Cum se întâmplă fulgerele? Fulger: de unde vine, fapte interesante

Natura electrică a fulgerului a fost dezvăluită în cercetările fizicianului american B. Franklin, la inițiativa căruia s-a efectuat un experiment pentru extragerea energiei electrice dintr-un nor de tunete. Experiența lui Franklin în elucidarea naturii electrice a fulgerului este cunoscută pe scară largă. În 1750, a publicat o lucrare în care a descris un experiment folosind un zmeu lansat într-o furtună. Experiența lui Franklin a fost descrisă în lucrarea lui Joseph Priestley.

Lungimea medie a fulgerelor este de 2,5 km, unele descărcări se extind până la 20 km în atmosferă.

Cum se formează fulgerul? Cel mai adesea, fulgerele apar în norii cumulonimbus, apoi se numesc furtuni. Fulgerele se formează uneori în norii nimbostratus, precum și în timpul erupțiilor vulcanice, tornadelor și furtunilor de praf.

Schema apariției fulgerelor: a - formațiune; b - categorie.

Pentru ca fulgerele să apară, este necesar ca într-un volum relativ mic (dar nu mai puțin de un anumit volum critic) al norului să se formeze un câmp electric cu o putere suficientă pentru a iniția o descărcare electrică (~ 1 MV/m) și într-o parte semnificativă a norului există un câmp cu o putere medie suficientă pentru a menține descărcarea începută (~ 0,1-0,2 MV/m). În fulger, energia electrică a norului este transformată în căldură și lumină.

De obicei, se observă fulgerele liniare, care aparțin așa-numitelor descărcări fără electrozi, deoarece încep (și se termină) în acumulări de particule încărcate. Acest lucru determină unele dintre proprietățile lor încă inexplicabile care disting fulgerul de descărcările dintre electrozi.

Astfel, fulgerele nu au loc mai puțin de câteva sute de metri; ele apar în câmpuri electrice mult mai slabe decât câmpurile în timpul descărcărilor interelectrozi; Colectarea sarcinilor purtate de fulger are loc în miimi de secundă din miliarde de particule mici, bine izolate unele de altele, situate într-un volum de câțiva kilometri pătrați.

Cel mai studiat proces de dezvoltare a fulgerelor în nori cu tunet, în timp ce fulgerele pot trece în sine în nori (fulger intracloud) sau pot lovi pământul (fulger la sol).

Fulger la sol

Diagrama de dezvoltare a fulgerului la sol: a, b - două etape de conducere; 1 - nor; 2 - streamers; 3 - canalul de lider pas; 4 - coroana de canal; 5 - puls corona pe capul canalului; c - formarea canalului principal de fulger (K).

Procesul de dezvoltare a fulgerului la sol constă din mai multe etape. În prima etapă, în zona în care câmpul electric atinge o valoare critică, începe ionizarea de impact, creată inițial electroni liberi, prezent întotdeauna în cantități mici în aer, care sub influența câmp electric dobândesc viteze semnificative spre sol și, ciocnind cu moleculele care alcătuiesc aerul, le ionizează.

Conform unor concepte mai moderne, descărcarea este inițiată de razele cosmice de înaltă energie, care declanșează un proces numit defalcarea electronilor. Astfel, apar avalanșe de electroni, transformându-se în filamente descărcări electrice- streamers, care sunt canale foarte conductoare, care, îmbinând, dau naștere unui canal luminos ionizat termic, cu o conductivitate ridicată - un lider de fulger în trepte.

Mişcarea liderului spre suprafața pământului are loc în trepte de câteva zeci de metri cu o viteză de ~ 50.000 de kilometri pe secundă, după care mișcarea sa se oprește timp de câteva zeci de microsecunde, iar strălucirea slăbește foarte mult; apoi, în etapa următoare, liderul înaintează din nou câteva zeci de metri.

O strălucire strălucitoare acoperă toți pașii parcurși, urmată de o oprire și slăbirea strălucirii din nou. Aceste procese se repetă atunci când liderul se deplasează la suprafața pământului din viteza medie 200.000 de metri pe secundă. Pe măsură ce liderul se mișcă spre sol, intensitatea câmpului la capătul său crește și, sub acțiunea sa, un streamer de răspuns este aruncat din obiectele care ies în afară pe suprafața Pământului, conectându-se la lider. Această caracteristică a fulgerului este folosită pentru a crea un paratrăsnet.

În etapa finală, urmează o descărcare inversă (de jos în sus) sau principală de-a lungul canalului ionizat de lider, caracterizată prin curenți de la zeci la sute de mii de amperi, o luminozitate care depășește vizibil luminozitatea liderului, și o viteză mare de progres, ajungând inițial la ~ 100.000 de kilometri pe secundă, iar la final scăzând la ~ 10.000 de kilometri pe secundă.

Temperatura canalului în timpul descărcării principale poate depăși 25.000 °C. Lungimea canalului fulgerului poate fi de la 1 la 10 km, diametrul poate fi de câțiva centimetri. După trecerea pulsului de curent, ionizarea canalului și strălucirea acestuia slăbesc. În etapa finală, curentul de fulger poate dura sutimi și chiar zecimi de secundă, ajungând la sute și mii de amperi. Un astfel de fulger se numește fulger prelungit și cel mai adesea provoacă incendii.

De obicei, fulgerele includ mai multe descărcări repetate, dar numărul lor poate ajunge la câteva zeci. Durata fulgerelor multiple poate depăși 1 secundă. Deplasarea canalului de fulgere multiple de către vânt creează așa-numitul fulger de panglică - o bandă luminoasă.

Fulger intracloud

Fulgerele intracloud includ de obicei doar etapele lider; lungimea lor variază de la 1 la 150 km. Proporția fulgerelor intranori crește pe măsură ce se deplasează spre ecuator, schimbându-se de la 0,5 în latitudinile temperate la 0,9 în zona ecuatorială. Trecerea fulgerelor este însoțită de modificări ale câmpurilor electrice și magnetice și ale emisiilor radio, așa-numitele atmosfere.

Probabilitatea ca un obiect de la sol să fie lovit de trăsnet crește pe măsură ce înălțimea acestuia crește și cu creșterea conductivității electrice a solului la suprafață sau la o anumită adâncime (acțiunea unui paratrăsnet se bazează pe acești factori). Dacă există un câmp electric în nor care este suficient pentru a menține o descărcare, dar nu suficient pentru a face ca aceasta să apară, un cablu metalic lung sau un avion poate acționa ca inițiator de fulger, mai ales dacă este foarte încărcat electric. În acest fel, fulgerele sunt uneori „provocate” în nimbostratus și nori cumulus puternici.

În fiecare secundă, aproximativ 50 de fulgere lovesc suprafața pământului și, în medie, fiecare kilometru patrat fulgerul lovește de șase ori pe an.

Oameni și fulgere

Fulgerul este o amenințare serioasă pentru viața umană. O persoană sau un animal lovit de fulger apare adesea în spații deschise, deoarece... Curentul electric urmează calea cea mai scurtă „nori-tunete”. Deseori fulgerele lovesc copacii și instalațiile de transformatoare pe calea ferata, determinându-le să se aprindă.

Este imposibil să fii lovit de un fulger liniar obișnuit în interiorul unei clădiri, dar există o părere că așa-numitul fulger cu minge poate pătrunde prin fisuri și ferestre deschise. Fulgerele normale sunt periculoase pentru antenele de televiziune și radio situate pe acoperișurile clădirilor înalte, precum și pentru echipamentele de rețea.

În corpul victimelor fulgerelor, se observă aceleași modificări patologice ca și în cazul șocului electric. Victima își pierde cunoștința, cade, poate avea convulsii și adesea încetează să respire și să bată inima. De obicei, puteți găsi „urme de curent” pe corp - locurile în care intră și iese electricitatea.

Acestea sunt dungi roz deschis sau roșii asemănătoare copacului care dispar la apăsare cu degetele (persista 1-2 zile după moarte). Ele sunt rezultatul expansiunii capilarelor în zona de contact fulger cu corpul. În caz de deces, cauza încetării funcțiilor vitale de bază este oprirea bruscă a respirației și a bătăilor inimii din efectul direct al fulgerului asupra centrilor respiratori și vasomotori ai medulei oblongate.

Când este lovit de fulger, primul sănătate trebuie sa fie urgent. În cazurile severe (oprirea respirației și bătăilor inimii), resuscitarea este necesară; aceasta trebuie asigurată de orice martor la nenorocire fără a aștepta personalul medical. Resuscitarea este eficientă numai în primele minute după lovirea unui fulger; după 10-15 minute, de regulă, nu mai este eficientă. Spitalizarea de urgență este necesară în toate cazurile.

Victimele fulgerelor

În mitologie și literatură:

Asclepios (Aesculapius), fiul lui Apollo, zeul doctorilor și al artei medicale, nu numai că a vindecat, dar a și înviat morții. Pentru a restabili ordinea mondială ruptă, Zeus l-a lovit cu fulgerul său;
Phaeton, fiul zeului soare Helios, s-a angajat odată să conducă carul solar al tatălui său, dar nu a putut reține caii care suflă foc și aproape a distrus Pământul într-o flacără teribilă. Un Zeus furios l-a străpuns pe Phaeton cu un fulger.

