Kuidas äike ja välk lastel ilmuvad. Mis on välk ja miks see tekib? Hämmastav tulekera

Ligikaudu iga sekund 700 välk ja igal aastal umbes 3000 inimesed hukkuvad pikselöögi tõttu. Välgu füüsilist olemust ei ole täielikult selgitatud ja enamikul inimestel on vaid ligikaudne ettekujutus, mis see on. Mõned heitmed põrkuvad pilvedes või midagi sellist. Täna pöördusime oma füüsikakirjanike poole, et saada lisateavet välgu olemuse kohta. Kuidas välk ilmub, kuhu välk lööb ja miks äike müristab. Pärast artikli lugemist saate vastuse neile ja paljudele teistele küsimustele.

Mis on välk

Välk– säde elektrilahendus atmosfääris.

Elektrilahendus on voolu kulgemise protsess keskkonnas, mis on seotud selle elektrijuhtivuse olulise suurenemisega võrreldes normaalolekuga. Neid on erinevat tüüpi elektrilahendused gaasis: säde, kaar, hõõguv.

Sädelahendus tekib atmosfäärirõhul ja sellega kaasneb iseloomulik sädepragu. Sädelahendus on filamentaalsete sädemekanalite kogum, mis kaovad ja asendavad üksteist. Nimetatakse ka sädekanaliteks lipsud. Sädemekanalid on täidetud ioniseeritud gaasiga, see tähendab plasmaga. Välk on hiiglaslik säde ja äike on väga vali praks. Kuid see pole nii lihtne.

Välgu füüsiline olemus

Kuidas seletatakse välgu päritolu? Süsteem pilv-maa või pilv-pilv See on omamoodi kondensaator. Õhk täidab pilvedevahelise dielektriku rolli. Pilve põhjas on negatiivne laeng. Kui pilve ja maapinna vahel on piisav potentsiaalide vahe, tekivad tingimused, mille korral looduses tekib välk.

Sammujuht

Peamise välgusähvatuse eel on täheldatav väike laik, mis liigub pilvest maapinnale. See on nn astmeline juht. Elektronid hakkavad potentsiaalse erinevuse mõjul maa poole liikuma. Liikudes põrkuvad nad õhumolekulidega, ioniseerides neid. Pilvest maapinnale asetatakse omamoodi ioniseeritud kanal. Õhu ioniseerimise tõttu vabade elektronide poolt suureneb elektrijuhtivus liidri trajektoori tsoonis oluliselt. Juht sillutab justkui teed põhilahendusele, liikudes ühelt elektroodilt (pilv) teisele (maapinnale). Ionisatsioon toimub ebaühtlaselt, nii et juht võib hargneda.

Tagasilöök

Hetkel, kui juht maapinnale läheneb, suureneb pinge tema otsas. Vastusvooder (kanal) visatakse maapinnast või pinnast kõrgemale ulatuvatest objektidest (puud, hoonete katused) juhi poole välja. Seda välgu omadust kasutatakse selle eest kaitsmiseks piksevarda paigaldamisega. Miks lööb välk inimest või puud? Tegelikult ei huvita teda, kuhu lüüa. Otsib ju välk lühimat teed maa ja taeva vahel. Seetõttu on äikese ajal tasandikul või veepinnal viibimine ohtlik.

Kui juht jõuab maapinnale, hakkab vool läbi paigaldatud kanali voolama. Just sel hetkel täheldatakse peamist välku, millega kaasneb voolutugevuse ja energia vabanemise järsk tõus. Siin on asjakohane küsimus, kust välk tuleb? Huvitav on see, et liider levib pilvest maapinnale, kuid vastupidine ere sähvatus, mida oleme harjunud nägema, levib maapinnalt pilve. Õigem on öelda, et välk ei tule taevast maa peale, vaid toimub nende vahel.

Miks välk müriseb?

Äike tuleneb lööklainest, mille tekitab ioniseeritud kanalite kiire laienemine. Miks me kõigepealt näeme välku ja siis kuuleme äikest? See kõik puudutab heli (340,29 m/s) ja valguse (299 792 458 m/s) kiiruste erinevust. Lugedes sekundeid äikese ja välgu vahel ning korrutades need helikiirusega, saate teada, millisele kaugusele teist välk lõi.

Kas vajate paberit atmosfäärifüüsika kohta? Meie lugejatele on nüüd 10% allahindlus mis tahes tüüpi tööd

Välgu tüübid ja faktid välgu kohta

Välk taeva ja maa vahel ei ole kõige tavalisem välk. Kõige sagedamini toimub välk pilvede vahel ega kujuta endast ohtu. Lisaks maapealsele ja pilvesisesele välgule on välku, mis tekib atmosfääri ülemistes kihtides. Milliseid välke looduses leidub?

• Intracloud välk;
• Keravälk;
• "Päkapikud";
• Joad;
• Sprites.

Kolme viimast tüüpi välku ei saa ilma spetsiaalsete instrumentideta jälgida, kuna need moodustuvad 40 kilomeetri kõrgusel ja kõrgemal.

Siin on mõned faktid välgu kohta:

• Pikima registreeritud välgu pikkus Maal oli 321 km. Seda välku märgati Oklahomas 2007.
• Pikim välk kestis 7,74 sekundit ja salvestati Alpides.
• Välk moodustub mitte ainult Maa. Me teame kindlalt välgu sisselülitamisest Veenus, Jupiter, Saturn Ja Uraan. Saturni välk on miljoneid kordi võimsam kui Maa välk.
• Voolutugevus välgu korral võib ulatuda sadade tuhandete ampriteni ja pinge võib ulatuda miljarditesse voltidesse.
• Välgukanali temperatuur võib ulatuda 30000 Celsiuse kraadi sees 6 korda Päikese pinnatemperatuur.

Keravälk

keravälk – eraldi liigid välk, mille olemus jääb saladuseks. Selline välk on õhus liikuv kuulikujuline helendav objekt. Piiratud tõendite kohaselt võib keravälk liikuda mööda ettearvamatut trajektoori, jaguneda väiksemateks poltideks, plahvatada või lihtsalt ootamatult kaduda. Keravälgu päritolu kohta on palju hüpoteese, kuid ühtegi neist ei saa pidada usaldusväärseks. Fakt – keegi ei tea, kuidas keravälk ilmub. Mõned hüpoteesid taandavad selle nähtuse jälgimise hallutsinatsioonideks. Keravälku pole laboritingimustes kunagi täheldatud. Kõik teadlased võivad rahul olla pealtnägijate ütlustega.

