Ce este fulgerul și cum se produce?

Originea norilor de tunete

Ceața care se ridică sus deasupra solului este formată din particule de apă și formează nori. Norii mai mari și mai grei sunt numiți nori cumulus. Unii nori sunt simpli – nu provoacă fulgere sau tunete. Altele sunt numite furtuni deoarece creează o furtună, formează fulgere și tunete. Norii de tunsoare diferă de norii obișnuiți de ploaie prin faptul că sunt încărcați cu electricitate: unii sunt pozitivi, alții sunt negativi.

Cum se formează norii de tunete? Toată lumea știe cât de puternic este vântul în timpul unei furtuni. Dar și vârtejuri de aer mai puternice se formează mai sus deasupra solului, unde pădurile și munții nu împiedică mișcarea aerului. Acest vânt generează în mare parte electricitate pozitivă și negativă în nori.

Există electricitate pozitivă în centrul fiecărei picături și o cantitate egală de electricitate negativă se găsește de-a lungul suprafeței picăturii. Picăturile de ploaie care cad sunt prinse de vânt și cad în curenții de aer. Vântul, lovind picătura cu forță, o rupe în bucăți.În acest caz, particulele exterioare detașate ale picăturii devin încărcate cu electricitate negativă.

Partea rămasă mai mare și mai grea a picăturii este încărcată cu electricitate pozitivă. Partea din nor unde se acumulează picăturile grele este încărcată cu electricitate pozitivă. Ploaia care cade din nor transferă o parte din electricitatea norului către sol și astfel se creează o atracție electrică între nor și sol.

În fig. 1 prezintă distribuția energiei electrice într-un nor și pe suprafața pământului. Dacă un nor este încărcat cu electricitate negativă, atunci, străduindu-se să fie atras de el, electricitatea pozitivă a pământului va fi distribuită pe suprafața tuturor obiectelor ridicate care conduc curentul electric. Cu cât obiectul care stă mai sus pe pământ, cu atât distanța dintre partea de sus și partea de jos a norului este mai mică și cu atât stratul de aer care rămâne aici este mai mic, degajând electricitatea opusă. Este evident că fulgerul pătrunde mai ușor în pământ în astfel de locuri. Vă vom spune mai multe despre asta mai târziu.

Orez. 1. Distribuția energiei electrice într-un nor de tunete și obiecte de pământ

Ce cauzează fulgerele?

Apropiindu-se de un copac înalt sau de o casă, un nor de tunete încărcat cu electricitate acționează asupra lui. În fig. 1 nor încărcat cu electricitate negativă atrage electricitate pozitivă pe acoperiș, iar electricitatea negativă a casei va intra în pământ.

Atât electricitatea — în nor și pe acoperișul casei — tind să se atragă reciproc. Dacă există multă electricitate în nor, atunci se formează multă energie electrică în casă prin influență.

Așa cum apa care intră poate eroda un baraj și se repezi într-un torent, inundând o vale în mișcarea sa neîngrădită, tot așa electricitatea, care se acumulează din ce în ce mai mult într-un nor, poate în cele din urmă să străpungă stratul de aer care o separă de suprafața pământului și să se repezi. până la pământ, până la electricitate opusă. Va apărea o descărcare puternică - o scânteie electrică va aluneca între nor și casă.

Acesta este fulgerul care lovește casa. Descărcările de fulgere pot apărea nu numai între un nor și sol, ci și între doi nori încărcați cu diferite tipuri de electricitate.

Cu cât vântul este mai puternic, cu atât norul se încarcă mai repede cu electricitate. Vântul cheltuiește o anumită cantitate de muncă, care duce la separarea electricității pozitive și negative.

Cum se dezvoltă fulgerul?

Cel mai adesea, fulgerele care lovesc pământul provin de la nori încărcați cu electricitate negativă. Fulgerul care lovește dintr-un astfel de nor se dezvoltă în acest fel.

În primul rând, cantități mici de electroni încep să curgă din nor spre sol, într-un canal îngust, formând un fel de curent în aer.

În fig. 2 prezintă această inițiere a formării fulgerelor. În partea norului în care începe să se formeze canalul, s-au acumulat electroni care posedă o viteză mare de mișcare, datorită cărora ei, ciocnind cu atomii de aer, îi descompun în nuclee și electroni.

Orez. 2. Fulgerul începe să se formeze într-un nor

Electronii eliberați în acest caz se grăbesc și ei către pământ și, ciocnind din nou cu atomii aerului, îi separă.Este ca și căderea zăpezii în munți, când la început un mic bulgăre, rostogolindu-se, crește acoperit cu fulgi de zăpadă lipiți de el și, grăbindu-și zborul, devine o mare avalanșă.

