Cum apar tunetele și fulgerele la copii. Ce este fulgerul și de ce apare? Minge de foc uimitoare

În fiecare secundă, aproximativ 700 fulger, și în fiecare an aproximativ 3000 oameni mor din cauza fulgerelor. Natura fizică a fulgerului nu a fost pe deplin explicată și majoritatea oamenilor au doar o idee aproximativă despre ceea ce este. Unele descărcări se ciocnesc în nori sau ceva de genul ăsta. Astăzi am apelat la scriitorii noștri de fizică pentru a afla mai multe despre natura fulgerului. Cum apar fulgerele, unde lovește fulgerul și de ce tunete. După ce ați citit articolul, veți ști răspunsul la aceste întrebări și la multe alte întrebări.

Ce este fulgerul

Fulger– scânteie de descărcare electrică în atmosferă.

Descărcare electrică este procesul de curgere a curentului într-un mediu asociat cu o creștere semnificativă a conductibilității sale electrice față de starea normală. Sunt diferite tipuri descărcări electrice în gaz: scânteie, arc, mocnit.

O descărcare de scânteie are loc la presiunea atmosferică și este însoțită de o fisură de scânteie caracteristică. O descărcare de scânteie este un set de canale de scânteie filamentare care dispar și se înlocuiesc reciproc. Se mai numesc și canalele Spark streamers. Canalele de scânteie sunt umplute cu gaz ionizat, adică plasmă. Fulgerul este o scânteie uriașă, iar tunetul este un trosnet foarte puternic. Dar nu este atât de simplu.

Natura fizică a fulgerului

Cum se explică originea fulgerului? Sistem nor-sol sau nor-nor Este un fel de condensator. Aerul joacă rolul unui dielectric între nori. Partea de jos a norului are o sarcină negativă. Când există o diferență de potențial suficientă între nor și sol, apar condiții în care fulgerele apar în natură.

Lider de pas

Înainte de fulgerul principal, un mic punct poate fi observat deplasându-se de la nor la pământ. Acesta este așa-numitul lider în trepte. Electronii, sub influența unei diferențe de potențial, încep să se deplaseze spre sol. Pe măsură ce se mișcă, se ciocnesc cu moleculele de aer, ionizându-le. Un fel de canal ionizat este așezat de la nor până la pământ. Datorită ionizării aerului de către electroni liberi, conductivitatea electrică în zona de traiectorie a liderului crește semnificativ. Liderul, parcă, deschide calea pentru descărcarea principală, trecând de la un electrod (nor) la altul (sol). Ionizarea are loc neuniform, astfel încât liderul se poate ramifica.

Retur

În momentul în care liderul se apropie de pământ, tensiunea de la capătul lui crește. Un streamer de răspuns (canal) este aruncat din pământ sau din obiecte care ies deasupra suprafeței (copaci, acoperișuri ale clădirilor) către lider. Această proprietate a trăsnetului este folosită pentru a proteja împotriva acestuia prin instalarea unui paratrăsnet. De ce fulgerul lovește o persoană sau un copac? De fapt, nu-i pasă unde să lovească. La urma urmei, fulgerul caută calea cea mai scurtă între pământ și cer. De aceea este periculos să fii pe câmpie sau la suprafața apei în timpul unei furtuni.

Când liderul ajunge la sol, curentul începe să curgă prin canalul așezat. În acest moment se observă fulgerul principal, însoțit de o creștere bruscă a puterii curentului și a eliberării de energie. Întrebarea relevantă aici este, de unde vine fulgerul? Este interesant că liderul se răspândește de la nor la pământ, dar fulgerul luminos opus, pe care suntem obișnuiți să-l vedem, se răspândește de la pământ la nor. Este mai corect să spunem că fulgerul nu vine din cer pe pământ, ci are loc între ele.

De ce tună fulgerul?

Tunetele rezultă dintr-o undă de șoc generată de expansiunea rapidă a canalelor ionizate. De ce vedem mai întâi fulgere și apoi auzim tunete? Este vorba despre diferența dintre vitezele sunetului (340,29 m/s) și ale luminii (299.792.458 m/s). Numărând secundele dintre tunet și fulger și înmulțindu-le cu viteza sunetului, poți afla la ce distanță de tine a lovit fulgerul.

Ai nevoie de o lucrare despre fizica atmosferei? Pentru cititorii noștri există acum o reducere de 10% la orice tip de lucrare

Tipuri de fulgere și fapte despre fulgere

Fulgerul dintre cer și pământ nu este cel mai frecvent fulger. Cel mai adesea, fulgerele apar între nori și nu reprezintă o amenințare. Pe lângă fulgerele de la sol și din interiorul norului, există fulgere care se formează în straturile superioare ale atmosferei. Ce tipuri de fulgere există în natură?

• fulgere intracloud;
• fulger cu minge;
• „Elfi”;
• Jeturi;
• Sprites.

Ultimele trei tipuri de fulgere nu pot fi observate fără instrumente speciale, deoarece se formează la o altitudine de 40 de kilometri și mai sus.

Iată câteva fapte despre fulger:

• Lungimea celui mai lung fulger înregistrat de pe Pământ a fost 321 km. Acest fulger a fost văzut în Oklahoma 2007.
• Cel mai lung fulger a durat 7,74 secunde și a fost înregistrată în Alpi.
• Fulgerul se formează nu numai pe Pământ. Știm sigur despre fulgerul aprins Venus, Jupiter, SaturnŞi Uranus. Fulgerele lui Saturn sunt de milioane de ori mai puternice decât cele ale Pământului.
• Puterea curentului în fulger poate ajunge la sute de mii de amperi, iar tensiunea poate ajunge la miliarde de volți.
• Temperatura canalului fulgerului poate atinge 30000 grade Celsius sunt în 6 ori mai mare decât temperatura suprafeței Soarelui.

fulger cu minge

fulger cu minge - specii separate fulgerul, a cărui natură rămâne un mister. Un astfel de fulger este un obiect luminos sub forma unei mingi care se mișcă în aer. Potrivit unor dovezi limitate, fulgerele cu bile se pot deplasa pe o traiectorie imprevizibilă, se pot împărți în șuruburi mai mici, pot exploda sau pur și simplu să dispară pe neașteptate. Există multe ipoteze despre originea fulgerului cu minge, dar niciuna nu poate fi considerată de încredere. Fapt - nimeni nu știe cum apar fulgerul cu minge. Unele ipoteze reduc observarea acestui fenomen la halucinații. Fulgerul cu minge nu a fost niciodată observat în condiții de laborator. Toți oamenii de știință se pot mulțumi cu relatările martorilor oculari.

În cele din urmă, vă invităm să vizionați videoclipul și să vă reamintim: dacă un curs sau un test îți cade în cap ca fulgerul într-o zi însorită, nu este nevoie să disperi. Specialiștii în serviciul studenților îi ajută pe studenți din anul 2000. Căutați oricând ajutor calificat. 24 ore pe zi, 7 zile pe săptămână suntem gata să vă ajutăm.

Toată lumea știe ce este o furtună - fulgerul și vuietul tunetului. Mulți oameni (în special copiii) chiar se tem de ea. Dar de unde vin tunetele și fulgerele? Și în general, ce fel de fenomen este acesta?

O furtună este într-adevăr un fenomen natural destul de neplăcut și chiar ciudat, când norii întunecați și grei acoperă soarele, fulgerele, tunetele bubuie și ploaia se revarsă din cer în torenți...

Iar sunetul care apare nu este altceva decât un val cauzat de vibrațiile puternice ale aerului. În cele mai multe cazuri, volumul crește spre sfârșitul ruloului. Acest lucru se întâmplă din cauza reflectării sunetului din nori. Acesta este un tunet.

Fulgerul este o descărcare electrică foarte puternică de energie. Apare ca urmare a electrificării puternice a norilor sau a suprafeței pământului. Descărcările electrice apar fie în nori înșiși, fie între doi nori adiacenți, fie între un nor și sol. Procesul de apariție a fulgerului este împărțit în prima lovitură și toate loviturile ulterioare. Motivul este că primul fulger creează o cale pentru descărcarea electrică. O descărcare electrică negativă se acumulează în partea de jos a norului. Și suprafața pământului are o sarcină pozitivă. Prin urmare, electronii (particulele încărcate negativ, una dintre unitățile de bază ale materiei) situate într-un nor sunt atrași de pământ ca un magnet și se repetă în jos. De îndată ce primii electroni ajung la suprafața pământului, se creează un canal (un fel de trecere) liber pentru trecerea descărcărilor electrice, prin care electronii rămași se repezi în jos. Electronii din apropierea solului sunt primii care părăsesc canalul. Alții se grăbesc să le ia locul. Ca rezultat, se creează o condiție în care toată descărcarea de energie negativă iese din nor, creând un flux puternic de electricitate direcționat în pământ.

Într-un astfel de moment are loc un fulger, care este însoțit de bubuituri de tunet. Norii electrificați creează fulgere. Dar nu fiecare nor conține suficientă putere pentru a pătrunde în stratul atmosferic. Anumite circumstanțe sunt necesare pentru manifestarea forței și a elementelor.

Un nor a cărui înălțime atinge câteva mii de metri poate fi considerat o furtună. Partea de jos a norului este situată aproape de suprafața pământului, regimul de temperatură acolo este mai mare decât în ​​partea superioară a norului, unde picăturile de apă pot îngheța. Masele de aer sunt în continuă mișcare Aerul cald urcă, iar aerul rece coboară. Când particulele se mișcă, ele devin electrificate, adică sunt saturate cu electricitate. Diferite părți ale norului acumulează cantități diferite de energie. Când este prea mult, apare o fulgerare, însoțită de bubuituri de tunet. Aceasta este o furtună Ce tipuri de fulgere există? Cineva ar putea crede că fulgerul este la fel, că o furtună este o furtună. Cu toate acestea, există mai multe tipuri de fulgere care sunt foarte diferite unele de altele. Fulgerul liniar este cel mai comun tip. Arată ca un copac crescut cu capul în jos. Câțiva „lăstari” mai subțiri și mai scurti se extind din canalul principal (trunchi).

Lungimea unui astfel de fulger poate ajunge până la 20 de kilometri, iar puterea curentului poate fi de 20.000 de amperi. Viteza sa este de 150 de kilometri pe secundă. Temperatura plasmei care umple canalul fulgerului ajunge la 10.000 de grade. Fulgerul intracloud - apariția acestui tip este însoțită de modificări ale câmpurilor electrice și magnetice, iar emisia de unde radio este cel mai probabil să se găsească mai aproape de ecuator. În climatele temperate apare extrem de rar. Dacă există fulgere într-un nor, atunci un obiect străin care încalcă integritatea carcasei, de exemplu, o aeronavă electrificată, îl poate forța să iasă. Lungimea sa poate varia de la 1 la 150 de kilometri. Fulgerul la sol - Acesta este cel mai durabil tip de fulger, astfel încât consecințele sale pot fi devastatoare.

Întrucât sunt obstacole în drum, pentru a le ocoli, fulgerul este nevoit să-și schimbe direcția. Prin urmare, ajunge la pământ sub forma unei mici scări. Viteza sa este de aproximativ 50 de mii de kilometri pe secundă. După ce fulgerul și-a încheiat calea, se oprește din mișcare timp de câteva zeci de microsecunde, iar lumina îi slăbește. Apoi începe următoarea etapă: repetarea traseului parcurs.

Cea mai recentă descărcare este mai strălucitoare decât toate precedentele, iar curentul din ea poate ajunge la sute de mii de amperi. Temperatura din interiorul fulgerului fluctuează în jurul a 25.000 de grade. Sprite fulger. Acest soi a fost descoperit de oamenii de știință relativ recent - în 1989. Acest fulger este foarte rar și a fost descoperit complet accidental. Mai mult, durează doar câteva zecimi de secundă. Ceea ce distinge Sprite de alte descărcări electrice este înălțimea la care apare - aproximativ 50-130 de kilometri, în timp ce alte tipuri nu depășesc marcajul de 15 kilometri. În plus, fulgerul sprite se distinge prin diametrul său imens, care poate ajunge la 100 km . Un astfel de fulger arată ca o coloană verticală de lumină și fulgerează nu individual, ci în grupuri. Culoarea sa poate fi diferită și depinde de compoziția aerului: mai aproape de sol, unde există mai mult oxigen, este verde, galben sau alb și sub influența azotului, la o altitudine de peste 70 km capătă o nuanță roșu aprins.

Fulger de perla. Acest fulger, ca și precedentul, este un fenomen natural rar. Cel mai adesea, apare după cel liniar și își repetă complet traiectoria. Este format din bile situate la distanță unele de altele și care seamănă cu margele. fulger cu minge. Aceasta este o varietate specială. Fenomen natural când fulgerul are forma unei mingi, strălucește și plutește pe cer. În acest caz, traiectoria sa de zbor devine imprevizibilă, ceea ce o face și mai periculoasă pentru oameni.

În cele mai multe cazuri, fulgerul cu minge apare în combinație cu alte tipuri. Cu toate acestea, există cazuri când a apărut chiar și pe vreme însorită. Dimensiunea mingii poate fi de la zece la douăzeci de centimetri.

Culoarea sa poate fi albastru, portocaliu sau alb. Iar temperatura este atât de mare încât, dacă mingea se rupe în mod neașteptat, lichidul din jurul ei se evaporă, iar obiectele din metal sau sticlă se topesc. O minge de un astfel de fulger poate exista destul de mult timp. Când se mișcă, își poate schimba direcția în mod neașteptat, poate pluti în aer timp de câteva secunde sau se poate abate brusc într-o parte. Apare într-un singur exemplar, dar întotdeauna pe neașteptate. Mingea poate coborî din nori sau poate apărea brusc în aer din spatele unui stâlp sau a unui copac. Și dacă fulgerul obișnuit poate lovi doar ceva - o casă, un copac etc., atunci fulgerul cu bile este capabil să pătrundă într-un spațiu închis (de exemplu, o cameră) printr-o priză sau să fie pornit. aparate electrocasnice- TV etc.

Care fulger este considerat cel mai periculos?

De obicei, prima lovitură de tunete și fulgere este urmată de o a doua. Acest lucru se datorează faptului că electronii din primul fulger creează oportunitatea pentru o a doua trecere a electronilor. Prin urmare, focarele ulterioare apar unul după altul, aproape fără intervale de timp, lovind în același loc.

Fulgerul care iese dintr-un nor cu descărcarea sa electrică poate provoca vătămări grave unei persoane și chiar poate ucide. Și chiar dacă lovitura ei nu lovește o persoană direct, ci cade în apropiere, consecințele asupra sănătății pot fi foarte rele. Pentru a te proteja, trebuie să urmezi câteva reguli: Deci, în timpul unei furtuni, nu trebuie să înoți niciodată în râu sau în mare! Trebuie să fii mereu pe uscat.

În acest caz, este necesar să fie cât mai aproape de suprafața pământului. Adică nu este nevoie să te cățări într-un copac, cu atât mai puțin să stai sub el, mai ales dacă există unul în mijlocul unui loc deschis. În plus, nu ar trebui să utilizați niciun dispozitiv mobil (telefoane, tablete etc.) deoarece acestea pot atrage fulgere.

Printre numeroasele fenomene atmosferice, fulgerul ocupă, fără îndoială, un loc aparte. Este extrem de frumoasă și spectaculoasă, iar puterea incredibilă a loviturilor ei îi îngrozește și astăzi pe mulți oameni.


Și asta în ciuda faptului că toți au studiat la școală și au o idee despre ce este electricitatea.

Idei străvechi despre fulgere

În cele mai vechi timpuri, fulgerul a evocat sentimente la fel de puternice în oameni. Era admirată și temută, considerând-o o armă a zeilor. Nu degeaba cele mai formidabile și războinice zeități ale aproape tuturor națiunilor erau înarmate cu fulgere: Zeus printre grecii antici, Jupiter printre romani, Perun printre slavi.

În vechiul panteon indian al zeilor, Shiva Distrugătorul și Indra Războinicul erau înarmați cu fulgere, care aveau chiar și o armă specială pentru aruncarea fulgerului - un vajra.

În același timp, fulgerul a fost adesea considerat un simbol al trezirii vitalității și energiei. Astfel, conform credințelor vechilor chinezi, vremea era controlată de un consiliu ceresc special format din patru zei.

Fulgerul era în sarcina zeiței Dian-mu, care a apropiat și despărțit oglinzile cerești, începând cu un fulger mișcarea constantă a vieții pe câmp și în inimile oamenilor. În creștinism, fulgerul simbolizează revelația divină și judecata divină.

Cum se formează fulgerul?

Astăzi toată lumea știe că fulgerul este o descărcare electrică puternică care are loc între nori. Dar nu toată lumea știe exact cum se formează.


Un nor de tunete este un nor de vapori de apă, uneori măsoară zeci de kilometri. Partea sa superioară poate fi situată la o altitudine de 6-7 km, în timp ce partea inferioară se află la doar jumătate de kilometru de sol.

La o altitudine de 4 km, domnesc mereu temperaturile negative, așa că picăturile de abur de acolo se transformă în bucăți de gheață. Mișcându-se haotic, se freacă în mod constant unul de celălalt, datorită căruia majoritatea dobândesc o sarcină electrică: cele mici sunt pozitive, cele mari sunt negative.

Sub influența gravitației, bucăți mari de gheață cad în straturile inferioare ale norului, acumulându-se acolo, în timp ce bucăți mici rămân în partea de sus. Treptat, valoarea totală a sarcinilor devine suficient de mare pentru ca câmpul care ia naștere între ele să capete o intensitate gigantică.

Când părți ale norului încărcate diferit se apropie, ionii și electronii individuali, rupți din locurile lor prin atracție reciprocă, se repezi unul spre celălalt, trăgându-și vecinii împreună cu ei. Apare un canal de descărcare a plasmei, răspândindu-se prin secțiuni de nor cu o viteză de sutimi de secundă.


Uneori, marginea inferioară a unui nor atârnă suficient de jos deasupra solului pentru a avea loc o defecțiune electrică între nor și suprafața pământului. Deosebit de „norocoși” în acest sens sunt dealurile izolate sau copacii, stâlpii și turnurile liniilor electrice, care devin catalizatori pentru descărcare. Acesta este motivul pentru care este periculos să stai sub un copac singur pe un deal sau un stâlp electric în timpul unei furtuni.

Temperatura din interiorul canalului fulgerului ajunge la zece mii de grade, iar tensiunea electrică ajunge la câteva sute de milioane de volți. În același timp, capacitatea „condensatorului” norului este foarte mică - doar aproximativ 0,15 microfaradi. Plasma fierbinte arde aerul din jurul canalului, care apoi se prăbușește, provocând o undă de șoc pe care o percepem ca un tunet.