Lõpetuseks kutsume videot vaatama ja tuletame meelde: kui mõni kursusetöö või kontrolltöö päikesepaistelisel päeval välguna pähe kukub, pole vaja meelt heita. Õpilasteeninduse spetsialistid on õpilasi aidanud alates 2000. aastast. Otsige igal ajal kvalifitseeritud abi. 24 tundi päevas, 7 päeva nädalas oleme valmis teid aitama.

Kõik teavad, mis on äikesetorm – välgusähvatus ja äikesemürin. Paljud inimesed (eriti lapsed) kardavad teda isegi väga. Aga kust tulevad äike ja välk? Ja mis nähtus see üldse on?

Äikesetorm on tõepoolest üsna ebameeldiv ja lausa õudne loodusnähtus, kui päikest katavad tumedad rasked pilved, välgud, müristab äike ja taevast kallab hoovihma...

Ja tekkiv heli pole midagi muud kui tugeva õhuvibratsiooni tekitatud laine. Enamasti suureneb maht rulli lõpu poole. Selle põhjuseks on heli peegeldumine pilvedest. See on äike.

Välk on väga võimas elektrilahendus. See tekib pilvede või maapinna tugeva elektrifitseerimise tagajärjel. Elektrilahendused tekivad kas pilvedes endis või kahe kõrvuti asetseva pilve vahel või pilve ja maapinna vahel. Välgu toimumise protsess jaguneb esimeseks löögiks ja kõigiks järgnevateks löögiks. Põhjus on selles, et juba esimene välgulöök loob tee elektrilahendusele. Negatiivne elektrilahendus koguneb pilve põhja. Ja maapinnal on positiivne laeng. Seetõttu tõmbuvad pilves asuvad elektronid (negatiivselt laetud osakesed, mateeria üks põhiühikuid) magnetina maapinna poole ja tormavad alla. Niipea, kui esimesed elektronid jõuavad maapinnale, tekib elektrilahenduste läbimiseks vaba kanal (omamoodi läbipääs), mille kaudu ülejäänud elektronid alla sööstavad. Maapinna lähedal asuvad elektronid lahkuvad esimesena kanalist. Teised tormavad asemele astuma. Selle tulemusena tekib seisund, kus kogu negatiivne energialahendus tuleb pilvest välja, tekitades võimsa maasse suunatud elektrivoolu.

Just sel hetkel tekib välk, millega kaasnevad äikesepaunad. Elektrifitseeritud pilved tekitavad välku. Kuid mitte iga pilv ei sisalda piisavalt jõudu, et atmosfäärikihti tungida. Jõu ja elementide avaldumiseks on vajalikud teatud asjaolud.

Pilve, mille kõrgus ulatub mitme tuhande meetrini, võib pidada äikesetormiks. Pilve põhi asub maapinna lähedal, sealne temperatuurirežiim on kõrgem kui pilve ülemises osas, kus veepiisad võivad külmuda. Õhumassid on pidevas liikumises. Soe õhk läheb üles ja külm õhk alla. Kui osakesed liiguvad, need elektristuvad, see tähendab, et nad küllastuvad elektriga. Pilve erinevad osad koguvad erineval hulgal energiat. Kui seda on liiga palju, tekib sähvatus, millega kaasneb äike. See on äikesetorm. Mis tüüpi välgud on olemas? Keegi võib arvata, et välk on ühesugune, et äike on äike. Siiski on mitut tüüpi välku, mis on üksteisest väga erinevad. Lineaarne välk on kõige levinum tüüp. See näeb välja nagu ülekasvanud puu tagurpidi. Peakanalist (tüvest) ulatuvad välja mitmed peenemad ja lühemad “võrsed”.

Sellise välgu pikkus võib ulatuda kuni 20 kilomeetrini ja voolutugevus võib olla 20 000 amprit. Selle kiirus on 150 kilomeetrit sekundis. Välgukanalit täitva plasma temperatuur ulatub 10 000 kraadini. Intracloud välk – seda tüüpi välguga kaasnevad muutused elektri- ja magnetväljades ning raadiolainete emissioon on kõige tõenäolisem ekvaatorile lähemal. Parasvöötmes ilmub see väga harva. Kui pilves on välk, võib kesta terviklikkust rikkuv võõrkeha, näiteks elektrifitseeritud õhusõiduk, sundida seda välja tulema. Selle pikkus võib varieeruda 1 kuni 150 kilomeetrit. Maapealne välk – see on kõige kauem kestnud välk, mistõttu võivad selle tagajärjed olla laastavad.

Kuna välk on teel takistusi, on välk sunnitud nendest mööda pääsemiseks suunda muutma. Seetõttu jõuab see maapinnani väikese trepi kujul. Selle kiirus on umbes 50 tuhat kilomeetrit sekundis. Pärast seda, kui välk on oma teekonna lõpetanud, peatub see mitmekümneks mikrosekundiks ja selle valgus nõrgeneb. Seejärel algab järgmine etapp: läbitud tee kordamine.

Viimane tühjendus ületab heledusega kõik eelmised ja voolutugevus selles võib ulatuda sadade tuhandete ampriteni. Temperatuur välgu sees kõigub 25 000 kraadi ringis. Sprite välk. Teadlased avastasid selle sordi suhteliselt hiljuti - 1989. aastal. See välk on väga haruldane ja avastati täiesti juhuslikult. Pealegi kestab see vaid mõne sekundi kümnendiku. Sprite'i eristab teistest elektrilahendustest selle ilmumise kõrgus - umbes 50–130 kilomeetrit, samas kui muud tüüpi välgud ei ületa 15-kilomeetrist piiri. Lisaks eristab sprite välk selle tohutu läbimõõduga, mis võib ulatuda 100 km-ni . Selline välk näeb välja nagu vertikaalne valgussammas ja ei vilgu üksikult, vaid rühmadena. Selle värvus võib olla erinev ja oleneb õhu koostisest: maapinnale lähemal, kus on rohkem hapnikku, on see roheline, kollane või valge ja lämmastiku mõjul rohkem kui 70 km kõrgusel omandab erkpunase tooni.

