Напряжение молнии

Молния, видимый электрический разряд, возникающий, когда область облака приобретает избыточный электрический заряд, положительный или отрицательный, достаточный для преодоления сопротивления воздуха.

Ниже приводится краткое описание молнии. Для более подробного обсуждения молнии в ее метеорологическом контексте см. Электрификация грозы в статье гроза.

Молния обычно ассоциируется с кучево-дождевыми облаками (грозовыми облаками), но она также встречается в слоистых облаках (слоистых облаках с большой горизонтальной протяженностью), в метелях и пыльных бурях, а иногда в пыли и газах, выделяемых извергающимися вулканами. Во время грозы молния может возникать внутри облака, между облаками, между облаком и воздухом или между облаком и землей.

Молния возникает, когда в облаке образуются области избыточного положительного и отрицательного заряда. Как правило, в верхних областях облака имеется большой объем положительного заряда, большой отрицательный заряд в центре и небольшой положительный заряд в нижних областях. Эти заряды находятся на каплях воды, частицах льда или на том и другом.

Когда электрические заряды становятся достаточно разделенными в грозовом облаке, причем некоторые области приобретают отрицательный заряд, а другие-положительный, становится вероятным разряд молнии. Около трети вспышек молнии проходят от облака до земли; большинство из них происходят в отрицательно заряженных областях облака.

Молния от облака до земли инициируется предварительным процессом пробоя внутри облака, как правило, между центральной областью отрицательного заряда и небольшим положительным зарядом под ним. Этот процесс создает канал частично ионизированного воздуха—воздуха, в котором нейтральные атомы и молекулы были преобразованы в электрически заряженные. Затем формируется ступенчатый лидер (начальный удар молнии) и распространяется вниз по каналам, созданным в процессе предварительного пробоя. Лидер сильно разветвлен в направлении своего распространения. Большинство ведущих каналов заряжены отрицательно. Когда ступенчатый лидер приближается к земле, восходящий соединительный разряд противоположной полярности поднимается и встречается с ним в точке, обычно находящейся на высоте около 30 метров (100 футов) над землей. Когда соединение завершено, облако эффективно соединяется с землей, и очень яркий обратный удар распространяется обратно в облако со скоростью около одной трети скорости света, следуя по каналу лидера. Типичная вспышка молнии на землю содержит три или четыре последовательности ударов с возвратом лидера в быстрой последовательности. Иногда, когда происходит удар по горе или высокому зданию, первый лидер начинает с земли и распространяется вверх.

Разность потенциалов между облаком и землей составляет порядка 10-100 миллионов вольт, а пиковые токи при обратных ходах к отрицательным лидерам обычно составляют около 30 000 ампер. Пиковые температуры в канале обратного хода составляют порядка 30 000 °C (50 000 °F). Весь процесс происходит очень быстро; ход лидера достигает земли примерно за 30 миллисекунд, а обратный ход достигает центра облака примерно за 100 микросекунд. На этом этапе в канале молнии рассеивается примерно 105 джоулей энергии на метр. Это внезапное рассеяние расщепляет молекулы воздуха в канале—в основном молекулы азота, кислорода и воды—на соответствующие атомы, и в среднем из каждого атома удаляется один электрон. Превращение нейтральных молекул воздуха в полностью ионизированную плазму происходит за несколько микросекунд.

Гром возникает в результате быстрого нагрева воздуха в канале молнии и последующего повышения давления воздуха. Давление, создаваемое плазмой удара, которое намного превышает давление окружающей атмосферы, заставляет канал расширяться со сверхзвуковой скоростью, что в конечном итоге создает звуковую волну, слышимую как гром. Хлопки, раскаты и грохот, которые характеризуют звук грома, вызваны сложной геометрией и извилистостью канала молнии, а также влиянием атмосферы и местной топографии на распространение звука.

Как показано на диаграмме, время, прошедшее между тем, чтобы увидеть вспышку молнии и услышать гром, составляет примерно три секунды на каждый километр или пять секунд на каждую милю. Относительное расстояние наблюдателя от основного канала молнии и его вторичных ответвлений определяет, будет ли слышен гром, начинающийся с внезапного хлопка или более мягкого грохота.

Молния представляет собой значительную погодную опасность и происходит со средней скоростью от 50 до 100 разрядов в секунду во всем мире. Громоотводы и металлические проводники могут использоваться для защиты конструкции путем перехвата и отвода тока молнии в землю как можно более безвредно. При вероятности возникновения молнии людям рекомендуется оставаться в помещении или в автомобиле, вдали от открытых дверей и окон, а также избегать контакта с любыми электроприборами или сантехникой, которые могут подвергнуться воздействию внешней среды.

Вертикальные стержни или мачты высотой до 15 метров создают зоны молниезащиты, которые простираются конусом под углом 45° от кончика стержня. Соединение двух стержней проволокой расширяет зону защиты. Башни высотой более 30 метров обеспечивают защиту территории высотой 30 метров и шириной 60 метров. Охраняемая зона имеет форму перевернутой воронки с загнутыми внутрь сторонами. Башни высотой от 15 до 30 метров создают охраняемые зоны аналогичной формы, но с высотой и шириной, равными высоте башни.

Копирование информации с сайта greednews.su разрешено только при использовании активной гипер ссылки на новость, спасибо за то что цените наши авторские права!

Поделиться ссылкой: