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

Что такое молния

Молния – искровой электрический разряд в атмосфере.

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

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

Физическая природа молнии

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

Ступенчатый лидер

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

Обратная вспышка

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

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

Почему молния гремит?

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

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

Виды молний и факты о молниях

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

• Внутриоблачные молнии;
• Шаровые молнии;
• «Эльфы»;
• Джеты;
• Спрайты.

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

Приведем факты о молниях:

• Протяженность самой длинной зафиксированной молнии на Земле составила 321 км. Эта молния была замечена в штате Оклахома, 2007 г .
• Самая долгая молния длилась 7,74 секунды и была зафиксирована в Альпах.
• Молнии образуются не только на Земле . Точно известно о молниях на Венере , Юпитере , Сатурне и Уране . Молнии Сатурна в миллионы раз мощнее земных.
• Сила тока в молнии может достигать сотен тысяч Ампер, а напряжение – миллиарда Вольт.
• Температура канала молнии может достигать 30000 градусов Цельсия – это в 6 раз больше температуры поверхности Солнца.

Шаровая молния

Шаровая молния – отдельный вид молнии, природа которого остается загадкой. Такая молния представляет собой движущийся в воздухе светящийся объект в форме шара. По немногочисленным свидетельствам шаровая молния может двигаться по непредсказуемой траектории, разделяться на более мелкие молнии, может взорваться, а может просто неожиданно исчезнуть. Существует множество гипотез о происхождении шаровой молнии, но ни одна не может быть признана достоверной. Факт - никто не знает, как появляется шаровая молния. Часть гипотез сводят наблюдение этого явления к галлюцинациям. Шаровую молнию ни разу не удалось наблюдать в лабораторных условиях. Все, чем могут довольствоваться ученые – это свидетельства очевидцев.

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

Доклад

Гром и молния

Гром - звуковое явление в атмосфере, сопровождающее разряд молнии. Гром представляет собой колебания воздуха под влиянием очень быстрого повышения давления на пути молнии, вследствие нагревания приблизительно до 30 000 °С. Раскаты грома возникают из-за того, что молния имеет значительную длину и звук от разных её участков и доходит до уха наблюдателя не одновременно, кроме того возникновению раскатов способствует отражение звука от облаков, а также потому, что из-за рефракции звуковая волна распространяется по различным путям и приходит с различными запаздываниями, кроме того сам разряд происходит не мгновенно, а продолжается конечное время.

Громкость раскатов грома может достигать 120 децибел.

Измеряя интервал времени прошедший между вспышкой молнии и ударом грома можно приблизительно определить расстояние, на котором находится гроза. Так как скорость света очень велика по сравнению со скоростью звука, то ею можно пренебречь, учитывая лишь скорость звука, которая составляет приблизительно 350 метров в секунду. (Но скорость звука очень изменчива, зависит от температуры воздуха, чем она ниже, тем меньше скорость.) Таким образом, умножив время между вспышкой молнии и ударом грома в секундах на эту величину, можно судить о близости грозы, а сопоставляя подобные измерения, можно судить о том, приближается ли гроза к наблюдателю (интервал между молнией и громом сокращается) или удаляется (интервал увеличивается). Как правило, гром слышен на расстоянии до 15-20 километров, таким образом, если наблюдатель видит молнию, но не слышит грома, то гроза находится на расстоянии не менее 20 километров.

Искровой разряд (искра электрическая) - нестационарная форма электрического разряда, происходящая в газах. Такой разряд возникает обычно при давлениях порядка атмосферного и сопровождается характерным звуковым эффектом - «треском» искры. Температура в главном канале искрового разряда может достигать 10 000 К. В природе искровые разряды часто возникают в виде молний. Расстояние "пробиваемое" искрой в воздухе зависит от напряжения и считается равным 10 кВ на 1 сантиметр.

Иcкровой разряд обычно происходит, если мощность источника энергии недостаточна для поддержания стационарного дугового разряда или тлеющего разряда. В этом случае одновременно с резким возрастанием разрядного тока напряжение на разрядном промежутке в течение очень короткого времени (от несколько микросекунд до нескольких сотен микросекунд) падает ниже напряжения погасания искрового разряда, что приводит к прекращению разряда. Затем разность потенциалов между электродами вновь растет, достигает напряжения зажигания и процесс повторяется. В других случаях, когда мощность источника энергии достаточно велика, также наблюдается вся совокупность явлений, характерных для этого разряда, но они являются лишь переходным процессом, ведущим к установлению разряда другого типа - чаще всего дугового. Если источник тока не способен поддерживать самостоятельный электрический разряд в течение длительного времени, то наблюдается форма самостоятельного разряда, называемая искровым разрядом.

Искровой разряд представляет собой пучок ярких, быстро исчезающих или сменяющих друг друга нитевидных, часто сильно разветвленных полосок - искровых каналов. Эти каналы заполнены плазмой, в состав которой в мощном искровом разряде входят не только ионы исходного газа, но и ионы вещества электродов, интенсивно испаряющегося под действием разряда. Механизм формирования искровых каналов (и, следовательно, возникновения искрового разряда) объясняется стримерной теорией электрического пробоя газов. Согласно этой теории, из электронных лавин, возникающих в электрическом поле разрядного промежутка, при определенных условиях образуются стримеры - тускло светящиеся тонкие разветвленные каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщепленные от них свободные электроны. Среди них можно выделить т. н. лидер - слабо светящийся разряд, «прокладывающий» путь для основного разряда. Он, двигаясь от одного электрода к другому, перекрывает разрядный промежуток и соединяет электроды непрерывным проводящим каналом. Затем в обратном направлении по проложенному пути проходит главный разряд, сопровождаемый резким возрастанием силы тока и количества энергии, выделяющегося в них. Каждый канал быстро расширяется, в результате чего на его границах возникает ударная волна. Совокупность ударных волн от расширяющихся искровых каналов порождает звук, воспринимаемый как «треск» искры (в случае молнии - гром).

Напряжение зажигания искрового разряда, как правило, достаточно велико. Напряженность электрического поля в искре понижается от нескольких десятков киловольт на сантиметр (кв/см) в момент пробоя до ~100 вольт на сантиметр (в/см) спустя несколько микросекунд. Максимальная сила тока в мощном искровом разряде может достигать значений порядка нескольких сотен тысяч ампер.

Особый вид искрового разряда - скользящий искровой разряд, возникающий вдоль поверхности раздела газа и твёрдого диэлектрика, помещенного между электродами, при условии превышения напряженностью поля пробивной прочности воздуха. Области скользящего искрового разряда, в которых преобладают заряды какого-либо одного знака, индуцируют на поверхности диэлектрика заряды другого знака, вследствие чего искровые каналы стелются по поверхности диэлектрика, образуя при этом так называемые фигуры Лихтенберга. Процессы, близкие к происходящим при искровом разряде, свойственны также кистевому разряду, который является переходной стадией между коронным и искровым.

Молния - гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, обычно происходит во время грозы, проявляющийся яркой вспышкой света и сопровождающим её громом. Молнии также были зафиксированы на Венере, Юпитере, Сатурне и Уране. Ток в разряде молнии достигает 10-20 тысяч ампер, поэтому мало кому из людей удается выжить после поражения их молнией.

Электрическая природа молнии была раскрыта в исследованиях американского физика Б. Франклина, по идее которого был проведён опыт по извлечению электричества из грозового облака. Широко известен опыт Франклина по выяснению электрической природы молнии. В 1750 году им опубликована работа, в которой описан эксперимент с использованием воздушного змея, запущенного в грозу. Опыт Франклина был описан в работе Джозефа Пристли.

Средняя длина молнии 2,5 км, некоторые разряды простираются в атмосфере на расстояние до 20 км. Ток в разряде молнии достигает 10-20 тысяч ампер.

Формирование молнии

Наиболее часто молния возникает в кучево-дождевых облаках, тогда они называются грозовыми; иногда молния образуется в слоисто-дождевых облаках, а также при вулканических извержениях, торнадо и пылевых бурях.

Обычно наблюдаются линейные молнии, которые относятся к так называемым безэлектродным разрядам, так как они начинаются (и заканчиваются) в скоплениях заряженных частиц. Это определяет их некоторые до сих пор не объяснённые свойства, отличающие молнии от разрядов между электродами. Так, молнии не бывают короче нескольких сотен метров; они возникают в электрических полях значительно более слабых, чем поля при межэлектродных разрядах; сбор зарядов, переносимых молнией, происходит за тысячные доли секунды с миллиардов мелких, хорошо изолированных друг от друга частиц, расположенных в объёме несколько км³. Наиболее изучен процесс развития молнии в грозовых облаках, при этом молнии могут проходить в самих облаках - внутриоблачные молнии, а могут ударять в землю - наземные молнии. Для возникновения молнии необходимо, чтобы в относительно малом (но не меньше некоторого критического) объёме облака образовалось электрическое поле (см. атмосферное электричество) с напряжённостью, достаточной для начала электрического разряда (~ 1 МВ/м), а в значительной части облака существовало бы поле со средней напряжённостью, достаточной для поддержания начавшегося разряда (~ 0,1-0,2 МВ/м). В молнии электрическая энергия облака превращается в тепловую и световую.

Наземные молнии

Процесс развития наземной молнии состоит из нескольких стадий. На первой стадии, в зоне, где электрическое поле достигает критического значения, начинается ударная ионизация, создаваемая вначале свободными зарядами, всегда имеющимися в небольшом количестве в воздухе, которые под действием электрического поля приобретают значительные скорости по направлению к земле и, сталкиваясь с молекулами, составляющими воздух, ионизуют их. По более современным представлениям, разряд инициируют высокоэнергетические космические лучи, которые запускают процесс, получивший название пробоя на убегающих электронах. Таким образом возникают электронные лавины, переходящие в нити электрических разрядов - стримеры, представляющие собой хорошо проводящие каналы, которые, сливаясь, дают начало яркому термоионизованному каналу с высокой проводимостью - ступенчатому лидеру молнии.

Движение лидера к земной поверхности происходит ступенями в несколько десятков метров со скоростью ~ 50 000 километров в секунду, после чего его движение приостанавливается на несколько десятков микросекунд, а свечение сильно ослабевает; затем в последующей стадии лидер снова продвигается на несколько десятков метров. Яркое свечение охватывает при этом все пройденные ступени; затем следуют снова остановка и ослабление свечения. Эти процессы повторяются при движении лидера до поверхности земли со средней скоростью 200 000 метров в секунду.

По мере продвижения лидера к земле напряжённость поля на его конце усиливается и под его действием из выступающих на поверхности Земли предметов выбрасывается ответный стример, соединяющийся с лидером. Эта особенность молнии используется для создания молниеотвода.

В заключительной стадии по ионизованному лидером каналу следует обратный (снизу вверх), или главный, разряд молнии, характеризующийся токами от десятков до сотен тысяч ампер, яркостью, заметно превышающей яркость лидера, и большой скоростью продвижения, вначале доходящей до ~ 100 000 километров в секунду, а в конце уменьшающейся до ~ 10 000 километров в секунду. Температура канала при главном разряде может превышать 25 000 °C. Длина канала молнии может быть от 1 до 10 км, диаметр - несколько сантиметров. После прохождения импульса тока ионизация канала и его свечение ослабевают. В финальной стадии ток молнии может длиться сотые и даже десятые доли секунды, достигая сотен и тысяч ампер. Такие молнии называют затяжными, они наиболее часто вызывают пожары.

Для начала давайте разберемся с понятиями гроза, гром и молния. Что все это значит и как отличается?

Что такое гроза?

Гроза – это атмосферное явление , которое сопровождается светомузыкальными эффектами под названиями молния и гром . Еще при грозе частенько бушует ветер и льется дождь. В общем-то каждый и сам все видел и все это знает. С дождем и ветром более менее понятно, но возникает вопрос откуда берутся молния и гром? Обычно люди, которые знают, что электричество живет в розетке, делают серьезное лицо и выдают ответ: “Это облака сталкиваются, поэтому сверкает. ” Неплохой ответ конечно, но давайте ответим на этот вопрос с физической точки зрения.

Что такое молния?

