образование молнии во время грозы какое явление

Физика атмосферы: как, почему и откуда появляются молнии

Каждую секунду в атмосфере Земли возникает примерно 700 молний, и каждый год около 3000 человек погибают из-за удара молнии. Физическая природа молнии не объяснена окончательно, а большинство людей имеют лишь приблизительное представление о том, что это такое. Какие-то разряды сталкиваются в облаках, или что-то в этом роде. Сегодня мы обратились к нашим авторам по физике, чтобы узнать о природе молнии больше. Как появляется молния, куда бьет молния, и почему гремит гром. Прочитав статью, вы будете знать ответ на эти и многие другие вопросы.

Ежедневная рассылка с полезной информацией для студентов всех направлений – на нашем телеграм-канале.

Что такое молния

Молния – искровой электрический разряд в атмосфере.

Электрический разряд – это процесс протекания тока в среде, связанный с существенным увеличением ее электропроводности относительно нормального состояния. Существуют разные виды электрических разрядов в газе: искровой, дуговой, тлеющий.

Искровой разряд происходит при атмосферном давлении и сопровождается характерным треском искры. Искровой разряд представляет собой совокупность исчезающих и сменяющих друг друга нитевидных искровых каналов. Искровые каналы также называют стримерами. Искровые каналы заполнены ионизированным газом, то есть плазмой. Молния – гигантская искра, а гром – очень громкий треск. Но не все так просто.

Физическая природа молнии

Как объясняют происхождение молнии? Система туча-земля или туча-туча представляет собой своеобразный конденсатор. Воздух играет роль диэлектрика между облаками. Нижняя часть облака имеет отрицательный заряд. При достаточной разности потенциалов между тучей и землей возникают условия, в которых происходит образование молнии в природе.

Ступенчатый лидер

Перед основной вспышкой молнии можно наблюдать небольшое пятно, движущееся от тучи к земле. Это так называемый ступенчатый лидер. Электроны под действием разности потенциалов, начинают двигаться к земле. Двигаясь, они сталкиваются с молекулами воздуха, ионизируя их. От тучи к земле прокладывается как бы ионизированный канал. Из-за ионизации воздуха свободными электронами электропроводность в зоне траектории лидера существенно возрастает. Лидер как бы прокладывает путь для основного разряда, двигаясь от одного электрода (тучи) к другому (земле). Ионизация происходит неравномерно, поэтому лидер может разветвляться.

Обратная вспышка

В момент, когда лидер приближается к земле, напряженность на его конце растет. Из земли или из предметов, выступающих над поверхностью (деревья, крыши зданий) навстречу лидеру выбрасывается ответный стример (канал). Это свойство молний используется для защиты от них путем установки громоотвода. Почему молния бьет в человека или в дерево? На самом деле ей все равно, куда бить. Ведь молния ищет наиболее короткий путь между землей и небом. Именно поэтому во время грозы опасно находиться на равнине или на поверхности воды.

Когда лидер достигает земли, по проложенному каналу начинает течь ток. Именно в этот момент и наблюдается основная вспышка молнии, сопровождаемая резким ростом силы тока и выделением энергии. Здесь уместен вопрос, откуда идет молния? Интересно, что лидер распространяется от тучи к земле, а вот обратная яркая вспышка, которую мы и привыкли наблюдать, распространяется от земли к туче. Правильнее говорить, что молния идет не от неба к земле, а происходит между ними.

Почему молния гремит?

Гром возникает в результате ударной волны, порождаемой быстрым расширением ионизированных каналов. Почему сначала мы видим молнию а потом слышим гром? Все дело в разности скоростей звука (340,29 м/с) и света (299 792 458 м/с). Посчитав секунды между громом и молнией и умножив их на скорость звука, можно узнать, на каком расстоянии от Вас ударила молния.

Нужна работа по физике атмосферы? Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Виды молний и факты о молниях

Молния между небом и землей – не самая распространенная молния. Чаще всего молнии возникают между облаками и не несут угрозы. Помимо наземных и внутриоблачных молний, существуют молнии, образующиеся в верхних слоях атмосферы. Какие есть разновидности молний в природе?

Последние три вида молний невозможно наблюдать без специальных приборов, так как они образуются на высоте от 40 километров и выше.

Приведем факты о молниях:

Шаровая молния

Напоследок предлагаем Вам посмотреть видео и напоминаем: если курсовая или контрольная свалилась на голову как молния в солнечный день, не нужно отчаиваться. Специалиста студенческого сервиса выручают студентов с 2000 года. Обращайтесь за квалифицированной помощью в любое время. 24 часа в сутки, 7 дней в неделю мы готовы помочь вам.

Источник

Гроза, гром, молния

Многие люди при наблюдении грозы испытывают подсознательный страх, даже находясь дома, в безопасности, а не на улице. Суеверный ужас перед величественным природным явлением живет в человечестве с начала времен. Раньше стихия причиняла большой ущерб, вызывала пожары и наводнения, сегодня, благодаря науке, ее удалось присмирить. Однако человеческие жертвы случаются до сих пор, и связаны они с неправильным поведением во время грозы.

Что такое гроза

Гроза – это природное явление, представляющее собой возникновение электрических разрядов между намагниченными кучево-дождевыми облаками и земной поверхностью. Стихия сопровождается ливнями, градом, порывистым ветром.

Характеристики у атмосферного явления следующие:

Большая часть гроз образуется над материковой поверхностью в экваториальных и тропических широтах. Наиболее мощные и опасные грозовые фронты наблюдаются над гористыми местностями.

Как возникает гроза

Грозовой процесс происходит в облаке. Теплая воздушная масса, несущая с планетарной поверхности вверх водяной пар, в высоких атмосферных слоях охлаждается. Происходит конденсация: пар превращается в капли воды, выпадающие на землю в виде осадков.

Однозначно сказать, как происходят грозы, ученые не могут до сих пор. Существует теория электризации облака. В центральной части облака накапливается заряд, который стремительно поднимается с восходящим воздушным потоком. На высоте в облаке из-за низкой температуры образуются капли воды, частицы льда, градины. Водяные и ледяные формирования восходят с воздухом, а градины из-за большей тяжести устремляются вниз. Градины сталкиваются с частицами льда, отбирают у них электроны, в итоге верхняя половина облака, накапливающая лед, становится положительно заряженной, а нижняя, через которую проходят градины, – отрицательно.

Таким образом, причиной возникновения грозы является напряжение, сформированное между двумя «полюсами» облака. Заряженные частицы двигаются, образуя электрический ток. Движение тока наблюдается как между частями облака с разными зарядами, так и между облаком и земными объектами. То есть следует говорить об электрической природе грозы.

Классификация

Одно время грозы делились на типы по территории наблюдения. Выделялись орфографические, локальные, фронтальные явления. Сегодня эта классификация не применяется. Грозы делят на виды по метеорологической обстановке, способствующей их появлению. Главное условие формирования грозового облака – неустойчивость атмосферных потоков. Исходя из силы и величины этих потоков, образуются разные виды грозовых туч. Ниже приводится список, раскрывающий вопрос, какие бывают грозы:

В природе существует также явление, называемое сухая гроза. Оно возникает нечасто, наблюдается в областях муссонного климата. Сухая гроза возникает, когда осадки из-за высокой температуры не долетают до земной поверхности, испаряются на лету.

Что такое молния

Молния представляет собой атмосферный разряд гигантского размера, сопровождающийся световой вспышкой и звуковым сопровождением. Каналы молнии на небе выглядят как сияющие ветви дерева.

Образование канала почти всегда многократное: за одной вспышкой следуют от 2 – 3 до нескольких десятков новых.

Как появляется молния

Разряд молнии в большинстве случаев исходит из кучево-дождевого, реже из слоисто-дождевого крупного облака. Возникновение явления природы отмечается в пределах тучи, между заряженными облаками, между облаком и земными объектами. Для напряжения молнии характерны невероятно высокие значения. Говоря, сколько вольт у молний, произносят страшное число – 1 млн. на метр.

Когда в туче при движении ледяных частиц и градин в противоположные стороны происходит столкновение зон с разным зарядом, в точках столкновения электроны и ионы формируют канал. По нему вниз идут заряженные частицы, образуя грозовой разряд. Вот откуда берутся молнии.

Сказать, из чего состоят разряды, можно однозначно – из электричества. При формировании одного канала выделяется количество энергии, достаточное для 90-дневной беспрерывной работы лампочки 100 Вт. Значение силы тока в разряде составляет от 10 до 100 тысяч ампер. Температура канала достигает 30000°C (то есть в миг прохождения вспышки образуется тепловой поток, в 5 раз превышающий температуру Солнца).

Какие бывают молнии

По определению, молния – разряд между определенными объектами. Разряды по положению в пространстве и физике делятся на несколько видов. Ниже приводятся самые распространенные виды молний:

Существуют также цветовые виды молний:

Что такое гром

Гром – звуковое сопровождение молнии в атмосфере. Происхождение этого явления связано с температурными изменениями воздушного пространства. При разряде воздушная масса так сильно нагревается, что взрывается с мощным звуком. Вот откуда берется гром.

Как появляется гром

Когда гром и молния недалеко, то слышится один раскат. Если гроза бушует на значительном расстоянии, то доносится несколько раскатов – это эхо, отраженное от неровностей земной поверхности.

Интересно отметить, почему зимой нет грома и в принципе не бывает грозы как таковой. Для формирования электрических зарядов жидкость в атмосфере должна находиться в трех состояниях: пар, капли, льдинки. Одновременное наличие трех агрегатных состояний возможно только в теплый период года. Зимой и в нижнем, и в верхнем атмосферном слое жидкой и парообразной формы воды нет. Зимний воздух сухой, осадки твердые. Электрическому разряду взяться неоткуда, поэтому гром и молния в зимний период невозможны. А вот осенний гром, вопреки расхожему мнению, бывает.

Почему сначала молния, потом гром

Наблюдателю, видящему множество разрядов на грозовом небе, бывает сложно понять, что идет сначала – молния или гром. Вначале наблюдатель видит молнию, затем слышит раскат. Обусловлено это тем, что световая волна движется быстрее, чем звуковая. Утверждения, что бывает раньше гром, ложные. Просто очевидцы слышат раскат от предыдущей молнии, а затем сразу видят следующую.

Существует предположение, что отсчитывая секунды от разряда до раската, можно узнать на каком расстоянии от наблюдателя находится эпицентр грозы. Оно математически не совсем достоверное. Скорость звука составляет около 330 м/с. То есть звук за 3 сек. проходит километр. Поэтому для вычисления расстояния до молнии нужно посчитать секунды между разрядом и раскатом, затем умножить их на 330.

Бывает, что разряды сверкают, а грома нет. Это физическое явление называется «тихая гроза». Она отмечается, когда молнии бьют выше 20 км над землей. Звуковая волна просто не достигает земной поверхности.

Есть и обратное явление – «холостая гроза». Раскаты слышны, но молний не видно. Существование грома без молнии невозможно, просто в данном случае разряды не видны наблюдателю.

Чем опасна гроза

Грозы обладают мощными поражающими факторами. Они:

Отличие грозы от молнии в плане опасности состоит в том, что гроза, как явление, включает в себя не только гром и молнию, но и обильные осадки. Ливни бывают настолько сильными, что вызывают наводнение. А град способен нанести увечья человеку, повредить урожай и некрепкие конструкции.

Несмотря на свою опасность, грозы – явление полезное для планеты. Электрические разряды приводят к тому, что в стратосферном слое образуется озон – вещество, составляющее основу защитной оболочки Земли. Но для дыхательной системы человека озон, заполняющий собой воздушное пространство после грозы, вреден. Поэтому, как бы ни хотелось вдохнуть свежего воздуха после дождя, лучше закрыть окна и форточки на пару часов.

Правила поведения во время грозы

Главным методом, как избежать ударов молнии, является установка громоотводов. Однако эти конструкции не дают 100-процентной защиты (из 10 разрядов 3 не попадают в ловушку).

Существуют определенные правила, как вести себя при грозе, чтобы не стать ее жертвой. Перечень мер безопасности при грозе следующий:

Снеговая гроза

Зимняя гроза – редчайшее явление, при котором вместо дождя идет снег или ледяная крупка. Возникновение грозы во время снегопада обусловлено сырой и ветреной погодой. Во время зимней стихии может выпасть 5 – 10 см твердых осадков за час.

Термин снеговая или зимняя гроза чаще всего используется в иностранной литературе, а в России метеорологи говорят о грозе со снегом.

Молния зимой — довольно редкое явление:

Гроза – привычное, но непредсказуемое и опасное явление. Частота ее повторяемости в теплый период с каждым годом возрастает, что связано с глобальными климатическими преобразованиями. Синоптики по довольно четким атмосферным признакам определяют наступление грозы, но вычислить, куда ударят молнии, невозможно. Поэтому ежегодно в новостях доводится слышать о жертвах стихии.

Источник

Природа появление молнии и ее опасность

Молния и следующие за ней раскаты грома — это одно из самых эффектных явлений природы, оно привлекало человека во все времена. Они знакомы каждому с детства, но не все понимают, почему появляется молния. Дать точного ответа не могут ученые, несмотря на научно-технический прогресс явление остается слабо изученным. Ученые знают механизм образования разных видов молнии, но в нем есть множество научно необъяснимых моментов.