Pärlvälk. See välk, nagu ka eelmine, on haruldane loodusnähtus. Enamasti ilmub see pärast lineaarset ja kordab täielikult oma trajektoori. See koosneb pallidest, mis asuvad üksteisest kaugel ja meenutavad helmeid. Keravälk. See on eriline sort. Loodusnähtus kui välk on kuulikujuline, särab ja hõljub üle taeva. Sel juhul muutub selle lennutrajektoori ettearvamatuks, mis muudab selle inimestele veelgi ohtlikumaks.

Enamasti esineb keravälk koos teiste tüüpidega. Siiski on juhtumeid, kui see ilmus isegi päikesepaistelise ilmaga. Palli suurus võib olla kümme kuni kakskümmend sentimeetrit.

Selle värv võib olla sinine, oranž või valge. Ja temperatuur on nii kõrge, et kui pall äkki rebeneb, aurustub seda ümbritsev vedelik ning metall- või klaasesemed sulavad. Sellise välgu kera võib eksisteerida üsna pikka aega. Liikumisel võib see ootamatult suunda muuta, mitu sekundit õhus hõljuda või järsult ühele poole kalduda. See ilmub ühes eksemplaris, kuid alati ootamatult. Pall võib pilvedest alla laskuda või ootamatult masti või puu tagant õhku ilmuda. Ja kui tavaline välk võib tabada ainult midagi - majja, puud vms, siis keravälk võib tungida suletud ruumi (näiteks tuppa) läbi pistikupesa või sisse lülitatud. kodumasinad- televiisor jne.

Millist välku peetakse kõige ohtlikumaks?

Tavaliselt järgneb esimesele äikese- ja välgulöögile teine. See on tingitud asjaolust, et esimeses välgatuses olevad elektronid loovad võimaluse elektronide teiseks läbipääsuks. Seetõttu esinevad järgnevad puhangud üksteise järel peaaegu ilma ajavahemiketa, tabades samas kohas.

Elektrilahendusega pilvest väljuv välk võib inimest tõsiselt kahjustada ja isegi tappa. Ja isegi kui tema löök ei taba otseselt inimest, vaid kukub lähedale, võivad tagajärjed tervisele olla väga halvad. Enda kaitsmiseks tuleb järgida mõningaid reegleid: Nii et äikese ajal ei tohi kunagi jões ega meres ujuda! Peate alati olema kuival maal.

Sel juhul on vaja olla maapinnale võimalikult lähedal. Ehk siis pole vaja puu otsa ronida, veel vähem selle all seista, eriti kui selline on keset lagedat kohta. Lisaks ei tohiks kasutada mobiilseadmeid (telefonid, tahvelarvutid jne), sest need võivad välku ligi tõmmata.

Paljude atmosfäärinähtuste hulgas on välk kahtlemata erilisel kohal. Ta on ülimalt ilus ja suurejooneline ning tema löökide uskumatu jõud hirmutab paljusid inimesi ka tänapäeval.


Ja seda hoolimata asjaolust, et nad kõik õppisid koolis ja neil on aimu, mis on elekter.

Iidsed ideed välgu kohta

Iidsetel aegadel tekitas välk inimestes sama tugevaid tundeid. Teda imetleti ja kardeti, pidades teda jumalate relvaks. Pole asjata, et peaaegu kõigi rahvaste kõige hirmuäratavamad ja sõjakamad jumalused olid välguga relvastatud: Zeus vanade kreeklaste seas, Jupiter roomlaste seas, Perun slaavlaste seas.

Vana-India jumalate panteonis olid välguga relvastatud Hävitaja Šiva ja Sõdalane Indra, kellel oli isegi spetsiaalne välguheitmise relv – vadžra.

Samas peeti välku sageli elujõu ja energia ärkamise sümboliks. Nii kontrollis ilmastikku iidsete hiinlaste uskumuste kohaselt neljast jumalast koosnev eriline taevane nõukogu.

Välk juhtis jumalanna Dian-mu, kes tõi taevapeeglid lähemale ja lahku, alustades välgusähvatusest elu ühtlase liikumisega põldudel ja inimeste südametes. Kristluses sümboliseerib välk jumalikku ilmutust ja jumalikku kohtuotsust.

Kuidas välk tekib?

Tänapäeval teavad kõik, et välk on võimas elektrilahendus, mis tekib pilvede vahel. Kuid mitte kõik ei tea, kuidas see täpselt moodustatakse.


Äikesepilv on veeaurupilv, mille suurus on mõnikord kümneid kilomeetreid. Selle ülemine osa võib asuda 6-7 km kõrgusel, alumine osa aga vaid poole kilomeetri kaugusel maapinnast.

4 km kõrgusel valitsevad alati negatiivsed temperatuurid, mistõttu seal olevad aurupiisad muutuvad jäätükkideks. Kaootiliselt liikudes hõõruvad nad pidevalt üksteise vastu, mille tõttu enamik neist omandab elektrilaengu: väikesed on positiivsed, suured negatiivsed.

Gravitatsiooni mõjul langevad suured jäätükid pilve alumistesse kihtidesse, kogunedes sinna, ülaossa jäävad aga väikesed jäätükid. Tasapisi muutub laengute koguväärtus piisavalt suureks, et nende vahele tekkiv väli omandaks hiiglasliku intensiivsuse.

Kui pilve erinevalt laetud osad lähenevad, tormavad vastastikusest külgetõmbest oma kohalt rebitud üksikud ioonid ja elektronid üksteise poole, lohistades endaga kaasa ka naabreid. Ilmub plasma tühjenduskanal, mis levib läbi pilve osade kiirusega sajandiksekundites.


Mõnikord ripub pilve alumine serv maapinnast piisavalt madalal, et pilve ja maapinna vahel tekiks elektrikatkestus. Eriti “õnnelikud” on selles osas üksikud künkad või puud, elektriliinide postid ja tornid, mis saavad tühjendamise katalüsaatoriteks. Seetõttu on äikese ajal ohtlik viibida mäe otsas üksiku puu all või elektriposti all.

Temperatuur välgukanali sees ulatub kümne tuhande kraadini ja elektripinge mitmesaja miljoni voldini. Samal ajal on pilve "kondensaatori" võimsus väga väike - ainult umbes 0,15 mikrofaradi. Kuum plasma põletab kanali ümber õhku, mis seejärel kokku variseb, põhjustades lööklaine, mida me tajume äikesena.

Zarnitsa

Välku ei esine ainult tavalistes veeaurudest koosnevates pilvedes. Nende moodustamiseks on vajalik, et õhus oleks mis tahes aine peeneks hajutatud suspensioon, mille osakesed hõõruvad üksteise vastu ja omandavad elektrilaengu.

Nii et kuival suvel võite mõnikord näha "kuiva äikesetormi" - välk, mis moodustub tohututes tuulest tõstetud tolmupilvedes. Neid välgunooleid nimetatakse välguks.

Keravälk

Mõnikord tekib äikese ajal keravälk – väike kerakujuline energiaklomp. See on üks kõige vähem uuritud atmosfäärinähtusi, mida erinevalt tavalisest välgust pole veel laboritingimustes korratud.


Kerakujuline välk võib kahjustada inimest, keda see puudutab, kuid on palju juhtumeid, kui sellega kokkupuude ei toonud kaasa ebameeldivaid aistinguid.

Välgu elektriline olemus ilmnes Ameerika füüsiku B. Franklini uurimistöös, kelle eestvõttel viidi läbi katse äikesepilvest elektri saamiseks. Franklini kogemus välgu elektrilise olemuse selgitamisel on laialt tuntud. Aastal 1750 avaldas ta töö, milles kirjeldas katset kasutades tuulelohe lasti äikesetormi. Franklini kogemust kirjeldas Joseph Priestley töö.

Välkude keskmine pikkus on 2,5 km, osa heidetest ulatub atmosfääris kuni 20 km kaugusele.

Kuidas välk tekib? Kõige sagedamini esineb välku rünkpilvedes, siis nimetatakse neid äikesetormiks. Välk tekib mõnikord nimbostratuse pilvedes, samuti vulkaanipursete, tornaadode ja tolmutormide ajal.

Välgu esinemise skeem: a - moodustumine; b - kategooria.

Välgu tekkimiseks on vajalik, et pilve suhteliselt väikeses (kuid mitte vähem kui teatud kriitilises) mahus tekiks elektriväli, mille tugevus on piisav elektrilahenduse algatamiseks (~ 1 MV/m) ja olulises osas pilvest on välja, mille keskmine tugevus on piisav alanud heite säilitamiseks (~ 0,1-0,2 MV/m). Välgu sees elektrienergia pilved muutuvad soojuseks ja valguseks.

Tavaliselt täheldatakse lineaarset välku, mis kuulub nn elektroodideta lahenduste hulka, kuna need algavad (ja lõpevad) laetud osakeste kogunemisega. See määrab ära mõned nende seni seletamatud omadused, mis eristavad välku elektroodidevahelistest lahendustest.

Seega ei teki välku lühemalt kui mitusada meetrit; need tekivad elektriväljades, mis on palju nõrgemad kui väljad elektroodidevahelise lahenduse ajal; Välgu poolt kantavad laengud kogunevad tuhandetest sekunditest miljarditest väikestest, üksteisest hästi isoleeritud osakestest, mis asuvad mitme ruutkilomeetri suuruses mahus.

Enim uuritud välgu arenemisprotsess äikesepilvedes, samas kui välk võib läbida pilvedes endis (pilvesisene välk) või lüüa maapinda (maavälk).

Maa välk

Maavälgu arenguskeem: a, b - kaks juhtetappi; 1 - pilv; 2 - lipsud; 3 - astme juhtkanal; 4 - kanali kroon; 5 - impulsskoroon kanali peas; c - peamise välgukanali (K) moodustamine.

Maavälgu arendusprotsess koosneb mitmest etapist. Esimeses etapis, tsoonis, kus elektriväli saavutab kriitilise väärtuse, algab löökionisatsioon, mille tekitavad algselt õhus väikestes kogustes alati õhus olevad vabad elektronid, mis elektriväli omandavad märkimisväärse kiiruse maapinna suunas ja põrkudes kokku õhu moodustavate molekulidega, ioniseerivad need.

Moodsamate kontseptsioonide kohaselt käivitatakse tühjenemine suure energiaga kosmilised kiired, mis käivitavad protsessi, mida nimetatakse jooksvaks rikkeks. Seega tekivad elektronlaviinid, mis muutuvad elektrilahenduste niitideks - striimideks, mis on hästi juhtivad kanalid, mis ühinedes tekitavad ereda, kõrge juhtivusega termiliselt ioniseeritud kanali - astmelise välgujuhi.

Liidri liikumine maapinna poole toimub mitmekümnemeetriste sammudega kiirusega ~ 50 000 kilomeetrit sekundis, misjärel selle liikumine peatub mitmekümneks mikrosekundiks ja kuma nõrgeneb oluliselt; siis järgmisel etapil liigub liider jälle mitukümmend meetrit edasi.

Hele sära katab kõik läbitud sammud, millele järgneb seiskumine ja sära taas nõrgenemine. Neid protsesse korratakse, kui juht liigub maapinnale keskmine kiirus 200 000 meetrit sekundis. Kui liider liigub maa poole, suureneb välja intensiivsus selle otsas ja selle toimel väljub Maa pinnalt väljaulatuvatest objektidest vastusevoog, mis ühendab liidriga. Seda välgu omadust kasutatakse piksevarda loomiseks.

Viimases etapis järgneb piki juhi poolt ioniseeritud kanalit vastupidine (alt üles) ehk põhivälklahendus, mida iseloomustavad voolud kümnetest kuni sadade tuhandete ampriteni, heledus, mis ületab märgatavalt liidri heledust, ja suur edenemiskiirus, ulatudes alguses ~ 100 000 kilomeetrini sekundis ja lõpuks vähenedes ~ 10 000 kilomeetrini sekundis.

Kanali temperatuur põhiväljalaske ajal võib ületada 25 000 °C. Välgukanali pikkus võib olla 1–10 km, läbimõõt võib olla mitu sentimeetrit. Pärast vooluimpulsi läbimist nõrgeneb kanali ionisatsioon ja selle sära. Lõppfaasis võib välguvool kesta sajandikuid ja isegi kümnendikke sekundit, ulatudes sadade ja tuhandete ampriteni. Sellist välku nimetatakse pikaajaliseks välguks ja see põhjustab enamasti tulekahjusid.

Peaheide heidab sageli välja ainult osa pilvest. Suurtel kõrgustel asuvad laengud võivad tekitada uue (pühkinud) liidri, mis liigub pidevalt kiirusega tuhandeid kilomeetreid sekundis. Selle sära heledus on lähedane astmelise liidri heledusele. Kui pühitud juht jõuab maapinnale, järgneb teine ​​põhilöök, mis on sarnane esimesega.

Tavaliselt hõlmab välk mitut korduvat heidet, kuid nende arv võib ulatuda mitmekümneni. Mitme välgu kestus võib ületada 1 sekundi. Mitme välgu kanali nihkumine tuule poolt tekitab nn lintvälgu - helendav riba.

Intracloud välk

Intracloud välk sisaldab tavaliselt ainult juhtetappe, mille pikkus on 1–150 km. Pilvesiseste välkude osakaal suureneb, kui see liigub ekvaatori poole, muutudes 0,5-lt parasvöötme laiuskraadidel 0,9-le ekvatoriaalvööndis. Välgu läbimisega kaasnevad muutused elektri- ja magnetväljades ning raadioemissioonides ehk nn atmosfääris.

Maapealse objekti välgutabamuse tõenäosus suureneb selle kõrguse kasvades ja pinnase elektrijuhtivuse suurenemisega pinnal või mingil sügavusel (piksevarda tegevus põhineb neil teguritel). Kui pilves on elektriväli, mis on piisav tühjenemise säilitamiseks, kuid mitte piisav selle tekkimiseks, võib pikse initsiaatorina toimida pikk metallkaabel või lennuk, eriti kui see on tugevalt elektriliselt laetud. Nii “provotseeritakse” vahel välku nimbostratus ja võimsates rünkpilvedes.

Igas sekundis lööb maapinda umbes 50 välku ja keskmiselt kuus korda aastas iga ruutkilomeetri kohta.

Inimesed ja välk

Välk on tõsine oht inimese elule. Inimest või looma tabab välk sageli lagendikul, sest... Elektrivool kulgeb mööda lühimat teed "äikesepilv-maa". Sageli tabab välk puid ja trafopaigaldisi raudtee, põhjustades nende süttimise.

Tavalisest joonvälgust hoone sees on võimatu lüüa, kuid on arvamus, et nn keravälk võib tungida läbi pragude ja avatud akende. Tavaline välk on ohtlik kõrghoonete katustel paiknevatele tele- ja raadioantennidele, aga ka võrguseadmetele.

Pikseohvrite kehas täheldatakse samu patoloogilisi muutusi, mis elektrilöögi korral. Kannatanu kaotab teadvuse, kukub, tal võivad tekkida krambid, sageli lakkab hingamine ja südametegevus. Tavaliselt võite oma kehal leida "voolujälgi" - kohti, kus elekter siseneb ja väljub.

Need on puutaolised heleroosad või punased triibud, mis kaovad sõrmedega vajutamisel (püsivad 1-2 päeva pärast surma). Need on tingitud kapillaaride laienemisest kehaga välkkontakti piirkonnas. Surma korral on põhiliste elutähtsate funktsioonide lakkamise põhjuseks hingamise ja südamelöögi äkiline seiskumine välgu otsesest mõjust pikliku medulla hingamis- ja vasomotoorsetele keskustele.

Kui välk tabab, siis esimene arstiabi peab olema kiireloomuline. Rasketel juhtudel (hingamise ja südamelöökide seiskumine) on vajalik elustamine, seda peaks andma iga õnnetuse tunnistaja ilma meditsiinitöötajaid ootamata. Elustamine on efektiivne ainult esimestel minutitel pärast välgulööki 10-15 minuti pärast ei ole see reeglina enam efektiivne. Kõigil juhtudel on vajalik erakorraline haiglaravi.

Välgu ohvrid

Mütoloogias ja kirjanduses:

• Arstide ja meditsiinikunsti jumala Apolloni poeg Asclepius (Aesculapius) mitte ainult ei ravinud, vaid ka äratas surnuid ellu. Katkise maailmakorra taastamiseks lõi Zeus teda välguga;
• Päikesejumal Heliose poeg Phaeton asus kord juhtima oma isa päikesevankrit, kuid ei suutnud tuld hingavaid hobuseid ohjeldada ja hävitas Maa peaaegu kohutavas leegis. Vihane Zeus läbistas Phaetoni välguga.

Ajaloolised tegelased:

• Vene akadeemik G.V. Richman – suri 1753. aastal välgulöögist;
• Ukraina rahvasaadik, Rivne oblasti endine kuberner V. Tšervoni suri 4. juulil 2009 välgulöögis.

• Roy Sally Wang jäi ellu pärast seda, kui teda tabas välk seitse korda;
• Ameerika major Summerford suri pärast pikka haigust (kolmanda välgu tabamuse tagajärg). Neljas välk hävitas täielikult tema mälestussamba kalmistul;
• Andide indiaanlaste seas peetakse välgulööki vajalikuks, et saavutada šamaani initsiatsiooni kõrgeim tase.

Puud ja välk

Kõrged puud on sagedased välgu sihtmärgid. Pikaealistelt reliktpuudelt võite kergesti leida mitu välguarmi. Arvatakse, et välk tabab suurema tõenäosusega üksikut seisvat puud, kuigi mõnel metsaalal võib välguarme näha peaaegu igal puul. Kuivad puud süttivad välgu tabamisel. Kõige sagedamini on välgulöögid suunatud tammele, harvemini pöögile, mis ilmselt oleneb neis sisalduvatest rasvõlide erinevatest kogustest, mis esindavad suurt elektrikindlust.

Välk liigub läbi puutüve mööda väikseima elektritakistuse teed, vabastades suur kogus kuumus, muutes vee auruks, mis lõhestab puutüve või rebib sellelt sagedamini koorelõike, näidates välgu teed.

Järgnevatel aastaaegadel parandavad puud tavaliselt kahjustatud koe ja võivad sulgeda kogu haava, jättes alles vaid vertikaalse armi. Kui kahjustus on liiga tõsine, tapavad tuul ja kahjurid lõpuks puu. Puud on looduslikud piksejuhid ja kaitsevad lähedalasuvatesse hoonetesse äikeselöögi eest. Hoone lähedusse istutatud kõrged puud püüavad välku ja juurestiku suur biomass aitab pikselöögi maandada.

Muusikariistad on valmistatud välgust tabatud puudest, omistades neile ainulaadseid omadusi.

Välk 1882
(c) Fotograaf: William N. Jennings, c. 1882

Välgu elektriline olemus ilmnes Ameerika füüsiku B. Franklini uurimistöös, kelle ideel viidi läbi katse äikesepilvest elektri saamiseks. Franklini kogemus välgu elektrilise olemuse selgitamisel on laialt tuntud. 1750. aastal avaldas ta töö, mis kirjeldas katset, kus kasutati äikesetormi lastud tuulelohe. Franklini kogemust kirjeldas Joseph Priestley töö.

Välgu füüsikalised omadused

Välkude keskmine pikkus on 2,5 km, osa heidetest ulatub atmosfääris kuni 20 km kaugusele.

Välgu moodustumine

Kõige sagedamini esineb välku rünkpilvedes, siis nimetatakse neid äikesetormiks; Välk tekib mõnikord nimbostratuse pilvedes, samuti vulkaanipursete, tornaadode ja tolmutormide ajal.

Tavaliselt täheldatakse lineaarset välku, mis kuulub nn elektroodideta lahenduste hulka, kuna need algavad (ja lõpevad) laetud osakeste kogunemisega. See määrab ära mõned nende seni seletamatud omadused, mis eristavad välku elektroodidevahelistest lahendustest. Seega ei teki välku lühemalt kui mitusada meetrit; need tekivad elektroodidevahelise lahenduse ajal väljadest palju nõrgemates elektriväljades; Välgu poolt kantavad laengud kogunevad tuhandetest sekunditest miljarditest väikestest osakestest, mis on üksteisest hästi isoleeritud ja asuvad mitme km³ suuruses mahus. Äikesepilvedes enim uuritud välgu arenemise protsess, samas kui välk võib tekkida pilvedes endis - pilvesisene välk või nad võivad maapinnale lüüa - maa välk. Välgu tekkeks on vajalik, et suhteliselt väikeses (kuid mitte vähem kui teatud kriitilises) pilve mahus tekiks elektriväli (vt atmosfääri elekter), mille tugevus on piisav elektrilahenduse algatamiseks (~ 1 MV/m). peab tekkima ning olulises osas pilvest oleks välja keskmise tugevusega, mis on piisav alanud heite säilitamiseks (~ 0,1-0,2 MV/m). Välgu ajal muudetakse pilve elektrienergia soojuseks, valguseks ja heliks.

Maa välk

Maavälgu arendusprotsess koosneb mitmest etapist. Esimeses etapis, tsoonis, kus elektriväli saavutab kriitilise väärtuse, algab löökionisatsioon, mille tekitavad algselt õhus alati väikestes kogustes olevad vabad laengud, mis elektrivälja mõjul omandavad märkimisväärse kiiruse suunas. maapinnale ja põrkudes õhku moodustavate molekulidega ioniseerida need.

Moodsamate kontseptsioonide kohaselt toimub atmosfääri ioniseerimine heite läbimiseks suure energiaga kosmilise kiirguse mõjul - osakeste energiaga 10 12 -10 15 eV, moodustades laia õhusaju (EAS) koos õhuvoolu vähenemisega. õhu läbilöögipinge suurusjärgu võrra võrreldes tavatingimustega.

Ühe hüpoteesi kohaselt käivitavad osakesed protsessi, mida nimetatakse jooksvaks lagunemiseks. Seega tekivad elektronlaviinid, mis muutuvad elektrilahenduste keermeteks - lipsud, mis on kõrge juhtivusega kanalid, mis ühinedes annavad ereda, kõrge juhtivusega termiliselt ioniseeritud kanali - astus välgujuht.

Toimub liidri liikumine maapinnale sammud mitukümmend meetrit kiirusega ~ 50 000 kilomeetrit sekundis, misjärel selle liikumine peatub mitmekümneks mikrosekundiks ja kuma nõrgeneb oluliselt; siis järgmisel etapil liigub liider jälle mitukümmend meetrit edasi. Särav sära katab kõik läbitud sammud; siis järgneb jälle seiskumine ja sära nõrgenemine. Neid protsesse korratakse, kui liider liigub maapinnale keskmise kiirusega 200 000 meetrit sekundis.

Kui liider liigub maa poole, suureneb väljatugevus selle otsas ja selle toimel paiskuvad esemed Maa pinnalt väljaulatuvatest objektidest välja. vastuse striimerühendamine juhiga. Seda välgu omadust kasutatakse piksejuhi loomiseks.

Viimases etapis järgneb juhi poolt ioniseeritud kanal tagasi(alt üles) või peamine, välklahendus, mida iseloomustavad voolud kümnetest kuni sadade tuhandete ampriteni, heledus, ületades märgatavalt liidri heledust, ja suur edasiliikumiskiirus, ulatudes alguses kuni ~ 100 000 kilomeetrini sekundis ja lõpuks vähenedes ~ 10 000 kilomeetrini sekundis. Kanali temperatuur põhiväljalaske ajal võib ületada 2000-3000 °C. Välgukanali pikkus võib olla 1–10 km, läbimõõt võib olla mitu sentimeetrit. Pärast vooluimpulsi läbimist nõrgeneb kanali ionisatsioon ja selle sära. Lõppfaasis võib välguvool kesta sajandikuid ja isegi kümnendikke sekundit, ulatudes sadade ja tuhandete ampriteni. Sellist välku nimetatakse pikaajaliseks välguks ja see põhjustab enamasti tulekahjusid. Kuid maapind ei ole laetud, seega on üldiselt aktsepteeritud, et välklahendus toimub pilvest maapinna suunas (ülevalt alla).

Peaheide heidab sageli välja ainult osa pilvest. Suurtel kõrgustel asuvad laengud võivad põhjustada uue (pühkinud) liidri, mis liigub pidevalt kiirusega tuhandeid kilomeetreid sekundis. Selle sära heledus on lähedane astmelise liidri heledusele. Kui pühitud juht jõuab maapinnale, järgneb teine ​​põhilöök, mis on sarnane esimesega. Tavaliselt hõlmab välk mitut korduvat heidet, kuid nende arv võib ulatuda mitmekümneni. Mitme välgu kestus võib ületada 1 sekundi. Mitme välgu kanali nihkumine tuule poolt tekitab nn lintvälgu - helendav riba.

Intracloud välk

Pilvesisene välk Prantsusmaal Toulouse'i kohal. 2006

Intracloud välk sisaldab tavaliselt ainult juhtetappe; nende pikkus jääb vahemikku 1–150 km. Pilvesiseste välkude osakaal suureneb, kui see liigub ekvaatori poole, muutudes 0,5-lt parasvöötme laiuskraadidel 0,9-le ekvatoriaalvööndis. Välgu läbimisega kaasnevad muutused elektri- ja magnetväljades ning raadioemissioonides ehk nn atmosfääris.

Lend Kolkatast Mumbaisse.

Maapealse objekti välgutabamuse tõenäosus suureneb selle kõrguse kasvades ja pinnase elektrijuhtivuse suurenemisega pinnal või mingil sügavusel (piksevarda tegevus põhineb neil teguritel). Kui pilves on elektriväli, mis on piisav tühjenemise säilitamiseks, kuid mitte piisav selle tekkimiseks, võib pikse initsiaatorina toimida pikk metallkaabel või lennuk – eriti kui see on tugevalt elektriliselt laetud. Nii “provotseeritakse” vahel välku nimbostratus ja võimsates rünkpilvedes.

Välk atmosfääri ülakihtides

1989. aastal avastati eriline välguliik – päkapikud, välk atmosfääri ülakihtides. 1995. aastal avastati teist tüüpi välk atmosfääri ülakihtides – joad.

Päkapikud

Reaktiivlennukid

Reaktiivlennukid on koonustorud sinine. Jugade kõrgus võib ulatuda 40-70 km-ni (ionosfääri alumine piir), joad elavad suhteliselt kauem kui päkapikud.

Sprites

Sprites raske eristada, kuid need ilmuvad peaaegu igas äikesetormis 55–130 kilomeetri kõrgusel (tavalise välgu tekkekõrgus ei ületa 16 kilomeetrit). See on omamoodi välk, mis lööb pilvest ülespoole. See nähtus registreeriti esmakordselt 1989. aastal juhuslikult. Praegu on spraitide füüsilisest olemusest väga vähe teada.

Välgu koostoime maapinna ja sellel asuvate objektidega

Ülemaailmne välgulöökide sagedus (skaala näitab löökide arvu aastas ruutkilomeetri kohta)

Esialgsete hinnangute kohaselt on välgulöökide sagedus Maa peal 100 korda sekundis. Praegused andmed satelliitidelt, mis suudavad tuvastada välku piirkondades, kus maapealset vaatlust pole, seavad sageduseks keskmiselt 44 ± 5 ​​korda sekundis, mis võrdub ligikaudu 1,4 miljardi pikselöögiga aastas. 75% sellest välgust lööb pilvede vahele või sees ja 25% maapinda.

Kõige võimsamad välgulöögid põhjustavad fulguriitide sündi.

Välgust saadud lööklaine

Välklahendus on elektriplahvatus ja sarnaneb mõnes aspektis detonatsiooniga. See põhjustab lööklaine, mis on vahetus läheduses ohtlik. Piisavalt võimsast pikselahendusest kuni mitme meetri kaugusel tekkiv lööklaine võib ka ilma otsese elektrilöögita põhjustada purustusi, murda puid, vigastada ja põrutada inimesi. Näiteks voolu tõusukiirusega 30 tuhat amprit 0,1 millisekundi kohta ja kanali läbimõõduga 10 cm võib täheldada järgmisi lööklaine rõhku:

• 5 cm kaugusel keskpunktist (helendava välgukanali piir) - 0,93 MPa,
• kaugusel 0,5 m - 0,025 MPa (haprade ehituskonstruktsioonide hävitamine ja inimvigastused),
• 5 m kaugusel - 0,002 MPa (klaasi purustamine ja inimese ajutine uimastamine).

Suurematel vahemaadel lööklaine degenereerub helilaine- äike.

Inimesed ja välk

Välk on tõsine oht inimese elule. Inimese või looma lüüasaamine välguga toimub sageli avatud ruumides, kuna elektrivool liigub mööda lühimat teed "äikesepilv-maa". Sageli lööb välk raudteel asuvatesse puudesse ja trafopaigaldistesse, põhjustades nende süttimise. Tavalisest joonvälgust hoone sees on võimatu lüüa, kuid on arvamus, et nn keravälk võib tungida läbi pragude ja avatud akende. Tavaline välk on ohtlik kõrghoonete katustel paiknevatele tele- ja raadioantennidele, aga ka võrguseadmetele.

Ohvrite kehas täheldatakse samu patoloogilisi muutusi nagu elektrilöögi korral. Kannatanu kaotab teadvuse, kukub, võivad tekkida krambid, sageli lakkab hingamine ja südametegevus. Tavapäraselt leitakse kehalt “voolujälgi”, kus elekter siseneb ja väljub. Surma korral on põhiliste elutähtsate funktsioonide seiskumise põhjuseks hingamise ja südamelöögi äkiline seiskumine välgu otsesest mõjust pikliku medulla hingamis- ja vasomotoorsetele keskustele. Sageli jäävad nahale nn välgujäljed, puutaolised heleroosad või punased triibud, mis kaovad sõrmedega vajutamisel (püsivad 1-2 päeva pärast surma). Need on tingitud kapillaaride laienemisest kehaga välkkontakti piirkonnas.

Välk liigub läbi puutüve mööda väikseima elektritakistusega teed, eraldades suurel hulgal soojust, muutes vee auruks, mis lõhestab puutüve või, sagedamini rebib selle küljest lahti koorelõike, näidates välgu teed. Järgnevatel aastaaegadel parandavad puud tavaliselt kahjustatud koe ja võivad sulgeda kogu haava, jättes alles vaid vertikaalse armi. Kui kahjustus on liiga tõsine, tapavad tuul ja kahjurid lõpuks puu. Puud on looduslikud piksevardad ja kaitsevad läheduses asuvatesse hoonetesse sattunud pikselöögi eest. Hoone lähedusse istutades püüavad kõrged puud välku ja juurestiku suur biomass aitab pikselöögi maandada.