Молния – это электрический разряд. Но откуда же он берется? А все начинается с облаков. С поверхности земли испаряется влага, которая поднимается вверх в виде капелек. “Стая” таких капелек собирается на определенной высоте и становится видна с земли в виде облака (в одном облаке просто невероятное количество капель). К облакам постоянно присоединяются новые капли, а старые могут отрываться от них. Если их присоединяется больше, чем отрывается, то облако растет. Размер облака по вертикали может достигать нескольких километров (расстояние от земли до нижней части облака примерно 0.5 – 2 км). В облаках температура может быть ниже нуля градусов по Цельсию, поэтому капельки замерзают и становятся льдинками. Эти льдинки находятся в постоянном движении, поэтому очень часто сталкиваются друг с другом. В результате этих столкновений одни капли/льдинки заряжаются положительно (они более легкие, поэтому поднимаются вверх), а другие отрицательно (они более тяжелые, поэтому скапливаются в нижней части облака).

При этом процессе нижняя часть облака заряжается отрицательно, а верхняя – положительно. При этом такое облако уже имеет большие размеры и становится грозовым . Нужно понимать, что не каждое облако становиться грозовым, так как этот процесс занимает длительное время, и нужно, чтобы сложились благоприятные условия (чтобы облако не распалось раньше, чем оно накопит достаточный заряд и наберет достаточную массу).

Теперь вернемся к молнии. Если два таких грозовых облака подходят на достаточно близкое расстояние (да еще одно подходит отрицательной стороной, а другое – положительной), заряженные частицы (электроны и ионы) начинают проскакивать через воздушную прослойку между двумя облаками (ведь плюс и минус, как мы знаем, должны притягиваться). Даже воздушная прослойка не может их остановить, настолько большие заряды у облаков!

Обычно первые частицы являются “полководцами”, так как они прокладывают канал между облаками, по которому сразу же устремляются миллиарды других заряженных частиц.

В этот момент мы и видим молнию!

Часто случается такое, что молния бьет прямо в землю. В этом случае сама земля выступает в качестве скопления положительного заряда, а остальное происходит как описано выше.

Почему молния имеет изломы?

Когда заряженные частицы летят через воздушную прослойку между облаками, они могут сталкиваться с молекулами воздуха или каплями (льдинками) воды. От этих столкновений меняется направление движения заряженных частиц, но в целом они продолжают двигаться в сторону второго облака, чтобы замкнуться на нем.

Почему мы слышим гром?

Гром – это звуковое сопровождение молнии, без которого невозможно достигнуть необходимого порога страха. Именно грома человек боится больше, чем светящейся полоски на небе.

При прохождении электрического разряда (молнии ) происходит резкое повышение температуры окружающего воздуха до нескольких тысяч или даже миллионов градусов. Этот температурный скачок приводит к локальному расширению нагретого воздуха (взрыв ), которое вызывает ударную волну (раскат грома). Если молния имеет много изломов, то мы слышим несколько раскатов грома при каждой резкой смене направления возникает новый “взрыв “.

Еще 250 лет назад знаменитый американский ученый и общественный деятель Бенджамин Франклин установил, что молния — это электрический разряд. Но до сих пор раскрыть до конца все тайны, которые хранит молния, не удается: изучать это природное явление сложно и опасно.

(20 фото молний + видео Молния в замедленной съёмке)

Внутри тучи

Грозовую тучу не спутаешь с обычным облаком. Ее мрачный, свинцовый цвет объясняется большой толщиной: нижний край такой тучи висит на расстоянии не более километра над землей, верхний же может достигать высоты 6-7 километров.

Что происходит внутри этой тучи? Водяной пар, из которого состоят облака, замерзает и существует в виде ледяных кристаллов. Восходящие потоки воздуха, идущие от нагретой земли, увлекают мелкие льдинки вверх, заставляя их все время сталкиваться с крупными, оседающими вниз.

Кстати, зимой земля нагревается меньше, и в это время года, практически, не образуется мощных восходящих потоков. Поэтому зимние грозы — крайне редкое явление.

В процессе столкновений льдинки электризуются, точно так же, как это происходит при трении различных предметов один о другой, — например, расчески о волосы. Причем, мелкие льдинки приобретают заряд положительный, а крупные — отрицательный. По этой причине верхняя часть молниеобразующего облака приобретает положительный заряд, а нижняя — отрицательный. Возникает разность потенциалов в сотни тысяч вольт на каждом метре расстояния — как между облаком и землей, так и между частями облака.

Развитие молнии

Развитие молнии начинается с того, что в некотором месте облака возникает очаг с повышенной концентрацией ионов — молекул воды и, составляющих воздух, газов, от которых отняли или к которым добавили электроны.

По одним гипотезам, такой очаг ионизации получается из-за разгона в электрическом поле свободных электронов, всегда имеющихся в воздухе в небольших количествах, и соударением их с нейтральными молекулами, которые сразу же ионизируются.

По другой гипотезе, начальный толчок вызывается космическими лучами, которые все время пронизывают нашу атмосферу, ионизируя молекулы воздуха.

Ионизированный газ служит неплохим проводником электричества, поэтому через ионизированные области начинает течь ток. Дальше — больше: проходящий ток нагревает область ионизации, вызывая всё новые высокоэнергетичные частицы, которые ионизируют близлежащие области, — канал молнии очень быстро распространяется.

Вслед за лидером

На практике процесс развития молнии происходит в несколько стадий. Сначала передний край проводящего канала, называемый «лидером», продвигается скачками по нескольку десятков метров, каждый раз, немного меняя направление (от этого молния получается извилистой). Причем скорость продвижения «лидера» может, в отдельные моменты, достигать 50 тысяч километров за одну-единственную секунду.

В конце концов, «лидер» достигает земли или другой части облака, но это еще не главная стадия дальнейшего развития молнии. После того, как ионизированный канал, толщина которого может достигать нескольких сантиметров, оказывается «пробит», по нему с огромной скоростью — до 100 тысяч километров всего за одну секунду — устремляются заряженные частицы, это и есть сама молния.

Ток в канале составляет сотни и тысячи ампер, а температура внутри канала, при этом, достигает 25 тысяч градусов — потому молния и дает столь яркую вспышку, видимую за десятки километров. А мгновенные перепады температур, в тысячи градусов, создают сильнейшие перепады давления воздуха, распространяющиеся в виде звуковой волны — грома. Этот этап длится очень недолго — тысячные доли секунды, но энергия, которая при этом выделяется, огромна.

Конечная стадия

На конечной стадии скорость и интенсивность движения зарядов в канале снижается, но, все равно, остаются достаточно большими. Именно этот момент наиболее опасен: конечная стадия может длиться только десятые (и даже меньше) доли секунды. Такое, достаточно длительное, воздействие на предметы на земле (например, на сухие деревья) часто приводит к пожарам и разрушениям.

Причем, как правило, одним разрядом дело не ограничивается — по проторенному пути могут двинуться новые «лидеры», вызывая в том же самом месте повторные разряды, по количеству доходящих до нескольких десятков.

Несмотря на то, что человечеству известна молния с момента появления самого человека на Земле, до настоящего времени она до конца еще не изучена.

Кроется в столкновении ионов (ударной ионизации). Электрическое поле тучи имеет очень большую напряженность. В таком поле свободные электроны получают огромное ускорение. Сталкиваясь с атомами, они ионизируют их. В конечном итоге возникает поток быстрых электронов. Ударная ионизация образует плазменный канал, по которому проходит основной импульс тока. Происходит электрический разряд, который мы наблюдаем в виде молнии. Длина такого разряда может достигать нескольких километров и продолжаться до нескольких секунд. Молния всегда сопровождается яркой вспышкой света и громом. Очень часто молнии возникают во время грозы, однако случаются и исключения. Одним из самых неизученных учеными природных явлений, связанных с электрическими разрядами, является шаровая молния. Известно лишь, что возникает она внезапно и может нанести значительный ущерб. Так молния такая яркая?Сила электрического тока при ударе молнии может достигать 100 000 Ампер. При этом выделяется огромная энергия (около Джоулей). Температура основного канала достигает почти 10 000 градусов. Эти характеристики и рождают яркий свет, который можно наблюдать при разряде молнии. После такого мощного электрического разряда наступает пауза, которая может длиться от 10 до 50 секунд. За это время основной канал почти гаснет, температура в нем падает до 700 градусов. Учеными установлено, что яркое свечение и нагрев плазменного канала распространяются снизу вверх, а паузы между свечениями составляют всего десятки долей секунд. Именно поэтому несколько мощных импульсов человек воспринимает как единую яркую вспышку молнии.

Видео по теме

Почти все люди боятся грозы или, во всяком случае, опасаются ее и предпочитают переждать в безопасном месте - и это правильный подход. Небо темнеет и затягивается, солнце пропадает, зато гремит гром и сверкает молния – природа неистовствует, и это может быть опасно.

