Come accade il fulmine. Fulmine: da dove viene, fatti interessanti

La natura elettrica del fulmine è stata rivelata nella ricerca del fisico americano B. Franklin, su iniziativa del quale è stato condotto un esperimento per estrarre elettricità da una nuvola temporalesca. L'esperienza di Franklin nel chiarire la natura elettrica dei fulmini è ampiamente nota. Nel 1750 pubblicò un'opera in cui descriveva un esperimento utilizzando un aquilone lanciato in un temporale. L'esperienza di Franklin è stata descritta nel lavoro di Joseph Priestley.

La lunghezza media dei fulmini è di 2,5 km, alcune scariche si estendono nell'atmosfera per una distanza fino a 20 km.

Come si forma il fulmine? Molto spesso, i fulmini si verificano nei cumulonembi, quindi sono chiamati temporali. A volte i fulmini si formano nelle nubi nimbo, così come durante le eruzioni vulcaniche, i tornado e le tempeste di polvere.

Schema del verificarsi di fulmini: a - formazione; b - grado.

Affinché si verifichi un fulmine, è necessario che in un volume relativamente piccolo (ma non inferiore a un certo critico) della nuvola si formi un campo elettrico con un'intensità sufficiente per innescare una scarica elettrica (~ 1 MV / m), e in un parte significativa della nuvola è presente un campo con una forza media sufficiente a mantenere la scarica iniziata (~ 0,1-0,2 MV/m). Nei fulmini, l'energia elettrica della nuvola viene convertita in calore e luce.

Quindi, il fulmine non è più corto di poche centinaia di metri; sorgono in campi elettrici molto più deboli dei campi durante le scariche interelettrodiche; la raccolta delle cariche trasportate dai fulmini avviene in millesimi di secondo da miliardi di piccole particelle, ben isolate l'una dall'altra, situate in un volume di diversi chilometri quadrati.

Il processo di sviluppo dei fulmini nelle nubi temporalesche è stato maggiormente studiato, mentre i fulmini possono passare nelle nubi stesse (fulmini intra-nube), oppure possono colpire il suolo (fulmini a terra).

fulmine a terra

Schema di sviluppo del fulmine a terra: a, b - due passaggi del leader; 1 - nuvola; 2 - stelle filanti; 3 - canale leader di passaggio; corona a 4 canali; 5 - corona a impulsi sulla testa del canale; c - formazione del canale principale di fulmini (K).

Il processo di sviluppo del fulmine a terra consiste in diverse fasi. Al primo stadio, nella zona in cui il campo elettrico raggiunge un valore critico, inizia la ionizzazione per impatto, inizialmente creata da elettroni liberi, che sono sempre presenti in piccola quantità nell'aria, che, sotto l'azione di un campo elettrico, acquisiscono velocità significative verso il suolo e, scontrandosi con le molecole che compongono l'aria, le ionizzano.

Secondo idee più moderne, la scarica è avviata da raggi cosmici ad alta energia, che innescano un processo chiamato rottura incontrollata. Pertanto, sorgono valanghe di elettroni, che si trasformano in filamenti di scariche elettriche - stelle filanti, che sono canali ben conduttivi che, unendosi, danno origine a un canale luminoso termicamente ionizzato ad alta conduttività - un leader di fulmini a gradini.

Il leader si trasferisce a superficie terrestre avviene a passi di diverse decine di metri a una velocità di ~ 50.000 chilometri al secondo, dopodiché il suo movimento si interrompe per diverse decine di microsecondi e il bagliore è notevolmente indebolito; poi, nella fase successiva, il leader avanza nuovamente di alcune decine di metri.

Allo stesso tempo, un bagliore luminoso copre tutti i passaggi passati, quindi l'arresto e l'indebolimento del bagliore seguono di nuovo. Questi processi si ripetono quando il leader si sposta sulla superficie della terra da velocità media 200.000 metri al secondo. Man mano che il leader si sposta verso il suolo, l'intensità del campo alla sua estremità aumenta e, sotto la sua azione, uno streamer di risposta viene lanciato fuori dagli oggetti che sporgono sulla superficie terrestre, collegandosi con il leader. Questa caratteristica del fulmine viene utilizzata per creare un parafulmine.

Nella fase finale, il canale ionizzato leader è seguito da una scarica di fulmine inversa (dal basso verso l'alto), o principale, caratterizzata da correnti da decine a centinaia di migliaia di ampere, una luminosità notevolmente superiore alla luminosità di il leader e un'elevata velocità di avanzamento, raggiungendo inizialmente ~ 100.000 chilometri al secondo e alla fine decrescendo a ~ 10.000 chilometri al secondo.

La temperatura del canale durante lo scarico principale può superare i 25.000 °C. La lunghezza del canale del fulmine può variare da 1 a 10 km, il diametro è di diversi centimetri. Dopo il passaggio dell'impulso di corrente, la ionizzazione del canale e il suo bagliore si indeboliscono. Nella fase finale, la corrente di fulmine può durare centesimi e anche decimi di secondo, raggiungendo centinaia e migliaia di ampere. Tali fulmini sono chiamati protratti, molto spesso causano incendi.

I fulmini di solito includono diverse scariche ripetute, ma il loro numero può raggiungere diverse dozzine. La durata di fulmini multipli può superare 1 secondo. Lo spostamento del canale di fulmini multipli da parte del vento crea il cosiddetto fulmine a nastro, una striscia luminosa.

Fulmine tra le nuvole

I fulmini intranubi di solito includono solo stadi leader, la loro lunghezza varia da 1 a 150 km. La quota di fulmini intranubi aumenta con lo spostamento verso l'equatore, passando da 0,5 nelle latitudini temperate a 0,9 nella fascia equatoriale. Il passaggio dei fulmini è accompagnato da variazioni dei campi elettrici e magnetici e delle emissioni radio, le cosiddette atmosfere.

La probabilità che un oggetto terrestre venga colpito da un fulmine aumenta all'aumentare della sua altezza e all'aumentare della conducibilità elettrica del suolo in superficie o ad una certa profondità (l'azione di un parafulmine si basa su questi fattori). Se nella nuvola è presente un campo elettrico sufficiente a mantenere la scarica, ma non sufficiente a provocarla, un lungo cavo metallico o un aeroplano possono svolgere il ruolo di iniziatore di fulmini, soprattutto se sono altamente caricati elettricamente. Pertanto, a volte i fulmini vengono "provocati" in nimbostratus e potenti cumuli.

In ogni secondo, circa 50 fulmini colpiscono la superficie terrestre, e in media ciascuno di essi chilometro quadrato un fulmine colpisce sei volte l'anno.

persone e fulmini

I fulmini sono una seria minaccia per la vita umana. La sconfitta di una persona o di un animale da parte di un fulmine si verifica spesso in spazi aperti, perché. la corrente elettrica segue il percorso più breve "tuono-terra". I fulmini colpiscono spesso alberi e installazioni di trasformatori accesi ferrovia facendoli prendere fuoco.

È impossibile essere colpiti da un normale fulmine lineare all'interno di un edificio, tuttavia, c'è un'opinione che il cosiddetto bolide può penetrare attraverso fessure e finestre aperte. I fulmini ordinari sono pericolosi per le antenne televisive e radiofoniche situate sui tetti dei grattacieli, nonché per le apparecchiature di rete.

Nel corpo delle vittime di un fulmine si notano gli stessi cambiamenti patologici come in caso di scossa elettrica. La vittima perde conoscenza, cade, possono iniziare convulsioni, la respirazione e il battito cardiaco spesso si fermano. Sul corpo di solito puoi trovare "segni di corrente" - i punti di ingresso e uscita dell'elettricità.

Si tratta di strisce rosa chiaro o rosse simili ad alberi che scompaiono se premute con le dita (persistono per 1-2 giorni dopo la morte). Sono il risultato dell'espansione dei capillari nella zona di contatto del fulmine con il corpo. In caso di esito fatale, la causa della cessazione delle funzioni vitali di base è un'improvvisa cessazione della respirazione e del battito cardiaco per azione diretta dei fulmini sui centri respiratori e vasomotori del midollo allungato.

Quando viene colpito da un fulmine, il primo soccorso medico dovrebbe essere urgente. Nei casi più gravi (arresto del respiro e palpitazioni) è necessaria la rianimazione, che dovrebbe essere fornita, senza attendere gli operatori sanitari, da qualsiasi testimone della disgrazia. La rianimazione è efficace solo nei primi minuti dopo un fulmine, dopo 10-15 minuti di solito è inefficace. In tutti i casi è necessario il ricovero d'urgenza.

vittime di fulmini

Nella mitologia e nella letteratura:

Asclepio (Esculapio), figlio di Apollo, il dio dei medici e dell'arte medica, non solo guarì, ma fece anche rivivere i morti. Per ristabilire l'ordine mondiale disturbato, Zeus lo colpì con il suo fulmine;
Fetonte, figlio del dio del sole Helios, una volta si impegnò a guidare il carro solare di suo padre, ma non riuscì a trattenere i cavalli sputafuoco e quasi distrusse la Terra in una terribile fiamma. Zeus infuriato trafisse Fetonte con un fulmine.

