A villámlás elektromos természetét B. Franklin amerikai fizikus kutatásai tárták fel, akinek kezdeményezésére kísérletet végeztek elektromos áram kinyerésére egy zivatarfelhőből. Franklin tapasztalatai a villám elektromos természetének tisztázásában széles körben ismertek. 1750-ben publikált egy munkát, amelyben egy zivatarba indított sárkányt használó kísérletet írt le. Franklin tapasztalatait Joseph Priestley munkája írta le.

Az átlagos villámhossz 2,5 km, egyes kisülések akár 20 km távolságra is kiterjednek a légkörbe.

Hogyan keletkezik a villám? Leggyakrabban a villámlás gomolyfelhőkben fordul elő, akkor ezeket zivataroknak nevezik. Néha villámok képződnek nimbuszfelhőkben, valamint vulkánkitörések, tornádók és porviharok során.

A villámcsapás előfordulásának sémája: a - kialakulás; b - rang.

A villámláshoz az szükséges, hogy a felhő viszonylag kis (de legalább néhány kritikus) térfogatában olyan elektromos tér jöjjön létre, amelynek erőssége elegendő az elektromos kisülés elindításához (~ 1 MV / m). a felhő jelentős részében olyan átlagos erősségű mező található, amely elegendő a megindult kisülés fenntartásához (~ 0,1-0,2 MV/m). A villámlás során a felhő elektromos energiája hővé és fénnyé alakul.

Általában lineáris villámok figyelhetők meg, amelyek az úgynevezett elektród nélküli kisülésekhez tartoznak, mivel töltött részecskék halmazaiban kezdődnek (és végződnek). Ez meghatározza néhány máig megmagyarázhatatlan tulajdonságukat, amelyek megkülönböztetik a villámlást az elektródák közötti kisülésektől.

Tehát a villám nem rövidebb néhány száz méternél; sokkal gyengébb elektromos mezőkben keletkeznek, mint az elektródák közötti kisülések; a villámlás által hordozott töltések összegyűjtése több négyzetkilométeres térfogatban több milliárd apró, egymástól jól elszigetelt részecskéből a másodperc ezredrésze alatt történik.

A zivatarfelhőkben a villámok kialakulásának folyamatát tanulmányozták leginkább, míg a villámok magukban a felhőkben is áthaladhatnak (felhőn belüli villám), vagy becsaphatnak a földbe (földi villám).

földi villámlás

A földi villámok fejlesztési sémája: a, b - a vezető két lépése; 1 - felhő; 2 - szalagok; 3 - lépésvezető csatorna; 4 - csatorna korona; 5 - impulzus korona a csatorna fején; c - a fő villámcsatorna kialakulása (K).

A földi villám kifejlesztésének folyamata több szakaszból áll. Az első szakaszban, abban a zónában, ahol az elektromos tér eléri a kritikus értéket, megindul a becsapódásos ionizáció, amelyet kezdetben a levegőben mindig kis mennyiségben jelen lévő szabad elektronok hoznak létre, amelyek elektromos tér hatására felvesznek. jelentős sebességgel halad a talaj felé, és a levegőt alkotó molekulákkal ütközve ionizálja azokat.

A korszerűbb elképzelések szerint a kisülést nagyenergiájú kozmikus sugarak indítják el, amelyek beindítják az elszabadult lebontásnak nevezett folyamatot. Így elektronlavinák keletkeznek, amelyek elektromos kisülések szálaivá válnak - streamerek, amelyek jól vezető csatornák, amelyek összeolvadásával fényes, nagy vezetőképességű, termikusan ionizált csatornát - lépcsőzetes villámvezetőt - hoznak létre.

A vezető lépése a Föld felszíne több tíz méteres lépésekben történik ~ 50 000 kilométer/másodperc sebességgel, ami után mozgása több tíz mikroszekundumra leáll, és az izzás erősen gyengül; majd a következő szakaszban a vezető ismét több tíz métert halad előre.

Ugyanakkor fényes izzás borítja be az összes megtett lépést, majd ismét az izzás leállása és gyengülése következik. Ezek a folyamatok megismétlődnek, amikor a vezető a Föld felszínére költözik átlagsebesség 200 000 méter másodpercenként. Ahogy a vezér a talaj felé halad, a végén megnövekszik a térerősség, és ennek hatására a Föld felszínén kiálló tárgyakból egy válaszsugárzó lökődik ki, amely a vezetőhöz kapcsolódik. A villámnak ezt a tulajdonságát villámhárító létrehozására használják.

Az utolsó szakaszban a vezető-ionizált csatornát egy fordított (alulról felfelé) vagy fő villámkisülés követi, amelyet több tíz-százezer amper közötti áramerősség jellemez, és a fényerő észrevehetően magasabb, mint a a vezető, és a nagy haladási sebesség, kezdetben elérte a ~ 100 000 km/s-t, majd a végén ~ 10 000 km/s-ra csökken.

A csatorna hőmérséklete a főürítés során meghaladhatja a 25 000 °C-ot. A villámcsatorna hossza 1-10 km lehet, átmérője több centiméter. Az áramimpulzus áthaladása után a csatorna ionizációja és fénye gyengül. A végső szakaszban a villámáram századmásodpercek, sőt tizedmásodpercekig is tarthat, elérheti a száz és ezer ampert. Az ilyen villámlást elhúzódónak nevezik, leggyakrabban tüzet okoznak.

A fő kisülés gyakran csak a felhő egy részét bocsátja ki. A nagy magasságban elhelyezkedő töltések új (nyíl alakú) vezetőt idézhetnek elő, amely folyamatosan, több ezer kilométeres másodpercenkénti sebességgel mozog. Ragyogásának fényessége közel áll a lépcsős vezér fényességéhez. Amikor a söpört vezér eléri a föld felszínét, egy második fő ütés következik, hasonlóan az elsőhöz.

A villámlás általában több ismétlődő kisülést tartalmaz, de számuk akár több tucat is lehet. A többszöri villámlás időtartama meghaladhatja az 1 másodpercet. A többszörös villámcsatorna szél általi elmozdulása úgynevezett szalagvillámot hoz létre - egy világító csíkot.

Felhőn belüli villámlás

A felhőn belüli villámok általában csak vezető szakaszokat tartalmaznak, ezek hossza 1 és 150 km között változik. A felhőn belüli villámok aránya az Egyenlítő felé tolódással növekszik, a mérsékelt övi szélességi 0,5-ről 0,9-re az egyenlítői sávban. A villámok áthaladását az elektromos és mágneses mezők változásai, valamint a rádiósugárzás, az ún.

Annak a valószínűsége, hogy egy földi objektumot villámcsapás ér, növekszik a magasságának növekedésével és a talaj elektromos vezetőképességének növekedésével a felszínen vagy egy bizonyos mélységben (a villámhárító hatása ezeken a tényezőkön alapul). Ha a felhőben olyan elektromos tér van, amely elegendő a kisülés fenntartásához, de nem elég ahhoz, hogy azt előidézze, akkor egy hosszú fémkábel vagy egy repülőgép töltheti be a villámgyújtó szerepét, különösen, ha az elektromosan erősen feltöltött. Így a villámlás néha „provokálódik” a nimbostratusban és az erőteljes gomolyfelhőkben.

Minden másodpercben körülbelül 50 villám csap be a föld felszínébe, és átlagosan mindegyik négyzetkilométerévente hatszor villámlik.

emberek és villámlás

A villámlás komoly veszélyt jelent az emberi életre. Egy ember vagy állat villámcsapás általi veresége gyakran nyílt tereken történik, mert. Az elektromos áram a legrövidebb „villámfelhő-föld” utat követi. A villám gyakran üti a fákat és a transzformátorokat vasúti amitől azok meggyulladnak.

Lehetetlen, hogy egy közönséges lineáris villám becsapjon egy épületen belül, azonban az a vélemény, hogy az ún. gömbvillám repedéseken és nyitott ablakokon keresztül behatolhat. A közönséges villámlás veszélyes a sokemeletes épületek tetején elhelyezett televízió- és rádióantennákra, valamint a hálózati berendezésekre.

A villámcsapás áldozatainak testében ugyanazok a kóros elváltozások figyelhetők meg, mint áramütés esetén. Az áldozat eszméletét veszti, elesik, görcsök kezdődhetnek, a légzés és a szívverés gyakran leáll. A testen általában "áramnyomokat" találhat - az elektromosság be- és kilépési pontjait.

Ezek faszerű világos rózsaszín vagy piros csíkok, amelyek ujjal megnyomva eltűnnek (elhalál után 1-2 napig fennmaradnak). Ezek a testtel való villámcsapás zónájában lévő kapillárisok kitágulásának eredménye. Halálos kimenetel esetén az alapvető létfontosságú funkciók leállásának oka a légzés és a szívverés hirtelen leállása a nyúltvelő légző- és vazomotoros központjaira gyakorolt ​​közvetlen villám hatására.

Villámcsapás esetén az első orvosi segítség sürgős. Súlyos esetekben (légzésleállás, szívdobogás) újraélesztésre van szükség, amelyet az egészségügyi dolgozók megvárása nélkül a szerencsétlenség bármely szemtanújának kell biztosítania. Az újraélesztés csak a villámcsapás utáni első percekben eredményes, 10-15 perc után általában eredménytelen. Sürgős kórházi kezelés minden esetben szükséges.

villám áldozatai

A mitológiában és az irodalomban:

• Asclepius (Aesculapius), Apollón fia - az orvosok és az orvosi művészet istene, nemcsak meggyógyította, hanem újraélesztette a halottakat. Zeusz villámmal sújtotta, hogy helyreállítsa a felbolygatott világrendet;
• Phaethon, Héliosz napisten fia egykor elvállalta apja napszekerének vezetését, de nem tudta visszatartani a tűzokádó lovakat, és szörnyű lángban majdnem elpusztította a Földet. A feldühödött Zeusz villámokkal szúrta át Phaethont.

Történelmi személyek:

• G. V. Richman orosz akadémikus - 1753-ban villámcsapásban halt meg;
• V. Chervoniy Ukrajna népi helyettese, Rivne régió volt kormányzója 2009. július 4-én villámcsapás következtében meghalt.

• Roy Sully Van életben maradt, miután hétszer villámcsapás érte;
• Summerford amerikai őrnagy hosszú betegség után (egy harmadik villámcsapás eredményeként) meghalt. A negyedik villám teljesen tönkretette a temetői emlékművét;
• az andoki indiánok körében szükségesnek tartják a villámcsapást az eléréséhez magasabb szinteket sámáni beavatás.

Fák és villámlás

A magas fák gyakori célpontjai a villámlásnak. A hosszú életű reliktumfák könnyen megtalálhatók többszörös villámsebekkel. Úgy tartják, hogy egy egyedül álló fába nagyobb valószínűséggel csap a villám, bár egyes erdős területeken szinte minden fán láthatók a villámsebek. Villámcsapáskor a száraz fák lángra kapnak. A villámcsapások gyakrabban tölgyre, ritkábban bükkre irányulnak, ami nyilvánvalóan a bennük lévő zsíros olajok eltérő mennyiségétől függ, amelyek nagy elektromos ellenállást mutatnak.

A villám a legkisebb elektromos ellenállású úton halad át egy fatörzsön, és elenged egy nagy szám hő, gőzzé változtatja a vizet, ami széthasítja a fa törzsét, vagy gyakrabban kéregszakaszokat szakít le róla, megmutatva a villám útját.

A következő évszakokban a fák általában regenerálják a sérült szöveteket, és bezárhatják az egész sebet, csak függőleges heget hagyva hátra. Ha a kár túl súlyos, a szél és a kártevők végül elpusztítják a fát. A fák természetes villámhárítók, és köztudottan villámvédelmet nyújtanak a közeli épületek számára. Az épület közelében ültetett magas fák megfogják a villámokat, és a gyökérrendszer magas biomasszája segít megalapozni a villámcsapást.

A villámcsapás által sújtott fákból hangszereket készítenek, egyedi tulajdonságokat tulajdonítva nekik.

A biológiai tudományok doktora, a fizikai és matematikai tudományok kandidátusa K. BOGDANOV.

Egyszerre több mint 2000 villámlás szikrázik a Föld különböző pontjain. Másodpercenként körülbelül 50 villám csap a földfelszínbe, és ennek minden négyzetkilométerét átlagosan évente hatszor csapja be a villám. B. Franklin azt is kimutatta, hogy a zivatarfelhőkből a Földbe csapó villám elektromos kisülés, amely több tíz függő negatív töltést ad át rá, és a villámcsapás során az áram amplitúdója 20-100 kA. A nagysebességű fotózás kimutatta, hogy a villámkisülés néhány tizedmásodpercig tart, és több, még rövidebb kisülésből áll. A villámlás régóta foglalkoztatja a tudósokat, de korunkban csak kicsivel tudunk többet a természetükről, mint 250 évvel ezelőtt, pedig még más bolygókon is képesek voltak észlelni őket.

Tudomány és élet // Illusztrációk

Különböző anyagok súrlódásával történő villamosítás képessége. A táblázatban magasabban lévő dörzspárból származó anyag pozitív, alatta pedig negatív töltésű.

A felhő negatív töltésű alja polarizálja alatta a Föld felszínét, így az pozitív töltésű, és amikor az elektromos leállás feltételei megjelennek, villámkisülés lép fel.

A zivatarok gyakoriságának megoszlása ​​a szárazföld és az óceánok felszínén. A térkép legsötétebb helyei évente legfeljebb 0,1 zivatar gyakoriságának felelnek meg négyzetkilométerenként, a legfényesebbek pedig több mint 50.

Esernyő villámhárítóval. A modellt a 19. században adták el, és keresett volt.

Ha folyadékkal vagy lézerrel lövöldözünk a stadion felett lógó zivatarfelhőre, a villámcsapás oldalra terelődik.

Több villámcsapás, amelyet egy rakéta viharfelhőbe indítása okozott. A bal oldali függőleges vonal a rakéta nyoma.

Egy nagy, 7,3 kg súlyú "ágas" fulguritot talált a szerző Moszkva külvárosában.

Olvadt homokból képződött fulgurit üreges hengeres töredékei.

Fehér fulgurit Texasból.

A villám a Föld elektromos mezőjének újratöltésének örök forrása. A 20. század elején légköri szondákkal mérték a Föld elektromos terét. Erőssége a felszínen körülbelül 100 V/m-nek bizonyult, ami megfelel a bolygó 400 000 C körüli teljes töltésének. Az ionok töltéshordozóként szolgálnak a Föld légkörében, melyek koncentrációja a magassággal növekszik, és 50 km-es magasságban éri el a maximumot, ahol a kozmikus sugárzás hatására elektromosan vezető réteg, az ionoszféra jött létre. Ezért a Föld elektromos tere egy gömbkondenzátor tere, amelynek feszültsége körülbelül 400 kV. Ennek a feszültségnek a hatására a felső rétegekből az alsókba 2-4 kA áram folyik, melynek sűrűsége 1-2. 10 -12 A/m 2, és akár 1,5 GW energia szabadul fel. És ez az elektromos tér eltűnne, ha nem lenne villám! Ezért jó időben az elektromos kondenzátor - a Föld - lemerül, és zivatar idején feltöltődik.

Az ember nem érzi a Föld elektromos mezőjét, mivel a teste jó vezető. Ezért a Föld töltése is az emberi test felszínén van, lokálisan torzítva az elektromos teret. Zivatarfelhő alatt a talajon indukált pozitív töltések sűrűsége jelentősen megnőhet, az elektromos térerősség pedig meghaladhatja a 100 kV/m-t, jó időben az érték 1000-szeresét. Ennek eredményeként a zivatarfelhő alatt álló ember fején minden hajszál pozitív töltése ugyanannyival megnő, és egymást taszítva felállnak.

Villamosítás - a "töltött" por eltávolítása. Ahhoz, hogy megértsük, hogyan választja el a felhő az elektromos töltéseket, emlékezzünk arra, hogy mi az elektromosság. A test feltöltésének legegyszerűbb módja, ha valami máshoz dörzsöljük. A súrlódással történő villamosítás az elektromos töltések előállításának legrégebbi módja. Maga az "elektron" szó görögről oroszra fordítva borostyánt jelent, mivel a borostyán mindig negatív töltésű volt, amikor a gyapjúhoz vagy selyemhez dörzsölték. A töltés nagysága és előjele a súrlódó testek anyagától függ.

Úgy tartják, hogy a test, mielőtt egy másikhoz dörzsölték volna, elektromosan semleges. Valójában, ha egy töltött testet a levegőben hagyunk, akkor ellentétes töltésű porrészecskék és ionok kezdenek hozzátapadni. Így bármely test felületén van egy "töltött" porréteg, amely semlegesíti a test töltését. Ezért a súrlódással történő villamosítás a „töltött” por részleges eltávolítása mindkét testről. Ebben az esetben az eredmény attól függ, hogy a "töltött" port mennyivel jobban vagy rosszabbul távolítják el a dörzsölt testekről.

A felhő egy elektromos töltések előállítására szolgáló gyár. Nehéz elképzelni, hogy a táblázatban felsorolt ​​anyagok szerepeljenek a felhőben. A testeken azonban eltérő "töltött" por jelenhet meg, még akkor is, ha azonos anyagból készülnek - elég, ha más a felületi mikroszerkezet. Például, amikor egy sima test súrlódik egy durva testhez, mindkettő felvillanyozódik.

A zivatarfelhő hatalmas mennyiségű gőz, amelynek egy része apró cseppekké vagy jégtáblákká kondenzálódott. A zivatarfelhő teteje 6-7 km magasságban lehet, az alja 0,5-1 km magasságban lóg a talaj felett. 3-4 km felett a felhők különböző méretű jégtáblákból állnak, mivel ott mindig nulla alatt van a hőmérséklet. Ezek a jégtáblák állandó mozgásban vannak, amit a felmelegedett földfelszínről felszálló meleg levegőáramok okoznak. A kis jégdarabokat könnyebben elviszik a felszálló légáramlatok, mint a nagyokat. Ezért a "fürge" kis jégtáblák, amelyek a felhő felső részébe mozognak, folyamatosan ütköznek nagy jégtáblákkal. Minden ilyen ütközésnél megtörténik a villamosítás, amelyben a nagy jégdarabok negatívan, a kicsik pedig pozitívan töltődnek. Idővel a pozitív töltésű kis jégdarabok a felhő tetején, a negatív töltésű nagyok pedig az alján vannak. Más szóval, a zivatar teteje pozitív töltésű, míg az alsó rész negatív töltésű. Minden készen áll egy villámkisülésre, amelyben a levegő lebomlik, és a zivatarfelhő aljáról negatív töltés áramlik a Földre.