Гроза – явление, из одного названия которого уже многое ясно. Когда все вокруг озаряется вспышками, сопровождаемыми громовыми раскатами, за которыми, как правило, следует сильный , неизбежно возникают вопросы: "Что там происходит?", "Откуда берется молния и она так ярко сверкает?". Природа молнии электрическая.Грозовые тучи – это настоящие гиганты. Они и кажутся огромными, но оттуда все же не ясно, насколько они большие. Высота грозового облака средних размеров составляет несколько километров. Внутри они вовсе не такие спокойные, как может показаться снаружи. Потоки воздуха в тучах хаотично перемещаются во все стороны, все там «бурлит и кипит». Температура в туче тоже распределена вовсе не равномерно. На самом ее верху обычно очень , порядка -40 градусов Цельсия. Вода, которая является основным компонентом грозового облака, при такой температуре, конечно, . Образуются небольшие кусочки льда, которые носятся внутри облака так же, как и обычные капли воды: с огромной скоростью и очень беспорядочно.Льдинки постоянно сталкиваются друг с другом и с водой, они заряжаются электричеством и разрушаются. Самые тяжелые перемещаются ближе к нижней части тучи и там обычно тают, иногда выпадают в виде града. Довольно быстро противоположные электрические заряды в туче концентрируются в разных областях: вверху преобладают положительные, а внизу отрицательные, но бурление внутри не прекращается. Порой возникают мощные потоки, когда множество положительных и отрицательных частиц сталкивается одновременно.Грозовые облака – это очень крупные образования, и когда два мощных вихря, заряженных противоположно, сталкиваются, образуется очень сильный электрический разряд. Это и есть молния . Она ослепительно сверкает, мгновенно нагревая воздух вокруг себя до очень высокой температуры так, что он взрывается. Гром – это и есть этот самый воздушной массы, нагретой электрическим разрядом.Сам электрический разряд может иметь направление либо от одной части тучи к другой, либо от них к . Если молния бьет в объекты, расположенные , то она без труда раскалывает даже большие камни, а все, что горит, от ее удара воспламеняется.Молния притягивается ко всему, что возвышается над остальным ландшафтом. Поэтому чтобы защитить дома, люди придумали громоотводы: это металлические шесты, которые отводят ток в землю и таким способом нейтрализуют его. Но если началась , а вы не дома, то не прячьтесь под высокими объектами, например, под деревьями. Потому что велика вероятность, что молния ударит в одно из них.

Грозовая молния – могучее и величественное явление природы, способное внушать трепет своей мощью. В древности считались проявлением сверхъестественных сил, свидетельством божественного гнева. Однако с развитием науки для человечества стало ясно, что ничего таинственного или сверхъестественного в природе молний нет. Их возникновение и свойства подчиняются вполне понятным физическим законам.

По сути, – это просто очень мощный электрический разряд. Он подобен тем, какие иногда возникают, если активно расчесать чистые сухие волосы пластмассовой расческой или потереть шерстяной тканью эбонитовую палочку. И в том, и в другом случае накапливается статическое электричество, которое разряжается в виде яркой искры и треска. Только в случае с грозовым облаком вместо слабого треска раздается удар грома.

Молния возникает при электризации грозовых туч, при которой внутри облака образуется мощное электрическое поле. Но может возникнуть закономерный вопрос: вообще происходит электризация облаков? Ведь в них нет никаких твердых предметов, который могли бы тереться и сталкиваться друг с другом и таким образом создавать электрическое напряжение.

В действительности все не так сложно, как кажется. Грозовая туча – это просто огромное количество пара, верхняя часть которого находится на высоте 6-7 км, а нижняя не превышает 0,5-1 км над . Но на высоте более 3 км от поверхности температура воздуха всегда ниже нуля, поэтому пар внутри тучи превращается в небольшие льдинки. И эти льдинки находятся в постоянном движении из-за воздушных потоков внутри облака. Чем меньше льдинки, тем они легче, и, попадая в восходящие потоки нагретого воздуха, поднимающегося от поверхности , они тоже перемещаются в верхние слои облака.

На своем пути вверх эти маленькие льдинки сталкиваются с более крупными, и каждое столкновение вызывает электризацию. При этом мелкие льдинки заряжаются положительно, а крупные – отрицательно. В результате подобных перемещений в верхней части грозового облака скапливается большое количество положительно заряженных , а большие, тяжелые и отрицательно заряженные льдинки остаются в нижнем слое. Иначе говоря, верхний край грозовой тучи оказывается заряженным положительно, а нижний – отрицательно.

И когда крупные противоположно заряженные области оказываются довольно близко друг к другу, между ними возникает светящийся плазменный канал, по которому устремляются заряженные частицы. В результате происходит молниевый разряд, который можно наблюдать виде яркого светового зигзага. Электрическое поле тучи имеет огромную напряженность и во время молниевого разряда выделяется огромная энергия порядка миллиарда джоулей.

Молниевый разряд может возникнуть внутри самой грозовой тучи, между двумя соседними облаками или между облаком и земной поверхностью. В последнем случае мощность электрических разрядов между землей и облаками несопоставимо больше, а сила электрической энергии, проходящей через атмосферу, может создавать ток мощностью до 10 000 ампер. Для сравнения стоит вспомнить, что сила тока в обычной электропроводке не превышает 6 ампер.

Молнии обычно имеют форму зигзага, потому, что летящие заряженные частицы сталкиваются воздуха и меняют направление своего движения. Также молнии могут быть линейными или разветвленными. Одной из самых редких и малоизученных форм молнии является , которая имеет форму светящегося шара и может двигаться параллельно к поверхности земли.

Одним из первых свидетельств, говорящих о том, что собой представляет молния, являлся фотоснимок того места, где видна вспышка, сделанный при закрытом затворе. Снимок показывает, что молния – разряд, проходящий по одинаковому пути.

Первичный удар молнии

Сам процесс образования молнии можно разделить на первичный удар и все остальные. Это обосновано тем, что первичный удар молнии, в отличие от других, проделывает путь (канал) для электрического разряда. Происходит это следующим образом. В нижней части тучи скапливается мощный отрицательный заряд. Поверхность земли имеет положительный заряд. Таким образом, электроны, лежащие на дне тучи, под действием разности потенциалов устремляются вниз.

Данный процесс еще не дает никакой вспышки света. В какой-то момент они останавливаются на несколько микросекунд, а после продолжают движение в другом направлении, пробивая себе дорогу к . Каждый такой шаг с остановкой образует ступенчатую структуру. Когда электроны достигают земной поверхности, образуется свободный для прохождения электрических зарядов канал, по которому остальные электроны огромным потоком устремляются вниз.

Электроны, находящиеся вблизи поверхности земли, первые покидают канал, образуя позади себя положительно заряженное место. В это место устремляются близлежащие электроны. Таким образом, весь отрицательный электрический заряд покидает тучу, образуя мощный электрический поток, направленный . Именно в этот момент можно увидеть вспышку света, а после нее услышать гром.

Повторные удары молнии

После того как первичный удар уже образовал канал для прохождения электронов, повторный удар проходит по тому же пути. Это обусловлено тем, что электроны при первичном ударе ионизуют воздух вокруг себя, поэтому для вторичных электронов проводящий канал уже обеспечен. Таким образом, вторичный и последующий удары молнии происходят без пауз и остановок, свойственных первичному удару. Зачастую бывает один-два удара, но нередко можно заметить, как бьет пять-шесть раз в одно и то же место.

Бывает, что лидирующая ветка молнии начинает ветвиться. Такое возможно в том случае, если электроны первичного канала себе разные пути. В этом случае, если одна из ветвей достигает земли гораздо раньше другой, то первая прокладывает себе путь вверх и достигает начала второй ветви. В этот момент основная ветвь опорожняет неосновную, и у наблюдателя складывается впечатление, что именно вторая ветвь бьет по земле, а не первая.

Как правило, где-то в ста метрах от почвы процесс проникновения электронов несколько усложняется. Например, если в месте удара есть какой-нибудь высокий или заостренный предмет, то вследствие образования мощного электрического поля разряд начинает подниматься уже с самого этого предмета, не дожидаясь удара электронов. Таким образом, электроны достигают не поверхности земли, а встречного разряда.