Figuri istorice:

Academicianul rus G.V. Richman - a murit în urma unui fulger în 1753;
Deputatul Poporului Ucrainei, fostul guvernator al regiunii Rivne V. Chervoniy a murit în urma unui fulger la 4 iulie 2009.

Roy Sally Wang a supraviețuit după ce a fost lovit de fulger de șapte ori;
Majorul american Summerford a murit după o lungă boală (rezultatul loviturii de al treilea fulger). Al patrulea fulger i-a distrus complet monumentul din cimitir;
Printre indienii andini, o lovitură de fulger este considerată necesară pentru a se realiza niveluri superioare iniţiere şamanică.

Copaci și fulgere

Copacii înalți sunt ținte frecvente pentru fulgere. Puteți găsi cu ușurință mai multe cicatrici de fulger pe copacii relicve cu viață lungă. Se crede că un singur copac în picioare este mai probabil să fie lovit de fulger, deși în unele zone împădurite pot fi văzute cicatrici de fulger pe aproape fiecare copac. Copacii uscați iau foc atunci când sunt loviți de fulger. Cel mai adesea, fulgerele sunt îndreptate spre stejar, mai puțin frecvent spre fag, ceea ce se pare că depinde de diferitele cantități de uleiuri grase din acestea, care reprezintă o rezistență mare la electricitate.

Fulgerul călătorește printr-un trunchi de copac pe calea cu cea mai mică rezistență electrică, eliberând cantitate mare căldură, transformând apa în abur, care desparte trunchiul copacului sau, mai des, rupe secțiuni de scoarță din acesta, arătând calea fulgerului.

În sezoanele următoare, copacii repară de obicei țesutul deteriorat și pot închide întreaga rană, lăsând doar o cicatrice verticală. Dacă daunele sunt prea severe, vântul și dăunătorii vor ucide în cele din urmă copacul. Copacii sunt conductori naturali de trăsnet și sunt cunoscuți că oferă protecție împotriva loviturilor de trăsnet clădirilor din apropiere. Copacii înalți plantați lângă o clădire prinde fulgere, iar biomasa mare a sistemului radicular ajută la împământarea fulgerului.

Instrumentele muzicale sunt realizate din copaci loviti de fulger, atribuindu-le proprietati unice.

Doctor în Științe Biologice, Candidat în Științe Fizice și Matematice K. BOGDANOV.

În orice moment, peste 2.000 de furtuni fulgeră în diferite părți ale Pământului. În fiecare secundă, aproximativ 50 de fulgere lovesc suprafața pământului și, în medie, fiecare kilometru pătrat al acestuia este lovit de fulgere de șase ori pe an. B. Franklin a arătat, de asemenea, că fulgerele care lovesc pământul din nori de tunete sunt descărcări electrice care îi transferă o sarcină negativă de câteva zeci de coulombi, iar amplitudinea curentului în timpul unei lovituri de trăsnet variază între 20 și 100 kA. Fotografia de mare viteză a arătat că descărcarea fulgerului durează câteva zecimi de secundă și constă din mai multe descărcări și mai scurte. Fulgerele sunt de multă vreme de interes pentru oamenii de știință, dar și astăzi știm doar puțin mai multe despre natura lor decât acum 250 de ani, deși am putut să le detectăm chiar și pe alte planete.

Știință și viață // Ilustrații

Capacitatea de a electriza prin frecarea diferitelor materiale. Materialul din perechea de frecare, situat mai sus în tabel, este încărcat pozitiv, iar mai jos - negativ.

Fundul încărcat negativ al norului polarizează suprafața Pământului de sub acesta, astfel încât acesta devine încărcat pozitiv, iar atunci când apar condițiile de defecțiune electrică, apare o descărcare de fulger.

Distribuția frecvenței furtunilor pe suprafețele terestre și oceanice. Cele mai întunecate locuri de pe hartă corespund unor frecvențe de cel mult 0,1 furtuni pe an pe kilometru pătrat, iar cele mai luminoase - mai mult de 50.

Umbrelă cu paratrăsnet. Modelul a fost vândut în secolul al XIX-lea și a fost solicitat.

Tragerea cu un lichid sau cu laser la un nor de tunete atârnând deasupra stadionului deviază fulgerul în lateral.

Mai multe fulgere cauzate de lansarea unei rachete într-un nor de tunete. Linia verticală din stânga este traseul rachetei.

Un fulgurit mare „ramificat”, cu o greutate de 7,3 kg, găsit de autor la periferia Moscovei.

Fragmente cilindrice goale de fulgurit formate din nisip topit.

Fulgurit alb din Texas.

Fulgerul este o sursă eternă de reîncărcare a câmpului electric al Pământului. La începutul secolului al XX-lea, câmpul electric al Pământului a fost măsurat cu ajutorul sondelor atmosferice. Intensitatea sa la suprafață s-a dovedit a fi de aproximativ 100 V/m, ceea ce corespunde unei încărcături totale a planetei de aproximativ 400.000 C. Purtătorii de sarcini în atmosfera Pământului sunt ionii, a căror concentrație crește odată cu altitudinea și atinge un maxim la o altitudine de 50 km, unde sub influența radiației cosmice s-a format un strat conductiv electric - ionosfera. Prin urmare, câmpul electric al Pământului este câmpul unui condensator sferic cu o tensiune aplicată de aproximativ 400 kV. Sub influența acestei tensiuni, un curent de 2-4 kA, a cărui densitate este de 1-2, curge constant din straturile superioare către cele inferioare. 10 -12 A/m 2, iar energia este eliberată până la 1,5 GW. Și acest câmp electric ar dispărea dacă nu ar fi fulgerul! Prin urmare, pe vreme bună, condensatorul electric - Pământul - este descărcat, iar în timpul unei furtuni este încărcat.

O persoană nu simte câmpul electric al Pământului, deoarece corpul său este un bun conductor. Prin urmare, încărcarea Pământului se află și pe suprafața corpului uman, distorsionând local câmpul electric. Sub un nor de tunete, densitatea sarcinilor pozitive induse pe sol poate crește semnificativ, iar intensitatea câmpului electric poate depăși 100 kV/m, de 1000 de ori valoarea sa pe vreme bună. Drept urmare, sarcina pozitivă a fiecărui fir de păr de pe capul unei persoane care stă sub un nor de tunete crește cu aceeași cantitate, iar ei, împingându-se unul de celălalt, stau pe cap.

Electrificare - îndepărtarea prafului „încărcat”. Pentru a înțelege cum separă un nor sarcinile electrice, să ne amintim ce este electrificarea. Cel mai simplu mod de a încărca un corp este frecându-l de altul. Electrificarea prin frecare este cea mai veche metodă de producere a sarcinilor electrice. Cuvântul „electron” însuși, tradus din greacă în rusă, înseamnă chihlimbar, deoarece chihlimbarul a fost întotdeauna încărcat negativ atunci când este frecat de lână sau mătase. Mărimea sarcinii și semnul acesteia depind de materialele corpurilor de frecare.

Se crede că un corp, înainte de a începe să fie frecat de altul, este neutru din punct de vedere electric. Într-adevăr, dacă lăsați un corp încărcat în aer, atunci particulele de praf și ionii încărcați în mod opus vor începe să se lipească de el. Astfel, pe suprafața oricărui corp există un strat de praf „încărcat” care neutralizează încărcarea corpului. Prin urmare, electrificarea prin frecare este procesul de îndepărtare parțială a prafului „încărcat” din ambele corpuri. În acest caz, rezultatul va depinde de cât de mult mai bine sau mai rău este îndepărtat praful „încărcat” de pe corpurile de frecare.

Norul este o fabrică de producere a sarcinilor electrice. Este greu de imaginat că câteva dintre materialele enumerate în tabel sunt în cloud. Cu toate acestea, pe corpuri pot apărea praf „încărcat” diferit, chiar dacă sunt fabricate din același material - este suficient ca microstructura suprafeței să difere. De exemplu, atunci când un corp neted se freacă de unul dur, ambele se vor electrifica.

Un nor de tunete este o cantitate uriașă de abur, dintre care o parte s-a condensat în picături minuscule sau slouri de gheață. Vârful unui nor de tunete poate fi la o altitudine de 6-7 km, iar partea de jos poate atârna deasupra solului la o altitudine de 0,5-1 km. Peste 3-4 km, norii constau din bancuri de gheață de diferite dimensiuni, deoarece temperatura acolo este întotdeauna sub zero. Aceste bucăți de gheață sunt în mișcare constantă, cauzate de creșterea curenților de aer cald de pe suprafața încălzită a pământului. Bucățile mici de gheață sunt mai ușor transportate de curenții de aer în creștere decât cele mari. Prin urmare, bucăți mici de gheață „agile”, care se deplasează în vârful norului, se ciocnesc în mod constant cu cele mari. Cu fiecare astfel de ciocnire, are loc electrificarea, în care bucățile mari de gheață sunt încărcate negativ, iar cele mici - pozitiv. În timp, bucăți mici de gheață încărcate pozitiv ajung în partea de sus a norului, iar cele mari încărcate negativ ajung în partea de jos. Cu alte cuvinte, partea superioară a unei furtuni este încărcată pozitiv, iar partea de jos este încărcată negativ. Totul este pregătit pentru o descărcare de fulger, în care are loc defalcarea aerului și sarcina negativă din partea de jos a norului de tunete curge către Pământ.

Fulger - salutări din spațiu și sursă radiații cu raze X. Cu toate acestea, norul în sine nu este capabil să se electrifice suficient pentru a provoca o descărcare între partea sa inferioară și sol. Intensitatea câmpului electric într-un nor de tunere nu depășește niciodată 400 kV/m, iar defecțiunea electrică în aer are loc la o tensiune mai mare de 2500 kV/m. Prin urmare, pentru ca fulgerele să apară, este nevoie de altceva decât de un câmp electric. În 1992, savantul rus A. Gurevich de la Institutul de Fizică a dat numele. P. N. Lebedev RAS (FIAN) a sugerat că razele cosmice - particule de înaltă energie care cad pe Pământ din spațiu la viteze apropiate de lumina - ar putea fi un fel de aprindere pentru fulger. Mii de astfel de particule bombardează pe toată lumea în fiecare secundă metru patrat atmosfera pământului.

Conform teoriei lui Gurevich, o particulă de radiație cosmică, care se ciocnește cu o moleculă de aer, o ionizează, ducând la formarea unui număr imens de electroni de înaltă energie. Odată ajunși în câmpul electric dintre nor și sol, electronii sunt accelerați la viteze apropiate de lumină, ionizându-și calea și provocând astfel o avalanșă de electroni care se deplasează cu ei spre sol. Canalul ionizat creat de această avalanșă de electroni este folosit de fulger pentru descărcare (vezi „Știința și viața” nr. 7, 1993).

Toți cei care au văzut fulgere au observat că nu este o linie dreaptă strălucitoare care leagă norul și pământul, ci o linie întreruptă. Prin urmare, procesul de formare a unui canal conductiv pentru o descărcare de fulger este numit „liderul său de pas”. Fiecare dintre acești „pași” este un loc în care electronii, accelerați la viteze apropiate de lumina, s-au oprit din cauza ciocnirilor cu moleculele de aer și au schimbat direcția de mișcare. Dovezi pentru această interpretare a naturii treptate a fulgerului sunt fulgerele de radiație cu raze X, care coincid cu momentele în care fulgerul, ca și cum se poticnește, își schimbă traiectoria. Studii recente au arătat că fulgerul este o sursă destul de puternică de radiație cu raze X, a cărei intensitate poate fi de până la 250.000 de electroni volți, care este de aproximativ dublu față de cea utilizată în razele X toracice.

Cum să declanșezi un fulger? Este foarte greu de studiat ce se va întâmpla într-un loc necunoscut și când. Și exact așa au lucrat de mulți ani oamenii de știință care studiază natura fulgerului. Se crede că furtuna de pe cer este condusă de profetul Ilie și nu ne este dat să cunoaștem planurile lui. Cu toate acestea, oamenii de știință au încercat de mult să-l înlocuiască pe profetul Ilie prin crearea unui canal conductiv între un nor de tunete și pământ. Pentru a face acest lucru, B. Franklin a zburat cu un zmeu în timpul unei furtuni, terminându-se cu un fir și o grămadă de chei metalice. Făcând acest lucru, el a provocat descărcări slabe care curgeau pe fir și a fost primul care a dovedit că fulgerul este o descărcare electrică negativă care curge din nori către sol. Experimentele lui Franklin au fost extrem de periculoase, iar unul dintre cei care a încercat să le repete, academicianul rus G.V. Richman, a murit în urma unui fulger în 1753.

În anii 1990, cercetătorii au învățat cum să creeze fulgere fără a le pune viața în pericol. O modalitate de a declanșa fulgerul este să trageți o rachetă mică de la sol direct într-un nor de tunete. De-a lungul întregii sale traiectorii, racheta ionizează aerul și creează astfel un canal conducător între nor și sol. Și dacă sarcina negativă din partea de jos a norului este suficient de mare, atunci are loc o descărcare de fulger de-a lungul canalului creat, toți parametrii căruia sunt înregistrați de instrumente situate lângă rampa de lansare a rachetei. Pentru a crea condiții și mai bune pentru ca fulgerul să lovească, un fir metalic este atașat de rachetă, conectându-l la pământ.

Fulgerul: dătătorul de viață și motorul evoluției. În 1953, biochimiștii S. Miller (Stanley Miller) și G. Urey (Harold Urey) au arătat că unul dintre „componentele de bază” ale vieții – aminoacizii – poate fi obținut prin trecerea unei descărcări electrice prin apă în care gazele din atmosfera „primordială” a Pământului este dizolvată (metan, amoniac și hidrogen). 50 de ani mai târziu, alți cercetători au repetat aceste experimente și au obținut aceleași rezultate. Prin urmare, teorie științifică Originea vieții pe Pământ atribuie un rol fundamental loviturilor de fulger.

Când pulsurile de curent scurte sunt trecute prin bacterii, în învelișul lor (membrană) apar pori prin care pot trece fragmente de ADN ale altor bacterii, declanșând unul dintre mecanismele evoluției.

De ce sunt foarte rare furtunile iarna? F.I. Tyutchev, scriind „Îmi plac furtunile la începutul lunii mai, când primul tunet al primăverii...”, știa că aproape că nu există furtuni iarna. Pentru a se forma un nor de tunete, sunt necesari curenți în creștere de aer umed. Concentrația de vapori saturați crește odată cu creșterea temperaturii și este maximă vara. Diferența de temperatură de care depind curenții de aer ascendenți este mai mare, cu atât temperatura sa la suprafața pământului este mai mare, deoarece la o altitudine de câțiva kilometri temperatura sa nu depinde de perioada anului. Aceasta înseamnă că intensitatea curenților ascendente este maximă și vara. De aceea avem cel mai adesea furtuni vara, dar în nord, unde este frig chiar și vara, furtunile sunt destul de rare.

De ce sunt mai frecvente furtunile pe uscat decât pe mare? Pentru ca un nor să se descarce, trebuie să existe un număr suficient de ioni în aer sub el. Aerul, format doar din molecule de azot și oxigen, nu conține ioni și este foarte greu de ionizat chiar și în câmp electric. Dar dacă există o mulțime de particule străine în aer, de exemplu praf, atunci există și o mulțime de ioni. Ionii sunt formați prin mișcarea particulelor în aer, în același mod în care diferitele materiale sunt electrizate prin frecare unele față de altele. Evident, este mult mai mult praf în aer deasupra pământului decât peste oceane. De aceea, furtunile tunete mai des pe uscat. De asemenea, s-a observat că, în primul rând, fulgerul lovește acele locuri în care concentrația de aerosoli în aer este deosebit de mare - fum și emisii de la întreprinderile din industria de rafinare a petrolului.

Cum Franklin a deviat fulgerul. Din fericire, majoritatea fulgerelor au loc între nori și, prin urmare, nu reprezintă nicio amenințare. Cu toate acestea, se crede că fulgerele ucide peste o mie de oameni în întreaga lume în fiecare an. Cel puțin în Statele Unite, unde se țin astfel de statistici, aproximativ 1.000 de oameni suferă de fulgere în fiecare an și peste o sută dintre ei mor. Oamenii de știință au încercat de mult să protejeze oamenii de această „pedeapsă a lui Dumnezeu”. De exemplu, inventatorul primului condensator electric (borcanul din Leyden), Pieter van Muschenbrouck (1692-1761), într-un articol despre electricitate scris pentru celebra Enciclopedie Franceză, a apărat metodele tradiționale de prevenire a fulgerelor - sunetul clopoteilor și tunurile, care el credea că sunt destul de eficiente.eficiente.

Benjamin Franklin, încercând să protejeze Capitoliul capitalei statului Maryland, în 1775 a atașat clădirii o tijă groasă de fier, care se ridica la câțiva metri deasupra domului și era conectată la pământ. Omul de știință a refuzat să-și breveteze invenția, dorind ca aceasta să înceapă să servească oamenilor cât mai curând posibil.

Vestea despre paratrăsnetul lui Franklin s-a răspândit rapid în toată Europa, iar acesta a fost ales în toate academiile, inclusiv în cea rusă. Cu toate acestea, în unele țări, populația devotată a salutat această invenție cu indignare. Însăși ideea că o persoană ar putea îmblânzi atât de ușor și simplu arma principală a „mâniei lui Dumnezeu” părea blasfemie. Prin urmare, în diferite locuri oamenii, din motive evlavioase, au spart paratrăsnet. Un incident curios s-a petrecut în 1780 în orășelul Saint-Omer din nordul Franței, unde orășenii au cerut ca catargul de fier paratrăsnet să fie demolat, iar chestiunea a ajuns în judecată. Tânărul avocat, care a apărat paratrăsnetul de atacurile obscurantiştilor, şi-a bazat apărarea pe faptul că atât mintea umană, cât şi capacitatea sa de a cuceri forţele naturii sunt de origine divină. Tot ceea ce ajută la salvarea unei vieți este spre bine, a susținut tânărul avocat. A câștigat cazul și a câștigat o mare faimă. Numele avocatului era Maximilian Robespierre. Ei bine, acum portretul inventatorului paratrăsnetului este cea mai de dorit reproducere din lume, deoarece împodobește binecunoscuta bancnotă de o sută de dolari.

Cum să te protejezi de fulgere folosind un jet de apă și un laser. Recent, a fost propusă o metodă fundamental nouă de combatere a fulgerului. Un paratrăsnet va fi creat dintr-un jet de lichid care va fi împușcat de la sol direct în nori. Lichidul fulger este o soluție salină la care se adaugă polimeri lichizi: sarea are scopul de a crește conductivitatea electrică, iar polimerul împiedică jetul să se „despartă” în picături individuale. Diametrul jetului va fi de aproximativ un centimetru, iar înălțimea maximă va fi de 300 de metri. Când paratrăsnetul lichid va fi finalizat, acesta va fi dotat cu locuri de sport și de joacă pentru copii, unde fântâna se va aprinde automat atunci când intensitatea câmpului electric devine suficient de mare și probabilitatea ca un trăsnet să fie maximă. O sarcină va curge într-un curent de lichid dintr-un nor de tunete, făcând fulgerul sigur pentru alții. O protecție similară împotriva descărcării fulgerelor se poate face folosind un laser, al cărui fascicul, ionizând aerul, va crea un canal pentru o descărcare electrică departe de mulțimile de oameni.

Ne poate duce fulgerul în rătăcire? Da, dacă folosești o busolă. În celebrul roman al lui G. Melville „Moby Dick” exact un astfel de caz este descris atunci când o descărcare de fulger, care a creat un câmp magnetic puternic, a remagnetizat acul busolei. Cu toate acestea, căpitanul navei a luat un ac de cusut, l-a lovit pentru a-l magnetiza și l-a înlocuit cu acul busolei deteriorat.

Poți fi lovit de fulger în interiorul unei case sau al unui avion? Din pacate, da! Curentul de fulger poate intra într-o casă printr-un fir de telefon de la un stâlp din apropiere. Prin urmare, în timpul unei furtuni, încercați să nu folosiți un telefon obișnuit. Se crede că vorbirea la un radiotelefon sau telefon mobil este mai sigur. În timpul unei furtuni, nu trebuie să atingeți încălzirea centrală și conductele de apă care leagă casa de pământ. Din aceleași motive, experții recomandă oprirea tuturor aparatelor electrice în timpul unei furtuni, inclusiv computerele și televizoarele.

În ceea ce privește avioanele, în general, ele încearcă să zboare în jurul zonelor cu activitate de furtună. Și totuși, în medie, unul dintre avioane este lovit de fulger o dată pe an. Curentul său nu poate afecta pasagerii; curge pe suprafața exterioară a aeronavei, dar poate deteriora comunicațiile radio, echipamentele de navigație și electronicele.

Fulguritul este un fulger fosilizat.În timpul descărcării unui fulger, se eliberează 10 9 -10 10 jouli de energie. Cea mai mare parte este cheltuită pentru crearea unei unde de șoc (tunet), încălzirea aerului, un fulger de lumină și altele undele electromagnetice, și doar o mică parte este eliberată în locul în care fulgerul intră în pământ. Cu toate acestea, chiar și această „mică” parte este suficientă pentru a provoca un incendiu, a ucide o persoană și a distruge o clădire. Fulgerele pot încălzi canalul prin care se deplasează până la 30.000 ° C, de cinci ori mai mare decât temperatura de la suprafața Soarelui. Temperatura din interiorul fulgerului este mult mai mare decât punctul de topire al nisipului (1600-2000°C), dar dacă nisipul se topește sau nu depinde și de durata fulgerului, care poate varia de la zeci de microsecunde la zecimi de secundă. . Amplitudinea unui impuls de curent de fulger este de obicei egală cu câteva zeci de kiloamperi, dar uneori poate depăși 100 kA. Cele mai puternice lovituri de fulgere provoacă nașterea fulguritelor - cilindri goli de nisip topit.

Cuvântul fulgurit provine din latinescul fulgur, care înseamnă fulger. Cele mai lungi fulgurite excavate au intrat în subteran la o adâncime de peste cinci metri. Fulguritele mai sunt numite și topiri ale rocilor solide formate în urma unei lovituri de fulger; se găsesc uneori în număr mare pe vârfurile stâncoase ale munților. Fulguritele, constând din silice topită, apar de obicei ca tuburi în formă de con groase ca un creion sau un deget. Suprafața lor interioară este netedă și topită, iar suprafața exterioară este formată din granule de nisip care aderă la masa topită. Culoarea fulguritelor depinde de impuritățile minerale din solul nisipos. Cele mai multe sunt de culoare cafeniu, gri sau negru, dar se găsesc și fulgurite verzui, albe sau chiar translucide.

Aparent, prima descriere a fulguritelor și a legăturii lor cu loviturile de fulgere a fost făcută în 1706 de pastorul David Hermann. Ulterior, mulți au găsit fulgurite în apropierea oamenilor loviti de fulgere. Charles Darwin, în timpul călătoriei în jurul lumii pe Beagle, a descoperit pe malul nisipos de lângă Maldonado (Uruguay) mai multe tuburi de sticlă care coborau vertical mai bine de un metru în nisip. El a descris dimensiunile lor și a asociat formarea lor cu descărcări de fulgere. Celebrul fizician american Robert Wood a primit un „autograf” al fulgerului care aproape l-a ucis:

„Trecuse o furtună puternică și cerul de deasupra noastră se limpezise deja. Am străbătut câmpul care ne desparte casa de casa cumnatei mele. Am mers vreo zece metri de-a lungul potecă când deodată m-a sunat fiica mea Margaret. s-a oprit vreo zece secunde și abia s-a mișcat mai departe, când deodată o linie albastră strălucitoare a tăiat cerul, cu vuietul unui tun de doisprezece inci, lovind poteca la douăzeci de pași în fața mea și ridicând o coloană uriașă de abur. mai departe sa vedem ce urma a lasat fulgerul.In locul in care a lovit fulgerul era un trifoi ars de vreo cinci inci diametru, cu o gaura in mijloc jumatate de inch.... M-am intors in laborator, topit. opt kilograme de tablă și l-am turnat în gaură... Ceea ce am săpat, când tabla s-a întărit, arăta ca un câine-arp uriaș, ușor curbat, greu, așa cum era de așteptat, în mâner și convergând treptat spre capăt. era puțin mai lungă de trei picioare” (citat din V. Seabrook. Robert Wood. - M.: Nauka, 1985, p. 285).

Apariția unui tub de sticlă în nisip în timpul unei descărcări de fulger se datorează faptului că există întotdeauna aer și umiditate între boabele de nisip. Curentul electric al fulgerului într-o fracțiune de secundă încălzește aerul și vaporii de apă la temperaturi enorme, provocând o creștere explozivă a presiunii aerului între boabele de nisip și expansiunea acestuia, pe care Wood a auzit și văzut, nedevenind ca prin minune victima fulgerului. Aerul în expansiune formează o cavitate cilindrică în interiorul nisipului topit. Răcirea rapidă ulterioară fixează fulguritul - un tub de sticlă în nisip.

Adesea, săpat cu grijă din nisip, fulguritul are forma unei rădăcini de copac sau a unei ramuri cu numeroși lăstari. Astfel de fulgurite ramificate se formează atunci când o descărcare de fulgere lovește nisipul umed, care, după cum se știe, are o conductivitate electrică mai mare decât nisipul uscat.În aceste cazuri, curentul de fulgere, care intră în sol, începe imediat să se răspândească în lateral, formând o structură. similar cu rădăcina unui copac, iar fulguritul rezultat doar repetă această formă. Fulguritul este foarte fragil, iar încercările de a îndepărta nisipul aderat duc adesea la distrugerea acestuia. Acest lucru este valabil mai ales pentru fulguritele ramificate formate în nisip umed.

În fiecare secundă, aproximativ 700 fulger, și în fiecare an aproximativ 3000 oameni mor din cauza fulgerelor. Natura fizică a fulgerului nu a fost pe deplin explicată și majoritatea oamenilor au doar o idee aproximativă despre ceea ce este. Unele descărcări se ciocnesc în nori sau ceva de genul ăsta. Astăzi am apelat la scriitorii noștri de fizică pentru a afla mai multe despre natura fulgerului. Cum apar fulgerele, unde lovește fulgerul și de ce tunete. După ce ați citit articolul, veți ști răspunsul la aceste întrebări și la multe alte întrebări.

Ce este fulgerul

Fulger– scânteie de descărcare electrică în atmosferă.

Descărcare electrică este procesul de curgere a curentului într-un mediu asociat cu o creștere semnificativă a conductibilității sale electrice față de starea normală. Exista tipuri diferite descărcări electrice în gaz: scânteie, arc, mocnit.

Descărcarea de scânteie are loc atunci când presiune atmosfericăși este însoțită de o scânteie trosnitoare caracteristică. O descărcare de scânteie este un set de canale de scânteie filamentare care dispar și se înlocuiesc reciproc. Se mai numesc și canalele Spark streamers. Canalele de scânteie sunt umplute cu gaz ionizat, adică cu plasmă. Fulgerul este o scânteie uriașă, iar tunetul este un trosnet foarte puternic. Dar nu este atât de simplu.

Natura fizică a fulgerului

Cum se explică originea fulgerului? Sistem nor-sol sau nor-nor Este un fel de condensator. Aerul joacă rolul unui dielectric între nori. Partea de jos a norului are o sarcină negativă. Când există o diferență de potențial suficientă între nor și sol, apar condiții în care fulgerele apar în natură.

Lider pas

Înainte de fulgerul principal, o mică pată poate fi observată deplasându-se de la nor la pământ. Acesta este așa-numitul lider în trepte. Electronii, sub influența unei diferențe de potențial, încep să se deplaseze spre sol. Pe măsură ce se mișcă, se ciocnesc cu moleculele de aer, ionizându-le. Un fel de canal ionizat este așezat de la nor până la pământ. Datorită ionizării aerului de către electroni liberi, conductivitatea electrică în zona de traiectorie a liderului crește semnificativ. Liderul, parcă, deschide calea pentru descărcarea principală, trecând de la un electrod (nor) la altul (sol). Ionizarea are loc neuniform, astfel încât liderul se poate ramifica.

Retur

În momentul în care liderul se apropie de pământ, tensiunea de la capătul lui crește. Un streamer de răspuns (canal) este aruncat din pământ sau din obiecte care ies deasupra suprafeței (copaci, acoperișuri ale clădirilor) către lider. Această proprietate a trăsnetului este folosită pentru a proteja împotriva acestuia prin instalarea unui paratrăsnet. De ce fulgerul lovește o persoană sau un copac? De fapt, nu-i pasă unde să lovească. La urma urmei, fulgerul caută calea cea mai scurtă între pământ și cer. De aceea este periculos să fii pe câmpie sau la suprafața apei în timpul unei furtuni.

Când liderul ajunge la sol, curentul începe să curgă prin canalul așezat. În acest moment se observă fulgerul principal, însoțit de o creștere bruscă a puterii curentului și a eliberării de energie. Întrebarea relevantă aici este, de unde vine fulgerul? Este interesant că liderul se răspândește de la nor la pământ, dar fulgerul luminos opus, pe care suntem obișnuiți să-l vedem, se răspândește de la pământ la nor. Este mai corect să spunem că fulgerul nu vine din cer pe pământ, ci are loc între ele.

De ce tună fulgerul?

Tunetele rezultă dintr-o undă de șoc generată de expansiunea rapidă a canalelor ionizate. De ce vedem mai întâi fulgere și apoi auzim tunete? Este vorba despre diferența dintre vitezele sunetului (340,29 m/s) și ale luminii (299.792.458 m/s). Numărând secundele dintre tunet și fulger și înmulțindu-le cu viteza sunetului, poți afla la ce distanță de tine a lovit fulgerul.

Ai nevoie de o lucrare despre fizica atmosferei? Pentru cititorii noștri există acum o reducere de 10% la orice tip de lucrare

Tipuri de fulgere și fapte despre fulgere

Fulgerul dintre cer și pământ nu este cel mai frecvent fulger. Cel mai adesea, fulgerele apar între nori și nu reprezintă o amenințare. Pe lângă fulgerele de la sol și din interiorul norului, există fulgere care se formează în straturile superioare ale atmosferei. Ce tipuri de fulgere există în natură?

fulgere intracloud;
fulger cu minge;
„Elfi”;
Jeturi;
Sprites.

Ultimele trei tipuri de fulgere nu pot fi observate fără instrumente speciale, deoarece se formează la o altitudine de 40 de kilometri și mai sus.

Iată câteva fapte despre fulger:

Lungimea celui mai lung fulger înregistrat de pe Pământ a fost 321 km. Acest fulger a fost observat în Oklahoma 2007.
Cel mai lung fulger a durat 7,74 secunde și a fost înregistrată în Alpi.
Fulgerul se formează nu numai pe Pământ. Știm sigur despre fulgerul aprins Venus, Jupiter, SaturnȘi Uranus. Fulgerele lui Saturn sunt de milioane de ori mai puternice decât cele ale Pământului.
Puterea curentului în fulger poate ajunge la sute de mii de amperi, iar tensiunea poate ajunge la miliarde de volți.
Temperatura canalului fulgerului poate atinge 30000 este în grade Celsius 6 ori mai mare decât temperatura suprafeței Soarelui.

fulger cu minge

Fulgerul cu minge este un tip separat de fulger, a cărui natură rămâne un mister. Un astfel de fulger este un obiect luminos sub forma unei mingi care se mișcă în aer. Potrivit unor dovezi limitate, fulgerele cu bile se pot deplasa pe o traiectorie imprevizibilă, se pot împărți în șuruburi mai mici, pot exploda sau pur și simplu să dispară pe neașteptate. Există multe ipoteze despre originea fulgerului cu minge, dar niciuna nu poate fi considerată de încredere. Fapt - nimeni nu știe cum apar fulgerul cu minge. Unele ipoteze reduc observarea acestui fenomen la halucinații. Fulgerul cu minge nu a fost niciodată observat în conditii de laborator. Toți oamenii de știință se pot mulțumi cu relatările martorilor oculari.

În cele din urmă, vă invităm să vizionați videoclipul și să vă reamintim: dacă un curs sau un test îți cade în cap ca fulgerul într-o zi însorită, nu este nevoie să disperi. Specialiștii în serviciul studenților îi ajută pe studenți din anul 2000. Căutați oricând ajutor calificat. 24 ore pe zi, 7 zile pe săptămână suntem gata să vă ajutăm.

Fulgerul este o scânteie electrică gigantică. Când lovește clădirile, provoacă incendii, despica copaci mari și infectează oamenii. În orice moment, peste 2.000 de furtuni fulgeră în diferite părți ale Pământului. În fiecare secundă, aproximativ 50 de fulgere lovesc suprafața pământului și, în medie, fiecare kilometru pătrat al acestuia este lovit de fulgere de șase ori pe an

Fulgerul este o scânteie electrică gigantică de descărcare în atmosferă, care are loc de obicei în timpul unei furtuni, rezultând într-un fulger strălucitor de lumină și un tunet însoțitor. Fulgerele au fost înregistrate și pe Venus, Jupiter, Saturn și Uranus. Curentul într-o descărcare de fulger ajunge la 10-20 de mii de amperi, așa că puțini oameni reușesc să supraviețuiască după ce au fost loviți de fulger.

Suprafaţă glob este mai conductiv electric decât aerul. Cu toate acestea, conductivitatea electrică a aerului crește odată cu altitudinea. Aerul este de obicei încărcat pozitiv, iar Pământul este încărcat negativ. Picăturile de apă dintr-un nor cu tunete sunt încărcate din cauza absorbției particulelor mici (ioni) încărcate în aer. O picătură care cade dintr-un nor are o sarcină negativă în partea de sus și o sarcină pozitivă în partea de jos. Picăturile care cad absorb în mare parte particulele încărcate negativ și capătă o sarcină negativă. În procesul de învolburare în nor, picăturile de apă sunt pulverizate, cu picături mici care zboară cu o sarcină negativă și picături mari care zboară cu o sarcină pozitivă. Același lucru se întâmplă cu cristalele de gheață din vârful norului. Când se despart, particulele mici de gheață capătă o sarcină pozitivă și sunt transportate de curenții ascendenți în partea superioară a norului, iar particulele mari, încărcate negativ, cad în partea inferioară a norului. Ca urmare a separării sarcinilor, câmpurile sunt create în norul de tunete și în spațiul înconjurător. Odată cu acumularea de sarcini volumetrice mari într-un nor de tunete, apar descărcări de scântei (fulgere) între părți individuale ale norului sau între nor și suprafața pământului. Fulgerul se descarcă de aspect sunt diferite. Cel mai frecvent observat este fulgerul linear ramificat, uneori fulgerul cu bile etc.

Fulgerul este de mare interes nu numai ca fenomen natural deosebit. Face posibilă observarea unei descărcări electrice într-un mediu gazos la o tensiune de câteva sute de milioane de volți și o distanță între electrozi de câțiva kilometri.

În 1750, B. Franklin a propus Societății Regale din Londra să efectueze un experiment cu o tijă de fier montată pe o bază izolatoare și montată pe turn înalt. El se aștepta ca atunci când un nor de tunete se apropia de turn, o sarcină de semn opus să fie concentrată la capătul superior al tijei inițial neutră, iar o încărcătură de același semn ca la baza norului să fie concentrată la capătul inferior. . Dacă intensitatea câmpului electric în timpul unei descărcări de fulger crește suficient, sarcina de la capătul superior al tijei va curge parțial în aer, iar tija va dobândi o sarcină de același semn ca baza norului.

Experimentul propus de Franklin nu a fost realizat în Anglia, dar a fost realizat în 1752 la Marly, lângă Paris, de către fizicianul francez Jean d'Alembert, care a folosit o tijă de fier de 12 m lungime introdusă într-o sticlă de sticlă (care a servit drept izolator), dar nu l-a așezat pe turn. 10 mai, asistentul său a raportat că, atunci când un nor de tunete era deasupra barului, au apărut scântei când un fir împământat a fost adus în apropierea acestuia.

Franklin însuși, neștiind despre experimentul de succes desfășurat în Franța, în iunie a aceluiași an și-a efectuat faimosul experiment cu un zmeu și a observat scântei electrice la capătul unui fir legat de acesta. În anul următor, în timp ce studia încărcăturile colectate de la tijă, Franklin a stabilit că bazele norilor de tunete erau de obicei încărcate negativ.

Studii mai detaliate despre fulger au devenit posibile la sfârșitul secolului al XIX-lea. datorită îmbunătățirii metodelor fotografice, mai ales după inventarea unui aparat cu lentile rotative, care a făcut posibilă înregistrarea proceselor în curs de dezvoltare rapidă. Acest tip de cameră a fost utilizat pe scară largă în studiul descărcărilor de scântei. S-a constatat că există mai multe tipuri de fulgere, cele mai comune fiind liniare, plane (în nor) și bile (descărcări în aer).

Fulgerul liniar are o lungime de 2-4 km și are un curent mare. Se formează atunci când intensitatea câmpului electric atinge o valoare critică și are loc procesul de ionizare. Acesta din urmă este creat inițial de electroni liberi, prezenți mereu în aer. Sub influența unui câmp electric, electronii capătă viteze mari și în drum spre Pământ, ciocnind cu atomii de aer, îi despart și îi ionizează. Ionizarea are loc într-un canal îngust, care devine conductiv. Aerul se încălzește. Printr-un canal de aer încălzit, sarcina din nor curge la suprafața pământului cu o viteză mai mare de 150 km/h. Aceasta este prima etapă a procesului. Când o sarcină ajunge la suprafața Pământului între nor și sol, se creează un canal conductiv prin care sarcinile se deplasează una spre cealaltă: sarcini pozitive de la suprafața Pământului și sarcini negative acumulate în nor.Fulgerul liniar este însoțit de un sunet puternic de rostogolire. - tunet, care amintește de o explozie. Sunetul apare ca urmare a încălzirii și expansiunii rapide a aerului în canal, iar apoi răcirii și compresiei sale la fel de rapide.

Fulgerul plat apare într-un nor de tunete și apare ca fulgerări de lumină difuză.

Fulgerul cu minge este format dintr-o masă luminoasă în formă de minge, ceva mai mică decât o minge de fotbal, care se deplasează cu viteză mică în direcția vântului. Au izbucnit cu un big bang sau dispar fără urmă. Fulgerul bilă apare după fulgerul liniar. Adesea intră în camere prin uși și ferestre deschise. Natura fulgerului cu bile nu este încă cunoscută.Descărcările de aer ale fulgerelor cu bile, pornind de la un nor de tunete, sunt adesea direcționate orizontal și nu ajung la suprafața pământului.

Pentru a proteja împotriva trăsnetului, sunt create paratrăsnet, cu ajutorul cărora sarcina fulgerului este transportată în pământ de-a lungul unei căi sigure special pregătite.

O descărcare de fulger constă de obicei din trei sau mai multe lovituri repetate - impulsuri care urmează aceeași cale. Intervalele dintre impulsurile succesive sunt foarte scurte, de la 1/100 la 1/10 s (aceasta este ceea ce face ca fulgerul să pâlpâie). În general, blițul durează aproximativ o secundă sau mai puțin. Un proces tipic de dezvoltare a fulgerului poate fi descris după cum urmează. În primul rând, o descărcare de lider slab luminoasă se repezi de sus la suprafața pământului. Când ajunge la el, o descărcare de retur strălucitoare, sau principală, trece de la sol în sus prin canalul așezat de lider.

Descărcarea principală, de regulă, se mișcă în zig-zag. Viteza de răspândire variază de la o sută la câteva sute de kilometri pe secundă. Pe drumul său, ionizează moleculele de aer, creând un canal cu conductivitate crescută, prin care descărcarea inversă se deplasează în sus cu o viteză de aproximativ o sută de ori mai mare decât cea a descărcării principale. Dimensiunea canalului este dificil de determinat, dar diametrul debitului principal este estimat la 1–10 m, iar diametrul debitului de retur este de câțiva centimetri.

Descărcările fulgerelor creează interferențe radio prin emiterea de unde radio într-o gamă largă - de la 30 kHz la frecvențe ultra-joase. Cea mai mare emisie de unde radio este probabil în intervalul de la 5 la 10 kHz. O astfel de interferență radio de joasă frecvență este „concentrată” în spațiul dintre limita inferioară a ionosferei și suprafața pământului și se poate răspândi la distanțe de mii de kilometri de la sursă.

Fulgerul: dătătorul de viață și motorul evoluției. În 1953, biochimiștii S. Miller (Stanley Miller) și G. Urey (Harold Urey) au arătat că unul dintre „componentele de bază” ale vieții – aminoacizii – poate fi obținut prin trecerea unei descărcări electrice prin apă în care gazele din atmosfera „primordială” a Pământului este dizolvată (metan, amoniac și hidrogen). 50 de ani mai târziu, alți cercetători au repetat aceste experimente și au obținut aceleași rezultate. Astfel, teoria științifică a originii vieții pe Pământ atribuie un rol fundamental loviturilor de fulger. Când pulsurile de curent scurte sunt trecute prin bacterii, în învelișul lor (membrană) apar pori prin care pot trece fragmente de ADN ale altor bacterii, declanșând unul dintre mecanismele evoluției.

Cum să te protejezi de fulgere folosind un jet de apă și un laser. Recent, a fost propusă o metodă fundamental nouă de combatere a fulgerului. Un paratrăsnet va fi creat dintr-un jet de lichid care va fi împușcat de la sol direct în nori. Lichidul fulger este o soluție salină la care se adaugă polimeri lichizi: sarea are scopul de a crește conductivitatea electrică, iar polimerul împiedică jetul să se „despartă” în picături individuale. Diametrul jetului va fi de aproximativ un centimetru, iar înălțimea maximă va fi de 300 de metri. Când paratrăsnetul lichid va fi finalizat, acesta va fi dotat cu locuri de sport și de joacă pentru copii, unde fântâna se va aprinde automat atunci când intensitatea câmpului electric devine suficient de mare și probabilitatea ca un trăsnet să fie maximă. O sarcină va curge într-un curent de lichid dintr-un nor de tunete, făcând fulgerul sigur pentru alții. O protecție similară împotriva descărcării fulgerelor se poate face folosind un laser, al cărui fascicul, ionizând aerul, va crea un canal pentru o descărcare electrică departe de mulțimile de oameni.

Ne poate duce fulgerul în rătăcire? Da, dacă folosești o busolă. În celebrul roman al lui G. Melville „Moby Dick” exact un astfel de caz este descris atunci când o descărcare de fulger, care a creat un câmp magnetic puternic, a remagnetizat acul busolei. Cu toate acestea, căpitanul navei a luat un ac de cusut, l-a lovit pentru a-l magnetiza și l-a înlocuit cu acul busolei deteriorat.

Poți fi lovit de fulger în interiorul unei case sau al unui avion? Din pacate, da! Curentul de fulger poate intra într-o casă printr-un fir de telefon de la un stâlp din apropiere. Prin urmare, în timpul unei furtuni, încercați să nu folosiți un telefon obișnuit. Se crede că vorbirea la un radiotelefon sau telefon mobil este mai sigur. În timpul unei furtuni, nu trebuie să atingeți încălzirea centrală și conductele de apă care leagă casa de pământ. Din aceleași motive, experții recomandă oprirea tuturor aparatelor electrice în timpul unei furtuni, inclusiv computerele și televizoarele.

22 decembrie 2009 | Categorii: Natură , Fotografie , Altele

Evaluare: +15 Autor articol: Suflet Vizualizări: 31685

Fulger 1882
(c) Fotograf: William N. Jennings, c. 1882

Natura electrică a fulgerului a fost dezvăluită în cercetările fizicianului american B. Franklin, pe baza căruia s-a realizat un experiment pentru a extrage electricitate dintr-un nor de tunete. Experiența lui Franklin în elucidarea naturii electrice a fulgerului este cunoscută pe scară largă. În 1750, a publicat o lucrare care descria un experiment folosind un zmeu lansat într-o furtună. Experiența lui Franklin a fost descrisă în lucrarea lui Joseph Priestley.

Proprietățile fizice ale fulgerului

Lungimea medie a fulgerelor este de 2,5 km, unele descărcări se extind până la 20 km în atmosferă.

Formarea fulgerului

Cel mai adesea, fulgerele apar în norii cumulonimbus, apoi se numesc furtuni; Fulgerele se formează uneori în norii nimbostratus, precum și în timpul erupțiilor vulcanice, tornadelor și furtunilor de praf.

Se observă de obicei fulgerele liniare, care aparțin așa-numitelor descărcări fără electrozi, deoarece încep (și se termină) în acumulări de particule încărcate. Acest lucru determină proprietățile lor încă neexplicate care disting fulgerul de descărcările dintre electrozi. Astfel, fulgerele nu au loc mai puțin de câteva sute de metri; ele apar în câmpuri electrice mult mai slabe decât câmpurile în timpul descărcărilor interelectrozi; Colectarea sarcinilor purtate de fulger are loc în miimi de secundă din miliarde de particule mici, bine izolate unele de altele, situate într-un volum de câțiva km³. Cel mai studiat proces de dezvoltare a fulgerelor în nori cu tunete, în timp ce fulgerele pot apărea chiar în nori - fulgere intracloud, sau pot lovi pământul - fulger de pământ. Pentru ca fulgerele să apară, este necesar ca într-un volum relativ mic (dar nu mai puțin de un anumit volum critic) al norului să existe un câmp electric (vezi electricitatea atmosferică) cu o putere suficientă pentru a iniția o descărcare electrică (~ 1 MV/m) trebuie formată, iar într-o parte semnificativă a norului ar exista câmp cu o putere medie suficientă pentru a menține descărcarea începută (~ 0,1-0,2 MV/m). În fulger, energia electrică a norului este transformată în căldură, lumină și sunet.

Fulger la sol

Procesul de dezvoltare a fulgerului la sol constă din mai multe etape. În prima etapă, în zona în care câmpul electric atinge o valoare critică, începe ionizarea prin impact, creată inițial de încărcături libere, prezente mereu în cantități mici în aer, care, sub influența câmpului electric, capătă viteze semnificative spre solul si, ciocnind cu moleculele care alcatuiesc aerul, le ionizeaza.

Conform unor concepte mai moderne, ionizarea atmosferei pentru trecerea unei descărcări are loc sub influența radiației cosmice de înaltă energie - particule cu energii de 10 12 -10 15 eV, formând un duș de aer larg (EAS) cu o scădere a tensiunea de defalcare a aerului cu un ordin de mărime față de cea din condiții normale.

Potrivit unei ipoteze, particulele declanșează un proces numit defalcare prin fugă. Astfel, apar avalanșe de electroni, transformându-se în fire de descărcări electrice - streamers, care sunt canale foarte conductoare care, fuzionarea, dau naștere unui canal luminos ionizat termic cu conductivitate ridicată - conducător fulger treptat.

Are loc deplasarea liderului la suprafața pământului trepte câteva zeci de metri cu o viteză de ~ 50.000 de kilometri pe secundă, după care mișcarea sa se oprește timp de câteva zeci de microsecunde, iar strălucirea se slăbește foarte mult; apoi, în etapa următoare, liderul înaintează din nou câteva zeci de metri. O strălucire strălucitoare acoperă toți pașii parcurși; apoi urmează din nou o oprire și o slăbire a strălucirii. Aceste procese se repetă pe măsură ce liderul se deplasează la suprafața pământului cu o viteză medie de 200.000 de metri pe secundă.

Pe măsură ce liderul se mișcă spre sol, puterea câmpului la capătul său crește și, sub acțiunea sa, obiectele sunt aruncate afară din obiectele care ies pe suprafața Pământului. streamer de răspuns conectarea la lider. Această caracteristică a fulgerului este folosită pentru a crea un paratrăsnet.

În etapa finală urmează canalul ionizat de lider înapoi(de jos în sus) sau principal, descărcare fulger, caracterizat prin curenți de la zeci la sute de mii de amperi, luminozitate, depășind vizibil luminozitatea liderului, și o viteză mare de avansare, ajungând inițial până la ~ 100.000 de kilometri pe secundă, iar la final scăzând până la ~ 10.000 de kilometri pe secundă. Temperatura canalului în timpul descărcării principale poate depăși 2000-3000 °C. Lungimea canalului fulgerului poate fi de la 1 la 10 km, diametrul poate fi de câțiva centimetri. După trecerea pulsului de curent, ionizarea canalului și strălucirea acestuia slăbesc. În etapa finală, curentul de fulger poate dura sutimi și chiar zecimi de secundă, ajungând la sute și mii de amperi. Un astfel de fulger se numește fulger prelungit și cel mai adesea provoacă incendii. Dar solul nu este încărcat, așa că este în general acceptat că o descărcare de fulger are loc din nor spre sol (de sus în jos).

Descărcarea principală descarcă adesea doar o parte din nor. Încărcările situate la altitudini mari pot da naștere unui nou lider (măturat) care se mișcă continuu la viteze de mii de kilometri pe secundă. Luminozitatea strălucirii sale este apropiată de luminozitatea liderului în trepte. Când liderul măturat ajunge la suprafața pământului, urmează o a doua lovitură principală, similară cu prima. De obicei, fulgerele includ mai multe descărcări repetate, dar numărul lor poate ajunge la câteva zeci. Durata fulgerelor multiple poate depăși 1 secundă. Deplasarea canalului de fulgere multiple de către vânt creează așa-numitul fulger de panglică - o bandă luminoasă.

Fulger intracloud

Fulgere intranori peste Toulouse, Franța. 2006

Fulgerul intracloud include de obicei doar etape de lider; lungimea lor variază de la 1 la 150 km. Proporția fulgerelor intranori crește pe măsură ce se deplasează spre ecuator, schimbându-se de la 0,5 în latitudinile temperate la 0,9 în zona ecuatorială. Trecerea fulgerelor este însoțită de modificări ale câmpurilor electrice și magnetice și de emisii radio, așa-numitele atmosfere.

Zbor de la Kolkata la Mumbai.

Probabilitatea ca un obiect de la sol să fie lovit de trăsnet crește pe măsură ce înălțimea acestuia crește și cu creșterea conductivității electrice a solului la suprafață sau la o anumită adâncime (acțiunea unui paratrăsnet se bazează pe acești factori). Dacă există un câmp electric în nor care este suficient pentru a menține o descărcare, dar nu suficient pentru a face ca aceasta să apară, un cablu metalic lung sau un avion poate acționa ca inițiator de fulger - mai ales dacă este foarte încărcat electric. În acest fel, fulgerele sunt uneori „provocate” în nimbostratus și nori cumulus puternici.

Fulger în atmosfera superioară

În 1989 a fost descoperit un fel deosebit fulger - elfi, fulger în atmosfera superioară. În 1995, a fost descoperit un alt tip de fulger în atmosfera superioară - avioanele.

Elfii

Jeturi

Jeturi Sunt tuburi conice albastre. Înălțimea jeturilor poate ajunge la 40-70 km (limita inferioară a ionosferei), avioanele trăiesc relativ mai mult decât spiridușii.

Sprites

Sprites sunt greu de distins, dar apar în aproape orice furtună la o altitudine de 55 până la 130 de kilometri (altitudinea de formare a fulgerelor „obișnuite” nu este mai mare de 16 kilometri). Acesta este un fel de fulger care lovește în sus dintr-un nor. Acest fenomen a fost înregistrat pentru prima dată în 1989 din întâmplare. În prezent, se cunosc foarte puține lucruri despre natura fizică a sprite-urilor.

Interacțiunea fulgerului cu suprafața pământului și obiectele situate pe acesta

Frecvența globală a loviturilor de fulger (scala arată numărul de lovituri pe an pe kilometru pătrat)

Estimările inițiale indică frecvența fulgerelor pe Pământ la 100 de ori pe secundă. Datele actuale de la sateliți, care pot detecta fulgerele în zonele în care nu există observație la sol, pun frecvența la o medie de 44 ± 5 ori pe secundă, ceea ce echivalează cu aproximativ 1,4 miliarde de fulgere pe an. 75% din acest fulger lovește între sau în interiorul norilor, iar 25% lovește pământul.

Cele mai puternice lovituri de fulgere provoacă nașterea fulguritelor.

Undă de șoc de la fulger

O descărcare de fulger este o explozie electrică și este similară în unele aspecte cu detonarea. Provoacă o undă de șoc periculoasă în imediata apropiere. O undă de șoc de la o descărcare suficient de puternică a fulgerului la distanțe de până la câțiva metri poate provoca distrugeri, sparge copaci, răni și provoacă contuzii chiar și fără daune directe. soc electric. De exemplu, cu o rată de creștere a curentului de 30 de mii de amperi pe 0,1 milisecundă și un diametru al canalului de 10 cm, pot fi observate următoarele presiuni ale undelor de șoc:

la o distanță de centrul de 5 cm (granița canalului fulgerului luminos) - 0,93 MPa,
la o distanță de 0,5 m - 0,025 MPa (distrugerea structurilor fragile de construcție și răniri umane),
la o distanta de 5 m - 0,002 MPa (spargerea sticlei si uimirea temporara a unei persoane).