Villám – üdv az űrből és a forrásból röntgensugárzás. Maga a felhő azonban nem képes felvillanyozni magát úgy, hogy kisülést okozzon alsó része és a föld között. Az elektromos térerősség zivatarfelhőben soha nem haladja meg a 400 kV/m-t, a levegőben pedig 2500 kV/m-nél nagyobb erősségnél fordul elő elektromos áttörés. Ezért a villámláshoz az elektromos mezőn kívül másra is szükség van. 1992-ben az orosz tudós, A. Gurevich a Fizikai Intézetből. P. N. Lebegyev, az Orosz Tudományos Akadémia (FIAN) munkatársa azt javasolta, hogy a kozmikus sugarak, a nagy energiájú részecskék, amelyek az űrből közel fénysebességgel hullanak a Földre, egyfajta gyújtóforrások lehetnek a villámlás számára. Minden második ilyen részecskék ezrei bombázzák mindegyiket négyzetméter a föld légköre.

Gurevich elmélete szerint a kozmikus sugárzás egy részecskéje egy levegőmolekulával ütközve ionizálja azt, ami hatalmas számú nagy energiájú elektron képződését eredményezi. A felhő és a föld közötti elektromos térbe kerülve az elektronok közel fénysebességre gyorsulnak fel, ionizálják mozgásuk útját, és ezáltal elektronlavinát idéznek elő velük együtt a Föld felé. Az elektronlavina által létrehozott ionizált csatornát a villám kisülésre használja (lásd: Tudomány és Élet, 1993. 7. szám).

Mindenki, aki látott már villámot, észrevette, hogy nem egy fényesen izzó egyenes köti össze a felhőt és a földet, hanem egy szaggatott vonal. Ezért a villámkisüléshez vezető csatorna kialakításának folyamatát "lépésvezetőnek" nevezik. Ezen „lépések” mindegyike az a hely, ahol a fényhez közeli sebességre felgyorsult elektronok megálltak a levegőmolekulákkal való ütközés következtében, és megváltoztatták a mozgás irányát. A villám lépcsőzetes jellegének ilyen értelmezésére bizonyíték a röntgenfelvillanások, amelyek egybeesnek azokkal a pillanatokkal, amikor a villám, mintha megbotlik, megváltoztatja a pályáját. A legújabb tanulmányok kimutatták, hogy a villámlás meglehetősen erős röntgensugárforrás, amelynek intenzitása akár 250 000 elektronvolt is lehet, ami körülbelül kétszerese a mellkasröntgennél használtnak.

Hogyan lehet kiváltani egy villámot? Nagyon nehéz tanulmányozni, hogy mi fog történni egy érthetetlen helyen és mikor. Ugyanis hosszú évek óta így dolgoznak a villámlás természetét kutató tudósok. Úgy tartják, hogy az égi vihart Illés próféta vezeti, és nem ismerjük a terveit. A tudósok azonban már nagyon régóta próbálják Illés prófétát helyettesíteni, vezetőképes csatornát létrehozva a zivatarfelhő és a föld között. Erre B. Franklin egy zivatar során egy sárkányt indított el, aminek egy drótban és egy csomó fémkulcsban végződött. Ezzel gyenge kisüléseket idézett elő a vezetéken, és elsőként bizonyította be, hogy a villámlás negatív elektromos kisülés, amely felhőkből áramlik a földre. Franklin kísérletei rendkívül veszélyesek voltak, és az egyik, aki megpróbálta megismételni őket, G. V. Richman orosz akadémikus, 1753-ban villámcsapás következtében meghalt.

Az 1990-es években a kutatók megtanulták, hogyan kell megidézni a villámokat életük veszélyeztetése nélkül. A villámlás egyik módja az, hogy egy kis rakétát indítanak a földről közvetlenül a zivatarfelhőbe. A rakéta a teljes pályán ionizálja a levegőt, és így vezető csatornát hoz létre a felhő és a talaj között. És ha a felhő aljának negatív töltése elég nagy, akkor a létrehozott csatorna mentén villámkisülés következik be, amelynek minden paraméterét a rakéta indítóállása közelében található eszközök rögzítik. A villámkisülés még jobb feltételeinek megteremtése érdekében a rakétához egy fémhuzalt erősítenek, amely összeköti a földdel.

Villám: életadó és az evolúció motorja. 1953-ban S. Miller (Stanley Miller) és G. Urey (Harold Urey) biokémikusok kimutatták, hogy az élet egyik "építőköve" - ​​az aminosavak nyerhetők úgy, hogy elektromos kisülést vezetnek át vízen, amelyben a A Föld "primitív" légköre feloldódik (metán, ammónia és hidrogén). Ötven évvel később más kutatók megismételték ezeket a kísérleteket, és ugyanazokat az eredményeket kapták. Ily módon tudományos elmélet a földi élet keletkezése alapvető szerepet szán a villámcsapásnak.

Ha rövid áramimpulzusokat vezetnek át a baktériumokon, azok héjában (membránjában) pórusok jelennek meg, amelyeken keresztül más baktériumok DNS-fragmentumai bejuthatnak a belsejébe, beindítva az evolúció egyik mechanizmusát.

Miért olyan ritka a zivatar télen? F. I. Tyutchev, aki azt írta: „Szeretem a zivatart május elején, amikor az első tavaszi mennydörgés ...”, tudta, hogy télen szinte nincs zivatar. A zivatarfelhő kialakulásához felszálló nedves levegőáramokra van szükség. A telített gőzök koncentrációja a hőmérséklettel nő, és nyáron a legmagasabb. Minél nagyobb a hőmérséklet-különbség, amelytől a felszálló légáramlatok függenek, minél magasabb a hőmérséklete a földfelszín közelében, mivel több kilométeres magasságban nem függ az évszaktól. Ez azt jelenti, hogy a felszálló áramlatok intenzitása is nyáron maximális. Ezért nálunk leggyakrabban nyáron van zivatar, északon, ahol nyáron hideg van, elég ritka a zivatar.

Miért gyakoribbak a zivatarok a szárazföldön, mint a tengeren? Ahhoz, hogy a felhő kisüljön, elegendő számú ionnak kell lennie alatta a levegőben. A csak nitrogén- és oxigénmolekulákból álló levegő nem tartalmaz ionokat, és még elektromos térben is nagyon nehéz ionizálni. De ha sok idegen részecske van a levegőben, például por, akkor sok az ion is. Az ionok akkor keletkeznek, amikor a részecskék ugyanúgy mozognak a levegőben, mint ahogyan a különböző anyagok egymáshoz dörzsölődve felvillanyozódnak. Nyilvánvalóan sokkal több por van a levegőben a szárazföld felett, mint az óceánok felett. Ezért gyakrabban dübörögnek a zivatarok a szárazföld felett. Azt is megjegyezték, hogy mindenekelőtt azokon a helyeken csap be a villám, ahol a levegőben különösen magas az aeroszolok koncentrációja - a füst és az olajfinomító ipar kibocsátása.

Franklin hogyan hárította el a villámokat. Szerencsére a legtöbb villámcsapás felhők között történik, ezért nem jelentenek veszélyt. A villámcsapás azonban a feltételezések szerint évente több mint ezer embert öl meg világszerte. Legalábbis az Egyesült Államokban, ahol ilyen statisztikákat vezetnek, évente körülbelül 1000 embert érint villámcsapás, és közülük több mint százan meghalnak. A tudósok régóta próbálják megvédeni az embereket ettől az "Isten büntetésétől". Például az első elektromos kondenzátor (Leiden tégely) feltalálója, Pieter van Muschenbroek (1692-1761) a híres francia enciklopédiába írt cikkében az elektromosságról megvédte a villámlás megelőzésének hagyományos módszereit - harangozást és ágyúsütést, ami szerinte meglehetősen hatékonynak bizonyult.

Benjamin Franklin Maryland fővárosának Capitoliumát próbálta megvédeni 1775-ben egy vastag vasrudat erősített az épülethez, amely több méterrel a kupola fölé magasodott, és a földhöz volt kötve. A tudós megtagadta találmányának szabadalmaztatását, azt kívánta, hogy az a lehető leghamarabb szolgálja az embereket.

Franklin villámhárítójának híre gyorsan elterjedt Európa-szerte, és minden akadémiára beválasztották, beleértve az oroszt is. Egyes országokban azonban a hívő lakosság felháborodva fogadta ezt a találmányt. Már az a gondolat is istenkáromlónak tűnt, hogy az ember ilyen könnyen és egyszerűen meg tudja szelídíteni „Isten haragjának” fő fegyverét. Ezért különböző helyeken jámbor okokból villámhárítót törtek el az emberek. Különös eset történt 1780-ban az észak-franciaországi Saint-Omer kisvárosban, ahol a városlakók egy vas villámhárító árboc eltávolítását követelték, és az ügy bíróság elé került. A villámhárítót az obskurantisták támadásai ellen védő fiatal ügyvéd arra építette védekezését, hogy az emberi elme és a természeti erők legyőző képessége egyaránt isteni eredetű. Minden, ami életmentést segít, a javát szolgálja – érvelt a fiatal ügyvéd. Megnyerte a folyamatot, és nagy hírnévre tett szert. Az ügyvédet Maximilian Robespierre-nek hívták. Nos, most a villámhárító feltalálójának portréja a világ legvágyottabb reprodukciója, mert ez díszíti a jól ismert százdollárost.

Hogyan védekezhetsz a villámlás ellen vízsugárral és lézerrel. A közelmúltban egy alapvetően új módszert javasoltak a villámlás kezelésére. Villámhárítót hoznak létre ... folyadéksugárból, amelyet a földről közvetlenül a zivatarfelhőkbe lövelnek. A villámfolyadék egy sóoldat, amelyhez folyékony polimereket adnak: a só az elektromos vezetőképesség növelését szolgálja, a polimer pedig megakadályozza, hogy a sugár külön cseppekre "feltörjön". A sugár átmérője körülbelül egy centiméter, a maximális magasság pedig 300 méter. A folyékony villámhárító véglegesítésekor sport- és játszóterekkel szerelik fel, ahol a szökőkút automatikusan bekapcsol, ha az elektromos térerősség kellően nagy lesz és a villámcsapás valószínűsége maximális. A töltés a zivatarfelhőből folyó folyadékáramban lefolyik, biztonságossá téve a villámlást mások számára. Hasonló védelem a villámkisülés ellen lézerrel is megvalósítható, amelynek sugara a levegőt ionizálva csatornát hoz létre az elektromos kisülés számára, távol az emberek tömegétől.

Elvezethet minket a villám? Igen, ha iránytűt használ. G. Melville "Moby Dick" című híres regénye egy olyan esetet ír le, amikor egy erős mágneses teret létrehozó villámkisülés újramágnesezi az iránytűt. A hajó kapitánya azonban fogott egy varrótűt, megütötte, hogy mágnesessé tegye, és egy törött iránytűvel helyettesítette.

Villám csaphat be egy házban vagy repülőn belül? Sajnos igen! A villámáram egy közeli oszlopról telefonvezetéken keresztül juthat be a házba. Ezért zivatar idején próbáljon meg nem normál telefont használni. Úgy tartják, hogy rádiótelefonon vagy mobiltelefonon beszélni biztonságosabb. Zivatar idején ne érintse meg a házat a földdel összekötő központi fűtési és vízvezetékeket. Ugyanezen okokból a szakértők azt tanácsolják, hogy zivatar idején kapcsoljanak ki minden elektromos készüléket, beleértve a számítógépeket és a televíziókat is.

Ami a repülőgépeket illeti, általánosságban elmondható, hogy olyan területek felett próbálnak átrepülni, ahol viharos tevékenység zajlik. Pedig átlagosan évente egyszer villámcsap az egyik gépbe. Az árama nem érheti az utasokat, végigfolyik a repülőgép külső felületén, de kikapcsolhatja a rádiókommunikációt, a navigációs berendezéseket és az elektronikát.

A fulgurit megkövült villám. Villámkisülés során 10 9 -10 10 joule energia szabadul fel. A legtöbbet lökéshullám (mennydörgés), légfűtés, fényvillanás és egyéb elektromágneses hullámok létrehozására fordítják, és csak egy kis része szabadul fel azon a helyen, ahol a villám behatol a talajba. Azonban még ez a "kis" rész is elég ahhoz, hogy tüzet okozzon, megöljön egy embert és elpusztítsa az épületet. A villám akár 30 000-re is felmelegítheti azt a csatornát, amelyen keresztül halad ° C, a Nap felszíni hőmérsékletének ötszöröse. A villám belsejében a hőmérséklet jóval magasabb, mint a homok olvadási hőmérséklete (1600-2000°C), de az, hogy a homok megolvad-e vagy sem, a villámlás időtartamától is függ, amely több tíz mikroszekundumtól a tizedmásodpercig terjedhet. . A villámáram impulzusának amplitúdója általában több tíz kiloamperrel egyenlő, de néha meghaladhatja a 100 kA-t. A legerősebb villámlás, és fulguritok születését okozza - üreges hengerek olvadt homokból.

A "fulgurit" szó a latin fulgur szóból származik, ami villámlást jelent. A feltárt fulguritok közül a leghosszabb a föld alá került, több mint öt méter mélyre. A fulgurit a villámcsapás következtében kialakult kemény kőzetek olvadásának is a neve; néha nagy számban találhatók a hegyek sziklás csúcsain. Az újraolvasztott szilícium-dioxidból álló fulguritok általában egy ceruza vagy egy ujj vastagságú kúp alakú csövek. Belső felületük sima és olvadt, a külső felületet az olvadt masszához tapadó homokszemcsék alkotják. A fulgurit színe a homokos talaj ásványi szennyeződéseitől függ. Legtöbbjük vörösesbarna, szürke vagy fekete, de előfordulnak zöldes, fehér vagy akár áttetsző fulguritok is.

Nyilvánvalóan D. Hermann lelkész 1706-ban írta először a fulguritokat és a villámcsapásokkal való összefüggésüket. Ezt követően sokan találtak fulguritokat olyan emberek közelében, akiket villám sújtott. Charles Darwin a Beagle-n tett világkörüli utazása során Maldonado (Uruguay) közelében egy homokos parton több üvegcsövet fedezett fel, amelyek függőlegesen több mint egy métert mélyednek a homokba. Leírta méretüket, és kialakulásukat villámkisülésekkel kapcsolta össze. A neves amerikai fizikus, Robert Wood "autogramot" kapott a villámról, amely majdnem megölte:

"Elvonult egy erős zivatar, és már kitisztult felettünk az ég. Átmentem a mezőn, amely elválasztja a házunkat a sógornőm házától. Körülbelül tíz métert mentem végig az ösvényen, amikor hirtelen lányom, Margit Körülbelül tíz másodpercre megálltam, és alig mentem tovább, amikor hirtelen egy élénkkék vonal vágott át az égen, egy tizenkét hüvelykes fegyver dörgésével, húsz lépésnyire előttem az ösvényen, és egy hatalmas oszlopot emelt fel. gőz. Továbbmentem megnézni, milyen nyomot hagyott a villám. öt centi átmérőjű égett lóhere, a közepén egy fél hüvelykes lyukkal... Visszamentem a laboratóriumba, felolvasztottam nyolc kiló ónt és beleöntöttem a lyuk... ahogy lennie kell, a fogantyúban, és a vége felé fokozatosan konvergált. Kicsit hosszabb volt három lábnál" (idézi W. Seabrook. Robert Wood. - M .: Nauka, 1985, 285. o. ).

Az üvegcső megjelenése a homokban villámkisülés során annak a ténynek köszönhető, hogy a homokszemek között mindig van levegő és nedvesség. A villám elektromos árama a másodperc töredéke alatt hatalmas hőmérsékletre melegíti fel a levegőt és a vízgőzt, ami a homokszemek közötti légnyomás robbanásszerű növekedését és annak kitágulását idézi elő, amit Wood, aki csodával határos módon nem lett villámcsapás áldozata, meghallotta. és látta. A táguló levegő hengeres üreget képez az olvadt homok belsejében. Az ezt követő gyors hűtés rögzíti a fulguritot - egy üvegcsövet a homokban.

A homokból gyakran gondosan kiásott fulgurit fagyökér vagy ág alakú, számos folyamattal. Az ilyen elágazó fulguritok akkor keletkeznek, amikor villámkisülés éri a nedves homokot, aminek, mint ismeretes, nagyobb az elektromos vezetőképessége, mint a száraz homoknak, ilyenkor a villámáram a talajba jutva azonnal elkezd oldalra terjedni, és egy homokot képez. a fa gyökeréhez hasonló szerkezet, és a keletkező fulgurit csak megismétli ezt a formát. A fulgurit nagyon sérülékeny, és a rátapadt homok eltávolítására tett kísérletek gyakran annak pusztulásához vezetnek. Ez különösen igaz a nedves homokban képződő elágazó fulguritokra.

Minden másodpercben, kb 700 villám, és minden évben kb 3000 embereket ölnek meg villámcsapások. A villámlás fizikai természetét nem magyarázták meg teljesen, és a legtöbb embernek csak hozzávetőleges elképzelése van arról, hogy mi is az. Néhány kisülés összeütközik a felhőkben, vagy valami hasonló. Ma fizikai szerzőinkhez fordultunk, hogy többet megtudjunk a villám természetéről. Hogyan jelenik meg a villám, hová csap a villám, és miért dörög a mennydörgés. A cikk elolvasása után tudni fogja a választ ezekre és sok más kérdésre.

Mi a villámlás

Villám- szikra elektromos kisülés a légkörben.

elektromos kisülés- ez az áramáramlás folyamata a közegben, amely az elektromos vezetőképesség jelentős növekedésével jár a normál állapothoz képest. Létezik különböző típusok elektromos kisülések gázban: szikra, ív, parázsló.

A szikrakisülés akkor jelentkezik, ha légköri nyomásés jellegzetes szikracsattogás kíséri. A szikrakisülés eltűnő és egymást helyettesítő fonalas szikracsatornák halmaza. Spark csatornákat is hívnak szalagok. A szikracsatornák ionizált gázzal, azaz plazmával vannak feltöltve. A villám óriási szikra, a mennydörgés pedig nagyon hangos reccsenés. De nem minden ilyen egyszerű.

A villámlás fizikai természete

Hogyan magyarázható a villám eredete? Rendszer felhő-föld vagy felhő-felhő egyfajta kondenzátor. A levegő dielektrikum szerepét tölti be a felhők között. A felhő alsó része negatív töltésű. Elegendő potenciálkülönbség esetén a felhő és a talaj között olyan körülmények állnak fenn, amelyekben villámlás fordul elő a természetben.

Lépcsős vezető

A fő villámlás előtt megfigyelhető egy kis folt, amely a felhőből a földre mozog. Ez az úgynevezett lépésvezér. A potenciálkülönbség hatására az elektronok elkezdenek mozogni a talaj felé. Mozgásuk során levegőmolekulákkal ütköznek, ionizálva azokat. Egy ionizált csatorna húzódik a felhőből a talajba. A levegő szabad elektronok általi ionizációja miatt a vezetőpálya zónájában jelentősen megnő az elektromos vezetőképesség. A vezető, mintegy kikövezi az utat a fő kisüléshez, egyik elektródától (felhőtől) a másikig (föld) mozog. Az ionizáció egyenetlenül megy végbe, így a vezető elágazhat.

Visszafelé sül el

Abban a pillanatban, amikor a vezető közeledik a talajhoz, a feszültség megnő a végén. A talajról vagy a felszín fölé kiálló tárgyakról (fák, épülettetők) egy válaszszalagot (csatorna) dobnak a vezető felé. A villámnak ezt a tulajdonságát az ellenük való védekezésre használják villámhárító felszerelésével. Miért csap a villám emberbe vagy fába? Valójában nem érdekli, hova üt. Végül is a villám a legrövidebb utat keresi föld és ég között. Éppen ezért zivatar idején veszélyes a síkságon vagy a víz felszínén tartózkodni.

Amikor a vezető eléri a talajt, áram kezd átfolyni a lefektetett csatornán. Ebben a pillanatban figyelhető meg a fő villámlás, amelyet az áramerősség és az energiafelszabadulás meredek növekedése kísér. Itt a kérdés, honnan jön a villám?Érdekesség, hogy a vezér a felhőből a földre terjed, de a fordított fényes villanás, amit látni szoktunk, a földről a felhőre terjed. Helyesebb azt mondani, hogy a villám nem megy az égből a földre, hanem közöttük történik.

Miért csap be a villám?

A mennydörgés az ionizált csatornák gyors tágulása által generált lökéshullám eredménye. Miért látunk először villámot, majd hallunk mennydörgést? Minden a hangsebesség (340,29 m/s) és a fénysebesség (299 792 458 m/s) különbségéről szól. Ha megszámolja a mennydörgés és a villámlás közötti másodperceket, és megszorozza azokat a hangsebességgel, megtudhatja, milyen távolságra csapott be Önből a villám.

Légkörfizikai munkára van szüksége? Olvasóink most 10% kedvezményt kapnak bármilyen munka

Villámtípusok és tények a villámról

Az ég és a föld közötti villám nem a leggyakoribb villámcsapás. Leggyakrabban a villámlás felhők között fordul elő, és nem jelent veszélyt. A földi és a felhőn belüli villámok mellett vannak olyan villámok, amelyek a felső légkörben keletkeznek. Milyen típusú villámok vannak a természetben?

• Felhőn belüli villámlás;
• gömbvillám;
• "Manók";
• Fúvókák;
• Sprite.

Az utolsó három típusú villám nem figyelhető meg speciális műszerek nélkül, mivel 40 kilométeres és magasabb magasságban alakulnak ki.

Íme a tények a villámlásról:

• A Földön feljegyzett leghosszabb villám hossza ez volt 321 km. Ezt a villámot Oklahomában látták, 2007.
• A leghosszabb villámlás tartott 7,74 másodperc, és az Alpokban rögzítették.
• Villám keletkezik nem csak föld. Tudjon pontosan a villámlásról Vénusz, Jupiter, SzaturnuszÉs Uránusz. A Szaturnusz villáma milliószor erősebb, mint a Földé.
• A villámlás árama elérheti a több százezer ampert, a feszültség pedig a több milliárd voltot.
• A villámcsatorna hőmérséklete elérheti 30000 Celsius-fok az 6 a nap felszíni hőmérsékletének szorzata.

Golyóvillám

A gömbvillám egy különálló villámtípus, amelynek természete továbbra is rejtély marad. Az ilyen villám egy világító tárgy, amely labda formájában mozog a levegőben. A korlátozott bizonyítékok szerint a gömbvillám előre nem látható pályán mozoghat, kisebb villámokra szakadhat, felrobbanhat, vagy egyszerűen váratlanul eltűnhet. Sok hipotézis létezik a gömbvillám eredetéről, de egyik sem ismerhető el megbízhatónak. Az a tény, hogy senki sem tudja, hogyan jelenik meg a gömbvillám. Egyes hipotézisek ennek a jelenségnek a megfigyelését hallucinációkra redukálják. Gömbvillámot még soha nem figyeltek meg benne laboratóriumi körülmények. A tudósok megelégedhetnek a szemtanúk beszámolóival.

Végezetül megkérjük Önt, hogy nézze meg a videót, és emlékeztesse Önt: ha a kurzusanyag vagy a vezérlő villámként esett a fejére egy napsütéses napon, ne essen kétségbe. A hallgatói szolgáltatások szakemberei 2000 óta segítik a hallgatókat. Bármikor kérjen szakképzett segítséget. 24 napi óra, 7 a hét minden napján készen állunk a segítségére.

A villám egy óriási elektromos szikra. Épületekbe ütközve tüzet okoz, nagy fákat hasít ki, embereket üt ki. Egyszerre több mint 2000 villámlás szikrázik a Föld különböző pontjain. Másodpercenként körülbelül 50 villám csap a földfelszínbe, és ennek minden négyzetkilométerét átlagosan évente hatszor csapja be a villám.

A villám egy óriási elektromos szikrakisülés a légkörben, amely általában zivatar idején fordul elő, és erős fényvillanással és kísérő mennydörgéssel nyilvánul meg. A Vénuszon, a Jupiteren, a Szaturnuszon és az Uránuszon is rögzítettek villámlást. Egy villámkisülésben az áram eléri a 10-20 ezer ampert, így keveseknek sikerül életben maradniuk a villámcsapás után.

Felület a földgömb elektromosan vezetőbb, mint a levegő. A levegő elektromos vezetőképessége azonban a magassággal nő. A levegő általában pozitív töltésű, míg a Föld negatív töltésű. A zivatarfelhőben lévő vízcseppek feltöltődése a levegőben lévő töltött apró részecskék (ionok) elnyelésével történik. A felhőből lehulló cseppnek felül negatív, alul pozitív töltése van. a lehulló cseppek többnyire elnyelik a negatív töltésű részecskéket és negatív töltésre tesznek szert. A felhőben kialakuló turbulencia során vízcseppek permeteznek, és a kis permetek negatív töltéssel, a nagyok pedig pozitív töltéssel repülnek. Ugyanez történik a felhő tetején lévő jégkristályokkal. A kisméretű jégrészecskék felhasadásakor pozitív töltést kapnak, és a felszálló áramok a felhő felső részébe, a nagy, negatív töltésű részecskék pedig a felhő alsó részébe kerülnek. a zivatarfelhőben és a környező térben jönnek létre. A zivatarfelhőben nagy tértöltések felhalmozódásával szikrakisülések (villámlás) keletkeznek a felhő egyes részei között vagy a felhő és a földfelszín között. Villámkisülés bekapcsolva kinézet különböző. A leggyakrabban megfigyelt lineáris elágazó villám, esetenként gömbvillám stb.

A villámlás nemcsak a természet sajátos jelenségeként érdekes. Lehetővé teszi az elektromos kisülés megfigyelését gázhalmazállapotú közegben több száz millió voltos feszültség mellett, és az elektródák közötti távolság több kilométer.

1750-ben B. Franklin azt javasolta a Londoni Királyi Társaságnak, hogy készítsenek kísérletet egy vasrúddal, amelyet egy szigetelő alapra erősítettek meg és szereltek fel. magas torony. Arra számított, hogy amikor egy zivatarfelhő megközelíti a tornyot, az eredetileg semleges rúd felső végén egy ellenkező előjelű töltés, az alsó végén pedig a felhő tövével megegyező előjelű töltés koncentrálódik. . Ha a villámkisülés során az elektromos tér erőssége kellőképpen megnő, a rúd felső végének töltése részben a levegőbe kerül, és a rúd a felhő alapjával megegyező előjelű töltést kap.