Сколько ни разъясняет наука суть атмосферного электричества, все равно люди вздрагивают при разрядах молнии и невольно сжимаются в ожидании раската грома. Очевидно, в большинстве людей говорит память далеких предков, пытавшихся отыскать хоть какую-то защиту от небесного огня.

Ничего в атмосферном электричестве, разумеется, нет, но от этого молнии и следующие за ними раскаты грома не выглядят менее внушительно и грозно. Так что же на самом деле представляет собой молния?

Как известно из школьного курса физики, все предметы имеют вполне определенный электрический заряд. Столкновение между собой заряженных частиц приводит к созданию больших областей положительных и отрицательных зарядов. Когда такие области оказываются достаточно близко друг от друга, происходит пробой и в создавшийся канал устремляются заряженные частицы. Этот пробой люди и воспринимают как разряд молнии.

Если с молнией более- , то почему вслед за ней приходит ужасающий грохот, напоминающий артиллерийскую канонаду? Ведь та же убеждает людей, что электрический ток нельзя увидеть, услышать или как-то иначе обнаружить, за исключением специальных приборов.

Как оказывается, все дело - в воздухе, вернее, в его свойствах. Дело в том, что, будучи, по сути, изолятором, в момент пробоя он разогревается до температуры порядка 30 000оС. Причем скорость разогрева и соответственно расширения воздушной среды расширяется взрывообразно, что приводит к возникновению ударной волны, которую человеческий слух и воспринимает как грохот или гром.

Следовательно, молния и гром неразрывны, поскольку гром является результатом молнии. Разговоры о том, что якобы бывает молния без грома и наоборот – беспочвенны.

С другой стороны, существует достаточно много необъяснимого связанного с молниями и их проявлениями. Достаточно известны и относительно хорошо изучены такие виды молний как линейная, шнуровая, жгутовая, ленточная. В свою очередь, они бывают едиными и разветвленными. Самая таинственная и пока до конца неисследованная молния – шаровая. С ней связано наибольшее количество странностей и загадок как подтвержденных документально, так и недоказанных.

Неоднократно отмечалось многими очевидцами, что молния мерцает. Дело в том, что молния состоит из множества последовательных разрядов длительностью всего несколько десятков миллионных долей секунды. Это и создает эффект мерцания.

Разряды молний бывают как между отдельными грозовыми облаками, между тучей и землей, а иногда разряд по неясным причинам уходит вертикально в небо.

Что касается молний исходящих из туч в землю, то известно два их типа положительные и отрицательные. Причем, по мнению ученых, именно положительные разряды как более мощные приводят к пожарам.

Все мы видели яркие вспышки на небе когда идет дождь. Это электрические заряды проходящие между грозовым облаком и землей. Такие заряды называют молнии. Но образовываться они могут лишь при определенных условиях.

Внутри грозовых облаков воздушные массы перемещаются с огромной скоростью. Они вовлекают в движение частички воды, находящиеся в облаке. При трении воздушных масс о капли воды, возникают статические электрические заряды. Учеными выяснено, что верхушка грозового облака заряжается положительными зарядами, а в его нижней части происходит накопление отрицательно заряженных частиц. Земля всегда имеет положительный заряд. Отрицательно заряженные частицы облака хотят устремиться к положительно заряженной земле. Но это не происходит постоянно, так как земную поверхность и облако разделяет большой слой воздуха, который изолирует эти заряды друг от друга. Разделять заряды воздух может лишь до достижения ими определенной мощности. При накапливании достаточной мощности в грозовом облаке, отрицательно заряженные частицы устремляются к земле, образую при этом огромные искры в виде молнии.

Когда молния бьет в землю, мы успеваем заметить лишь одну вспышку. На самом деле в этой видимой вспышке происходит разряд около десятка молний. Отрицательно заряженные частицы так быстро летят к земле, что несколько молний воспринимаются за одну.

Как известно, молния бьет в самые высокие места. Это происходит потому, что положительный заряд земной поверхности накапливается всегда на возвышенностях. Поэтому первые молнии бьют в самые высокие здания или деревья, которые располагаются одни на равнине.

Разряды молний сопровождаются выделением огромного тепла. Температура в молнии достигает 16 тысяч градусов. Поэтому при попадании молнии в пляж, на его поверхности песок спекается, образуя стекло.