом нагрев столь велик, что мгновенно воспламенившаяся органика становится сгустком плазмы, порождающий шаровую молнию.

Поиск по сайту: