Большая Советская Энциклопедия (цитаты)

Молния

Молния (далее М) гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, проявляющийся обычно яркой вспышкой света и сопровождающим ее громом. Электрическая природа М была раскрыта в исследованиях американского физика Б. Франклина, по идее которого был проведен опыт по извлечению электричества из грозового облака.

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

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

  Процесс развития наземной М состоит из несколько стадий. На первой стадии в зоне, где электрическое поле достигает критического значения, начинается ударная ионизация, создаваемая вначале свободными электронами, всегда имеющимися в небольшом количестве в воздухе, которые под действием электрического поля приобретают значительные скорости по направлению к земле и, сталкиваясь с воздуха, ионизуют их. Т. о. 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 М (рис., а, б). Движение лидера к земной поверхности происходит ступенями в несколько десятков м со скоростью ~ 5×107 м/сек, после чего его движение приостанавливается на несколько десятков мксек, а свечение сильно ослабевает; затем в последующей стадии лидер снова продвигается на несколько десятков м. 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 2×105 м/сек. По мере продвижения лидера к земле напряженность поля на его конце усиливается и под его действием из выступающих на поверхности Земли предметов выбрасывается ответный стример, соединяющийся с лидером. Эта особенность М используется для создания молниеотвода. В заключительной стадии по ионизованному лидером каналу (рис., в) следует обратный, или главный, разряд М, характеризующийся токами от десятков до сотен тысяч а, яркостью, заметно превышающей яркость лидера, и большой скоростью продвижения, вначале доходящей до ~ 108 м/сек, а в конце уменьшающейся до ~ 107 м/сек. Температура канала при главном разряде может превышать 25 000 °С. Длина канала М 1-10 км, диаметр - несколько см. После прохождения импульса тока ионизация канала и его свечение ослабевают. В финальной стадии ток М может длиться сотые и даже десятые доли сек, достигая сотен и тысяч а. Такие М называют затяжными, они наиболее часто вызывают пожары.

  Главный разряд разряжает нередко только часть облака. Заряды, расположенные на больших высотах, могут дать начало новому (стреловидному) лидеру, движущемуся непрерывно со средней скоростью ~ 106 м/сек. Яркость его свечения близка к яркости ступенчатого лидера. Когда стреловидный лидер доходит до поверхности земли, следует второй главный удар, подобный первому. Обычно М включает несколько повторных разрядов, но их число может доходить и до нескольких десятков. Длительность многократной М может превышать 1 сек. Смещение канала многократной М ветром создает т. н. ленточную М - светящуюся полосу.

  Внутриоблачные М включают в себя обычно только лидерные стадии; их длина от ~ 1 до 150 км. Доля внутриоблачных М растет по мере смещения к экватору, меняясь от 0,5 в умеренных широтах до 0,9 в экваториальной полосе. Прохождение М сопровождается изменениями электрических и полей и радиоизлучением, т. н. атмосфериками. Вероятность поражения М наземного объекта растет по мере увеличения его высоты и с увеличением электропроводности почвы на поверхности или на некоторой глубине (на этих факторах основано действие громоотвода). Если в облаке существует электрическое поле, достаточное для поддержания разряда, но недостаточное для его возникновения, роль инициатора М может выполнить длинный металлический трос или самолет - особенно, если он сильно электрически заряжен. Таким образом иногда "провоцируются" М в слоисто-дождевых и мощных кучевых облаках.

  Особый вид М - шаровая М, светящийся сфероид, обладающий большой удельной энергией, образующийся нередко вслед за ударом линейной М Длительность существования шаровой М от секунд до минут, а исчезновение М может сопровождаться взрывом, вызывающим разрушения. Природа шаровой М еще не выяснена. М, как линейная, так и шаровая, могут быть причиной тяжелых поражений и гибели людей.

  Удары М могут сопровождаться разрушениями, вызванными ее термическими и электродинамическими воздействиями, а также некоторыми опасными последствиями, возникающими в результате ее электромагнитного и светового излучения. Наибольшие разрушения вызывают удары М в наземные объекты при отсутствии хороших токопроводящих путей между местом удара и землей. От электрического пробоя в материале образуются узкие каналы, в которые устремляется ток М Поскольку в каналах создается очень высокая температура, часть материала интенсивно испаряется со взрывом. Это приводит к разрыву или расщеплению объекта, пораженного М, и воспламенению его горючих элементов. Наряду с этим возможно возникновение больших разностей потенциалов и электрических разрядов между отдельными предметами внутри строения. Такие разряды могут также явиться причиной пожаров и поражения людей электрическим током. Часто прямым ударам М подвергаются сооружения, возвышающиеся над окружающими строениями, например неметаллические дымовые трубы, башни, пожарные депо, и строения, отдельно стоящие в открытой местности. Очень высокие объекты (телевизионные мачты, привязные аэростаты) могут быть поражены М в точках, лежащих заметно ниже их вершины; этот эффект связан с воздействием на путь М объемных зарядов, создаваемых в атмосфере этими объектами. Весьма опасны прямые удары М в воздушные линии связи с деревянными опорами. Атмосферные перенапряжение с большой амплитудой, попав в линию, распространяется по проводам и может вызвать электрические разряды с проводов и электроаппаратуры (громкоговорителей, телефонных аппаратов, выключателей и т. п.) на землю и на различные предметы, что может привести к разрушениям, пожарам и поражению людей электрическим током. Прямые удары М в высоковольтные линии электропередачи вызывают электрические разряды с провода на землю или между проводами; эти разряды часто переходят под действием рабочего напряжения линии в электрическую дугу, приводящую к коротким замыканиям и отключению линии. Атмосферное перенапряжение, попадая с линии на оборудование станций и подстанций, вызывает разрушение изоляции (пробой), аппаратуры и машин. Попадание М в самолет может привести к разрушениям элементов конструкции, нарушению работы радиоаппаратуры и навигационных приборов, ослеплению и даже непосредственному поражению экипажа. При ударе М в дерево разряд может поразить находящихся около него людей; опасно также напряжение, возникающее вблизи дерева при растекании с него тока М на землю.

  Лит.: Стекольников И. С., Физика молнии и грозозащита, М - Л., 1943; Разевиг Д. В., Атмосферные перенапряжения на линиях электропередачи, М - Л., 1959; Юман М А., М, пер. с англ., М, 1972; Имянитов И. М, Чубарина Е. В., Шварц Я. М, Электричество облаков, Л., 1971; Имянитов И. М, Тихий Д. Я., За гранью закона, Л., 1967.

  И. М Имянитов.



Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска


Новости 28.09.2022 22:45:51