Zarnitsa

Fulgerele nu apar numai în norii obișnuiți formați din vapori de apă. Pentru formarea lor, este necesar să existe o suspensie fin dispersată a oricărei substanțe în aer, ale cărei particule se vor freca unele de altele și vor dobândi o sarcină electrică.

Deci, într-o vară uscată, puteți vedea uneori o „furtună uscată” - fulgere format în nori uriași de praf ridicat de vânt. Aceste fulgere se numesc fulgere.

fulger cu minge

Uneori, în timpul unei furtuni, se formează fulgere cu minge - un mic cheag sferic de energie. Acesta este unul dintre fenomenele atmosferice cel mai puțin studiate, care, spre deosebire de fulgerul obișnuit, nu a fost încă replicat în condiții de laborator.


Fulgerul în formă de minge poate provoca rău persoanei pe care o atinge, dar sunt multe cazuri când contactul cu acesta nu a adus senzații neplăcute.

Natura electrică a fulgerului a fost dezvăluită în cercetările fizicianului american B. Franklin, la inițiativa căruia s-a efectuat un experiment pentru extragerea electricității dintr-un nor de tunete. Experiența lui Franklin în elucidarea naturii electrice a fulgerului este cunoscută pe scară largă. În 1750, a publicat o lucrare în care a descris un experiment folosind zmeu lansat într-o furtună. Experiența lui Franklin a fost descrisă în lucrarea lui Joseph Priestley.

Lungimea medie a fulgerelor este de 2,5 km, unele descărcări se extind până la 20 km în atmosferă.

Cum se formează fulgerul? Cel mai adesea, fulgerele apar în norii cumulonimbus, care sunt apoi numiți furtuni. Fulgerele se formează uneori în norii nimbostratus, precum și în timpul erupțiilor vulcanice, tornadelor și furtunilor de praf.

Schema apariției fulgerelor: a - formațiune; b - categorie.

Pentru ca fulgerele să apară, este necesar ca într-un volum relativ mic (dar nu mai puțin de un anumit volum critic) al norului să se formeze un câmp electric cu o putere suficientă pentru a iniția o descărcare electrică (~ 1 MV/m) și într-o parte semnificativă a norului există un câmp cu o putere medie suficientă pentru a menține descărcarea începută (~ 0,1-0,2 MV/m). În fulger energie electrica norii se transformă în căldură și lumină.

Se observă de obicei fulgerele liniare, care aparțin așa-numitelor descărcări fără electrozi, deoarece încep (și se termină) în acumulări de particule încărcate. Acest lucru determină unele dintre proprietățile lor încă inexplicabile care disting fulgerul de descărcările dintre electrozi.

Astfel, fulgerele nu au loc mai puțin de câteva sute de metri; ele apar în câmpuri electrice mult mai slabe decât câmpurile în timpul descărcărilor interelectrozi; Colectarea sarcinilor purtate de fulger are loc în miimi de secundă din miliarde de particule mici, bine izolate unele de altele, situate într-un volum de câțiva kilometri pătrați.

Cel mai studiat proces de dezvoltare a fulgerelor în nori cu tunet, în timp ce fulgerele pot trece în sine în nori (fulger intracloud) sau pot lovi pământul (fulger la sol).

Fulger la sol

Diagrama de dezvoltare a fulgerului la sol: a, b - două etape de conducere; 1 - nor; 2 - streamers; 3 - canalul de lider pas; 4 - coroana de canal; 5 - corona puls pe capul canalului; c - formarea canalului principal de fulger (K).

Procesul de dezvoltare a fulgerului la sol constă din mai multe etape. În prima etapă, în zona în care câmpul electric atinge o valoare critică, începe ionizarea de impact, creată inițial de electroni liberi, prezenți întotdeauna în cantități mici în aer, care, sub influența câmp electric dobândesc viteze semnificative spre sol și, ciocnind cu moleculele care alcătuiesc aerul, le ionizează.

Conform unor concepte mai moderne, descărcarea este inițiată de energie înaltă razele cosmice, care declanșează un proces numit defalcare prin fugă. Astfel, apar avalanșe de electroni, transformându-se în fire de descărcări electrice - streamers, care sunt canale bine conducătoare, care, fuzionarea, dau naștere unui canal luminos ionizat termic cu conductivitate ridicată - un lider de fulger în trepte.

Mișcarea liderului spre suprafața pământului are loc în pași de câteva zeci de metri cu o viteză de ~ 50.000 de kilometri pe secundă, după care mișcarea lui se oprește timp de câteva zeci de microsecunde, iar strălucirea se slăbește foarte mult; apoi, în etapa următoare, liderul înaintează din nou câteva zeci de metri.

O strălucire strălucitoare acoperă toți pașii parcurși, urmată de o oprire și slăbirea strălucirii din nou. Aceste procese se repetă atunci când liderul se deplasează la suprafața pământului din viteza medie 200.000 de metri pe secundă. Pe măsură ce liderul se mișcă spre sol, intensitatea câmpului la capătul său crește și, sub acțiunea sa, un streamer de răspuns este aruncat din obiectele care ies în afară pe suprafața Pământului, conectându-se la lider. Această caracteristică a fulgerului este folosită pentru a crea un paratrăsnet.

În etapa finală, urmează o descărcare inversă (de jos în sus), sau principală, de-a lungul canalului ionizat de lider, caracterizată prin curenți de la zeci la sute de mii de amperi, o luminozitate care depășește vizibil luminozitatea liderului, și o viteză mare de progres, ajungând inițial la ~ 100.000 de kilometri pe secundă, iar la final scăzând la ~ 10.000 de kilometri pe secundă.

Temperatura canalului în timpul descărcării principale poate depăși 25.000 °C. Lungimea canalului fulgerului poate fi de la 1 la 10 km, diametrul poate fi de câțiva centimetri. După trecerea pulsului de curent, ionizarea canalului și strălucirea acestuia slăbesc. În etapa finală, curentul de fulger poate dura sutimi și chiar zecimi de secundă, ajungând la sute și mii de amperi. Un astfel de fulger se numește fulger prelungit și cel mai adesea provoacă incendii.

Descărcarea principală descarcă adesea doar o parte din nor. Încărcările situate la altitudini mari pot da naștere unui nou lider (măturat) care se mișcă continuu la viteze de mii de kilometri pe secundă. Luminozitatea strălucirii sale este apropiată de luminozitatea liderului în trepte. Când liderul măturat ajunge la suprafața pământului, urmează o a doua lovitură principală, similară primei.

De obicei, fulgerele includ mai multe descărcări repetate, dar numărul lor poate ajunge la câteva zeci. Durata fulgerelor multiple poate depăși 1 secundă. Deplasarea canalului de fulgere multiple de către vânt creează așa-numitul fulger de panglică - o bandă luminoasă.

Fulger intracloud

Fulgerul intracloud include de obicei doar etapele de lider; lungimea lor variază de la 1 la 150 km. Proporția fulgerelor intranori crește pe măsură ce se deplasează spre ecuator, schimbându-se de la 0,5 în latitudinile temperate la 0,9 în zona ecuatorială. Trecerea fulgerelor este însoțită de modificări ale câmpurilor electrice și magnetice și ale emisiilor radio, așa-numitele atmosfere.

Probabilitatea ca un obiect de la sol să fie lovit de trăsnet crește pe măsură ce înălțimea acestuia crește și cu creșterea conductivității electrice a solului la suprafață sau la o anumită adâncime (acțiunea unui paratrăsnet se bazează pe acești factori). Dacă există un câmp electric în nor care este suficient pentru a menține o descărcare, dar nu suficient pentru a face ca aceasta să apară, un cablu metalic lung sau un avion poate acționa ca inițiator de fulger, mai ales dacă este foarte încărcat electric. În acest fel, fulgerele sunt uneori „provocate” în nimbostratus și nori cumulus puternici.

În fiecare secundă, aproximativ 50 de fulgere lovesc suprafața pământului și, în medie, fiecare kilometru pătrat este lovit de fulgere de șase ori pe an.

Oameni și fulgere

Fulgerul este o amenințare serioasă pentru viața umană. O persoană sau un animal lovit de fulger apare adesea în spații deschise, deoarece... Curentul electric urmează calea cea mai scurtă „nori-tunete”. Deseori fulgerele lovesc copacii și instalațiile de transformatoare pe feroviar, determinându-le să se aprindă.

Este imposibil să fii lovit de un fulger liniar obișnuit în interiorul unei clădiri, dar există o părere că așa-numitul fulger cu bile poate pătrunde prin fisuri și ferestre deschise. Fulgerele normale sunt periculoase pentru antenele de televiziune și radio situate pe acoperișurile clădirilor înalte, precum și pentru echipamentele de rețea.

În corpul victimelor fulgerelor, se observă aceleași modificări patologice ca și în cazul șocului electric. Victima își pierde cunoștința, cade, poate avea convulsii și adesea încetează să respire și să bată inima. De obicei, puteți găsi „urme de curent” pe corpul dumneavoastră – locurile în care intră și iese electricitatea.

Acestea sunt dungi roz deschis sau roșii asemănătoare copacului care dispar la apăsare cu degetele (persista 1-2 zile după moarte). Ele sunt rezultatul expansiunii capilarelor în zona de contact fulger cu corpul. În caz de deces, cauza încetării funcțiilor vitale de bază este oprirea bruscă a respirației și a bătăilor inimii din efectul direct al fulgerului asupra centrilor respiratori și vasomotori ai medulei oblongate.

Când este lovit de fulger, primul îngrijire medicală trebuie sa fie urgent. În cazurile severe (oprirea respirației și bătăilor inimii), resuscitarea trebuie asigurată de orice martor al nenorocirii fără a aștepta lucrătorii medicali. Resuscitarea este eficientă numai în primele minute după un fulger după 10-15 minute, de regulă, nu mai este eficientă. Spitalizarea de urgență este necesară în toate cazurile.

Victimele fulgerelor

În mitologie și literatură:

• Asclepios (Aesculapius), fiul lui Apollo, zeul doctorilor și al artei medicale, nu numai că a vindecat, dar a și înviat morții. Pentru a restabili ordinea mondială ruptă, Zeus l-a lovit cu fulgerul său;
• Phaeton, fiul zeului soarelui Helios, s-a angajat odată să conducă carul solar al tatălui său, dar nu a putut reține caii care suflă foc și aproape a distrus Pământul într-o flacără teribilă. Un Zeus furios l-a străpuns pe Phaeton cu un fulger.

Personaje istorice:

• Academicianul rus G.V Richman - a murit în urma unui fulger în 1753;
• Deputatul Poporului Ucrainei, fostul guvernator al regiunii Rivne V. Chervoniy a murit în urma unui fulger la 4 iulie 2009.

• Roy Sally Wang a supraviețuit după ce a fost lovit de fulger de șapte ori;
• Majorul american Summerford a murit după o lungă boală (rezultatul loviturii de al treilea fulger). Al patrulea fulger i-a distrus complet monumentul din cimitir;
• Printre indienii andini, o lovitură de fulger este considerată necesară pentru a atinge cele mai înalte niveluri de inițiere șamanică.

Copaci și fulgere

Copacii înalți sunt ținte frecvente pentru fulgere. Puteți găsi cu ușurință mai multe cicatrici de fulger pe copacii relicve cu viață lungă. Se crede că un singur copac în picioare este mai probabil să fie lovit de fulger, deși în unele zone împădurite pot fi văzute cicatrici de fulger pe aproape fiecare copac. Copacii uscați iau foc atunci când sunt loviți de fulger. Cel mai adesea, fulgerele sunt îndreptate spre stejar, mai puțin frecvent spre fag, ceea ce se pare că depinde de diferitele cantități de uleiuri grase din acestea, care reprezintă o rezistență mare la electricitate.

Fulgerul călătorește printr-un trunchi de copac pe calea cu cea mai mică rezistență electrică, eliberând cantitate mare căldură, transformând apa în abur, care desparte trunchiul copacului sau, mai des, rupe secțiuni de scoarță din acesta, arătând calea fulgerului.