Figure storiche:

Accademico russo G. V. Richman - nel 1753 morì a causa di un fulmine;
Il deputato popolare dell'Ucraina, ex governatore della regione di Rivne, V. Chervoniy, è morto il 4 luglio 2009 a causa di un fulmine.

Roy Sully Van è sopravvissuto dopo essere stato colpito da un fulmine sette volte;
Il maggiore americano Summerford morì dopo una lunga malattia (risultato di un terzo fulmine). Il quarto fulmine distrusse completamente il suo monumento nel cimitero;
tra gli indiani andini si ritiene necessario un colpo di fulmine per ottenere livelli superiori iniziazione sciamanica.

Alberi e fulmini

Gli alberi ad alto fusto sono un bersaglio frequente dei fulmini. Gli alberi relitti di lunga durata possono essere facilmente trovati con più cicatrici di fulmini. Si ritiene che un albero in piedi da solo abbia maggiori probabilità di essere colpito da un fulmine, sebbene in alcune aree boschive si possano vedere cicatrici di fulmini su quasi tutti gli alberi. Gli alberi secchi prendono fuoco se colpiti da un fulmine. Più spesso i fulmini sono diretti alla quercia, meno al faggio, il che, a quanto pare, dipende dalla diversa quantità di oli grassi in essi contenuti, che presentano una grande resistenza all'elettricità.

Il fulmine viaggia attraverso un tronco d'albero lungo il percorso di minor resistenza elettrica, liberandosi un largo numero calore, trasformando l'acqua in vapore, che spacca un tronco d'albero o più spesso ne strappa sezioni di corteccia, mostrando il percorso del fulmine.

Nelle stagioni successive, gli alberi di solito rigenerano i tessuti danneggiati e possono chiudere l'intera ferita, lasciando solo una cicatrice verticale. Se il danno è troppo grave, il vento e i parassiti alla fine uccideranno l'albero. Gli alberi sono parafulmini naturali e sono noti per fornire protezione dai fulmini agli edifici vicini. Alberi ad alto fusto piantati vicino all'edificio intrappolano i fulmini e l'elevata biomassa del sistema radicale aiuta a mettere a terra il fulmine.

Dagli alberi colpiti da un fulmine si ricavano strumenti musicali, che attribuiscono loro proprietà uniche.

Dottore in scienze biologiche, candidato in scienze fisiche e matematiche K. BOGDANOV.

Più di 2.000 tempeste di fulmini brillano in diversi punti della Terra in un dato momento. Ogni secondo, circa 50 fulmini colpiscono la superficie terrestre e in media ogni chilometro quadrato di essa viene colpito da fulmini sei volte l'anno. B. Franklin ha anche mostrato che i fulmini che colpiscono la terra dalle nuvole temporalesche sono scariche elettriche che trasferiscono ad essa una carica negativa di diverse decine di pendenti e l'ampiezza della corrente durante un fulmine va da 20 a 100 kA. La fotografia ad alta velocità ha mostrato che la scarica di un fulmine dura pochi decimi di secondo e consiste in diverse scariche ancora più brevi. I fulmini sono stati a lungo di interesse per gli scienziati, ma ai nostri giorni sappiamo solo un po' di più sulla loro natura rispetto a 250 anni fa, sebbene siamo stati in grado di rilevarli anche su altri pianeti.

Scienza e vita // Illustrazioni

La capacità di elettrificare per attrito di vari materiali. Il materiale della coppia di sfregamento, che è più in alto nella tabella, è caricato positivamente e sotto di esso è caricato negativamente.

Il fondo della nuvola con carica negativa polarizza la superficie terrestre sottostante in modo che sia caricato positivamente e quando compaiono le condizioni per un guasto elettrico, si verifica una scarica di fulmini.

Distribuzione della frequenza dei temporali sulla superficie terrestre e oceanica. I luoghi più bui sulla mappa corrispondono a frequenze non superiori a 0,1 temporali all'anno per chilometro quadrato e i più luminosi - più di 50.

Ombrellone con parafulmine. Il modello è stato venduto nel 19° secolo ed era molto richiesto.

Sparare un liquido o un laser a una nuvola temporalesca sospesa sopra lo stadio devia il fulmine di lato.

Diversi fulmini causati dal lancio di un razzo in una nuvola temporalesca. La linea verticale sinistra è la traccia del razzo.

Una grande folgurite "ramificata" del peso di 7,3 kg, trovata dall'autore alla periferia di Mosca.

Frammenti cavi cilindrici di folgurite formati da sabbia fusa.

Fulgurite bianca del Texas.

I fulmini sono una fonte eterna di ricarica del campo elettrico terrestre. All'inizio del 20° secolo, le sonde atmosferiche venivano utilizzate per misurare il campo elettrico della Terra. La sua forza in superficie risultò essere di circa 100 V/m, che corrisponde alla carica totale del pianeta di circa 400.000 C. Gli ioni fungono da portatori di carica nell'atmosfera terrestre, la cui concentrazione aumenta con l'altezza e raggiunge un massimo a un'altitudine di 50 km, dove uno strato elettricamente conduttivo, la ionosfera, si è formato sotto l'azione della radiazione cosmica. Pertanto, il campo elettrico della Terra è il campo di un condensatore sferico con una tensione applicata di circa 400 kV. Sotto l'azione di questa tensione, una corrente di 2-4 kA scorre dagli strati superiori a quelli inferiori, la cui densità è 1-2. 10 -12 A/m 2 e viene rilasciata energia fino a 1,5 GW. E questo campo elettrico scomparirebbe se non ci fossero i fulmini! Pertanto, con il bel tempo, il condensatore elettrico - Terra - si scarica e durante un temporale si carica.

Una persona non sente il campo elettrico della Terra, poiché il suo corpo è un buon conduttore. Pertanto, la carica della Terra si trova anche sulla superficie del corpo umano, distorcendo localmente il campo elettrico. Sotto una nuvola temporalesca, la densità delle cariche positive indotte sul terreno può aumentare in modo significativo e l'intensità del campo elettrico può superare i 100 kV / m, 1000 volte il suo valore con il bel tempo. Di conseguenza, la carica positiva di ogni capello sulla testa di una persona in piedi sotto una nuvola temporalesca aumenta della stessa quantità e, respingendosi l'uno dall'altro, si rizzano.

Elettrificazione - rimozione della polvere "carica". Per capire come una nuvola separa le cariche elettriche, ricordiamo cos'è l'elettrificazione. Il modo più semplice per caricare un corpo è strofinarlo contro qualcos'altro. L'elettrificazione per attrito è il metodo più antico per ottenere cariche elettriche. La stessa parola "elettrone" nella traduzione dal greco al russo significa ambra, poiché l'ambra è sempre stata caricata negativamente quando viene strofinata contro lana o seta. L'entità della carica e il suo segno dipendono dai materiali dei corpi di sfregamento.

Si ritiene che il corpo, prima di essere strofinato contro un altro, sia elettricamente neutro. Infatti, se un corpo carico viene lasciato nell'aria, le particelle di polvere e gli ioni con carica opposta inizieranno ad attaccarsi ad esso. Pertanto, sulla superficie di qualsiasi corpo c'è uno strato di polvere "carica", che neutralizza la carica del corpo. Pertanto, l'elettrificazione per attrito è il processo di rimozione parziale della polvere "carica" da entrambi i corpi. In questo caso, il risultato dipenderà da quanto meglio o peggio viene rimossa la polvere "carica" dai corpi di sfregamento.

Il cloud è una fabbrica per la produzione di cariche elettriche.È difficile immaginare che ci siano un paio di materiali elencati nella tabella nel cloud. Tuttavia, sui corpi possono apparire polvere "carica" diversa, anche se sono fatti dello stesso materiale: è sufficiente che la microstruttura della superficie sia diversa. Ad esempio, quando un corpo liscio si sfrega contro uno ruvido, entrambi saranno elettrizzati.

Una nuvola temporalesca è un'enorme quantità di vapore, parte del quale si è condensato in minuscole goccioline o banchi di ghiaccio. La parte superiore di una nuvola temporalesca può trovarsi a un'altezza di 6-7 km e la parte inferiore è sospesa dal suolo a un'altezza di 0,5-1 km. Al di sopra dei 3-4 km, le nubi sono costituite da banchi di ghiaccio di diverse dimensioni, poiché la temperatura è sempre sotto lo zero. Questi banchi di ghiaccio sono in costante movimento, causati da correnti ascendenti di aria calda dalla superficie riscaldata della terra. Piccoli pezzi di ghiaccio sono più facili di quelli grandi da essere portati via dalle correnti d'aria ascendenti. Pertanto, piccoli banchi di ghiaccio "agili", spostandosi nella parte superiore della nuvola, si scontrano continuamente con quelli grandi. Con ciascuna di queste collisioni, si verifica l'elettrificazione, in cui grandi pezzi di ghiaccio vengono caricati negativamente e quelli piccoli positivamente. Nel corso del tempo, piccoli pezzi di ghiaccio caricati positivamente si trovano nella parte superiore della nuvola e quelli grandi caricati negativamente nella parte inferiore. In altre parole, la parte superiore di un temporale è caricata positivamente, mentre la parte inferiore è caricata negativamente. Tutto è pronto per una scarica di fulmini, in cui si verifica una rottura dell'aria e una carica negativa dal fondo della nuvola temporalesca scorre verso la Terra.

Fulmine - ciao dallo spazio e dalla sorgente radiazioni a raggi X. Tuttavia, la nuvola stessa non è in grado di elettrizzarsi in modo da provocare una scarica tra la sua parte inferiore e la terra. L'intensità del campo elettrico in una nuvola temporalesca non supera mai i 400 kV/m e il guasto elettrico nell'aria si verifica a un'intensità superiore a 2500 kV/m. Pertanto, affinché si verifichi un fulmine, è necessario qualcos'altro oltre a un campo elettrico. Nel 1992, lo scienziato russo A. Gurevich dell'Istituto di fisica. P. N. Lebedev dell'Accademia delle scienze russa (FIAN) ha suggerito che i raggi cosmici, particelle ad alta energia che cadono sulla Terra dallo spazio a velocità prossime alla luce, possono essere una sorta di accensione per i fulmini. Migliaia di tali particelle ogni secondo bombardano ciascuna metro quadro l'atmosfera terrestre.

Secondo la teoria di Gurevich, una particella di radiazione cosmica, entrando in collisione con una molecola d'aria, la ionizza, provocando la formazione di un numero enorme di elettroni ad alta energia. Una volta nel campo elettrico tra la nuvola e la terra, gli elettroni vengono accelerati a velocità prossime alla luce, ionizzando il percorso del loro movimento e, quindi, provocando una valanga di elettroni che si spostano con loro sulla terra. Il canale ionizzato creato da questa valanga di elettroni viene utilizzato dai fulmini per scaricarsi (vedi "Scienza e vita" n. 7, 1993).

Tutti coloro che hanno visto un fulmine hanno notato che non è una linea retta brillantemente luminosa che collega la nuvola e la terra, ma una linea spezzata. Pertanto, il processo di formazione di un canale conduttivo per una scarica di fulmini è chiamato "step leader". Ciascuno di questi "passi" è il luogo in cui gli elettroni hanno accelerato fino a velocità prossime alla luce, si sono fermati a causa delle collisioni con le molecole d'aria e hanno cambiato la direzione del movimento. La prova di una tale interpretazione della natura a gradini del fulmine sono i lampi di raggi X che coincidono con i momenti in cui il fulmine, come se inciampando, cambia la sua traiettoria. Studi recenti hanno dimostrato che i fulmini sono una fonte di raggi X abbastanza potente, la cui intensità può arrivare fino a 250.000 elettronvolt, che è circa il doppio di quella utilizzata nelle radiografie del torace.

Come innescare un fulmine?È molto difficile studiare cosa accadrà in un luogo incomprensibile e quando. Vale a dire, è così che gli scienziati che studiano la natura dei fulmini hanno lavorato per molti anni. Si crede che la tempesta nel cielo sia guidata dal profeta Elia e non ci è dato di conoscere i suoi piani. Tuttavia, gli scienziati hanno cercato di sostituire il profeta Elia da molto tempo, creando un canale conduttivo tra una nuvola temporalesca e la terra. Per questo, B. Franklin ha lanciato un aquilone durante un temporale, finendo con un filo e un mazzo di chiavi di metallo. In questo modo, ha causato scariche deboli che scorrono lungo il filo ed è stato il primo a dimostrare che il fulmine è una scarica elettrica negativa che scorre dalle nuvole al suolo. Gli esperimenti di Franklin furono estremamente pericolosi e uno di coloro che tentò di ripeterli, l'accademico russo G.V. Richman, morì nel 1753 a causa di un fulmine.

Negli anni '90, i ricercatori hanno imparato a evocare i fulmini senza mettere in pericolo la loro vita. Un modo per provocare un fulmine è lanciare un piccolo razzo da terra direttamente in una nuvola temporalesca. Lungo l'intera traiettoria, il razzo ionizza l'aria e crea così un canale conduttivo tra la nuvola e il suolo. E se la carica negativa del fondo della nuvola è abbastanza grande, allora si verifica una scarica di fulmini lungo il canale creato, tutti i cui parametri sono registrati da dispositivi situati vicino alla rampa di lancio del razzo. Per creare condizioni ancora migliori per una scarica di fulmini, un filo metallico è collegato al razzo, collegandolo al suolo.

Fulmine: il datore di vita e il motore dell'evoluzione. Nel 1953, i biochimici S. Miller (Stanley Miller) e G. Urey (Harold Urey) hanno dimostrato che uno dei "mattoni" della vita - gli amminoacidi può essere ottenuto facendo passare una scarica elettrica attraverso l'acqua, in cui i gas della si sciolgono le atmosfere "primitive" della Terra ( metano, ammoniaca e idrogeno). Cinquant'anni dopo, altri ricercatori hanno ripetuto questi esperimenti e hanno ottenuto gli stessi risultati. Così, teoria scientifica l'origine della vita sulla Terra assegna un ruolo fondamentale al fulmine.

Quando brevi impulsi di corrente passano attraverso i batteri, nel loro guscio (membrana) compaiono dei pori attraverso i quali possono passare frammenti di DNA di altri batteri, innescando uno dei meccanismi dell'evoluzione.

Perché i temporali sono così rari in inverno? F. I. Tyutchev, dopo aver scritto "Adoro un temporale all'inizio di maggio, quando il primo tuono in primavera ...", sapeva che in inverno non ci sono quasi temporali. Per formare una nuvola temporalesca, sono necessarie correnti ascendenti di aria umida. La concentrazione di vapori saturi aumenta con la temperatura ed è massima in estate. La differenza di temperatura da cui dipendono le correnti d'aria ascendenti è tanto maggiore quanto maggiore è la sua temperatura vicino alla superficie terrestre, poiché a un'altitudine di diversi chilometri la sua temperatura non dipende dalla stagione. Ciò significa che l'intensità delle correnti ascendenti è massima anche in estate. Pertanto, abbiamo temporali più spesso in estate e al nord, dove fa freddo in estate, i temporali sono piuttosto rari.

Perché i temporali sono più comuni sulla terraferma che sul mare? Affinché la nuvola si scarichi, deve esserci un numero sufficiente di ioni nell'aria sottostante. L'aria, costituita solo da molecole di azoto e ossigeno, non contiene ioni ed è molto difficile ionizzarla anche in un campo elettrico. Ma se ci sono molte particelle estranee nell'aria, come la polvere, allora ci sono anche molti ioni. Gli ioni si formano quando le particelle si muovono nell'aria nello stesso modo in cui i vari materiali vengono elettrizzati quando si sfregano l'uno contro l'altro. Ovviamente, c'è molta più polvere nell'aria sulla terraferma che sugli oceani. Ecco perché i temporali rimbombano più spesso sulla terraferma. È stato anche notato che, prima di tutto, i fulmini colpiscono quei luoghi in cui la concentrazione di aerosol nell'aria è particolarmente elevata: fumo ed emissioni dell'industria della raffinazione del petrolio.

Come Franklin ha deviato i fulmini. Fortunatamente, la maggior parte dei fulmini si verificano tra le nuvole e quindi non rappresentano una minaccia. Tuttavia, si ritiene che i fulmini uccidano più di mille persone in tutto il mondo ogni anno. Almeno negli Stati Uniti, dove vengono conservate tali statistiche, circa 1000 persone vengono colpite da fulmini ogni anno e più di un centinaio di loro muoiono. Gli scienziati hanno cercato a lungo di proteggere le persone da questa "punizione di Dio". Ad esempio, l'inventore del primo condensatore elettrico (vaso di Leida), Pieter van Muschenbroek (1692-1761), in un articolo sull'elettricità scritto per la famosa Enciclopedia francese, ha difeso i metodi tradizionali per prevenire i fulmini: suonare campane e sparare cannoni, che, secondo lui, si è rivelato abbastanza efficiente.

Benjamin Franklin, cercando di proteggere il Campidoglio della capitale del Maryland, nel 1775 attaccò all'edificio una spessa sbarra di ferro, che torreggiava diversi metri sopra la cupola ed era collegata al suolo. Lo scienziato ha rifiutato di brevettare la sua invenzione, desiderando che servisse le persone il prima possibile.

La notizia del parafulmine di Franklin si diffuse rapidamente in tutta Europa, e fu eletto in tutte le accademie, compresa quella russa. Tuttavia, in alcuni paesi, la popolazione devota ha accolto questa invenzione con indignazione. L'idea stessa che una persona potesse domare così facilmente e semplicemente l'arma principale dell '"ira di Dio" sembrava blasfema. Pertanto, in luoghi diversi, le persone hanno rotto i parafulmini per pie ragioni. Un curioso incidente si verificò nel 1780 nella cittadina di Saint-Omer, nel nord della Francia, dove i cittadini chiesero la rimozione di un palo parafulmine in ferro e il caso fu processato. Il giovane avvocato che ha difeso il parafulmine dagli attacchi degli oscurantisti ha costruito la sua difesa sul fatto che sia la mente umana che la sua capacità di conquistare le forze della natura sono di origine divina. Tutto ciò che aiuta a salvare una vita è per il bene - ha sostenuto il giovane avvocato. Ha vinto il processo e ha guadagnato grande fama. Il nome dell'avvocato era Maximilian Robespierre. Ebbene, ora il ritratto dell'inventore del parafulmine è la riproduzione più ambita al mondo, perché adorna la famosa banconota da cento dollari.

Come proteggersi dai fulmini con un getto d'acqua e un laser. Recentemente è stato proposto un modo fondamentalmente nuovo di affrontare i fulmini. Un parafulmine verrà creato da ... un getto di liquido, che verrà lanciato da terra direttamente nelle nuvole temporalesche. Il liquido fulmineo è una soluzione salina a cui vengono aggiunti polimeri liquidi: il sale ha lo scopo di aumentare la conducibilità elettrica, e il polimero impedisce al getto di "spezzarsi" in goccioline separate. Il diametro del getto sarà di circa un centimetro e l'altezza massima sarà di 300 metri. Quando il parafulmine liquido sarà finalizzato, sarà attrezzato con campi sportivi e parchi giochi, dove la fontana si accenderà automaticamente quando l'intensità del campo elettrico sarà sufficientemente alta e la probabilità di un fulmine sarà massima. Una carica scorrerà lungo un flusso di liquido da una nuvola temporalesca, rendendo i fulmini sicuri per gli altri. Un'analoga protezione contro una scarica di fulmini può essere realizzata con l'ausilio di un laser, il cui raggio, ionizzando l'aria, creerà un canale per una scarica elettrica lontano da folle di persone.

Può un fulmine portarci fuori strada? Sì, se usi una bussola. Nel famoso romanzo di G. Melville "Moby Dick" viene descritto un caso del genere, quando una scarica di fulmini, che ha creato un forte campo magnetico, ha rimagnetizzato l'ago della bussola. Tuttavia, il capitano della nave prese un ago da cucito, lo colpì per magnetizzarlo e lo sostituì con un ago rotto della bussola.

Puoi essere colpito da un fulmine all'interno di una casa o di un aereo? Sfortunatamente sì! La corrente del fulmine può entrare in una casa attraverso un cavo telefonico da un polo vicino. Pertanto, durante un temporale, cerca di non utilizzare un telefono normale. Si ritiene che parlare al radiotelefono o al cellulare sia più sicuro. Durante un temporale, non toccare i tubi del riscaldamento e dell'impianto idraulico che collegano la casa al suolo. Per gli stessi motivi, gli esperti consigliano di spegnere tutti gli elettrodomestici, inclusi computer e televisori, durante un temporale.

Per quanto riguarda gli aeroplani, in generale, cercano di sorvolare aree con attività temporalesca. Eppure, in media, uno degli aerei viene colpito da un fulmine una volta all'anno. La sua corrente non può colpire i passeggeri, scorre lungo la superficie esterna dell'aereo, ma può disabilitare le comunicazioni radio, le apparecchiature di navigazione e l'elettronica.

Fulgurite è un fulmine pietrificato. Durante una scarica di fulmini, vengono rilasciati 10 9 -10 10 joule di energia. La maggior parte viene spesa per creare un'onda d'urto (tuono), riscaldamento dell'aria, flash di luce e altre onde elettromagnetiche, e solo una piccola parte viene rilasciata nel punto in cui il fulmine entra nel terreno. Tuttavia, anche questa "piccola" parte è abbastanza per provocare un incendio, uccidere una persona e distruggere un edificio. Il fulmine può riscaldare il canale attraverso il quale viaggia fino a 30.000 ° C, cinque volte la temperatura sulla superficie del Sole. La temperatura all'interno del fulmine è molto più alta della temperatura di fusione della sabbia (1600-2000°C), ma se la sabbia si scioglie o meno dipende anche dalla durata del fulmine, che può variare da decine di microsecondi a decimi di secondo . L'ampiezza dell'impulso di corrente del fulmine è solitamente pari a diverse decine di kiloampere, ma a volte può superare i 100 kA. Il fulmine più potente e causa la nascita di fulguriti: cilindri cavi di sabbia fusa.

La parola "fulgurite" deriva dal latino fulgur, che significa fulmine. Il più lungo dei fulguriti scavati è andato sottoterra a una profondità di oltre cinque metri. Fulgurite è anche il nome dato allo scioglimento delle rocce dure formate da un fulmine; a volte si trovano in gran numero sulle cime rocciose delle montagne. Le fulguriti, composte da silice rifusa, sono solitamente tubi a forma di cono spessi come una matita o un dito. La loro superficie interna è liscia e fusa e la superficie esterna è formata da granelli di sabbia che aderiscono alla massa fusa. Il colore delle fulguriti dipende dalle impurità minerali nel terreno sabbioso. La maggior parte di loro sono bruno-rossastre, grigie o nere, ma si trovano anche fulguriti verdastre, bianche o addirittura traslucide.

Apparentemente, la prima descrizione delle fulguriti e della loro associazione con i fulmini fu fatta nel 1706 dal pastore D. Hermann. Successivamente, molti trovarono fulguriti vicino a persone colpite da un fulmine. Charles Darwin, durante un viaggio intorno al mondo sul Beagle, scoprì su una spiaggia sabbiosa vicino a Maldonado (Uruguay) diversi tubi di vetro che scendono verticalmente per oltre un metro nella sabbia. Ne descrisse le dimensioni e collegò la loro formazione con scariche di fulmini. Il famoso fisico americano Robert Wood ha ottenuto un "autografo" del fulmine che lo ha quasi ucciso:

"È passato un forte temporale e il cielo sopra di noi si era già schiarito. Ho attraversato il campo che separa la nostra casa da quella di mia cognata. Ho camminato per una decina di metri lungo il sentiero, quando all'improvviso mia figlia Margaret mi chiamò. Mi fermai per una decina di secondi e mi allontanai appena, quando all'improvviso una luminosa linea azzurra tagliò il cielo, con il ruggito di un cannone da dodici pollici, colpendo il sentiero a venti passi davanti a me e sollevando un'enorme colonna di vapore. Sono andato a vedere che traccia aveva lasciato il fulmine. trifoglio bruciato di cinque pollici di diametro, con un buco di mezzo pollice in mezzo.... Sono tornato in laboratorio, ho sciolto otto libbre di stagno e l'ho versato dentro il foro... come dovrebbe essere, nel manico e gradualmente convergente verso l'estremità. Era poco più lungo di tre piedi "(citato da W. Seabrook. Robert Wood. - M.: Nauka, 1985, p. 285 ).

L'aspetto di un tubo di vetro nella sabbia durante una scarica di fulmini è dovuto al fatto che c'è sempre aria e umidità tra i granelli di sabbia. La corrente elettrica del fulmine in una frazione di secondo riscalda l'aria e il vapore acqueo a temperature enormi, provocando un aumento esplosivo della pressione dell'aria tra i granelli di sabbia e la sua espansione, che Wood, che miracolosamente non divenne vittima di un fulmine, sentì e vidi. L'aria in espansione forma una cavità cilindrica all'interno della sabbia fusa. Il successivo raffreddamento rapido risolve la fulgurite, un tubo di vetro nella sabbia.

Spesso accuratamente scavata nella sabbia, la folgurite ha la forma di una radice di albero o di un ramo con numerose lavorazioni. Tali folgoriti ramificate si formano quando una scarica di fulmine colpisce la sabbia bagnata, che, come è noto, ha una conduttività elettrica maggiore della sabbia secca.In questi casi la corrente di fulmine, entrando nel terreno, inizia subito a diffondersi ai lati, formando un struttura simile alla radice di un albero e la fulgurite risultante ripete solo questa forma. La fulgurite è molto fragile e i tentativi di rimuovere la sabbia aderente spesso portano alla sua distruzione. Ciò è particolarmente vero per le fulguriti ramificate formate nella sabbia bagnata.

Ogni secondo, approssimativamente 700 fulmine, e ogni anno circa 3000 persone vengono uccise da fulmini. La natura fisica del fulmine non è stata completamente spiegata e la maggior parte delle persone ha solo un'idea approssimativa di cosa sia. Alcune scariche si scontrano tra le nuvole, o qualcosa del genere. Oggi ci siamo rivolti ai nostri autori di fisica per saperne di più sulla natura dei fulmini. Come appare il fulmine, dove colpisce il fulmine e perché rimbomba il tuono. Dopo aver letto l'articolo, conoscerai la risposta a queste e molte altre domande.

Cos'è il fulmine

Fulmine- scariche elettriche di scintille nell'atmosfera.

scarica elettrica- questo è il processo del flusso di corrente nel mezzo, associato a un aumento significativo della sua conduttività elettrica rispetto allo stato normale. Esistere tipi diversi scariche elettriche nel gas: scintilla, arco, fumante.

La scarica di scintille si verifica quando pressione atmosferica ed è accompagnato dal caratteristico crepitio di una scintilla. Una scarica di scintille è un insieme di canali di scintille filamentose che scompaiono e si sostituiscono a vicenda. Vengono chiamati anche i canali Spark stelle filanti. I canali della scintilla sono riempiti con gas ionizzato, cioè plasma. Il fulmine è una scintilla gigante e il tuono è uno schianto molto forte. Ma non tutto è così semplice.

La natura fisica del fulmine

Come si spiega l'origine del fulmine? Sistema nuvola-terra o nuvola-nuvolaè una specie di condensatore. L'aria svolge il ruolo di dielettrico tra le nuvole. La parte inferiore della nuvola ha una carica negativa. Con una differenza di potenziale sufficiente tra la nuvola e il suolo, si verificano condizioni in cui si verificano fulmini in natura.

Leader a gradini

Prima del lampo principale, puoi osservare un piccolo punto che si sposta dalla nuvola al suolo. Questo è il cosiddetto step leader. Gli elettroni sotto l'azione di una differenza di potenziale iniziano a muoversi verso terra. Mentre si muovono, si scontrano con le molecole d'aria, ionizzandole. Un canale ionizzato viene posato dalla nuvola al suolo. A causa della ionizzazione dell'aria da parte di elettroni liberi, la conduttività elettrica nella zona della traiettoria principale aumenta in modo significativo. Il leader, per così dire, apre la strada alla scarica principale, spostandosi da un elettrodo (nuvola) all'altro (terra). La ionizzazione si verifica in modo non uniforme, quindi il leader può espandersi.

Ritorno di fiamma

Nel momento in cui il leader si avvicina al suolo, la tensione alla sua fine aumenta. Da terra o da oggetti che sporgono dalla superficie (alberi, tetti di edifici), viene lanciato uno streamer di risposta (canale) verso il leader. Questa proprietà dei fulmini viene utilizzata per proteggerli installando un parafulmine. Perché un fulmine colpisce una persona o un albero? In effetti, non le importa dove colpire. Dopotutto, il fulmine sta cercando il percorso più breve tra la terra e il cielo. Ecco perché durante un temporale è pericoloso trovarsi in pianura o sulla superficie dell'acqua.

Quando il leader raggiunge il suolo, una corrente inizia a fluire attraverso il canale posato. È in questo momento che si osserva il lampo principale, accompagnato da un forte aumento della forza attuale e del rilascio di energia. Ecco la domanda, da dove vengono i fulmini?È interessante notare che il leader si diffonde dalla nuvola al suolo, ma il lampo luminoso inverso, che siamo abituati a vedere, si diffonde dal suolo alla nuvola. È più corretto dire che i fulmini non vanno dal cielo alla terra, ma si verificano tra di loro.

Perché il fulmine colpisce?

Il tuono è il risultato di un'onda d'urto generata dalla rapida espansione dei canali ionizzati. Perché prima vediamo i fulmini e poi sentiamo i tuoni? Riguarda la differenza tra le velocità del suono (340,29 m/s) e della luce (299.792.458 m/s). Contando i secondi tra tuoni e fulmini e moltiplicandoli per la velocità del suono, puoi scoprire a quale distanza il fulmine ti ha colpito.

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Tipi di fulmini e fatti sui fulmini

Il fulmine tra cielo e terra non è il fulmine più comune. Molto spesso, i fulmini si verificano tra le nuvole e non rappresentano una minaccia. Oltre ai fulmini terrestri e intranubi, ci sono fulmini che si formano nell'alta atmosfera. Quali sono i tipi di fulmini in natura?

Fulmine tra le nuvole;
Fulmine globulare;
"Elfi";
getti;
Sprite.

Gli ultimi tre tipi di fulmini non possono essere osservati senza strumenti speciali, poiché si formano a un'altitudine di 40 chilometri e oltre.

Ecco i fatti sui fulmini:

La lunghezza del fulmine più lungo registrato sulla Terra era 321 km. Questo fulmine è stato visto in Oklahoma, 2007.
Il fulmine più lungo è durato 7,74 secondi ed è stato registrato nelle Alpi.
Il fulmine si forma non solo su Terra. Conosci esattamente i fulmini accesi Venere, Giove, Saturno e Urano. Il fulmine di Saturno è milioni di volte più potente di quello terrestre.
La corrente nei fulmini può raggiungere centinaia di migliaia di ampere e la tensione può raggiungere miliardi di volt.
La temperatura del canale del fulmine può raggiungere 30000 gradi Celsius è 6 volte la temperatura superficiale del sole.

Bolide

Il fulmine globulare è un tipo separato di fulmine, la cui natura rimane un mistero. Tale fulmine è un oggetto luminoso che si muove nell'aria sotto forma di una palla. Secondo le prove limitate, i fulmini globulari possono muoversi lungo una traiettoria imprevedibile, dividersi in fulmini più piccoli, esplodere o semplicemente scomparire inaspettatamente. Ci sono molte ipotesi sull'origine del fulmine globulare, ma nessuna può essere riconosciuta come affidabile. Il fatto è che nessuno sa come appare il fulmine globulare. Alcune ipotesi riducono l'osservazione di questo fenomeno ad allucinazioni. I fulmini globulari non sono mai stati osservati condizioni di laboratorio. Tutti gli scienziati possono accontentarsi dei resoconti dei testimoni oculari.

Infine, vi invitiamo a guardare il video e ricordarvi: se il foglio del corso o il controllo vi sono caduti in testa come un fulmine in una giornata di sole, non disperate. Gli specialisti dei servizi agli studenti aiutano gli studenti dal 2000. Cerca un aiuto qualificato in qualsiasi momento. 24 ore al giorno, 7 giorni alla settimana siamo pronti ad aiutarti.

Il fulmine è una gigantesca scintilla elettrica. Colpendo edifici, provoca incendi, spacca grandi alberi, colpisce persone. Più di 2.000 tempeste di fulmini brillano in diversi punti della Terra in un dato momento. Ogni secondo, circa 50 fulmini colpiscono la superficie terrestre e in media ogni chilometro quadrato di essa viene colpito da fulmini sei volte l'anno.

Il fulmine è una gigantesca scarica di scintille elettriche nell'atmosfera, che di solito si verifica durante un temporale, manifestata da un lampo di luce brillante e un tuono di accompagnamento. I fulmini sono stati registrati anche su Venere, Giove, Saturno e Urano. La corrente in una scarica di un fulmine raggiunge i 10-20 mila ampere, quindi poche persone riescono a sopravvivere dopo essere state colpite da un fulmine.

Superficie il globoè più elettricamente conduttivo dell'aria. Tuttavia, la conduttività elettrica dell'aria aumenta con l'altezza. L'aria è solitamente caricata positivamente, mentre la Terra è caricata negativamente. Le goccioline d'acqua in una nuvola temporalesca si caricano assorbendo minuscole particelle (ioni) cariche nell'aria. Una goccia che cade da una nuvola ha una carica negativa in alto e una carica positiva in basso. le gocce che cadono assorbono principalmente particelle con carica negativa e acquisiscono una carica negativa. Nel processo di turbolenza nella nuvola, vengono spruzzate goccioline d'acqua e piccoli spray volano con una carica negativa e quelli grandi con una carica positiva. Lo stesso accade con i cristalli di ghiaccio nella parte superiore della nuvola. Quando si scindono, piccole particelle di ghiaccio acquisiscono una carica positiva e vengono trasportate dalle correnti ascendenti nella parte superiore della nuvola, mentre quelle grandi e con carica negativa cadono nella parte inferiore della nuvola.Come risultato della separazione delle cariche, i campi elettrici si creano nella nuvola temporalesca e nello spazio circostante. Con l'accumulo di grandi cariche spaziali in una nuvola temporalesca, si verificano scariche di scintille (fulmini) tra le singole parti della nuvola o tra la nuvola e la superficie terrestre. Il fulmine si accende aspetto diverso. I fulmini ramificati lineari più frequentemente osservati, a volte fulmini globulari, ecc.

I fulmini sono di grande interesse non solo come fenomeno peculiare della natura. Consente di osservare una scarica elettrica in un mezzo gassoso a una tensione di diverse centinaia di milioni di volt e una distanza tra gli elettrodi di diversi chilometri.

Nel 1750 B. Franklin propose alla Royal Society di Londra di avviare un esperimento con una sbarra di ferro, rinforzata su una base isolante e montata su Torre alta. Si aspettava che quando una nuvola temporalesca si avvicina alla torre, una carica del segno opposto sarà concentrata all'estremità superiore dell'asta inizialmente neutra e una carica dello stesso segno alla base della nuvola sarà concentrata all'estremità inferiore . Se l'intensità del campo elettrico durante una scarica di fulmini aumenta a sufficienza, la carica dall'estremità superiore dell'asta si scaricherà parzialmente nell'aria e l'asta acquisirà una carica dello stesso segno della base della nuvola.

L'esperimento proposto da Franklin non fu condotto in Inghilterra, ma fu avviato nel 1752 a Marly vicino a Parigi dal fisico francese Jean d'Alembert, che utilizzò un'asta di ferro lunga 12 m inserita in una bottiglia di vetro (che fungeva da isolante), ma non lo posò sulla torre. Il 10 maggio il suo assistente riferì che quando la nuvola temporalesca era sopra l'asta, si producevano scintille quando un filo messo a terra veniva avvicinato ad essa.

Lo stesso Franklin, ignaro del successo dell'esperimento condotto in Francia, nel giugno dello stesso anno condusse il suo famoso esperimento con un aquilone e osservò scintille elettriche all'estremità di un filo ad esso legato. L'anno successivo, mentre studiava le cariche raccolte dall'asta, Franklin stabilì che le basi delle nubi temporalesche erano solitamente cariche negativamente.

Studi più dettagliati sui fulmini divennero possibili alla fine del XIX secolo. grazie al perfezionamento dei metodi fotografici, soprattutto dopo l'invenzione dell'apparato con lenti rotanti, che ha permesso di fissare processi in rapido sviluppo. Tale fotocamera è stata ampiamente utilizzata nello studio delle scariche di scintille. È stato riscontrato che esistono diversi tipi di fulmini, i più comuni sono lineari, piatti (intra-nube) e globulari (scariche d'aria).

Il fulmine lineare ha una lunghezza di 2-4 km e ha una grande corrente. Si forma quando l'intensità del campo elettrico raggiunge un valore critico e si verifica il processo di ionizzazione. Quest'ultimo è inizialmente creato da elettroni liberi, che sono sempre presenti nell'aria. Sotto l'azione di un campo elettrico, gli elettroni acquisiscono velocità elevate e nel loro cammino verso la Terra, scontrandosi con atomi d'aria, li dividono e li ionizzano. La ionizzazione avviene in un canale stretto, che diventa conduttivo. L'aria si sta scaldando. Attraverso un canale di aria riscaldata, la carica della nuvola scende sulla superficie terrestre ad una velocità superiore a 150 km/h. Questa è la prima fase del processo. Quando la carica raggiunge la superficie terrestre tra la nuvola e il suolo, si crea un canale conduttore attraverso il quale le cariche si muovono l'una verso l'altra: cariche positive dalla superficie terrestre e cariche negative accumulate nella nuvola.Il fulmine lineare è accompagnato da un forte suono di rotolamento - tuono, che ricorda un'esplosione. Il suono è prodotto dal rapido riscaldamento ed espansione dell'aria nel condotto, quindi dallo stesso rapido raffreddamento e compressione.

Un fulmine piatto si verifica all'interno di una nuvola temporalesca e sembra lampi di luce diffusa.

Il fulmine globulare è costituito da una massa luminosa a forma di palla, leggermente più piccola di un pallone da calcio, che si muove a bassa velocità nella direzione del vento. Esplodono con un big bang o scompaiono senza lasciare traccia. Un fulmine globulare appare dopo un fulmine lineare. Spesso entra nei locali attraverso porte e finestre aperte. La natura dei fulmini globulari non è ancora nota: le scariche aeree dei fulmini globulari, a partire da una nuvola temporalesca, sono spesso dirette orizzontalmente e non raggiungono la superficie terrestre.

Per proteggersi dai fulmini vengono creati dei parafulmini, con l'aiuto dei quali la carica del fulmine viene condotta nel terreno lungo un percorso sicuro appositamente preparato.

Un fulmine di solito consiste in tre o più colpi ripetuti - impulsi che seguono lo stesso percorso. Gli intervalli tra gli impulsi successivi sono molto brevi, da 1/100 a 1/10 s (questo è ciò che provoca lo sfarfallio dei fulmini). In generale, il flash dura circa un secondo o meno. Un tipico processo di sviluppo dei fulmini può essere descritto come segue. In primo luogo, un leader di scarica debolmente luminoso si precipita dall'alto sulla superficie terrestre. Quando lo raggiunge, una scarica inversa, o principale, brillantemente luminosa passa dalla terra su per il canale posato dal leader.

Il leader della dimissione, di regola, si muove a zigzag. La velocità della sua propagazione varia da cento a diverse centinaia di chilometri al secondo. Durante il suo percorso, ionizza le molecole d'aria, creando un canale con una maggiore conduttività, attraverso il quale la scarica inversa si sposta verso l'alto a una velocità di circa cento volte maggiore di quella della scarica principale. È difficile determinare la dimensione del canale, ma il diametro dello scarico principale è stimato a 1–10 m e quello dello scarico inverso a diversi centimetri.

Le scariche di fulmini creano interferenze radio emettendo onde radio in un'ampia gamma, da 30 kHz a frequenze ultra basse. La massima radiazione di onde radio è probabilmente nell'intervallo da 5 a 10 kHz. Tale interferenza radio a bassa frequenza è "concentrata" nello spazio compreso tra il limite inferiore della ionosfera e la superficie terrestre ed è in grado di propagarsi a migliaia di chilometri dalla sorgente.

Fulmine: il datore di vita e il motore dell'evoluzione. Nel 1953, i biochimici S. Miller (Stanley Miller) e G. Urey (Harold Urey) hanno dimostrato che uno dei "mattoni" della vita - gli amminoacidi può essere ottenuto facendo passare una scarica elettrica attraverso l'acqua, in cui i gas della si sciolgono le atmosfere "primitive" della Terra ( metano, ammoniaca e idrogeno). Cinquant'anni dopo, altri ricercatori hanno ripetuto questi esperimenti e hanno ottenuto gli stessi risultati. Pertanto, la teoria scientifica dell'origine della vita sulla Terra assegna un ruolo fondamentale a un fulmine. Quando brevi impulsi di corrente passano attraverso i batteri, nel loro guscio (membrana) compaiono dei pori attraverso i quali possono passare frammenti di DNA di altri batteri, innescando uno dei meccanismi dell'evoluzione.

Come proteggersi dai fulmini con un getto d'acqua e un laser. Recentemente è stato proposto un modo fondamentalmente nuovo di affrontare i fulmini. Un parafulmine verrà creato da ... un getto di liquido, che verrà lanciato da terra direttamente nelle nuvole temporalesche. Il liquido fulmineo è una soluzione salina a cui vengono aggiunti polimeri liquidi: il sale ha lo scopo di aumentare la conducibilità elettrica, e il polimero impedisce al getto di "spezzarsi" in goccioline separate. Il diametro del getto sarà di circa un centimetro e l'altezza massima sarà di 300 metri. Quando il parafulmine liquido sarà finalizzato, sarà attrezzato con campi sportivi e parchi giochi, dove la fontana si accenderà automaticamente quando l'intensità del campo elettrico sarà sufficientemente alta e la probabilità di un fulmine sarà massima. Una carica scorrerà lungo un flusso di liquido da una nuvola temporalesca, rendendo i fulmini sicuri per gli altri. Un'analoga protezione contro una scarica di fulmini può essere realizzata con l'ausilio di un laser, il cui raggio, ionizzando l'aria, creerà un canale per una scarica elettrica lontano da folle di persone.

Può un fulmine portarci fuori strada? Sì, se usi una bussola. Nel famoso romanzo di G. Melville "Moby Dick" viene descritto un caso del genere, quando una scarica di fulmini, che ha creato un forte campo magnetico, ha rimagnetizzato l'ago della bussola. Tuttavia, il capitano della nave prese un ago da cucito, lo colpì per magnetizzarlo e lo sostituì con un ago rotto della bussola.