A Franklin által javasolt kísérletet nem Angliában hajtották végre, hanem 1752-ben a Párizs melletti Marlyban állította fel Jean d'Alembert francia fizikus, aki egy 12 m hosszú vasrudat használt, amelyet egy üvegpalackba illesztettek (amely a szigetelő), de nem helyezte fel a toronyra Május 10-én az asszisztense arról számolt be, hogy amikor a zivatarfelhő a rúd felett volt, szikra keletkezett, amikor földelt vezetéket hoztak rá.

Franklin maga, mivel nem tudott a Franciaországban végzett sikeres kísérletről, még az év júniusában hajtotta végre híres kísérletét egy sárkányral, és elektromos szikrákat figyelt meg a rákötött vezeték végén. A következő évben a rúdról gyűjtött töltések tanulmányozása közben Franklin megállapította, hogy a zivatarfelhők alapjai általában negatív töltésűek.

A villámlás részletesebb vizsgálata a 19. század végén vált lehetővé. köszönhetően a fényképészeti módszerek fejlesztésének, különösen a forgólencsés készülék feltalálása után, amely lehetővé tette a gyorsan fejlődő folyamatok rögzítését. Az ilyen kamerát széles körben használták a szikrakisülések tanulmányozására. Megállapították, hogy a villámok többféle típusa létezik, amelyek közül a legelterjedtebbek a lineáris, a lapos (felhőn belüli) és a gömb alakú (levegőkisülések).

A lineáris villám 2-4 km hosszú és nagy áramerősséggel rendelkezik. Akkor jön létre, amikor az elektromos térerősség eléri a kritikus értéket, és megtörténik az ionizációs folyamat. Ez utóbbit kezdetben szabad elektronok hozzák létre, amelyek mindig jelen vannak a levegőben. Az elektromos tér hatására az elektronok nagy sebességre tesznek szert, és a Föld felé haladva, levegő atomokkal ütközve széthasítják és ionizálják azokat. Az ionizáció egy keskeny csatornában megy végbe, amely vezetővé válik. A levegő felmelegszik. A felhevült levegő csatornáján keresztül a felhő töltése több mint 150 km/h sebességgel áramlik le a földfelszínre. Ez a folyamat első szakasza. Amikor a töltés eléri a Föld felszínét a felhő és a talaj között, egy vezető csatorna jön létre, amelyen keresztül a töltések egymás felé haladnak: a Föld felszínéről érkező pozitív és a felhőben felhalmozódó negatív töltések A lineáris villámlást erős gördülési hang kíséri. - mennydörgés, amely robbanásra emlékeztet. A hang a légcsatornában lévő levegő gyors felmelegedésével és tágulásával, majd ugyanazzal a gyors hűtéssel és tömörítéssel keletkezik.

Lapos villámok fordulnak elő zivatarfelhőben, és úgy néznek ki, mint egy szórt fény villanása.

A gömbvillám egy labda formájú világító tömegből áll, amely valamivel kisebb, mint egy futballlabda, amely kis sebességgel mozog a szél irányában. Nagy robajjal felrobbannak, vagy nyomtalanul eltűnnek. A gömbvillám a lineáris villámlás után jelenik meg. Gyakran nyitott ajtókon és ablakokon keresztül jut be a helyiségbe. A gömbvillám természete még nem ismert.A gömbvillámok légkisülései zivatarfelhőből indulva gyakran vízszintesen irányulnak, és nem érik el a földfelszínt.

A villámlás elleni védelem érdekében villámhárítókat készítenek, amelyek segítségével a villámtöltést speciálisan előkészített biztonságos úton vezetik a talajba.

A villámcsapás általában három vagy több ismétlődő csapásból áll – ugyanazt az utat követő impulzusokból. Az egymást követő impulzusok közötti intervallumok nagyon rövidek, 1/100-1/10 s (ez okozza a villámlást). Általában a villanás körülbelül egy másodpercig vagy kevesebb ideig tart. Egy tipikus villámfejlesztési folyamat a következőképpen írható le. Először egy gyengén világító kisülési vezető rohan felülről a föld felszínére. Amikor eléri, egy fényesen izzó fordított vagy fő kisülés halad a földből felfelé a vezető által lefektetett csatornán.

A kisülési vezető általában cikkcakkban mozog. Terjedésének sebessége másodpercenként száz és több száz kilométer között mozog. Útközben ionizálja a levegőmolekulákat, megnövelt vezetőképességű csatornát hozva létre, amelyen keresztül a fordított kisülés körülbelül százszor nagyobb sebességgel halad felfelé, mint a vezető kisülésé. Nehéz meghatározni a csatorna méretét, de a vezető kisülés átmérője 1-10 m, a fordított kisülésé több centiméterre becsülhető.

A villámkisülések rádióinterferenciát keltenek azáltal, hogy széles tartományban bocsátanak ki rádióhullámokat – a 30 kHz-től az ultraalacsony frekvenciákig. A rádióhullámok legnagyobb sugárzása valószínűleg az 5-10 kHz tartományba esik. Az ilyen alacsony frekvenciájú rádióinterferenciák az ionoszféra alsó határa és a földfelszín közötti térben "koncentrálódnak", és a forrástól több ezer kilométeres távolságra is képesek terjedni.

Villám: életadó és az evolúció motorja. 1953-ban S. Miller (Stanley Miller) és G. Urey (Harold Urey) biokémikusok kimutatták, hogy az élet egyik "építőköve" - ​​az aminosavak nyerhetők úgy, hogy elektromos kisülést vezetnek át vízen, amelyben a A Föld "primitív" légköre feloldódik (metán, ammónia és hidrogén). Ötven évvel később más kutatók megismételték ezeket a kísérleteket, és ugyanazokat az eredményeket kapták. Így a földi élet keletkezésének tudományos elmélete alapvető szerepet szán a villámcsapásnak. Ha rövid áramimpulzusokat vezetnek át a baktériumokon, azok héjában (membránjában) pórusok jelennek meg, amelyeken keresztül más baktériumok DNS-fragmentumai bejuthatnak a belsejébe, beindítva az evolúció egyik mechanizmusát.

Hogyan védekezhetsz a villámlás ellen vízsugárral és lézerrel. A közelmúltban egy alapvetően új módszert javasoltak a villámlás kezelésére. Villámhárítót hoznak létre ... folyadéksugárból, amelyet a földről közvetlenül a zivatarfelhőkbe lőnek. A villámfolyadék egy sóoldat, amelyhez folyékony polimereket adnak: a só az elektromos vezetőképesség növelését szolgálja, a polimer pedig megakadályozza, hogy a sugár külön cseppekre "feltörjön". A sugár átmérője körülbelül egy centiméter, a maximális magasság pedig 300 méter. A folyékony villámhárító véglegesítésekor sport- és játszóterekkel szerelik fel, ahol a szökőkút automatikusan bekapcsol, ha az elektromos térerősség kellően nagy lesz és a villámcsapás valószínűsége maximális. A töltés a zivatarfelhőből folyó folyadékáramban lefolyik, biztonságossá téve a villámlást mások számára. Hasonló védelem a villámkisülés ellen lézerrel is megvalósítható, amelynek sugara a levegőt ionizálva csatornát hoz létre az elektromos kisülés számára, távol az emberek tömegétől.

Elvezethet minket a villám? Igen, ha iránytűt használ. G. Melville "Moby Dick" című híres regénye egy olyan esetet ír le, amikor egy erős mágneses teret létrehozó villámkisülés újramágnesezi az iránytűt. A hajó kapitánya azonban fogott egy varrótűt, megütötte, hogy mágnesessé tegye, és egy törött iránytűvel helyettesítette.

Villám csaphat be egy házban vagy repülőn belül? Sajnos igen! A villámáram egy közeli oszlopról telefonvezetéken keresztül juthat be a házba. Ezért zivatar idején próbáljon meg nem normál telefont használni. Úgy tartják, hogy rádiótelefonon vagy mobiltelefonon beszélni biztonságosabb. Zivatar idején ne érintse meg a házat a földdel összekötő központi fűtési és vízvezetékeket. Ugyanezen okokból a szakértők azt tanácsolják, hogy zivatar idején kapcsoljanak ki minden elektromos készüléket, beleértve a számítógépeket és a televíziókat is.

Ami a repülőgépeket illeti, általánosságban elmondható, hogy olyan területek felett próbálnak átrepülni, ahol viharos tevékenység zajlik. Pedig átlagosan évente egyszer villámcsap az egyik gépbe. Az árama nem érheti az utasokat, végigfolyik a repülőgép külső felületén, de kikapcsolhatja a rádiókommunikációt, a navigációs berendezéseket és az elektronikát.

2009. december 22. | Kategóriák: Természet , Fotó , Egyéb

Értékelés: +15 Cikk szerzője: Lélek Nézetek: 31685

Villám 1882
(c) Fotós: William N. Jennings, c. 1882

A villámlás elektromos természetét B. Franklin amerikai fizikus kutatásai tárták fel, amelyek alapján kísérletet végeztek elektromos áram kinyerésére egy zivatarfelhőből. Franklin tapasztalatai a villám elektromos természetének tisztázásában széles körben ismertek. 1750-ben publikált egy munkát, amelyben egy zivatarba indított sárkányt használó kísérletet ír le. Franklin tapasztalatait Joseph Priestley munkája írta le.

A villámlás fizikai tulajdonságai

Az átlagos villámhossz 2,5 km, egyes kisülések akár 20 km távolságra is kiterjednek a légkörbe.

villámképződmény

Leggyakrabban a villámlás gomolyfelhőkben fordul elő, akkor ezeket zivatarfelhőknek nevezik; időnként villámok képződnek a nimbostratus felhőkben, valamint vulkánkitörések, tornádók és porviharok során.

Általában lineáris villámok figyelhetők meg, amelyek az úgynevezett elektród nélküli kisülésekhez tartoznak, mivel töltött részecskék halmazaiban kezdődnek (és végződnek). Ez meghatározza néhány máig megmagyarázhatatlan tulajdonságukat, amelyek megkülönböztetik a villámlást az elektródák közötti kisülésektől. Tehát a villám nem rövidebb néhány száz méternél; sokkal gyengébb elektromos mezőkben keletkeznek, mint az elektródák közötti kisülések; a villámlás által hordozott töltések összegyűjtése a másodperc ezredrésze alatt megy végbe több km³ térfogatban elhelyezkedő apró, jól elkülönített részecskék milliárdjaiból. A zivatarfelhőkben a villámok kialakulásának folyamata a leginkább tanulmányozott, míg magukban a felhőkben a villámlás történhet - felhőn belüli villámlás, de lecsaphatnak a földre - földi villámlás. A villámláshoz szükséges, hogy a felhő egy viszonylag kis (de legalább néhány kritikus) térfogatában olyan elektromos tér (lásd légköri elektromosság) legyen, amelynek erőssége elegendő az elektromos kisülés elindításához (~ 1 MV / m). kialakult, és a felhő jelentős részében olyan átlagos erősségű mező lenne, amely elegendő a megindult kisülés fenntartásához (~ 0,1-0,2 MV / m). A villámlás során a felhő elektromos energiája hővé, fénnyel és hanggá alakul.

földi villámlás

A földi villám kifejlesztésének folyamata több szakaszból áll. Az első szakaszban, abban a zónában, ahol az elektromos tér eléri a kritikus értéket, megindul a becsapódásos ionizáció, amelyet kezdetben a levegőben mindig kis mennyiségben jelenlévő szabad töltések hoznak létre, amelyek elektromos tér hatására jelentős sebességet vesznek fel. a föld felé, és a levegőt alkotó molekulákkal ütközve ionizálják azokat.

A modernebb elképzelések szerint a légkör ionizációja a kisülés áthaladásához nagyenergiájú kozmikus sugárzás hatására történik - 10 12 -10 15 eV energiájú részecskék, amelyek széles légzuhanyt (EAS) képeznek, csökkenéssel. a levegő áttörési feszültségében egy nagyságrenddel a normál körülményekhez képest.

Az egyik hipotézis szerint a részecskék beindítják a kifutó lebomlásnak nevezett folyamatot. Így elektronlavinák keletkeznek, amelyek elektromos kisülési szálakká alakulnak - szalagok, amelyek jól vezető csatornák, amelyek összeolvadásával nagy vezetőképességű, fényes, termikusan ionizált csatorna jön létre - lépett villámvezér.

Megtörténik a vezér mozgása a föld felszínére lépések több tíz méter ~ 50 000 kilométer/másodperc sebességgel, majd mozgása több tíz mikroszekundumra leáll, és az izzás erősen gyengül; majd a következő szakaszban a vezető ismét több tíz métert halad előre. Ugyanakkor fényes ragyogás borítja be az összes megtett lépést; majd ismét egy megállás és az izzás gyengülése következik. Ezek a folyamatok megismétlődnek, amikor a vezér átlagosan 200 000 méter másodpercenkénti sebességgel mozog a Föld felszínére.

Ahogy a vezér a talaj felé halad, a végénél növekszik a térerő, és a cselekvés hatására, válasz streamer, kapcsolódva a vezetőhöz. A villámnak ezt a tulajdonságát villámhárító létrehozására használják.

Az utolsó szakaszban a vezető által ionizált csatornát követi vissza(alulról felfelé), ill fő, villámkisülés, amelyet több tíz és több százezer amper közötti áramerősség, fényerő jellemez, jelentősen meghaladja a vezető fényerejét, és nagy előrehaladási sebesség, először elérve a ~ 100 000 km/s sebességet, majd a végén ~ 10 000 km/s-ra csökken. A csatorna hőmérséklete a főürítés során meghaladhatja a 2000-3000 °C-ot. A villámcsatorna hossza 1-10 km lehet, átmérője több centiméter. Az áramimpulzus áthaladása után a csatorna ionizációja és fénye gyengül. A végső szakaszban a villámáram századmásodpercek, sőt tizedmásodpercekig is tarthat, elérheti a száz és ezer ampert. Az ilyen villámlást elhúzódónak nevezik, leggyakrabban tüzet okoznak. De a föld nem töltődik, ezért általánosan elfogadott, hogy a villámkisülés a felhőből jön a föld felé (fentről lefelé).

A fő kisülés gyakran csak a felhő egy részét bocsátja ki. A nagy magasságban elhelyezkedő töltések új (nyíl alakú) vezetőt idézhetnek elő, amely folyamatosan, több ezer kilométeres másodpercenkénti sebességgel mozog. Ragyogásának fényessége közel áll a lépcsős vezér fényességéhez. Amikor a söpört vezér eléri a föld felszínét, egy második fő ütés következik, hasonlóan az elsőhöz. A villámlás általában több ismétlődő kisülést tartalmaz, de számuk akár több tucat is lehet. A többszöri villámlás időtartama meghaladhatja az 1 másodpercet. A többszörös villámcsatorna szél általi elmozdulása úgynevezett szalagvillámot hoz létre - egy világító csíkot.

Felhőn belüli villámlás

Felhőn belüli villámlás Toulouse-ban, Franciaországban. 2006

A felhőn belüli villám általában csak vezető szakaszokat tartalmaz; hosszuk 1-150 km között változik. A felhőn belüli villámok aránya az Egyenlítő felé tolódással növekszik, a mérsékelt övi szélességi 0,5-ről 0,9-re az egyenlítői sávban. A villámok áthaladását az elektromos és mágneses mezők változásai, valamint a rádiósugárzás, az ún.

Repülés Kolkatából Mumbaiba.

Annak a valószínűsége, hogy egy földi objektumot villámcsapás ér, növekszik a magasságának növekedésével és a talaj elektromos vezetőképességének növekedésével a felszínen vagy egy bizonyos mélységben (a villámhárító hatása ezeken a tényezőkön alapul). Ha a felhőben olyan elektromos tér van, amely elegendő a kisülés fenntartásához, de nem elég ahhoz, hogy létrejöjjön, akkor egy hosszú fémkábel vagy egy repülőgép töltheti be a villámgyújtó szerepét - különösen, ha az elektromosan erősen feltöltött. Így a nimbostratusban és az erőteljes gomolyfelhőkben néha „provokálják” a villámlást.

Villámlás a felső légkörben

1989-ben fedezték fel különleges fajta villámlás - elfek, villámlás a felső légkörben. 1995-ben egy másik típusú villámlást fedeztek fel a felső légkörben - a fúvókákat.

elfek

Fúvókák

Fúvókák kék csövek. A jetek magassága elérheti a 40-70 km-t (az ionoszféra alsó határa), a jetek viszonylag tovább élnek, mint az elfek.

Sprite

Sprite nehéz megkülönböztetni, de szinte minden zivatarban megjelennek 55-130 kilométeres magasságban (a "rendes" villámok kialakulásának magassága nem haladja meg a 16 kilométert). Ez egyfajta villám, amely a felhőből lövell fel. Ezt a jelenséget először 1989-ben rögzítették véletlenül. Nagyon keveset tudunk a sprite fizikai természetéről.

A villám kölcsönhatása a föld felszínével és a rajta elhelyezkedő tárgyakkal

A villámcsapások globális gyakorisága (a skála az évi villámcsapások számát mutatja négyzetkilométerenként)

Korai becslések szerint a villámcsapások gyakorisága a Földön másodpercenként 100. Az olyan műholdak modern adatai szerint, amelyek képesek villámlást észlelni olyan helyeken, ahol nincs földi megfigyelés, ez a frekvencia átlagosan 44 ± 5-ször másodpercenként, ami körülbelül évi 1,4 milliárd villámcsapásnak felel meg. A villámok 75%-a a felhők között vagy a felhőkön belül, 25%-a pedig a földön csap le.

A legerősebb villámok okozzák a fulguriták születését.

Lökéshullám a villámból

A villámkisülés elektromos robbanás, és bizonyos szempontból hasonló a detonációhoz. Lökéshullám megjelenését okozza, amely a közvetlen közelében veszélyes. A kellően erős villámkisülésből származó lökéshullám akár több méteres távolságból is pusztítást, fát törhet, embert sérülést, agyrázkódást okozhat közvetlen sérülés nélkül is. Áramütés. Például 30 ezer amper/0,1 ezredmásodperc áramemelkedésnél és 10 cm-es csatornaátmérőnél a következő lökéshullámnyomások figyelhetők meg:

• a középponttól 5 cm távolságra (a világító villámcsatorna határa) - 0,93 MPa,
• 0,5 m - 0,025 MPa távolságban (törékeny épületszerkezetek tönkretétele és emberi sérülések),
• 5 m távolságban - 0,002 MPa (üvegtörés és személy ideiglenes elkábítása).

Nagyobb távolságokon a lökéshullám hanghullámmá - mennydörgéssé - degenerálódik.

emberek és villámlás

A villámlás komoly veszélyt jelent az emberi életre. Egy ember vagy állat villámcsapás általi legyőzése gyakran nyílt tereken történik, mivel az elektromos áram a legrövidebb „villámfelhő-föld” úton halad. A villám gyakran ér a vasúton lévő fákba és transzformátorokba, amitől azok meggyulladnak. Az épületen belüli közönséges lineáris villám nem csaphat be, de az a vélemény, hogy az úgynevezett gömbvillám áthatol a repedéseken és a nyitott ablakokon. A közönséges villámlás veszélyes a sokemeletes épületek tetején elhelyezett televízió- és rádióantennákra, valamint a hálózati berendezésekre.

Az áldozatok testében ugyanazok a kóros elváltozások figyelhetők meg, mint áramütés esetén. Az áldozat eszméletét veszti, elesik, görcsök léphetnek fel, a légzés és a szívverés gyakran leáll. A testen általában "áramnyomok", az elektromosság be- és kilépési pontjai találhatók. Halálos kimenetel esetén az alapvető létfontosságú funkciók leállásának oka a légzés és a szívverés hirtelen leállása, a villámcsapásnak a medulla oblongata légző- és vazomotoros központjaira gyakorolt ​​közvetlen hatása miatt. A bőrön gyakran maradnak úgynevezett villámlás jelei, faszerű világos rózsaszín vagy piros csíkok, amelyek ujjnyomásra eltűnnek (a halál után 1-2 napig fennmaradnak). Ezek a testtel való villámcsapás zónájában lévő kapillárisok kitágulásának eredménye.

A villám a fatörzsben halad a legkisebb elektromos ellenállású úton, nagy mennyiségű hő felszabadulásával a vizet gőzzé alakítva, ami széthasítja a fa törzsét, vagy gyakrabban letép róla kéregdarabokat, megmutatva az utat. a villámlás. A következő évszakokban a fák általában regenerálják a sérült szöveteket, és bezárhatják az egész sebet, csak függőleges heget hagyva hátra. Ha a kár túl súlyos, a szél és a kártevők végül elpusztítják a fát. A fák természetes villámhárítók, és köztudottan villámvédelmet nyújtanak a közeli épületek számára. Az épület közelébe ültetett magas fák megfogják a villámokat, és a gyökérrendszer magas biomasszája segít megalapozni a villámcsapást.

Emiatt zivatar idején nem lehet elbújni az eső elől a fák alatt, különösen a nyílt területeken magas vagy egyszemélyes fák alatt.

A villámcsapás által sújtott fákból hangszereket készítenek, egyedi tulajdonságokat tulajdonítva nekik.

Villám- és villanyszerelés

A villámcsapás komoly veszélyt jelent az elektromos és elektronikus berendezésekre. A vezetékekbe történő közvetlen villámcsapás esetén a vezetékben túlfeszültség lép fel, ami az elektromos berendezések szigetelésének tönkremenetelét okozza, a nagy áramok pedig hőkárosodást okoznak a vezetékekben. A villámlökések elleni védelem érdekében az elektromos alállomásokat és elosztóhálózatokat különféle típusú védőberendezésekkel látják el, például levezetőkkel, nem lineáris túlfeszültség-levezetőkkel, hosszú szikralevezetőkkel. A villámhárítók és a földelő vezetékek a közvetlen villámcsapás elleni védelemre szolgálnak. Az elektronikai eszközökre a villámlás által keltett elektromágneses impulzus is veszélyes.

Villámlás és repülés

A légköri elektromosság általában és különösen a villámcsapás jelentős veszélyt jelent a repülésre. A repülőgépbe becsapott villám nagy áramot áramlik át annak szerkezeti elemein, ami ezek tönkremenetelét, tüzet az üzemanyagtartályokban, berendezések meghibásodását és emberek halálát okozhatja. A kockázat csökkentése érdekében a repülőgépek külső burkolatának fémelemeit gondosan elektromosan összekapcsolják egymással, a nem fémes elemeket pedig fémbevonattal látják el. Így a ház alacsony elektromos ellenállása biztosított. A villámáram és más légköri elektromosság elvezetése érdekében a repülőgépeket levezetőkkel szerelik fel.

Annak a ténynek köszönhető, hogy a elektromos kapacitás egy repülőgép levegőben kicsi, a "felhő-repülőgép" kisülés lényegesen kisebb energiával rendelkezik, mint a "felhő-föld" kisülés. A villámlás a legveszélyesebb egy alacsonyan repülő repülőgépre vagy helikopterre, mivel ebben az esetben a repülőgép villámáram-vezető szerepet tölthet be a felhőből a talajba. Ismeretes, hogy a nagy magasságban lévő repülőgépekbe viszonylag gyakran csap be a villám, ennek ellenére ritka az ilyen okból bekövetkező baleset. Ugyanakkor nagyon sok olyan eset van, amikor fel- és leszálláskor, valamint a parkolóban villámcsap a repülőgép, ami katasztrófával vagy a gép megsemmisülésével végződött.

Villám- és felszíni hajók

A villámlás a felszíni hajókra is nagyon nagy veszélyt jelent, tekintettel arra, hogy az utóbbiak a tenger felszíne fölé emelkednek, és sok éles elemük van (árbocok, antennák), ​​amelyek elektromos térerősség-koncentrátorok. A napokban a fából készült vitorlások magas ellenállás A hajótestnél egy villámcsapás szinte mindig tragikusan végződött a hajó számára: a hajó leégett vagy összeomlott, emberek meghaltak áramütésben. A szegecses acélhajók is ki voltak téve a villámcsapásnak. A szegecskötések nagy ellenállása jelentős helyi hőképződést okozott, ami elektromos ív kialakulásához, tüzekhez, a szegecsek tönkremeneteléhez és a tok vízszivárgásának megjelenéséhez vezetett.

A modern hajók hegesztett törzse alacsony ellenállású, és biztosítja a villámáram biztonságos terjedését. A modern hajók felépítményének kiálló elemei megbízhatóan elektromosan kapcsolódnak a hajótesthez, és a villámáram biztonságos terjedését is biztosítják.

Villámcsapást okozó emberi tevékenység

Egy földi nukleáris robbanásban a másodperc töredékével a tüzes félteke határának néhány száz méterrel (10,4 Mt robbanással összehasonlítva ~ 400-700 m-re) a központtól megérkezik a gammasugárzás. elérte a központot, elektromágneses impulzust hoz létre, amelynek erőssége ~ 100-1000 kV / m, villámkisüléseket okozva, amelyek a földtől felfelé csapnak le, mielőtt a tüzes félteke határa megérkezne.

Lásd még

	villám a Wikiszótárban
	Kategória: Villámlás a Wikimedia Commonsnál

Megjegyzések

1. Ermakov V.I., Sztozskov Yu.I. A zivatarfelhők fizikája // Fizikai Intézetőket. P.N. Lebegyev, RAS, M.2004: 37
2. A kozmikus sugarakat okolják a villámlásért Lenta.ru, 09.02.2009
3. Red Elfek és Blue Jets
4. ELVES, alapozó: Ionoszférikus fűtés a villámlás elektromágneses impulzusai által
5. A kék fúvókák fraktálmodelljei, a kék starterek hasonlóságot mutatnak, különbségeket a vörös sprite-ekhez képest
6. V.P. Pasko, M.A. Stanley, J.D. Matthews, Egyesült Államok Inan és T.G. Wood (2002. március 14.) "Elektromos kisülés a zivatarfelhő tetejéről az alsó ionoszférába" Természet, vol. 416, 152-154.
7. Az UFO-k megjelenését a sprite-ekkel magyarázták. lenta.ru (2009.02.24.). Az eredetiből archiválva: 2011. augusztus 23. Letöltve: 2010. január 16..
8. John E. Oliver Világklimatológiai Enciklopédia. - National Oceanic and Atmospheric Administration, 2005. - ISBN 978-1-4020-3264-6
9. . Nemzeti Óceán- és Légköri Hivatal. archiválva
10. . NASA Tudomány. tudományos hírek. (2001. december 5.). Az eredetiből archiválva: 2011. augusztus 23. Letöltve: 2011. április 15.
11. K. BOGDANOV "VILLÁM: TÖBB KÉRDÉS, MINT VÁLASZ". "Tudomány és Élet" 2007. 2. sz
12. Zhivlyuk Yu.N., Mandelstam S.L. A villámlás hőmérsékletéről és a mennydörgés erősségéről // ZhETF. 1961. 40. évf. 2. S. 483-487.
13. N. A. Kun "Az ókori Görögország legendái és mítoszai" LLC "AST Publishing House" 2005-538, p. ISBN 5-17-005305-3 35-36.