Sel põhjusel ei tohiks äikese ajal puude alla vihma eest peitu pugeda, eriti lagedatel aladel kõrgete või üksikute puude alla.

Muusikariistad on valmistatud välgust tabatud puudest, omistades neile ainulaadseid omadusi.

Pikse- ja elektripaigaldised

Pikselöögid kujutavad endast suurt ohtu elektri- ja elektroonikaseadmetele. Kui välk tabab otse liini juhtmeid, tekib ülepinge, mis põhjustab elektriseadmete isolatsiooni purunemise ja suured voolud põhjustavad juhtmete termilisi kahjustusi. Pikselöögi eest kaitsmiseks on elektrialajaamad ja jaotusvõrgud varustatud erinevat tüüpi kaitsevahendid, nagu piirikud, mittelineaarsed liigpingepiirikud, pika sädemepiirikud. Otsese pikselöögi eest kaitsmiseks kasutatakse piksevardaid ja piksekaitsekaableid. Elektroonikaseadmetele on ohtlikud ka välgu tekitatud elektromagnetilised impulsid.

Välk ja lennundus

Atmosfäärielekter üldiselt ja eriti välk kujutavad lennundusele märkimisväärset ohtu. Välgulöögist lennukisse levib läbi selle konstruktsioonielementide suur vool, mis võib põhjustada nende hävimise, kütusepaakide tulekahju, seadmete rikkeid ja inimkaotusi. Riski vähendamiseks ühendatakse õhusõiduki väliskesta metallelemendid üksteisega hoolikalt elektriliselt ning mittemetallilised elemendid on metalliseeritud. See tagab korpuse madala elektritakistuse. Välguvoolu ja muu atmosfäärielektri kehast väljajuhtimiseks on lennukid varustatud piirikutega.

Tänu sellele, et õhusõiduki elektriline võimsus õhus on väike, on „pilv-õhusõiduk“ tühjenemisel oluliselt vähem energiat kui „pilv-maa“ tühjenemisel. Välk on kõige ohtlikum madalal lendavale lennukile või helikopterile, kuna sel juhul võib lennuk mängida välguvoolu juhi rolli pilvest maapinnale. On teada, et suurel kõrgusel olevaid lennukeid tabab välk suhteliselt sageli, kuid õnnetusjuhtumid on sel põhjusel haruldased. Samas on teada palju juhtumeid, kus õhusõidukile on õhkutõusmisel ja maandumisel ning ka pargitud välk tabanud, mis lõppes katastroofidega või lennuki hävimisega.

Välk- ja pinnalaevad

Välk kujutab endast väga suurt ohtu ka pinnalaevadele, kuna viimased on merepinnast kõrgemal ja neil on palju teravaid elemente (maste, antenne), mis on elektrivälja tugevuse koondajad. Suure kere eritakistusega puidust purjelaevade päevil lõppes pikselöögid laeva jaoks peaaegu alati traagiliselt: laev põles maha või hävis ning inimesed surid elektrilöögi tagajärjel. Ka needitud teraslaevad olid välgu suhtes haavatavad. Neediõmbluste kõrge takistus põhjustas märkimisväärse lokaalse soojuse tekke, mis tõi kaasa elektrikaare, tulekahjude, neetide hävimise ja vee lekke ilmnemise kehas.

Tänapäevaste laevade keevitatud kere on väikese takistusega ja tagab välguvoolu ohutu leviku. Tänapäevaste laevade pealisehitise väljaulatuvad elemendid on usaldusväärselt elektriliselt ühendatud kerega ning tagavad ka välguvoolu ohutu leviku.

Inimtegevus, mis põhjustab välku

Maapealse tuumaplahvatuse ajal, sekundi murdosa enne tulise poolkera piiri saabumist, tsentrist mitmesaja meetri kaugusel (~400-700 m, võrreldes 10,4 Mt plahvatusega) tekitas gammakiirgus, mis selleni jõudes tekitab elektromagnetimpulsi intensiivsusega ~100-1000 kV/m, põhjustades enne tulise poolkera piiri jõudmist maapinnast ülespoole löövaid pikselahendusi.

Vaata ka

	välk Vikisõnaraamatus
	Kategooria: Välk Wikimedia Commonsis

Märkmed

1. Ermakov V.I., Stožkov Yu.I.Äikesepilvede füüsika // Füüsikaline Instituut. P.N. Lebedeva, RAS, M. 2004: 37
2. Välgu tekitamises süüdistati kosmilisi kiiri Lenta.Ru, 09.02.2009
3. Punased päkapikud ja sinised joad
4. ELVES, praimer: ionosfääri kuumenemine välgu elektromagnetiliste impulsside poolt
5. Siniste düüside fraktaalmudelid, sinised starterid näitavad sarnasust, erinevusi punaste spraitide vahel
6. V.P. Pasko, M.A. Stanley, J.D. Matthews, USA Inan ja T.G. Wood (14. märts 2002) "Elektrilahendus äikesepilve tipust alumisse ionosfääri" Loodus, vol. 416, lk 152-154.
7. UFOde ilmumist seletati spraitidega. lenta.ru (02.24.2009). Arhiveeritud originaalist 23. augustil 2011. Vaadatud 16. jaanuaril 2010.
8. John E. Oliver Maailma klimatoloogia entsüklopeedia. - National Oceanic and Atmospheric Administration, 2005. - ISBN 978-1-4020-3264-6
9. . Riiklik ookeani- ja atmosfääriamet. Arhiveeritud
10. . NASA teadus. Teadusuudised. (5. detsember 2001). Arhiveeritud originaalist 23. augustil 2011. Vaadatud 15. aprillil 2011.
11. K. BOGDANOV "VÄLK: ROHKEM KÜSIMUSI KUI VASTUSI." “Teadus ja elu” nr 2, 2007
12. Zhivlyuk Yu.N., Mandelstam S.L. Välgu temperatuurist ja äikese jõust // JETP. 1961. T. 40, väljaanne. 2. lk 483-487.
13. N. A. Kun “Legendid ja müüdid” Vana-Kreeka» OÜ "Kirjastus AST" 2005-538, lk. ISBN 5-17-005305-3 Lk 35-36.