Puoi essere colpito da un fulmine all'interno di una casa o di un aereo? Sfortunatamente sì! La corrente del fulmine può entrare in una casa attraverso un cavo telefonico da un polo vicino. Pertanto, durante un temporale, cerca di non utilizzare un telefono normale. Si ritiene che parlare al radiotelefono o al cellulare sia più sicuro. Durante un temporale, non toccare i tubi del riscaldamento e dell'impianto idraulico che collegano la casa al suolo. Per gli stessi motivi, gli esperti consigliano di spegnere tutti gli elettrodomestici, inclusi computer e televisori, durante un temporale.

22 dicembre 2009 | Categorie: Natura , Foto , Altro

Valutazione: +15 Autore dell'articolo: Anima Visualizzazioni: 31685

Fulmine 1882
(c) Fotografo: William N. Jennings, c. 1882

La natura elettrica del fulmine è stata rivelata nella ricerca del fisico americano B. Franklin, sulla base della quale è stato condotto un esperimento per estrarre elettricità da una nuvola temporalesca. L'esperienza di Franklin nel chiarire la natura elettrica dei fulmini è ampiamente nota. Nel 1750 pubblicò un'opera che descrive un esperimento utilizzando un aquilone lanciato in un temporale. L'esperienza di Franklin è stata descritta nel lavoro di Joseph Priestley.

Proprietà fisiche del fulmine

La lunghezza media dei fulmini è di 2,5 km, alcune scariche si estendono nell'atmosfera per una distanza fino a 20 km.

formazione di fulmini

Molto spesso i fulmini si verificano nei cumulonembi, quindi sono chiamati nuvole temporalesche; a volte si formano fulmini nelle nuvole di nimbostratus, così come durante eruzioni vulcaniche, tornado e tempeste di sabbia.

Di solito si osservano fulmini lineari, che appartengono alle cosiddette scariche senza elettrodi, poiché iniziano (e finiscono) in ammassi di particelle cariche. Ciò determina alcune delle loro proprietà ancora inspiegabili che distinguono i fulmini dalle scariche tra gli elettrodi. Quindi, il fulmine non è più corto di poche centinaia di metri; sorgono in campi elettrici molto più deboli dei campi durante le scariche interelettrodiche; la raccolta delle cariche trasportate dai fulmini avviene in millesimi di secondo da miliardi di piccole particelle ben isolate dislocate in un volume di diversi km³. Il processo di sviluppo dei fulmini nelle nuvole temporalesche è il più studiato, mentre i fulmini possono aver luogo nelle nuvole stesse - fulmine intracloud, ma possono colpire il suolo - fulmine a terra. Affinché si verifichi un fulmine, è necessario che in un volume relativamente piccolo (ma non inferiore a un certo critico) della nuvola sia presente un campo elettrico (vedi elettricità atmosferica) con una forza sufficiente per innescare una scarica elettrica (~ 1 MV / m). formato, e in una parte significativa della nuvola ci sarebbe un campo con una forza media sufficiente a mantenere la scarica iniziata (~ 0,1-0,2 MV / m). Nei fulmini, l'energia elettrica della nuvola viene convertita in calore, luce e suono.

fulmine a terra

Il processo di sviluppo del fulmine a terra consiste in diverse fasi. Al primo stadio, nella zona in cui il campo elettrico raggiunge un valore critico, inizia la ionizzazione per impatto, creata inizialmente da cariche libere, sempre presenti in piccola quantità nell'aria, che, sotto l'azione di un campo elettrico, acquisiscono velocità significative verso la terra e, scontrandosi con le molecole che compongono l'aria, le ionizzano.

Secondo concetti più moderni, la ionizzazione dell'atmosfera per il passaggio di una scarica avviene sotto l'influenza di radiazioni cosmiche ad alta energia - particelle con energie di 10 12 -10 15 eV, che formano un'ampia doccia d'aria (EAS) con una diminuzione nella tensione di rottura dell'aria di un ordine di grandezza rispetto a quella in condizioni normali.

Secondo un'ipotesi, le particelle innescano un processo chiamato rottura incontrollata. Così sorgono valanghe di elettroni, che si trasformano in fili di scariche elettriche - stelle filanti, che sono canali ben conduttivi, che, unendosi, danno origine a un canale ionizzato termicamente luminoso con alta conduttività - capo del fulmine a un passo.

Si verifica il movimento del leader sulla superficie terrestre passi diverse decine di metri a una velocità di ~ 50.000 chilometri al secondo, dopodiché il suo movimento si interrompe per diverse decine di microsecondi e il bagliore è notevolmente indebolito; poi, nella fase successiva, il leader avanza nuovamente di alcune decine di metri. Allo stesso tempo, un bagliore luminoso copre tutti i passi passati; poi seguono di nuovo uno stop e un indebolimento del bagliore. Questi processi si ripetono quando il leader si sposta sulla superficie terrestre a una velocità media di 200.000 metri al secondo.

Quando il leader si sposta verso terra, la forza del campo alla sua estremità aumenta e sotto la sua azione, streamer di risposta, collegandosi al leader. Questa caratteristica del fulmine viene utilizzata per creare un parafulmine.

Nella fase finale, viene seguito il canale ionizzato dal leader indietro(dal basso verso l'alto), o principale, scarica di fulmini, caratterizzato da correnti da decine a centinaia di migliaia di ampere, luminosità, superando notevolmente la luminosità del leader, e un'elevata velocità di avanzamento, che dapprima raggiunge ~ 100.000 chilometri al secondo e alla fine diminuisce a ~ 10.000 chilometri al secondo. La temperatura del canale durante lo scarico principale può superare i 2000-3000 °C. La lunghezza del canale del fulmine può variare da 1 a 10 km, il diametro è di diversi centimetri. Dopo il passaggio dell'impulso di corrente, la ionizzazione del canale e il suo bagliore si indeboliscono. Nella fase finale, la corrente di fulmine può durare centesimi e anche decimi di secondo, raggiungendo centinaia e migliaia di ampere. Tali fulmini sono chiamati protratti, molto spesso causano incendi. Ma la terra non è carica, quindi è generalmente accettato che la scarica del fulmine provenga dalla nuvola verso la terra (dall'alto verso il basso).

La scarica principale spesso scarica solo una parte della nuvola. Le cariche situate ad alta quota possono dare origine a un nuovo leader (a forma di freccia) che si muove continuamente a una velocità di migliaia di chilometri al secondo. La luminosità del suo bagliore è vicina alla luminosità del leader a gradini. Quando il leader spazzato raggiunge la superficie della terra, segue un secondo colpo principale, simile al primo. I fulmini di solito includono diverse scariche ripetute, ma il loro numero può raggiungere diverse dozzine. La durata di fulmini multipli può superare 1 secondo. Lo spostamento del canale di fulmini multipli da parte del vento crea il cosiddetto fulmine a nastro, una striscia luminosa.

Fulmine tra le nuvole

Fulmine intracloud su Tolosa, Francia. 2006

Il fulmine intracloud di solito include solo gli stadi leader; la loro lunghezza varia da 1 a 150 km. La quota di fulmini intranubi aumenta con lo spostamento verso l'equatore, passando da 0,5 nelle latitudini temperate a 0,9 nella fascia equatoriale. Il passaggio dei fulmini è accompagnato da variazioni dei campi elettrici e magnetici e delle emissioni radio, le cosiddette atmosfere.

Volo da Calcutta a Mumbai.

La probabilità che un oggetto terrestre venga colpito da un fulmine aumenta all'aumentare della sua altezza e all'aumentare della conducibilità elettrica del suolo in superficie o ad una certa profondità (l'azione di un parafulmine si basa su questi fattori). Se c'è un campo elettrico nella nuvola che è sufficiente a mantenere la scarica, ma non abbastanza per provocarla, un lungo cavo metallico o un aeroplano possono svolgere il ruolo di iniziatore di fulmini, soprattutto se sono altamente caricati elettricamente. Pertanto, a volte i fulmini vengono "provocati" in nimbostratus e potenti cumuli.

Fulmine nell'alta atmosfera

Nel 1989 è stato scoperto tipo speciale fulmini - elfi, fulmini nell'atmosfera superiore. Nel 1995 è stato scoperto un altro tipo di fulmine nell'alta atmosfera: i getti.

elfi

getti

getti sono tubi blu. L'altezza dei getti può raggiungere i 40-70 km (limite inferiore della ionosfera), i getti vivono relativamente più a lungo degli elfi.