Молнией называют мощный электрический искровой заряд, который формируется в атмосфере планеты. На Земле это обычно происходит во время грозы. Молнии бывают не только на Земле, но и на других планетах — Венере, Уране, Юпитере и Сатурне. У нас это яркие вспышки разного цвета, за которыми следуют раскаты грома. Чаще всего они образуются в кучево-дождевых облаках, но могут образоваться и в слоисто-дождевых, если те будут достаточно большие по объему.

В этой статье мы расскажем о молниях: какими они бывают, как появляются, чем опасны. Ты узнаешь, какие технологии человечество изобрело для защиты от молний.

Грозовые тучи невозможно перепутать с другими, они всегда темные и насыщенные по цвету. Темный оттенок — это результат большой толщины: такие облака начинаются в километре над землей и доходят до высоты 6-7 километров. Так как на такой высоте низкая температура, вода становится кристаллами льда. Более теплый воздух поднимается вверх и тянет за собой эти кристаллики, более крупные льдинки опускаются, и они сталкиваются между собой.

Как образуется молния?

Льдинки сталкиваются и происходит то же самое, что и при трении других предметов друг о друга — они электризуются. Крупные обретают отрицательный заряд, мелкие — положительный. Разные части тучи получают разный заряд, сверху — плюс, снизу — минус. Разница потенциалов создается не только между частями тучи, но и между ней и землей. Разница исчисляется сотнями тысяч вольт. Молния двигается быстро, но образуется она не молниеносно. Формирование — это три последовательные стадии.

Начальная

Разряд создается в той части, где больше ионов, частиц с зарядом. Ионы появляются, когда целая молекула теряет электроны или обрастает новыми. В данном случае эти частицы создаются из газов и воды, из них туча и состоит. По поводу того, что происходит дальше, у специалистов нет единого мнения.

Ряд ученых считают, что из-за разгона свободных электронов концентрация ионов становится выше. Электроны сталкиваются с молекулами нейтрального заряда, ионизируя их. Так создается заряд. Есть и другая гипотеза, согласно которой воздух ионизируется под воздействием космического излучения. В ионизированном состоянии газы проводят ток, поэтому по облаку может пройти электричество.

Средняя

Затем следует цепная реакция. По облаку проходит ток, и он нагревает воздух в его определенной части. От этого энергетически заряженных частиц становится все больше, и они создают еще больше ионов. По этой причине молния проходит очень быстро. У любой молнии есть самый мощный канал, от него отходят ответвления. Поэтому заряды похожи на зигзаг, с новой вспышкой заряд продвигается примерно на несколько десятков метров. Скорость этого мощного канала может доходить до 50 тысяч километров в секунду.

Самый мощный заряд доходит до другой части облака или до земли, но на этом все не заканчивается. Ионизированный канал пробивается электрическим разрядом, по этому каналу очень быстро проходят заряженные частицы, его ширина составляет несколько сантиметров, температура внутри достигает нескольких тысяч градусов. Эти идущие по каналу заряды — и есть молния, которую мы видим. Из-за высокой температуры мы видим молнию очень яркой, явление проходит молниеносно, но за эти мгновения успевает высвободиться очень много энергии.

Финальная

Скорость движения зарядов в канале падает, но при этом напряжение и сила тока по-прежнему высоки. На финальной стадии молния достигает какого-то объекта. Если рядом будут люди, то для них явление крайне опасно. Данная стадия длится десятые доли секунды, но она способна нанести огромный ущерб. Вопреки распространенной поговорке, молния часто бьет в одно место дважды или даже несколько раз, так как оно является завершающего точкой для самого короткого пути.

Какие бывают молнии?

Выделяют множество видов молний, главное отличие — тип формирования в зависимости от высоты. От этого параметра зависит, какой вид образуется:

Какие самые опасные?

В разных точках земли люди видят молнии более или менее часто. Где-то очень часто, к примеру, в Венесуэле есть одно необычное местечко, где молнии формируются и вспыхивают непрерывно в любой день и любое время года. Пик приходится на период с мая по ноябрь, за год на каждый квадратный километр приходится 250 молний.

Насколько молния будет опасной для человека, зависит от того, достигнет она земли или нет. Огни Святого Эльма и те заряды, которые бьют по облакам или над ними, безопасны.

Какого цвета бывают?

Сложно не заметить, что молнии бывают разными по цвету. Они могут быть желтыми, белыми, оранжеватыми, голубоватыми, красноватыми. Какой будет оттенок, зависит от состава атмосферы. Температура в канале молнии в пять раз выше, чем на Солнце, при таких условиях воздуху свойственно становиться голубым или фиолетовым. Поэтому заряды вблизи от нас при чистом воздухе мы видим синеватыми. На более далеком расстоянии мы видим их белыми, на еще более далеком — желтыми. Но здесь дело не в самой молнии, а в том, что голубые цвета рассеиваются. При большом количестве пыли в воздухе цвет становится оранжевым. При наличии капель воды становится красной.

Как часто возникают молнии?

Есть мнение, что зимой молний не бывает. На самом деле бывают, но крайне редко. Объяснение в том, что поверхность земли прогревается не так сильно. Нет условий для формирования восходящих воздушных потоков. Однако, в последнее время из-за глобального потепления, молнии появляются чаще.

Согласно новым данным, полученным при помощи космических спутников, частота ударов молнии на планете составляет 44 в секунду плюс-минус пять.

По молнии можно высчитать, как далеко находится гроза. Для этого нужно засечь время между вспышкой и раскатом грома. Отталкиваясь от скорости звука — 300 метров в секунду, мы понимаем, что пауза в три секунды означает, что грозовой фронт примерно в километре. Если засечь дважды, то можно понять, приближается гроза или удаляется. Если видно всполохи, но не слышно грома, значит, расстояние составляет более 20 километров.

Какая опасность?

Самые опасные последствия — это попадание в человека, деревья, дома, машины и другие объекты. Когда электричество бьет в песок или горную породу, может сформироваться фульгурит. Под воздействием тока материя плавится и быстро застывает. Если это песок, то будет создано стекло — полые трубочки произвольной формы. Обнаружить их очень сложно, попасть в такую зону опасно.

Если шаровая молния попадет в дерево или деревянный объект, например, кровлю здания, то произойдет возгорание. При попадании обычной в закрытый автомобиль ничего страшного не произойдет, ток сразу же уйдет в землю, он не сможет проникнуть в салон. Людей чаще всего поражает в голову или в грудную клетку. От этого на коже остаются следы зигзагообразной формы. У них есть название — фигуры Лихтенберга. Попадание опасно для жизни и здоровья, поэтому его нужно всячески избегать.

Если ли польза?

Электрический ток очищает воздух от загрязнений, каждому знакомо ощущение чистоты после грозы. Другое полезное действие — стимул к накоплению азота, это естественное удобрение для растений.

Есть отдельная научная дисциплина — громовая энергетика. Специализирующиеся на ней ученые ищут способы применения громовой энергии. Она классифицируется как возобновляемый источник, поэтому необходимы способы направления ее в электрические сети. В большинстве стран электроснабжение обходится очень дорого, причем не только материально. Добывающие станции наносят огромный вред природе. Если использовать грозовую активность, то неиссякаемым источником станет сама природа. В данный момент проблема в том, что появление грозы и ее продолжительность невозможно предсказать с высокой точностью.

Правила безопасности во время грозы

При нахождении на улице во время грозы необходимо:

В помещении тоже нельзя считать себя в безопасности. Следует выключить телефон и все электроприборы, перекрыть газ, закрыть окна.

Оборудование для защиты

В первую очередь в защите нуждаются самолеты. Корпус каждого из них покрыт специальной экранирующей металлической сеткой, она проводит электричество, но не позволяет ему попасть внутрь, навредить оборудованию и людям. Есть и дополнительная защита, она установлена на каждом приборе и является гарантией того, что он не выйдет из строя. При попадании пассажиры на борту могут услышать громкий звук, но иногда его не слышно. Перед тем, как сдать самолет в использование, его всячески испытывают, один из тестов — симуляция разных видов молнии.

На домах и оборудовании устанавливают грозозащиту. Она не может уберечь от удара, ее назначение — в сохранении оборудования от статического электричества и напряжения. Когда появляется разница в напряжении, срабатывает защитный диод, благодаря этому провода заземляются.

Люди научились противостоять молниям, но так и не могут объяснить во всех деталях природу их появления. Но наука сделала большой прорыв. Знание основывалось на наблюдениях. Еще в древности, когда люди относили молнию к божьей каре, они подметили, что бьет она преимущественно в высокие объекты. О связи с электричеством стало известно только в 17 веке. На тот момент наиболее достоверную гипотезу выдвинул Б.Франклин. Его научный труд датирован 1750 годом, в нем описывается эксперимент, в ходе которого в грозу запускали воздушного змея с металлическим стержнем. Именно так была доказана электрическая природа. В 20 веке ученые уже знали, почему появляется молния, а также открыли их необычные разновидности. Сейчас изучение проводится через спутники.

Источник