La distanțe mai mari, unda de șoc degenerează într-o undă sonoră - tunet.

Oameni și fulgere

Fulgerul este o amenințare serioasă pentru viața umană. Înfrângerea unei persoane sau a unui animal de către fulgere are loc adesea în spații deschise, deoarece curentul electric se deplasează pe calea cea mai scurtă „nori-sol”. Deseori fulgerele lovesc copacii și instalațiile de transformatoare de pe calea ferată, provocându-le să ia foc. Este imposibil să fii lovit de un fulger liniar obișnuit în interiorul unei clădiri, dar există o părere că așa-numitul fulger cu bile poate pătrunde prin fisuri și ferestre deschise. Fulgerele normale sunt periculoase pentru antenele de televiziune și radio situate pe acoperișurile clădirilor înalte, precum și pentru echipamentele de rețea.

În corpul victimelor se observă aceleași modificări patologice ca și în cazul șocului electric. Victima își pierde cunoștința, cade, pot apărea convulsii, iar respirația și bătăile inimii se opresc adesea. Este obișnuit să găsiți „urme de curent” pe corp, de unde intră și iese electricitatea. În caz de deces, cauza încetării funcțiilor vitale de bază este oprirea bruscă a respirației și a bătăilor inimii, din efectul direct al fulgerului asupra centrilor respiratori și vasomotori ai medulei oblongate. Așa-numitele urme de fulger, dungi roz deschis sau roșii asemănătoare copacului rămân adesea pe piele, dispărând atunci când sunt apăsate cu degetele (persista timp de 1 - 2 zile după moarte). Ele sunt rezultatul expansiunii capilarelor în zona de contact fulger cu corpul.

Fulgerul călătorește într-un trunchi de copac de-a lungul căii cu cea mai mică rezistență electrică, eliberând o cantitate mare de căldură, transformând apa în abur, care desparte trunchiul copacului sau, mai des, rupe secțiuni de scoarță din acesta, arătând calea fulgerului. În sezoanele următoare, copacii repară de obicei țesutul deteriorat și pot închide întreaga rană, lăsând doar o cicatrice verticală. Dacă daunele sunt prea severe, vântul și dăunătorii vor ucide în cele din urmă copacul. Copacii sunt conductori naturali de trăsnet și sunt cunoscuți că oferă protecție împotriva loviturilor de trăsnet clădirilor din apropiere. Când sunt plantați lângă o clădire, copacii înalți prinde fulgerul, iar biomasa mare a sistemului radicular ajută la împământarea fulgerului.

Din acest motiv, nu trebuie să vă ascundeți de ploaie sub copaci în timpul unei furtuni, mai ales sub copacii înalți sau solitari în zone deschise.

Instrumentele muzicale sunt realizate din copaci loviti de fulger, atribuindu-le proprietati unice.

Instalatii electrice si fulger

Loviturile de fulger reprezintă un pericol major pentru echipamentele electrice și electronice. Când fulgerul lovește direct firele din linie, apare o supratensiune, provocând distrugerea izolației echipamentelor electrice, iar curenții mari provoacă daune termice conductoarelor. Pentru a proteja împotriva supratensiunilor de trăsnet, stațiile electrice și rețelele de distribuție sunt echipate cu diferite tipuri de echipamente de protecție, cum ar fi descărcătoarele, descărcătoarele neliniare și descărcătoarele cu scântei lungi. Pentru a proteja împotriva loviturilor directe de trăsnet, se folosesc paratrăsnet și cabluri de protecție împotriva trăsnetului. Impulsurile electromagnetice create de fulgere sunt de asemenea periculoase pentru dispozitivele electronice.

Fulger și aviație

Electricitatea atmosferică în general și fulgerul în special reprezintă o amenințare semnificativă pentru aviație. O lovitură de fulger asupra unei aeronave determină răspândirea unui curent mare prin elementele sale structurale, ceea ce poate cauza distrugerea acestora, incendiu în rezervoarele de combustibil, defecțiuni ale echipamentelor și pierderi de vieți omenești. Pentru a reduce riscul, elementele metalice ale pielii exterioare a aeronavei sunt atent conectate electric între ele, iar elementele nemetalice sunt metalizate. Acest lucru asigură o rezistență electrică scăzută a carcasei. Pentru drenarea curentului de fulger și altele electricitate atmosferică din carenă, aeronavele sunt echipate cu descărcători.

Datorită faptului că capacitate electrică aeronava în aer este mică, descărcarea „nor-la-aeronava” are mult mai puțină energie în comparație cu descărcarea „nor-la-sol”. Fulgerul este cel mai periculos pentru un avion sau un elicopter care zboară joase, deoarece în acest caz aeronava poate juca rolul unui conductor de curent de fulger de la nor la sol. Se știe că aeronavele la altitudini mari sunt relativ des lovite de fulgere și, totuși, cazurile de accidente din acest motiv sunt rare. În același timp, sunt cunoscute multe cazuri de aeronave lovite de fulger în timpul decolării și aterizării, precum și în timpul parcării, ceea ce a dus la dezastre sau distrugerea aeronavei.

Fulger și nave de suprafață

Fulgerele reprezintă, de asemenea, o amenințare foarte mare pentru navele de suprafață, datorită faptului că acestea din urmă sunt ridicate deasupra suprafeței mării și au multe elemente ascuțite (catarge, antene) care sunt concentratoare ale intensității câmpului electric. Pe vremea corăbiilor cu pânze de lemn cu mare rezistivitate cocă, o lovitură de fulger aproape întotdeauna se termina tragic pentru o navă: nava a ars sau a fost distrusă, iar oamenii au murit din cauza șocului electric. Navele din oțel nituite erau, de asemenea, vulnerabile la fulgere. Rezistivitatea ridicată a cusăturilor niturilor a determinat o generare locală semnificativă de căldură, ceea ce a dus la apariția unui arc electric, incendii, distrugerea niturilor și apariția unor scurgeri de apă în corp.

Corpul sudat al navelor moderne are rezistivitate scăzută și asigură răspândirea în siguranță a curentului de fulger. Elementele proeminente ale suprastructurii navelor moderne sunt conectate electric în mod fiabil la carenă și asigură, de asemenea, răspândirea în siguranță a curentului de fulger.

Activități umane care provoacă fulgere

În timpul unei explozii nucleare la sol, cu o fracțiune de secundă înainte de sosirea limitei emisferei de foc, la câteva sute de metri (~400-700 m în comparație cu o explozie de 10,4 Mt) de centru, radiația gamma care ajunge la el produce un impuls electromagnetic cu o intensitate de ~100-1000 kV/m, provocând descărcări de fulgere care lovesc de la sol în sus înainte de sosirea graniței emisferei de foc.

Vezi si

Note

Ermakov V.I., Stozhkov Yu.I. Fizica norilor de tunete // Institutul de Fizică lor. P.N. Lebedeva, RAS, M. 2004: 37
Razele cosmice învinuite pentru fulger Lenta.Ru, 09.02.2009
Elfii roșii și jeturile albastre
ELVES, un grund: Încălzirea ionosferică prin impulsurile electromagnetice de la fulgere
Modele fractale de jeturi albastre, starters albastru arată asemănări, diferențe față de sprite-urile roșii
V.P. Pasko, M.A. Stanley, J.D. Matthews, S.U.A. Inan și T.G. Wood (14 martie 2002) „Descărcare electrică de la vârful unui nor de tunete în ionosfera inferioară”, Natură, vol. 416, paginile 152-154.
Apariția OZN-urilor a fost explicată de sprites. lenta.ru (24.02.2009). Arhivat din original pe 23 august 2011. Consultat la 16 ianuarie 2010.
John E. Oliver Enciclopedia Climatologiei Mondiale. - National Oceanic and Atmospheric Administration, 2005. - ISBN 978-1-4020-3264-6
. Administrația Națională Oceanică și Atmosferică. Arhivat
. Știința NASA. Știri Științe. (5 decembrie 2001). Arhivat din original pe 23 august 2011. Consultat la 15 aprilie 2011.
K. BOGDANOV „FULGER: MAI MULTE ÎNTREBĂRI DECIT RĂSPUNSURI.” „Știință și viață” nr. 2, 2007
Zhivlyuk Yu.N., Mandelstam S.L. Despre temperatura fulgerului și forța tunetului // JETP. 1961. T. 40, nr. 2. p. 483-487.
N. A. Kun „Legende și mituri” Grecia antică» SRL „Editura AST” 2005-538, p. ISBN 5-17-005305-3 Paginile 35-36.

	fulgerîn Wikționar
	Categorie:Fulger pe Wikimedia Commons