În sezoanele următoare, copacii repară de obicei țesutul deteriorat și pot închide întreaga rană, lăsând doar o cicatrice verticală. Dacă daunele sunt prea severe, vântul și dăunătorii vor ucide în cele din urmă copacul. Copacii sunt conductori naturali de trăsnet și sunt cunoscuți că oferă protecție împotriva loviturilor de trăsnet clădirilor din apropiere. Copacii înalți plantați lângă o clădire prinde fulgere, iar biomasa mare a sistemului radicular ajută la împământarea fulgerului.

Instrumentele muzicale sunt realizate din copaci loviti de fulger, atribuindu-le proprietati unice.

Fulger 1882
(c) Fotograf: William N. Jennings, c. 1882

Natura electrică a fulgerului a fost dezvăluită în cercetările fizicianului american B. Franklin, pe baza căruia s-a realizat un experiment pentru a extrage electricitate dintr-un nor de tunete. Experiența lui Franklin în elucidarea naturii electrice a fulgerului este cunoscută pe scară largă. În 1750, a publicat o lucrare care descria un experiment folosind un zmeu lansat într-o furtună. Experiența lui Franklin a fost descrisă în lucrarea lui Joseph Priestley.

Proprietățile fizice ale fulgerului

Lungimea medie a fulgerelor este de 2,5 km, unele descărcări se extind până la 20 km în atmosferă.

Formarea fulgerului

Cel mai adesea, fulgerele apar în norii cumulonimbus, apoi se numesc furtuni; Fulgerele se formează uneori în norii nimbostratus, precum și în timpul erupțiilor vulcanice, tornadelor și furtunilor de praf.

Se observă de obicei fulgerele liniare, care aparțin așa-numitelor descărcări fără electrozi, deoarece încep (și se termină) în acumulări de particule încărcate. Acest lucru determină unele dintre proprietățile lor încă inexplicabile care disting fulgerul de descărcările dintre electrozi. Astfel, fulgerele nu au loc mai puțin de câteva sute de metri; ele apar în câmpuri electrice mult mai slabe decât câmpurile în timpul descărcărilor interelectrozi; Colectarea sarcinilor purtate de fulger are loc în miimi de secundă din miliarde de particule mici, bine izolate unele de altele, situate într-un volum de câțiva km³. Cel mai studiat proces de dezvoltare a fulgerelor în nori cu tunete, în timp ce fulgerele pot apărea chiar în nori - fulgere intracloud, sau pot lovi pământul - fulger de pământ. Pentru ca fulgerele să apară, este necesar ca într-un volum relativ mic (dar nu mai puțin de un anumit volum critic) al norului să existe un câmp electric (vezi electricitatea atmosferică) cu o putere suficientă pentru a iniția o descărcare electrică (~ 1 MV/m) trebuie formată, iar într-o parte semnificativă a norului ar exista câmp cu o putere medie suficientă pentru a menține descărcarea începută (~ 0,1-0,2 MV/m). În fulger, energia electrică a norului este transformată în căldură, lumină și sunet.

Fulger la sol

Procesul de dezvoltare a fulgerului la sol constă din mai multe etape. În prima etapă, în zona în care câmpul electric atinge o valoare critică, începe ionizarea prin impact, creată inițial de încărcături libere, prezente mereu în cantități mici în aer, care, sub influența câmpului electric, capătă viteze semnificative spre solul si, ciocnind cu moleculele care alcatuiesc aerul, le ionizeaza.

Conform unor concepte mai moderne, ionizarea atmosferei pentru trecerea unei descărcări are loc sub influența radiației cosmice de înaltă energie - particule cu energii de 10 12 -10 15 eV, formând un duș de aer larg (EAS) cu o scădere a tensiunea de defalcare a aerului cu un ordin de mărime față de cea din condiții normale.

Potrivit unei ipoteze, particulele declanșează un proces numit defalcare prin fugă. Astfel, apar avalanșe de electroni, transformându-se în fire de descărcări electrice - streamers, care sunt canale foarte conductoare care, fuzionarea, dau naștere unui canal ionizat termic luminos, cu o conductivitate ridicată - conducător fulger treptat.

Are loc deplasarea liderului la suprafața pământului trepte câteva zeci de metri cu o viteză de ~ 50.000 de kilometri pe secundă, după care mișcarea sa se oprește timp de câteva zeci de microsecunde, iar strălucirea se slăbește foarte mult; apoi, în etapa următoare, liderul înaintează din nou câteva zeci de metri. O strălucire strălucitoare acoperă toți pașii parcurși; apoi urmează din nou o oprire și o slăbire a strălucirii. Aceste procese se repetă pe măsură ce liderul se deplasează la suprafața pământului cu o viteză medie de 200.000 de metri pe secundă.

Pe măsură ce liderul se deplasează spre pământ, puterea câmpului de la capătul său crește și, sub acțiunea sa, obiectele sunt aruncate din obiectele care ies pe suprafața Pământului. streamer de răspuns conectarea la lider. Această caracteristică a fulgerului este folosită pentru a crea un paratrăsnet.

În etapa finală urmează canalul ionizat de lider spate(de jos în sus) sau principal, descărcare fulger, caracterizat prin curenți de la zeci la sute de mii de amperi, luminozitate, depășind vizibil luminozitatea liderului, și o viteză mare de avansare, ajungând inițial până la ~ 100.000 de kilometri pe secundă, iar la final scăzând până la ~ 10.000 de kilometri pe secundă. Temperatura canalului în timpul descărcării principale poate depăși 2000-3000 °C. Lungimea canalului fulgerului poate fi de la 1 la 10 km, diametrul poate fi de câțiva centimetri. După trecerea pulsului de curent, ionizarea canalului și strălucirea acestuia slăbesc. În etapa finală, curentul de fulger poate dura sutimi și chiar zecimi de secundă, ajungând la sute și mii de amperi. Un astfel de fulger se numește fulger prelungit și cel mai adesea provoacă incendii. Dar solul nu este încărcat, așa că este general acceptat că o descărcare de fulger are loc din nor spre sol (de sus în jos).

Descărcarea principală descarcă adesea doar o parte din nor. Încărcările situate la altitudini mari pot da naștere unui nou lider (măturat) care se mișcă continuu la viteze de mii de kilometri pe secundă. Luminozitatea strălucirii sale este apropiată de luminozitatea liderului în trepte. Când liderul măturat ajunge la suprafața pământului, urmează o a doua lovitură principală, similară primei. De obicei, fulgerele includ mai multe descărcări repetate, dar numărul lor poate ajunge la câteva zeci. Durata fulgerelor multiple poate depăși 1 secundă. Deplasarea canalului de fulgere multiple de către vânt creează așa-numitul fulger de panglică - o bandă luminoasă.