Și aici avalanșa de electroni captează noi volume de aer, împărțindu-și atomii în bucăți. În acest caz, aerul este încălzit, iar pe măsură ce temperatura crește, conductivitatea acestuia crește. Se transformă dintr-un izolator într-un conductor. Prin canalul conductiv de aer rezultat din nor, electricitatea începe să se scurgă din ce în ce mai mult. Electricitatea se apropie de pământ cu o viteză extraordinară, atingând 100 de kilometri pe secundă.

În sutimi de secundă, avalanșa de electroni ajunge la sol. Aceasta se încheie doar prima parte, ca să spunem așa, „pregătitoare” a fulgerului: fulgerul și-a făcut drum spre pământ. A doua parte majoră a dezvoltării Lightning urmează să vină. Partea considerată a formațiunii fulgerului se numește conductor. Acest cuvânt străin înseamnă „lider” în rusă. Ghidul a făcut loc pentru a doua parte, mai puternică, a fulgerului; această parte se numește partea principală. De îndată ce canalul ajunge la sol, electricitatea începe să curgă prin el mult mai violent și mai rapid.

Acum există o legătură între electricitatea negativă acumulată în canal și electricitatea pozitivă care a căzut la pământ cu picături de ploaie, iar prin acțiune electrică are loc o descărcare de energie electrică între nor și sol. O astfel de descărcare este un curent electric de o putere enormă - această putere este mult mai mare decât puterea curentului într-o rețea electrică convențională.

Curentul care curge în canal crește foarte repede, iar după atingerea puterii maxime, începe să scadă treptat.Canalul fulgerului prin care trece un curent atât de puternic se încălzește foarte mult și, prin urmare, strălucește puternic. Dar timpul de curgere a curentului într-o descărcare de fulger este foarte scurt. Descărcarea durează fracțiuni foarte mici de secundă și, prin urmare, energia electrică produsă în timpul descărcării este relativ mică.

În fig. 3 prezintă mișcarea treptată a paratrăsnetului către sol (primele trei figuri din stânga).

Orez. 3. Dezvoltarea treptată a paratrăsnetului (primele trei figuri) și a părții sale principale (ultimele trei figuri).

Ultimele trei figuri arată momente separate ale formării celei de-a doua părți (principale) a fulgerului. O persoană care se uită la bliț nu ar putea, desigur, să distingă ghidul său de partea principală, deoarece se succed extrem de repede, pe aceeași cale.

După conectarea a două tipuri diferite de electricitate, curentul este întrerupt. De obicei fulgerul nu se opreste aici. Adesea, un nou lider se năpustește imediat pe poteca aprinsă de prima aruncare, iar în spatele lui, pe aceeași cale, se află din nou partea ochiului a aruncării. Aceasta completează a doua descărcare.

Pot exista până la 50 de astfel de categorii separate, fiecare constând din propriul lider și corp principal. Cel mai adesea sunt 2-3 dintre ele. Apariția unor descărcări separate face ca fulgerul să fie intermitent și adesea o persoană care se uită la fulger îl vede pâlpâind. Acesta este ceea ce face ca blițul să pâlpâie.

Timpul dintre formarea descărcărilor separate este foarte scurt. Nu depășește sutimi de secundă Dacă numărul de descărcări este foarte mare, atunci durata fulgerului poate ajunge la o secundă întreagă sau chiar la câteva secunde.

Am luat în considerare un singur tip de fulger, care este cel mai comun.Acest fulger se numește fulger liniar deoarece apare cu ochiul liber ca o linie - o bandă îngustă și strălucitoare de alb, albastru deschis sau roz strălucitor.

Fulgerul de linie are o lungime de la sute de metri până la mulți kilometri. Calea fulgerului este de obicei în zig-zag. Fulgerul are adesea multe ramuri. După cum sa menționat deja, descărcările liniare de fulgere pot apărea nu numai între nor și sol, ci și între nori.

fulger cu minge

Pe lângă liniare, există, totuși, mult mai rar și alte tipuri de fulgere. Vom considera unul dintre ele, cel mai interesant - fulgerul cu minge.

Uneori există descărcări de fulgere care sunt bile de foc. Cum se formează fulgerul cu minge nu a fost încă studiat, dar observațiile disponibile ale acestui tip interesant de descărcare de fulger ne permit să tragem câteva concluzii.

Cel mai adesea, fulgerul cu minge are forma unui pepene verde sau a unei pere. Durează relativ mult - de la o fracțiune de secundă la câteva minute.

Durata cea mai comună a fulgerului cu minge este de 3 până la 5 secunde. Cel mai adesea, fulgerele bile apar la sfârșitul unei furtuni sub formă de bile roșii strălucitoare cu un diametru de 10 până la 20 de centimetri. În cazuri mai rare, este și mare. De exemplu, a fost fotografiat un fulger cu un diametru de aproximativ 10 metri.

Mingea poate fi uneori orbitor de albă și are contururi foarte ascuțite. Fulgerul bilei emite de obicei un sunet, bâzâit sau șuierat.

Fulgerul cu minge poate dispărea în tăcere, dar poate emite un trosnet slab sau chiar o explozie asurzitoare. Când dispare, lasă adesea o ceață mirositoare. Aproape de pământ sau în interior, fulgerul cu minge se mișcă cu viteza unui om care alergă - aproximativ doi metri pe secundă.Poate rămâne o vreme în repaus, iar o astfel de minge „așezată” șuieră și aruncă scântei până dispare. Uneori, fulgerul cu minge pare a fi condus de vânt, dar de obicei mișcarea sa este independentă de vânt.

Fulgerul cu minge este atras de spațiile închise, unde pătrund prin ferestre sau uși deschise și, uneori, chiar prin mici crăpături. Țevile sunt o modalitate bună pentru ei; de aceea din cuptoarele din bucătărie ies adesea bile de foc. După ce a călătorit prin cameră, fulgerul părăsește încăperea, ieșind adesea pe aceeași cale în care a intrat.

Uneori fulgerul se ridică și coboară de două sau trei ori la distanțe de la câțiva centimetri până la câțiva metri. Concomitent cu aceste urcușuri și coborâșuri, mingea de foc se mișcă uneori în direcție orizontală, iar apoi fulgerul mingii pare să facă sărituri.

Adesea, fulgerul cu bile „se așează” pe fire, preferând cele mai înalte puncte, sau se rostogolește de-a lungul firelor, de exemplu, de-a lungul țevilor de drenaj. Deplasându-se de-a lungul trupurilor oamenilor, uneori sub haine, mingile de foc provoacă arsuri grave și chiar moartea. Există multe descrieri ale cazurilor de daune fatale cauzate de fulgere la oameni și animale. Fulgerele de căldură pot provoca daune foarte grave clădirilor.

Unde lovește fulgerul?

Deoarece fulgerul este o descărcare electrică prin grosimea izolatorului - aer, cel mai adesea apare acolo unde stratul de aer dintre nor și orice obiect de pe suprafața pământului va fi mai mic. Observațiile directe arată acest lucru: fulgerele tinde să lovească clopotnițele înalte, catargele, copacii și alte obiecte înalte.

Cu toate acestea, fulgerele se grăbesc nu numai către obiecte înalte.Din două catarge adiacente de înălțime egală, unul din lemn și celălalt din metal, și stând nu departe unul de celălalt, fulgerul se va năpusti spre cel metalic. Acest lucru se va întâmpla din două motive: în primul rând, metalul conduce electricitatea mult mai bine decât lemnul, chiar și atunci când este umed. În al doilea rând, catargul metalic este bine conectat la pământ, iar electricitatea de la sol poate curge mai liber către catarg în timpul dezvoltării liderului.

Această din urmă împrejurare este utilizată pe scară largă pentru a proteja diferite clădiri de fulgere. Cu cât suprafața catargului metalic este mai mare în contact cu solul, cu atât este mai ușor ca electricitatea din nor să treacă în pământ.

Acest lucru poate fi comparat cu modul în care un curent de lichid este turnat printr-o pâlnie într-o sticlă. Dacă deschiderea pâlniei este suficient de mare, jetul va intra direct în sticlă. Dacă deschiderea pâlniei este mică, lichidul va începe să se reverse peste marginea pâlniei și să se toarne pe podea.

Fulgerul poate lovi chiar și pe o suprafață plană a pământului, dar în același timp se repezi acolo unde conductivitatea electrică a solului este mai mare. Deci, de exemplu, argila umedă sau mlaștina sunt lovite de fulgere mai devreme decât nisipul uscat sau solul uscat pietros. Din același motiv, fulgerele lovesc malurile râurilor și pâraielor, preferându-le copacilor înalți, dar uscați, care se ridică în apropierea lor.

Această caracteristică a fulgerului - să se grăbească către corpuri bine împământate și bine conducătoare - este utilizată pe scară largă pentru a implementa diferite dispozitive de protecție.