Sprite

Sprite sono difficili da distinguere, ma compaiono in quasi tutti i temporali ad un'altitudine compresa tra 55 e 130 chilometri (l'altezza della formazione di fulmini "ordinari" non supera i 16 chilometri). Questa è una specie di fulmine che si alza dalla nuvola. Per la prima volta questo fenomeno è stato registrato per caso nel 1989. Si sa molto poco sulla natura fisica degli sprite.

L'interazione del fulmine con la superficie terrestre e gli oggetti che si trovano su di essa

Frequenza globale dei fulmini (la scala mostra il numero di fulmini all'anno per chilometro quadrato)

Secondo le prime stime, la frequenza dei fulmini sulla Terra è 100 volte al secondo. Secondo i dati moderni dei satelliti in grado di rilevare i fulmini in luoghi in cui non c'è osservazione del suolo, questa frequenza è in media di 44 ± 5 volte al secondo, che corrisponde a circa 1,4 miliardi di fulmini all'anno. Il 75% di questi fulmini colpisce tra le nuvole o all'interno delle nuvole e il 25% colpisce il suolo.

I fulmini più potenti provocano la nascita di fulguriti.

Onda d'urto da fulmini

Una scarica di fulmini è un'esplosione elettrica ed è simile per alcuni aspetti a una detonazione. Provoca la comparsa di un'onda d'urto, pericolosa nelle immediate vicinanze. Un'onda d'urto da una scarica di fulmini sufficientemente potente a distanze fino a diversi metri può causare distruzione, rompere alberi, ferire e concussare le persone anche senza danni diretti. elettro-shock. Ad esempio, con una velocità di aumento della corrente di 30 mila ampere per 0,1 millisecondo e un diametro del canale di 10 cm, si possono osservare le seguenti pressioni dell'onda d'urto:

a una distanza dal centro di 5 cm (bordo del canale luminoso del fulmine) - 0,93 MPa,
a una distanza di 0,5 m - 0,025 MPa (distruzione di strutture edili fragili e lesioni umane),
a una distanza di 5 m - 0,002 MPa (rottura del vetro e stordimento temporaneo di una persona).

A distanze maggiori, l'onda d'urto degenera in un'onda sonora: il tuono.

persone e fulmini

I fulmini sono una seria minaccia per la vita umana. La sconfitta di una persona o di un animale da parte di un fulmine si verifica spesso in spazi aperti, poiché la corrente elettrica viaggia lungo il percorso più breve "terreno delle nuvole". I fulmini colpiscono spesso gli alberi e le installazioni di trasformatori sulla ferrovia, provocandone l'accensione. È impossibile essere colpiti da un normale fulmine lineare all'interno di un edificio, tuttavia, si ritiene che il cosiddetto fulmine globulare possa penetrare attraverso fessure e finestre aperte. I fulmini ordinari sono pericolosi per le antenne televisive e radiofoniche situate sui tetti dei grattacieli, nonché per le apparecchiature di rete.

Nel corpo delle vittime si notano gli stessi cambiamenti patologici come in caso di scossa elettrica. La vittima perde conoscenza, cade, possono verificarsi convulsioni, la respirazione e il battito cardiaco spesso si fermano. Sulla scocca si trovano solitamente i "segni di corrente", i punti di entrata e di uscita dell'elettricità. In caso di esito fatale, la causa della cessazione delle funzioni vitali di base è un'improvvisa cessazione della respirazione e del battito cardiaco, per azione diretta dei fulmini sui centri respiratorio e vasomotorio del midollo allungato. Sulla pelle rimangono spesso i cosiddetti segni di fulmine, strisce rosa chiaro o rosse simili ad alberi che scompaiono se premute con le dita (persistono per 1-2 giorni dopo la morte). Sono il risultato dell'espansione dei capillari nella zona di contatto del fulmine con il corpo.

Il fulmine viaggia in un tronco d'albero lungo il percorso di minor resistenza elettrica, con il rilascio di una grande quantità di calore, trasformando l'acqua in vapore, che spacca il tronco di un albero o più spesso ne strappa sezioni di corteccia, mostrando il percorso di fulmine. Nelle stagioni successive, gli alberi di solito rigenerano i tessuti danneggiati e possono chiudere l'intera ferita, lasciando solo una cicatrice verticale. Se il danno è troppo grave, il vento e i parassiti alla fine uccideranno l'albero. Gli alberi sono parafulmini naturali e sono noti per fornire protezione dai fulmini agli edifici vicini. Piantati vicino all'edificio, alberi ad alto fusto intrappolano i fulmini e l'elevata biomassa del sistema radicale aiuta a mettere a terra il fulmine.

Per questo motivo non ci si può nascondere dalla pioggia sotto gli alberi durante un temporale, soprattutto sotto alberi ad alto fusto o singoli in spazi aperti.

Dagli alberi colpiti da un fulmine si ricavano strumenti musicali, che attribuiscono loro proprietà uniche.

Fulmini ed impianti elettrici

I fulmini rappresentano un grave pericolo per le apparecchiature elettriche ed elettroniche. Con un fulmine diretto nei fili, si verifica una sovratensione nella linea, causando la distruzione dell'isolamento delle apparecchiature elettriche e correnti elevate causano danni termici ai conduttori. Per la protezione contro le sovratensioni da fulmine, le cabine elettriche e le reti di distribuzione sono dotate di vari tipi di dispositivi di protezione come scaricatori, limitatori di sovratensione non lineari, scaricatori di scintille lunghe. I parafulmini e i cavi di messa a terra vengono utilizzati per proteggere da un fulmine diretto. Per i dispositivi elettronici, anche l'impulso elettromagnetico creato dai fulmini è pericoloso.

Fulmine e aviazione

L'elettricità atmosferica in generale ei fulmini in particolare rappresentano una minaccia significativa per l'aviazione. Un fulmine in un aereo fa fluire una grande corrente attraverso i suoi elementi strutturali, che può causare la loro distruzione, incendi nei serbatoi di carburante, guasti alle apparecchiature e morte di persone. Per ridurre il rischio, gli elementi metallici della pelle esterna dell'aeromobile sono accuratamente collegati elettricamente tra loro e gli elementi non metallici sono metallizzati. In questo modo viene assicurata una bassa resistenza elettrica della custodia. Per drenare la corrente del fulmine e altra elettricità atmosferica dallo scafo, gli aerei sono dotati di scaricatori.

Per il fatto che capacità elettrica di un aeromobile in aria è piccolo, la scarica "cloud-aircraft" ha un'energia notevolmente inferiore rispetto alla scarica "cloud-ground". I fulmini sono più pericolosi per un aereo o un elicottero a bassa quota, poiché in questo caso l'aereo può svolgere il ruolo di un conduttore di corrente di fulmine dalla nuvola al suolo. È noto che gli aerei ad alta quota sono relativamente spesso colpiti da fulmini, eppure i casi di incidenti per questo motivo sono rari. Allo stesso tempo, ci sono molti casi di aerei colpiti da un fulmine durante il decollo e l'atterraggio, nonché nel parcheggio, che si sono conclusi con disastri o la distruzione dell'aeromobile.

Fulmini e navi di superficie

I fulmini rappresentano anche una minaccia molto grande per le navi di superficie in considerazione del fatto che queste ultime sono elevate sopra la superficie del mare e hanno molti elementi appuntiti (alberi, antenne), che sono concentratori di intensità del campo elettrico. Ai tempi delle barche a vela in legno con alta resistività scafo, un fulmine quasi sempre finì tragicamente per la nave: la nave andò a fuoco o crollò, le persone morirono per scossa elettrica. Anche le navi d'acciaio rivettate erano vulnerabili ai fulmini. L'elevata resistività dei giunti dei rivetti ha causato una significativa generazione di calore locale, che ha portato al verificarsi di un arco elettrico, incendi, distruzione dei rivetti e comparsa di perdite d'acqua dalla custodia.

Lo scafo saldato delle moderne navi ha una bassa resistività e garantisce una diffusione sicura della corrente del fulmine. Gli elementi sporgenti della sovrastruttura delle moderne navi sono collegati elettricamente in modo affidabile allo scafo e garantiscono anche la diffusione sicura della corrente del fulmine.

Attività umana che causa fulmini

In un'esplosione nucleare terrestre, una frazione di secondo prima dell'arrivo del confine dell'emisfero infuocato a poche centinaia di metri (~ 400-700 m rispetto a un'esplosione di 10,4 Mt) dal centro, la radiazione gamma che ha raggiunto il centro produce un impulso elettromagnetico con una forza di ~ 100-1000 kV / m, provocando scariche di fulmini, che colpiscono dal basso prima dell'arrivo del confine dell'emisfero infuocato.

Guarda anche

Appunti

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Elfi Rossi e Jet Blu
ELFI, un primer: riscaldamento ionosferico dagli impulsi elettromagnetici dei fulmini
I modelli frattali di Blue Jets, Blue Starters mostrano somiglianza, differenze con Red Sprites
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