Fulger intracloud

Fulgere intranori peste Toulouse, Franța. 2006

Fulgerul intracloud include de obicei doar etape de lider; lungimea lor variază de la 1 la 150 km. Proporția fulgerelor intranori crește pe măsură ce se deplasează spre ecuator, schimbându-se de la 0,5 în latitudinile temperate la 0,9 în zona ecuatorială. Trecerea fulgerelor este însoțită de modificări ale câmpurilor electrice și magnetice și ale emisiilor radio, așa-numitele atmosfere.

Zbor de la Kolkata la Mumbai.

Probabilitatea ca un obiect de la sol să fie lovit de trăsnet crește pe măsură ce înălțimea acestuia crește și cu creșterea conductivității electrice a solului la suprafață sau la o anumită adâncime (acțiunea unui paratrăsnet se bazează pe acești factori). Dacă există un câmp electric în nor care este suficient pentru a menține o descărcare, dar nu suficient pentru a face ca aceasta să apară, un cablu metalic lung sau un avion poate acționa ca inițiator de fulger - mai ales dacă este foarte încărcat electric. În acest fel, fulgerele sunt uneori „provocate” în nimbostratus și nori cumulus puternici.

Fulger în atmosfera superioară

În 1989, a fost descoperit un tip special de fulger - elfi, fulgere în atmosfera superioară. În 1995, a fost descoperit un alt tip de fulger în atmosfera superioară - avioanele.

Elfii

Jeturi

Jeturi sunt tuburi conice albastru. Înălțimea jeturilor poate ajunge la 40-70 km (limita inferioară a ionosferei), avioanele trăiesc relativ mai mult decât spiridușii.

Sprites

Sprites greu de distins, dar apar în aproape orice furtună la o altitudine de 55 până la 130 de kilometri (altitudinea de formare a fulgerelor „obișnuite” nu este mai mare de 16 kilometri). Acesta este un fel de fulger care lovește în sus dintr-un nor. Acest fenomen a fost înregistrat pentru prima dată în 1989 din întâmplare. În prezent, se cunosc foarte puține lucruri despre natura fizică a sprite-urilor.

Interacțiunea fulgerului cu suprafața pământului și obiectele situate pe acesta

Frecvența globală a loviturilor de fulger (scala arată numărul de lovituri pe an pe kilometru pătrat)

Estimările inițiale indică frecvența fulgerelor pe Pământ la 100 de ori pe secundă. Datele actuale de la sateliți, care pot detecta fulgerele în zonele în care nu există observație la sol, pun frecvența la o medie de 44 ± 5 ​​ori pe secundă, ceea ce echivalează cu aproximativ 1,4 miliarde de fulgere pe an. 75% din acest fulger lovește între sau în interiorul norilor, iar 25% lovește pământul.

Cele mai puternice lovituri de fulgere provoacă nașterea fulguritelor.

Undă de șoc de la fulger

O descărcare de fulger este o explozie electrică și este similară în unele aspecte cu detonarea. Provoacă o undă de șoc periculoasă în imediata apropiere. O undă de șoc de la o descărcare de fulger suficient de puternică la distanțe de până la câțiva metri poate provoca distrugeri, sparge copaci, răni și provoacă contuzii chiar și fără șoc electric direct. De exemplu, cu o rată de creștere a curentului de 30 de mii de amperi pe 0,1 milisecundă și un diametru al canalului de 10 cm, pot fi observate următoarele presiuni ale undelor de șoc:

• la o distanță de centru de 5 cm (granița canalului fulgerului luminos) - 0,93 MPa,
• la o distanță de 0,5 m - 0,025 MPa (distrugerea structurilor fragile de clădiri și răniri umane),
• la o distanta de 5 m - 0,002 MPa (spargerea sticlei si uimirea temporara a unei persoane).

La distante mai mari unda de soc degenereaza in undă sonoră- tunet.

Oameni și fulgere

Fulgerul este o amenințare serioasă pentru viața umană. Înfrângerea unei persoane sau a unui animal de către fulgere are loc adesea în spații deschise, deoarece curentul electric se deplasează pe calea cea mai scurtă „nori-sol”. Deseori fulgerele lovesc copacii și instalațiile de transformatoare de pe calea ferată, provocându-le să ia foc. Este imposibil să fii lovit de un fulger liniar obișnuit în interiorul unei clădiri, dar există o părere că așa-numitul fulger cu bile poate pătrunde prin fisuri și ferestre deschise. Fulgerele normale sunt periculoase pentru antenele de televiziune și radio situate pe acoperișurile clădirilor înalte, precum și pentru echipamentele de rețea.

În corpul victimelor se observă aceleași modificări patologice ca și în cazul șocului electric. Victima își pierde cunoștința, cade, pot apărea convulsii, iar respirația și bătăile inimii se opresc adesea. Este obișnuit să găsiți „urme de curent” pe corp, de unde intră și iese electricitatea. În caz de deces, cauza încetării funcțiilor vitale de bază este oprirea bruscă a respirației și a bătăilor inimii, din efectul direct al fulgerului asupra centrilor respiratori și vasomotori ai medulei oblongate. Așa-numitele urme de fulger, dungi roz deschis sau roșii asemănătoare copacului rămân adesea pe piele, dispărând atunci când sunt apăsate cu degetele (persista timp de 1 - 2 zile după moarte). Ele sunt rezultatul expansiunii capilarelor în zona de contact fulger cu corpul.

Fulgerul călătorește printr-un trunchi de copac de-a lungul căii cu cea mai mică rezistență electrică, eliberând o cantitate mare de căldură, transformând apa în abur, care desparte trunchiul copacului sau, mai des, rupe secțiuni de scoarță din acesta, arătând calea fulgerului. În sezoanele următoare, copacii repară de obicei țesutul deteriorat și pot închide întreaga rană, lăsând doar o cicatrice verticală. Dacă daunele sunt prea severe, vântul și dăunătorii vor ucide în cele din urmă copacul. Copacii sunt paratrăsnet naturali și se știe că oferă protecție împotriva loviturilor de trăsnet clădirilor din apropiere. Când sunt plantați lângă o clădire, copacii înalți prinde fulgerul, iar biomasa mare a sistemului radicular ajută la împământarea fulgerului.

Din acest motiv, nu trebuie să vă ascundeți de ploaie sub copaci în timpul unei furtuni, mai ales sub copacii înalți sau solitari în zone deschise.

Instrumentele muzicale sunt realizate din copaci loviti de fulger, atribuindu-le proprietati unice.

Instalatii electrice si fulger

Loviturile de fulger reprezintă un pericol major pentru echipamentele electrice și electronice. Când fulgerul lovește direct firele din linie, apare o supratensiune, provocând distrugerea izolației echipamentelor electrice, iar curenții mari provoacă daune termice conductoarelor. Pentru a proteja împotriva supratensiunilor cauzate de fulgere, sunt echipate substații electrice și rețele de distribuție diverse tipuri echipamente de protecție cum ar fi descărcătoarele, descărcătoarele neliniare, descărcătoarele cu scântei lungi. Pentru a proteja împotriva loviturilor directe de trăsnet, se folosesc paratrăsnet și cabluri de protecție împotriva trăsnetului. Impulsurile electromagnetice create de fulgere sunt de asemenea periculoase pentru dispozitivele electronice.

Fulger și aviație

Electricitatea atmosferică în general și fulgerul în special reprezintă o amenințare semnificativă pentru aviație. O lovitură de fulger asupra unei aeronave determină răspândirea unui curent mare prin elementele sale structurale, ceea ce poate cauza distrugerea acestora, incendiu în rezervoarele de combustibil, defecțiuni ale echipamentelor și pierderi de vieți omenești. Pentru a reduce riscul, elementele metalice ale pielii exterioare a aeronavei sunt atent conectate electric între ele, iar elementele nemetalice sunt metalizate. Acest lucru asigură o rezistență electrică scăzută a carcasei. Pentru a scurge curentul fulgerului și alte energie electrică atmosferică din corp, aeronavele sunt echipate cu descărcători.

Datorită faptului că capacitatea electrică a unei aeronave în aer este mică, descărcarea „nor-aeronava” are mult mai puțină energie în comparație cu descărcarea „nori-sol”. Fulgerul este cel mai periculos pentru un avion sau un elicopter care zboară joase, deoarece în acest caz aeronava poate juca rolul unui conductor de curent de fulger de la nor la sol. Se știe că aeronavele la altitudini mari sunt relativ des lovite de fulgere și, totuși, cazurile de accidente din acest motiv sunt rare. În același timp, sunt cunoscute multe cazuri de aeronave lovite de fulger în timpul decolării și aterizării, precum și în timpul parcării, ceea ce a dus la dezastre sau distrugerea aeronavei.

Fulger și nave de suprafață

Fulgerele reprezintă, de asemenea, o amenințare foarte mare pentru navele de suprafață, datorită faptului că acestea din urmă sunt ridicate deasupra suprafeței mării și au multe elemente ascuțite (catarge, antene) care sunt concentratoare ale intensității câmpului electric. Pe vremea navelor cu pânze din lemn cu o rezistență specifică ridicată a carenei, o lovitură de fulger aproape întotdeauna se termina tragic pentru navă: nava a ars sau a fost distrusă, iar oamenii au murit din cauza șocului electric. Navele din oțel nituite erau, de asemenea, vulnerabile la fulgere. Rezistivitatea ridicată a cusăturilor niturilor a provocat o generare locală semnificativă de căldură, ceea ce a dus la apariția unui arc electric, incendii, distrugerea niturilor și apariția scurgerilor de apă în corp.

Corpul sudat al navelor moderne are rezistivitate scăzută și asigură răspândirea în siguranță a curentului de fulger. Elementele proeminente ale suprastructurii navelor moderne sunt conectate electric în mod fiabil la carenă și asigură, de asemenea, răspândirea în siguranță a curentului de fulger.

Activități umane care provoacă fulgere

În timpul unei explozii nucleare la sol, cu o fracțiune de secundă înainte de sosirea limitei emisferei de foc, la câteva sute de metri (~400-700 m în comparație cu o explozie de 10,4 Mt) de centru, radiația gamma care ajunge la el produce un impuls electromagnetic cu o intensitate de ~100-1000 kV/m, provocând descărcări de fulgere care lovesc de la sol în sus înainte de sosirea graniței emisferei de foc.

Vezi de asemenea

	fulgerîn Wikționar
	Categorie:Fulger pe Wikimedia Commons

Note

1. Ermakov V.I., Stozhkov Yu.I. Fizica norilor de tunet // Institutul de fizică numit după. P.N. Lebedeva, RAS, M. 2004: 37
2. Razele cosmice învinuite pentru fulgere Lenta.Ru, 09.02.2009
3. Elfii roșii și jeturile albastre
4. ELVES, un grund: Încălzirea ionosferică prin impulsurile electromagnetice de la fulgere
5. Modelele fractale de jeturi albastre, starterele albastre arată asemănări, diferențe față de sprite-urile roșii
6. V.P. Pasko, M.A. Stanley, J.D. Matthews, S.U.A. Inan și T.G. Wood (14 martie 2002) „Descărcare electrică de la vârful unui nor de tunete în ionosfera inferioară”, Natură, vol. 416, paginile 152-154.
7. Apariția OZN-urilor a fost explicată de sprites. lenta.ru (24.02.2009). Arhivat din original pe 23 august 2011. Consultat la 16 ianuarie 2010.
8. John E. Oliver Enciclopedia Climatologiei Mondiale. - National Oceanic and Atmospheric Administration, 2005. - ISBN 978-1-4020-3264-6
9. . Administrația Națională Oceanică și Atmosferică. Arhivat
10. . Știința NASA. Știri Științe. (5 decembrie 2001). Arhivat din original pe 23 august 2011. Consultat la 15 aprilie 2011.
11. K. BOGDANOV „FULGER: MAI MULTE ÎNTREBĂRI DECIT RĂSPUNSURI.” „Știință și viață” nr. 2, 2007
12. Zhivlyuk Yu.N., Mandelstam S.L. Despre temperatura fulgerului și forța tunetului // JETP. 1961. T. 40, nr. 2. p. 483-487.
13. N. A. Kun „Legende și mituri” Grecia antică» SRL „Editura AST” 2005-538, p. ISBN 5-17-005305-3 Paginile 35-36.